CN110526474A - 一种反渗透浓水的提浓减量方法及提浓减量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种反渗透浓水的提浓减量方法,包括以下步骤：先检测反渗透浓水的进水水质，当反渗透浓水的水质符合标准时直接进入下一步骤，当反渗透浓水的水质不符合标准时，先对反渗透浓水进行预处理，然后进入下一步骤；再对反渗透浓水进行多次循环浓缩，每次浓缩时先将反渗透浓水加热后再进行渗透汽化；反渗透浓水经多次浓缩后得到二次浓缩液，进入下一步骤；再对二次浓缩液进行MVR多效蒸发，得到淡水和无机盐晶体。本发明具有适用范围大、处理成本低和处理效果好的特点。

Description

一种反渗透浓水的提浓减量方法及提浓减量装置
技术领域
本发明涉及一种反渗透浓水的浓缩处理方法及装置，特别是一种反渗透浓水的提浓减量方法及提浓减量装置。
背景技术
反渗透技术是一种膜技术，最初只用于海水淡化，后来广泛用于饮用水生产和近几年的废水深度处理中。这一技术具有膜工艺的优点，如模块化结构、能耗低、操作运行简单等。然而，在利用反渗透工艺对废水进行深度处理时，水分子透过反渗透膜，反渗透膜对水体中的各种有机物及无机盐等有良好的截留效果，得到清洁水的同时，会产生25～35％的浓缩水。该浓缩水不仅具有很高的盐浓度，还含有各种有机和无机污染物。如果反渗透浓水不经过处理而直接排放，必然会对周围的环境造成十分不利的影响。因此，反渗透浓水需要进一步提浓减量，一方面可回收水资源，另一方面可以大幅减少后续蒸发结晶等工艺的运行成本。
目前国内外对反渗透浓水的提浓减量技术，主要为超高压膜分离工艺和蒸发工艺。但由于反渗透浓水中富集了大量的难降解有机物和盐分等，从而常规的膜处理方式在对反渗透浓水进行二次浓缩时会造成膜层的腐蚀和污染，严重降低了膜处理装置对反渗透浓水的浓缩效果和稳定性，厂家也需要定期对膜层进行更换，增加了相应的浓缩成本。并且为了缓解这一现象，膜处理装置还需要提高对反渗透浓水的水质要求，避免高含盐量高COD的反渗透浓水加剧对膜层的破坏，反渗透浓水在处理过程中也无法过度浓缩，避免因浓缩液中污染物含量的增加提高对膜层的破坏性。此外，由于膜法分离的方式需要使反渗透浓水在高压环境下完成，导致膜处理装置需要采用不锈钢或钛材管道来维持对反渗透浓水的稳定输送，从而进一步提高了装置的整体成本。
反渗透浓水经处理装置的再次浓缩后形成二次浓缩液，而在对二次浓缩液的处理方面，目前国内外的处理方式主要分为浓水回流工艺和蒸发工艺。其中浓水回流工艺由于具有很大的局限性且不符合废水零排放的目标，已逐渐淘汰不被使用。而蒸发工艺则是通过蒸发析出废水中的盐分，实现废水的“零排放”。但蒸发器在处理时也会出现被二次浓缩液的腐蚀结垢问题，从而降低了工艺的稳定性并对二次浓缩液中污染物的浓度有所要求。同时，该工艺受限于运行成本较高，尤其是在水量较大的情况下，经济性限制了其实际应用的可行性。因此，现有对反渗透浓水的浓缩处理方法存在适用范围小、处理成本高和处理效果差的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种反渗透浓水的提浓减量方法及提浓减量装置。它具有适用范围大、处理成本低和处理效果好的特点。
本发明的技术方案：一种反渗透浓水的提浓减量方法，包括以下步骤：
①检测反渗透浓水的进水水质，当反渗透浓水的水质符合标准时直接进入下一步骤，当反渗透浓水的水质不符合标准时，先对反渗透浓水进行预处理，然后进入下一步骤；
②对反渗透浓水进行多次循环浓缩，每次浓缩时先将反渗透浓水加热后再进行渗透汽化；反渗透浓水经多次浓缩后得到二次浓缩液，进入下一步骤；
③对二次浓缩液进行MVR多效蒸发，得到淡水和无机盐晶体。
前述的一种反渗透浓水的提浓减量方法中，所述步骤②中通过高通量致密亲水膜对反渗透浓水进行渗透汽化，并使高通量致密亲水膜的两侧在渗透气化时产生蒸汽压差，使反渗透浓水中的疏水性物质在渗透汽化时被高通量致密亲水膜截留，反渗透浓水中的水分子在解吸汽化后穿过高通量致密亲水膜并脱离，达到浓缩效果。
前述的一种反渗透浓水的提浓减量方法中，所述反渗透浓水中的水分子在穿过高通量致密亲水膜后被冷凝回收。
前述的一种反渗透浓水的提浓减量方法中，所述步骤①中反渗透浓水的水质标准为反渗透浓水的化学需氧量小于4000mg/L，反渗透浓水的溶解性固体总量小于40000mg/L。
前述的一种反渗透浓水的提浓减量方法中，所述步骤①中对反渗透浓水的具体预处理方法是先通过软化工艺去除反渗透浓水中的钙镁等二价金属盐分，降低水质硬度；再通过高级氧化工艺去除反渗透浓水中的难降解有机物并进行脱色除臭，去除反渗透浓水中大于20μm的悬浮物。
前述的一种反渗透浓水的提浓减量方法中，所述步骤②中反渗透浓水在渗透汽化前的加热温度为50～75℃。
前述的一种反渗透浓水的提浓减量方法所用的提浓减量装置，包括依次连接的预处理装置、循环浓缩装置和MVR多效蒸发装置；所述循环浓缩装置包括循环管道，循环管道上沿输送方向依次设有废水循环池、第一换热器和渗透汽化装置，渗透汽化装置中设有高通量致密亲水膜，渗透汽化装置外侧连接有淡水回收装置。
前述的提浓减量装置中，所述高通量致密亲水膜的水通量大于1.6kg/m2h，高通量致密亲水膜的孔径为0～10nm，高通量致密亲水膜的孔隙率小于10％。
前述的提浓减量装置中，所述循环管道为塑料管道，所述反渗透浓水在循环管道内的运行压力小于35Kpa。
前述的提浓减量装置中，所述淡水回收装置包括进气管，进气管一端连接渗透汽化装置，进气管另一端依次连接有第二换热器、冷却塔和冷凝水池，冷凝水池外侧分别连接有出水管和真空泵。
前述的提浓减量装置中，所述废水循环池和第一换热器之间设有循环进料泵，所述第一换热器和渗透汽化装置之间设有气动控制阀。
与现有技术相比，本发明具有以下优势：
(1)本发明结合了目前用于有机溶剂脱水的渗透汽化工艺，并配合高通量致密亲水膜对反渗透浓水进行提浓减量，使反渗透浓水中的疏水性物质被完全截留并与水分子和部分亲水性有机物进行分离，实现了渗透汽化工艺在反渗透浓水提浓领域的应用；渗透汽化的方式使高通量致密亲水膜能够通过减少孔隙率和孔径来提高对亲水性有机物和疏水性物质的截留效果，而高通量致密亲水膜的致密度在提高后不仅能够减小对亲水性有机物的通过率，使本发明回收的淡水中溶解性固体总量能够小于5ppm；还能够显著提高自身的抗污染性能，从而缓解反渗透浓水对膜层的腐蚀，提高了对反渗透浓水的浓缩效果和自身的使用寿命；
(2)高通量致密亲水膜的抗污染性能在提高后，使本发明在浓缩时能够适用于高含盐量高COD的反渗透浓水并能承受更大的水通量，提高了本发明的适用范围和浓缩效率；且反渗透浓水在多次循环浓缩过程中能够在不破坏高通量致密亲水膜的条件下达到更好的浓缩效果，从而进一步提高了对反渗透浓水的浓缩效果；
(3)本发明还根据高通量致密亲水膜的具体参数进一步限定了对反渗透浓水的预处理要求，当反渗透浓水内的化学需氧量或溶解性固体总量过高时，通过预处理可以有效降低反渗透浓水中的污染物含量，从而降低高通量致密亲水膜在工作时受到的损伤并降低对反渗透浓水的进水水质要求，扩大本发明的适用范围；
(4)反渗透浓水的浓缩效果在提高后，还可以减少二次浓缩液所需蒸发的水量，从而降低本发明的蒸发成本并提高MVR多效蒸发装置的蒸发效果；并使二次浓缩液在蒸发后能够形成固态的无机盐晶体，实现了废水零排放的标准，无机盐晶体可以作为工业盐使用，且反渗透浓水中的水分也能够在处理过程中被完全回收利用，提高了本发明对反渗透浓水的利用率和环保效果；
(5)由于渗透汽化的方式无需对反渗透浓水在高压环境下进行浓缩，使本发明还可以利用常规的塑料管道对反渗透浓水进行循环输送，从而进一步降低了本发明的生产成本；
(6)通过对反渗透浓水在渗透汽化前的温度设置，使厂家可以依靠工厂的低品废热来完成对反渗透浓水的加热工序，提高了对能源的二次利用率并降低了本发明的处理成本；
(7)本发明还针对反渗透浓水的提浓减量方法具体设置了相应的提浓减量装置，并对高通量致密亲水膜和反渗透浓水的进水水质做了进一步限定，从而进一步保证本发明的工作稳定性，使高含盐量高COD的反渗透浓水经处理后能够达到完全浓缩和晶化的效果，并使提浓减量装置具有良好的工作稳定性和使用寿命。
所以，本发明具有适用范围大、处理成本低和处理效果好的特点。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
附图中的标记为：1-预处理装置，2-循环浓缩装置，3-MVR多效蒸发装置，4-循环管道，5-废水循环池，6-第一换热器，7-渗透汽化装置，8-进气管，9-第二换热器，10-冷却塔，11-冷凝水池，12-出水管，13-真空泵。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例。一种反渗透浓水的提浓减量方法，包括以下步骤：
①检测反渗透浓水的进水水质，当反渗透浓水的水质符合标准时直接进入下一步骤，当反渗透浓水的水质不符合标准时，先对反渗透浓水进行预处理，然后进入下一步骤；
②对反渗透浓水进行多次循环浓缩，每次浓缩时先将反渗透浓水加热后再进行渗透汽化；反渗透浓水经多次浓缩后得到二次浓缩液，进入下一步骤；
③对二次浓缩液进行MVR多效蒸发，得到淡水和无机盐晶体。
所述步骤②中通过高通量致密亲水膜对反渗透浓水进行渗透汽化，并使高通量致密亲水膜的两侧在渗透气化时产生蒸汽压差，使反渗透浓水中的疏水性物质在渗透汽化时被高通量致密亲水膜截留，反渗透浓水中的水分子和小部分亲水性有机物在解吸汽化后穿过高通量致密亲水膜并脱离，达到浓缩效果；高通量致密亲水膜可选用水通量高达16.38L/㎡h的PVA/PVDF复合膜。
所述反渗透浓水中的水分子和小部分亲水性有机物在穿过高通量致密亲水膜后被冷凝回收。
所述步骤①中反渗透浓水的水质标准为反渗透浓水的化学需氧量(COD)小于4000mg/L，反渗透浓水的溶解性固体总量(TDS)小于40000mg/L。
所述步骤①中对反渗透浓水的具体预处理方法是先通过软化工艺去除反渗透浓水中的钙镁等二价金属盐分，降低水质硬度，软化工艺可选用石灰-石膏法或石灰-纯碱法；再通过高级氧化工艺去除反渗透浓水中的难降解有机物并进行脱色除臭，高级氧化工艺可选用臭氧氧化工艺，去除反渗透浓水中大于20μm的悬浮物(即反渗透浓水在预处理中去除的悬浮物大于20μm后进入下一步骤)。
所述步骤②中反渗透浓水在渗透汽化前的加热温度为50～75℃。
所述一种反渗透浓水的提浓减量方法所用的提浓减量装置，构成如图1所示，包括依次连接的预处理装置1、循环浓缩装置2和MVR多效蒸发装置3，预处理装置1包括相互连接的软化装置和臭氧氧化装置，两者均为常规用于反渗透浓水软化及氧化处理的装置；所述循环浓缩装置包括循环管道4，循环管道4上沿输送方向依次设有废水循环池5、第一换热器6和渗透汽化装置7，废水循环池5内设有液位计，渗透汽化装置7中设有高通量致密亲水膜，渗透汽化装置7外侧连接有淡水回收装置。
所述高通量致密亲水膜的水通量大于1.6kg/m2h，高通量致密亲水膜的孔径为0～10nm，高通量致密亲水膜的孔隙率小于10％。
所述循环管道4为塑料管道，所述反渗透浓水在循环管道内的运行压力小于35Kpa。
所述淡水回收装置包括进气管8，进气管8一端连接渗透汽化装置7，进气管8另一端依次连接有第二换热器9、冷却塔10和冷凝水池11，冷凝水池11上设有液位计，冷凝水池11外侧分别连接有真空泵13和出水管12，出水管12上连接有出水泵。
所述废水循环池5和第一换热器6之间设有循环进料泵，所述第一换热器6和渗透汽化装置7之间设有气动控制阀。
本发明的工作原理：本发明先检测反渗透浓水的进水水质，当化学需氧量大于4000mg/L或反渗透浓水的溶解性固体总量大于40000mg/L时将其泵入预处理装置1内，先通过石灰-纯碱法或石灰-石膏法去除浓缩液中的钙镁等二价金属盐分，降低浓缩液的硬度；再利用臭氧氧化工艺去除反渗透浓水中的难降解有机物和达到降低色度和除臭的效果；经预处理后的反渗透浓水能够降低后处理过程中无机盐结垢的风险，提高渗透气化装置的单元透水率同时延长其运行时间和使用寿命，提高其处理效率。
经符合标准或经处理后的反渗透浓水通过循环浓缩装置2的废水循环池5内，再由循环进料泵将其经第一换热器6加热后泵入渗透汽化装置7内，通过气动控制阀可以对渗透汽化装置7内的反渗透浓水进行加压，从而提高其浓缩效果。反渗透浓水进入渗透汽化装置7后，高通量致密亲水膜可以将反渗透浓水中的疏水性物质进行和大部分亲水性有机物进行阻隔，同时淡水回收装置内的真空泵13通过吸取使高通量致密亲水膜的两侧形成压差，从而使反渗透浓水中的水分子及小部分亲水性有机物能够在进水侧汽化并渗透至出水侧，汽化后的水分子在第二换热器9和冷却塔10的作用下冷凝形成淡水并储存至冷凝水池11内，实现对反渗透浓水中水分的回收利用。而位于进水侧的反渗透浓水在水分子分离后能够浓缩减量，并通过循环进料泵重新进入废水循环池5内进行下一次浓缩工序。
经多次浓缩后的二次浓缩液经MVR多效蒸发装置3带动进入，通过MVR多效蒸发装置3则能够将高浓度的二次浓缩液进行蒸发结晶，使其形成可回收的淡水和无机盐晶体，实现了对反渗透浓水的零排放目标。
实验例：本实施例将实际反渗透浓水膜浓缩液废水作为原水，送入的提浓减量装置的调试设备中进行测试，原水的设计流量为30L/H，原水经第一换热器6加热后升温至60℃进入渗透汽化装置7，渗透汽化装置7进水侧的循环管道4内保持10-30Kpa的绝压，淡水回收装置内的真空泵13保持连续工作状态，为膜提供足够的真空度。
测试结果为总产水量13kg，浓水8.4kg，回用率61％，平均通量7.2LMH；且本发明浓缩后的二次浓缩液浑浊且通量明显降低，说明具有良好的浓缩效果。
本实施例的进水水质和二次浓缩液水质如表1所示(表1中的起产水为渗透汽化装置在第一次过滤后得到的淡水水质，终产水为渗透汽化装置在最终次过滤后得到的淡水水质)，实验证明本工艺的脱盐效率能够在97％以上，并且高通量致密亲水膜在多次循环浓缩后运行稳定，对金属离子具有良好的去除率。
表1水质指标分析

Claims (10)

1.一种反渗透浓水的提浓减量方法，其特征在于，包括以下步骤：
①检测反渗透浓水的进水水质，当反渗透浓水的水质符合标准时直接进入下一步骤，当反渗透浓水的水质不符合标准时，先对反渗透浓水进行预处理，然后进入下一步骤；
②对反渗透浓水进行多次循环浓缩，每次浓缩时先将反渗透浓水加热后再进行渗透汽化；反渗透浓水经多次浓缩后得到二次浓缩液，进入下一步骤；
③对二次浓缩液进行MVR多效蒸发，得到淡水和无机盐晶体。
2.根据权利要求1所述的一种反渗透浓水的提浓减量方法，其特征在于：所述步骤②中通过高通量致密亲水膜对反渗透浓水进行渗透汽化，并使高通量致密亲水膜的两侧在渗透气化时产生蒸汽压差，使反渗透浓水中的疏水性物质在渗透汽化时被高通量致密亲水膜截留，反渗透浓水中的水分子在解吸汽化后穿过高通量致密亲水膜并脱离，达到浓缩效果。
3.根据权利要求2所述的一种反渗透浓水的提浓减量方法，其特征在于：所述反渗透浓水中的水分子在穿过高通量致密亲水膜后被冷凝回收。
4.根据权利要求1所述的一种反渗透浓水的提浓减量方法，其特征在于：所述步骤①中反渗透浓水的水质标准为反渗透浓水的化学需氧量小于4000mg/L，反渗透浓水的溶解性固体总量小于40000mg/L。
5.根据权利要求1所述的一种反渗透浓水的提浓减量方法，其特征在于：所述步骤①中对反渗透浓水的具体预处理方法是先通过软化工艺去除反渗透浓水中的钙镁等二价金属盐分，降低水质硬度；再通过高级氧化工艺去除反渗透浓水中的难降解有机物并进行脱色除臭，去除反渗透浓水中大于20μm的悬浮物。
6.根据权利要求1所述的一种反渗透浓水的提浓减量方法，其特征在于：所述步骤②中反渗透浓水在渗透汽化前的加热温度为50～75℃。
7.根据权利要求1-6中任一权利要求所述的一种反渗透浓水的提浓减量方法所用的提浓减量装置，其特征在于：包括依次连接的预处理装置(1)、循环浓缩装置(2)和MVR多效蒸发装置(3)；所述循环浓缩装置包括循环管道(4)，循环管道(4)上沿输送方向依次设有废水循环池(5)、第一换热器(6)和渗透汽化装置(7)，渗透汽化装置(7)中设有高通量致密亲水膜，渗透汽化装置(7)外侧连接有淡水回收装置。
8.根据权利要求7中所述的提浓减量装置，其特征在于：所述高通量致密亲水膜的水通量大于1.6kg/m2h，高通量致密亲水膜的孔径为0～10nm，高通量致密亲水膜的孔隙率小于10％。
9.根据权利要求7中所述的提浓减量装置，其特征在于：所述循环管道(4)为塑料管道，所述反渗透浓水在循环管道内的运行压力小于35Kpa。
10.根据权利要求7中所述的提浓减量装置，其特征在于：所述淡水回收装置包括进气管(8)，进气管(8)一端连接渗透汽化装置(7)，进气管(8)另一端依次连接有第二换热器(9)、冷却塔(10)和冷凝水池(11)，冷凝水池(11)外侧分别连接有出水管(12)和真空泵(13)。
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