CN206940495U - 一种采用膜技术的酸废水处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种采用膜技术的酸废水处理装置，解决了现有技术中酸废水处理工艺复杂、能耗高、综合成本高的技术问题。该酸废水处理装置包括污水处理池，所述污水处理池中设置有膜组件单元，通过所述膜组件单元过滤酸废水，所述膜组件单元包括承压外壳，所述承压外壳内设置有多根外压式膜管，所述承压外壳两端分别设置有进水口和出水口，所述外压式膜管包括支撑层，所述支撑层外部设置有分离层，所述分离层采用多功能石墨烯/高分子复合材料透水膜。本实用新型具有结构设计简单，易操作，处理工艺简单，能耗低，综合成本低等特点。

Description

一种采用膜技术的酸废水处理装置

技术领域

本实用新型涉及一种废水处理装置，具体涉及一种采用膜技术的酸废水处理装置，可以用于处理盐酸废水等。

背景技术

发展与环保问题是进入21世纪以来最为突出的矛盾体，而在环保问题当中水污染又尤为突出，解决好污水和废水的问题便受到了全世界范围的广泛关注。有国外专家把膜技术的发展列入“第三次工业革命”之中，而德国则把膜技术作为21世纪的革新技术进行应用研发，并大力推进应用于环保领域。尤其在水处理中的应用研究，以其优异的出水水质，在实践应用当中，美、日、西欧等发达国家应用最多。由于膜技术开发费用高昂，故在发展中国家的推广步伐缓慢。不过，近年来我国在膜技术方面被广泛看好。随着世界人口的逐渐增加，生活污水日产量已经成为急需解决的世界性难题。生活污水因水质成分相对较为简单，常规吸附，沉淀，生化处理即可达到排放标准。但处理过程繁琐且复杂，膜技术的应用取代了流程相对过多的物化处理程序。工艺废水成分相对生活污水复杂，如化工生产，钢铁行业，电镀厂等都会产生大量的酸性废水，不仅含有酸和水，还会存在大量的Fe离子或Al离子等金属离子，处理难度大。一般传统酸性污水首先需要进行加碱中和形成盐，然后通过焙烧等工艺进行处理，此工艺过程复杂且成本过高。膜技术的应用以其优异的产水水质，在产水要求高、有更加深入的处理要求、污水浓度高、或废水回收要求等受限水处理领域得到特别广泛的应用。

目前废酸污水处理常见的工艺方法主要有离子交换树脂法，猝取法，焙烧法，中和氧化法，和浓缩法。

1.离子交换树脂法。文献《废盐酸的再生利用》中报道利用某种具有吸收HCl功能的离子交换树脂可实现分离盐酸的目的。但此法在常温下回收的盐酸浓度极低，并且需要添加大量附加成分才能使用，无法实现大量工业化处理。

2.猝取法。此法利用相似相溶原理来分离废酸，但此法存在二次污染问题，且分离不完全。

3.焙烧法。此法是将含铁废盐酸污水雾化后，在焙烧炉中受热分解成氯化氢气体和氯化亚铁，其中氯化氢气体从炉顶排出并回收收集，氯化亚铁被氧化成氯化铁落入炉底。此法能耗高，回收系统复杂。

4.中和氧化法。我国一些钢铁行业当中，对废盐酸，废硫酸的处理大多数都是采用酸碱中和的方法，使pH值达标后再处理盐。但此法工艺处理过程复杂，生成的盐回收难度大，成本高，处理效果差强人意等问题限制了广泛应用。

5.浓缩法。是将废酸污水当中的液态水蒸发出去得到浓缩液的方法，此法操作简单，但高温蒸发带来的能耗问题一直是众多企业难以克服的难题。浓缩法一直被公认为是所有废酸处理工艺当中最为彻底和高效的方法，各种浓缩技术的研发也从未停止过。

近年来，新型膜技术浓缩酸性废水的研发得到了更加深入的研究，它是基于膜分离材料的水处理新技术。研究始于20世纪60年代的美国，由Dorr-Oliver公司首创研发。随着工艺技术的不断发展，各种新型的膜材料也不断问世。由于该技术通过膜组件的高效分离作用，有逐渐取代传统水处理的趋势。综上所述膜技术处理技术的特点：

1.膜技术的膜孔径控制在≤0.4μm以下，能够有效地进行固-液分离，产水水质标准高，品质稳定，微浮物和浊度低，可根据工业使用标准适当选择回用。

2.膜技术具有高效截流功效，可使微生物完全截流在反应器内，可实现反应器水力停留时间(HRT)和污泥龄(SRT)的完全分离，使得系统运行控制更加长效稳定。

3.膜技术有利于增殖缓慢的硝化细菌及其它细菌的截流、生长繁殖，整体污水处理系统硝化效率和降低COD值等指标均得以提高。

4.膜技术的模块化设计能够有效利用空间，容积负荷高，占地少，且操作维护简单方便快捷，同样也方便扩容。同时，采用PLC控制，可实现全自动化控制管理。

综上所述，膜技术处理废水的工艺，具有传统处理技术无法比拟的特点。目前，由于酸性污水的酸性体系和离子物质，采用市场上常用膜材是无法处理此类污水的，滤水膜材无法适应极度苛刻的处理环境，且无法分离盐成分等问题。膜孔径大多控制在0.1μm-0.4μm之间，小于0.1μm的离子或微生物同样可以穿过膜材，影响出水水质。并且长期处理此类污水，普通滤水膜材难免受到顽强微生物的影响，孔易被细小颗粒或细菌微生物堵塞，或膜表面滋生细菌影响水通量。如国内专利申请号200410012228.9处理后的产水需送入臭氧池中进行杀菌处理才能进行排放或重新工艺使用。又如中国专利申请号201110269978.4使用的疏水微孔膜受到分离的污水盐浓度、酸碱度较大限制。

实用新型内容

针对现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供了一种采用膜技术的酸废水处理装置，其中设置有膜组件单元，通过膜组件单元过滤酸废水，酸废水经过滤后在膜组件单元内部形成水蒸气，再对水蒸气冷却液化后排出，从而达到工业化处理、简化处理工艺、降低成本等目的，可以用于处理各种酸废水。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

本实用新型提供一种采用膜技术的酸废水处理装置，包括污水处理池，所述污水处理池中设置有膜组件单元，通过所述膜组件单元过滤酸废水，酸废水经过滤后在所述膜组件单元内部形成水蒸气，所述膜组件单元的出水口通过管道连接至换热器，所述换热器通过管道连接冷凝装置，过滤得到的水蒸气从所述膜组件单元中输入至换热器，在所述换热器中被冷却液化后排出，所述换热器通过管道连接至储水槽。

进一步，所述污水处理池中的酸废水处于循环流动状态，所述膜组件单元的轴向与所述酸废水的流动方向平行设置；所述污水处理池中的酸废水循环流速为40-80cm/s，所述污水处理池中的酸废水温度为50-70℃。

进一步，所述污水处理池中的酸废水循环流速为60cm/s，所述污水处理池中的酸废水温度为55℃。

进一步，所述储水槽通过管道连接负压系统，所述负压系统可提供-0.093MPa至-0.098MPa之间的负压，所述负压系统使得所述膜组件单元、换热器以及储水槽内部形成负压。

进一步，所述冷凝装置中冷却液的温度≤20℃；所述换热器中，在负压-0.093MPa以下时，饱和水蒸气的露点≤20℃。

进一步，所述负压系统连接所述储水槽的管道接口位于所述储水槽顶端，所述负压系统连接所述储水槽的管道中设置有分子过滤筛，阻止水分子进入所述负压系统中。

进一步，所述储水槽内设置有上、下两个开关阀门，上下两个开关阀门之间为储水腔，所述上开关阀门位于负压接口以下的位置；在排水时关闭上开关阀门，开启下开关阀门，在储水时关闭下开关阀门，开启上开关阀门。

进一步，所述负压系统可提供-0.095MPa至-0.098MPa之间的负压，所述冷凝装置中冷却液的温度为-5℃至18℃。

进一步，所述污水处理池设置有水循环管道，所述水循环管道具有进水口和出水口；所述污水处理池内设置有加热器对酸废水加热升温；所述水循环管道的进水口设置在靠近所述污水处理池底部的位置，并且远离所述加热器，所述水循环管道的出水口设置在靠近所述污水处理池顶部的位置，并且靠近所述加热器。

进一步，所述换热器中设置有换热片，所述换热片表面涂覆有石墨涂层；所述加热器中设置有螺旋形加热丝。

进一步，所述膜组件单元外部安装有过滤罩，所述过滤罩上设置有多个蜂窝孔，或者所述过滤罩为格栅状。

进一步，所述膜组件单元包括承压外壳，所述承压外壳内设置有多根外压式膜管，所述承压外壳两端分别设置有进水口和出水口，所述外压式膜管包括支撑层，所述支撑层外部设置有分离层，所述分离层采用多功能石墨烯/高分子复合材料透水膜。

进一步，所述分离层以平卷或螺旋卷的结构包裹在所述支撑层上，在接缝处以环氧树脂或聚氨酯粘接，或者热压焊接。

进一步，所述承压外壳包括圆形筒体，所述圆形筒体两端分别设置有上端盖和下端盖，所述进水口设置在所述下端盖上，所述出水口设置在所述上端盖上。

进一步，所述外压式膜管沿所述圆形筒体的轴向设置在所述圆形筒体的内部，所述外压式膜管两端分别粘结在所述圆形筒体的两端。

进一步，所述上端盖上还设置有浓缩液出口，所述圆形筒体上设置有预留口。

进一步，所述支撑层材质为PE、PES、PVDF、PVC、PP或陶瓷；所述承压外壳的材质为PVC、PP或ABS。

进一步，所述多功能石墨烯/高分子复合材料透水膜的孔径≤0.1nm。

进一步，所述支撑层采用PES材质的七芯中空纤维管，所述中空纤维管的管壁为微孔结构，孔径为0.1-0.3nm；所述外压式膜管外径为3.8mm。

进一步，所述分离层承受的压强不小于0.5MPa，导热系数不小于0.5W/mK，耐热温度为200℃。

采用上述结构设置的酸废水处理装置具有以下优点：

1.出水水质优质稳定。本实用新型所采用的石墨烯/纳米高分子膜技术具有高效的分离作用，分离效果远远高于传统的沉淀池等污水处理系统。污水当中的微小颗粒基本被完全截流出来，保证出水清澈透明，悬浮物和浊度基本接近于零。且由于本实用新型所采用的膜技术孔径小于0.1nm，其膜技术只允许水分子透过膜材的特点使得出水水质非常高。其出水水质优于建设部的生活杂质用水水质标准(CJ25.1-89)，可直接用于非饮用市政杂用水进行回收。

2.膜组件使用寿命长。由于本方案采用的石墨烯/纳米高分子膜还具有抗菌杀菌的作用，故细菌和病毒均能被大部分去除，很大程度上降低了膜材被生物破坏的可能性，大大提升了膜组件处理污水的能力，延长使用寿命。

3.膜组件无需反冲洗。目前常用的商业膜组件均需要进行反冲洗，如MBR，RO膜等未了达到良好的过滤效果，短时间使用后必须进行反冲洗过程。此过程不仅降低了水处理效率，而且系统结构单元必须增加反冲洗零部件，增加额外的成本负担。本实用新型公开的处理装置，无需进行反冲洗过程，大大提高了水处理效率和降低了处理成本。

4.膜组件应用范围广泛，可以用于处理硫酸废液、盐酸废液、磷酸废液、醋酸废液等酸废液。本实用新型所采用的石墨烯/纳米高分子膜组件为中空纤维式结构，可直接浸没在污水当中，由于污水处于不断流动状态，微小颗粒不易在膜表面堆积。且由于石墨烯/纳米高分子膜材质的特殊性，膜组件可在污水pH值在0-14正常工作，长期工作后只需表面冲洗等简单清理，无需更换组件。

5.本实用新型提供的一种采用膜技术的酸废水处理装置，具有结构设计简单，易操作，处理工艺简单，能耗低，综合成本低等特点。

6.本实用新型所采用的石墨烯/高分子膜材对金属离子的截留率≥99％。膜孔径在0.1nm以下，基本不存在孔堵塞问题，同时，液态水是以水分子的形式通过膜材，故而产水水质得到很大提升。

附图说明

图1是本实用新型酸废水处理装置的结构示意图；

图2是本实用新型酸废水处理装置的结构示意图；

图3是本实用新型酸废水处理装置的液体路径示意图；

图4是本实用新型所采用管式膜组件的结构示意图；

图5是图4中沿A-A的剖视图；

图6是管式膜组件所采用外压式膜管在承压外壳中的固定结构示意图；

图7是实施例1中管式膜组件所采用外压式膜管的结构示意图；

图8是实施例2中管式膜组件所采用外压式膜管的结构示意图；

图9是图7、图8中沿B-B的剖视图；

图10是外压式膜管上分离层的剖面图。

图中：11.膜组件单元；11-1.膜管；11-2.分离层；11-3.支撑层；11-4.改性石墨烯/纳米结构多功能高分子材料；11-5.微孔高分子材料基膜；11-6.承压外壳；11-7.上端盖；11-8.下端盖；11-9.进水口；11-10.出水口；11-11.浓缩液出口；11-12.预留口；11-13.灌封胶；

12.换热器；13.冷凝装置；14.负压系统；15.加热器；16.污水处理池；17.水循环泵体；

21.储水槽；22.冷凝水出水管道；23.冷凝水进水管道；24.清水运输管道；25.外置水循环管道；26.电路控制柜。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

实施例1

如图1、图2、图3所示为本实用新型实施例1，在该实施例中，一种采用膜技术的酸废水处理装置，包括污水处理池16，污水处理池16中设置有膜组件单元11，通过膜组件单元11过滤酸废水。膜组件单元11包括承压外壳11-6，承压外壳11-6内设置有多根外压式膜管11-1，承压外壳11-6两端分别设置有进水口11-9和出水口11-10。

如图4、图5所示，外压式膜管11-1包括支撑层11-3，支撑层11-3外部设置有分离层11-2，分离层11-2采用多功能石墨烯/高分子复合材料透水膜。所采用的多功能石墨烯/高分子复合材料透水膜的孔径≤0.1nm。

污水处理池16中的酸废水处于循环流动状态，这样是为了让酸废水的浓度、温度等参数处于均匀的状态。外压式膜管11-1的轴向与酸废水的流动方向平行设置，有利于流动液体带走膜表面的杂质。

污水处理池16中的酸废水循环流速为40-80cm/s，用于处理盐酸废水时优选为60cm/s。污水处理池16中的酸废水温度为50-70℃，用于处理盐酸废水时优选为55℃。

酸废水经过滤后在外压式膜管11-1内部形成水蒸气，膜组件单元11的出水口11-10通过清水运输管道24连接至换热器12，换热器12通过冷凝水出水管道22和冷凝水进水管道23连接冷凝装置13，过滤得到的水蒸气从外压式膜管11-1中输入至换热器12，在换热器12中被冷却液化后排出。

换热器12通过管道连接储水槽21，储水槽21通过管道连接负压系统14，负压系统14可提供-0.093MPa至-0.098MPa之间的负压，优选为-0.095MPa至-0.098MPa。负压系统14使得外压式膜管11-1、换热器12以及储水槽21内部形成负压。

冷凝装置13中冷却液的温度≤20℃，优选为-5℃至18℃；换热器12中，在负压-0.093MPa以下时，饱和水蒸气的露点≤20℃，优选为-5℃至18℃。

负压系统14连接储水槽21的管道接口位于储水槽21顶端。冷凝后的液态水在重力作用下从储水槽21排除，负压系统14的接口设置在出水槽垂直向上方向，位于储水槽21顶端位置，有利于液态水不会倒灌入负压系统14当中。

负压系统14连接储水槽21的管道中设置有分子过滤筛，阻止水分子进入负压系统14中。

储水槽21内设置有上、下两个开关阀门，上下两个开关阀门之间为储水腔，上开关阀门位于储水槽21连接负压系统14的负压接口以下的位置，这样可以让负压从储水槽21一直传递至换热器12；在排水时关闭上开关阀门，开启下开关阀门，在储水时关闭下开关阀门，开启上开关阀门。这样设计是为了保证系统内为低压状态，维持在-0.093MPa以下。

污水处理池16设置有外置水循环管道25，外置水循环管道25上设置有水循环泵体17。

外置水循环管道25具有进水口和出水口；污水处理池16内设置有加热器15对酸废水加热升温；外置水循环管道25的进水口设置在靠近污水处理池16底部的位置，并且远离加热器15，外置水循环管道25的出水口设置在靠近污水处理池16顶部的位置，并且靠近加热器15。

换热器12中设置有换热片，换热片表面涂覆有石墨涂层，可减少产水中极少量的HCL对换热片的腐蚀，造成产水水质下降等二次污染问题。

加热器15中设置有螺旋形加热丝。原水的温度热源并不限制于外加辅助加热，如果污水源本身具有一定温度，同时能够满足工艺的温度条件，也可直接将污水进行浓缩分离处理。

膜组件单元11外部安装有过滤罩，过滤罩上设置有多个蜂窝孔，或者过滤罩为格栅状。过滤罩可以起到隔绝大尺寸杂物的作用。

如图4、图5、图6、图7所示为膜组件单元11的具体结构，包括承压外壳11-6，承压外壳11-6内设置有多根外压式膜管11-1，承压外壳11-6两端分别设置有进水口11-9和出水口11-10。

如图7、图8所示，外压式膜管11-1包括支撑层11-3，支撑层11-3外部设置有分离层11-2，分离层11-2采用多功能石墨烯/高分子复合材料透水膜。

多功能石墨烯/高分子复合材料透水膜是现有技术中的产品，在中国发明专利CN2015105675811“一种多功能石墨烯/高分子复合材料透水膜及其制备方法和用途”中所公开。

多功能石墨烯/高分子复合材料透水膜，如图10所示，采用改性石墨烯/纳米结构多功能高分子材料11-4复合在微孔高分子材料基膜11-5上制成。

其中采用的改性石墨烯和具有高导湿的高分子聚合物，通过分子结构中的极性基团形成氢键、共价键等化学键链接，具有极强的抗腐蚀性和耐酸碱性，以及非常好的抗菌杀菌性。

多功能石墨烯/高分子复合材料透水膜表面的亲水端吸附液态水，膜材两侧即形成水蒸气浓度梯度差，在负压(外压式膜管11-1内部)的协同作用下，液态水逐渐以水分子的形式透过膜材。

微孔高分子材料基膜11-5材质为PAN、PE、PS、PES、PVDF、PVC、PT、PSU、PTFE或PP。优选采用PE。

如图7所示，分离层11-2以平卷的结构包裹在支撑层11-3上，分离层11-2是一整张，平卷一层，在接缝处以环氧树脂或聚氨酯粘接，或者热压焊接，使得分离层11-2与支撑层11-3紧密连接在一起。

如图4、图5所示，承压外壳11-6包括圆形筒体，圆形筒体两端分别设置有上端盖11-7和下端盖11-8，进水口11-9设置在下端盖11-8上，出水口11-10设置在上端盖11-7上。承压外壳11-6的材质可以选用PVC、PP或ABS等。

出水口11-10连接负压设备(图中未示出)，外压式膜管11-1内外侧具有压差，水分子由外压式膜管11-1外侧进入外压式膜管11-1内侧。

外压式膜管11-1沿圆形筒体的轴向设置在圆形筒体的内部，外压式膜管11-1两端分别粘结在圆形筒体的两端。如图6所示，外压式膜管11-1上端以灌封胶11-13固定，外压式膜管11-1下端也以灌封胶11-13固定(图6中未示出)。

因为过滤得到的清水从外压式膜管11-1内部输出，酸废液需要进入到外压式膜管11-1外部，所以外压式膜管11-1上端出口需要从上端的灌封胶11-13伸出，外压式膜管11-1下端入口需要被下端的灌封胶11-13封闭，对应下端进水口11-9，需要在下端的灌封胶11-13上设置进水通道让酸废液输入到承压外壳11-6内部。

如图4所示，上端盖11-7上还设置有浓缩液出口11-11，圆形筒体上设置有预留口11-12。

浓缩液出口11-11排出过滤后的浓缩酸废液。组件正常运行时预留口11-12是关闭的，在组件出现异常时可以启用预留口11-12。

支撑层11-3材质为PE、PES、PVDF、PVC、PP或陶瓷。用于处理盐酸废水时支撑层11-3优选采用PES材质的七芯中空纤维管。

如图9所示，中空纤维管内采用七芯结构加强纤维管支撑强度，中空纤维管的管壁为微孔结构，孔径为0.1-0.3nm。

如图9所示，外压式膜管11-1的外径d为3.8mm。

分离层11-2承受的压强不小于0.5MPa，导热系数不小于0.5W/mK，耐热温度为200℃。

选用一种电导率为3.354×10⁵μs/cm，固含量为20-21％(质量分数)，硫酸含量为15％(质量分数)的酸性水质对本实用新型中的管式膜组件进行测试。外压式膜管11-1内径25mm，外径34mm，有效膜面积0.025m²，废水已经通过预处理，去除25μm以上颗粒杂质物，原水pH值小于1。对产水水质进行分析，产水电导率为6μs/cm，产水通量为12.32kg/(m²·h)，产水PH值为6.5。

本实用新型一种用于废水处理的外压式管式膜组件在使用时，经过预处理去掉悬浮物的废酸液从进水口11-9进入后，经过外压式膜管11-1的纯化浓缩，可得到高品质产水和浓缩酸液。产水可直接排放或二次用于工业生产，高度浓缩酸液可集中回收，极大的降低了废硫酸处理工艺的成本，而且还能高效回收废液中的硫酸，产生巨大工业效益。

实施例2

在该实施例中，与实施例1所不同的是，如图8所示，分离层11-2以螺旋卷的结构包裹在支撑层11-3上，在接缝处以环氧树脂或聚氨酯粘接，或者热压焊接，使得分离层11-2与支撑层11-3紧密连接在一起。

图8仅为结构示意图，在分离层11-2卷绕过程中每一圈分离层11-2都需要与上下圈紧密衔接过渡。

螺旋卷的结构，可以使用宽度较窄的分离层11-2包裹支撑层11-3。

本实施例中管式膜组件的其他结构与实施例1相同，此处不再重复描述。

本实用新型除了提供以上一种采用膜技术的酸废水处理装置以外，还提供一种利用上述酸废水处理装置进行的污水处理方法，具体方法步骤如下：

(1)通过加热器将污水池中的污水加热，同时开启污水池外置水循环泵体，使污水池中的待处理水处于不断循环的过程当中；石墨烯/纳米高分子膜组件径直方向与水流方向平行放置，有利于流动液态水带走膜表面的杂质；

(2)开启冷凝装置，待冷凝水温度达到设定值后，关闭储水槽的末端阀门，打开上端阀门，并开启负压系统开始进行污水处理。污水中的液态水以水分子的形态透过石墨烯/纳米高分子膜到达组件内部，在负压的协同作用下转移至换热器中，水分子冷凝成液态水之后再重力作用下流至出水槽当中；

(3)当储水槽当中的水量一定后，关闭储水槽上端阀门，打开末端阀门将储水槽当中的水排出。排净产水后关闭末端阀门，缓慢打开上端阀门，此时封闭系统内部的真空负压会减小，当达到负压电磁阀设置值后，真空泵可自动工作保持设置压力，此过程不会影响出水水质。

其中，步骤(1)中所述待处理污水，应尽量进行预处理，除去污水当中可见性大颗粒杂质和有机物，充分使本实用新型的膜技术发挥作用，提高水处理效率。

其中，步骤(1)中所述加热器加热污水的温度优选在50℃至70℃之间；所述的外置水循环泵体，优选流速为40-80cm/s，更加优选为60cm/s。

其中，步骤(2)中所述冷凝水温度设置优选≤20℃，更加优选为-5℃-18℃。

实验例1

选用一种电导率(简称EC值)约120ms/cm的含铁废盐酸水进行浓缩分离处理。所述废水已经通过预处理，去除25μm(微米)以上颗粒杂质物和部分有机成分；污水氯离子含量为1.51×10⁴mg/L，原水pH值小于1，铁离子含量为2.14×10³mg/L。

为了研究不同污水处理温度对出水水质的影响，将污水处理池16的污水温度分别设置在50℃，60℃和70℃做了膜组件污水浓缩分离实验。酸废水处理装置其他部分的参数均保持相同，即冷凝装置13的冷凝水温度设置18℃，负压系统14的真空度保持在-0.095MPa至-0.098MPa。

开启污水处理池16内置加热器15，将污水温度设置在50℃，同时将处理池外置的水循环泵体17处于工作状态，冷凝装置13的冷凝温度设置为18℃且进行冷凝水循环工作。当设置参数均达到稳定状态时，开启负压系统14，使其真空度保持在-0.095MPa至-0.098MPa之间。

含铁废盐酸水通过本实用新型装置处理后，当原水温度为50℃条件下，产水清澈透亮。通过对产水水质进行分析，产水的EC值低至30-40us/cm，氯离子含量为4-6mg/L，产水pH值基本接近中性，铁离子含量为几乎为零。产水水质完全达到排放水质标准，甚至产水可用于工业二次用水。

在本实验例当中，以原水水温为变量，改变水温温度到60℃进行测试。如上所述，其他参数保持一致，即冷凝水温度设置为18℃，负压系统14的真空度保持在-0.095MPa至-0.098MPa。当温度升高到60℃后，通过对产水水质进行分析，产水的TDS值约至40-50us/cm，氯离子含量为4-6mg/L，产水pH值基本接近中性，铁离子含量≤0.2mg/L。

当原水水温升高至70℃时，通过对产水水质进行分析，产水的TDS值约至130-240us/cm，氯离子含量为15-20mg/L，产水pH值接近4，铁离子含量0.4-1mg/L。通过查阅盐酸的挥发特性，发现随着温度的升高，和原水浓缩程度的提高，污水当中盐酸的挥发性越强，使得挥发产生的HCl气体随着蒸发产生的水蒸汽穿透膜材，从而带入到冷凝水当中，从而造成冷凝水的pH降低。随着温度的升高造成产水水质偏酸性，同时酸性水对换热器也会起到腐蚀作用，最终使得产水EC值升高。

实验例2

选用不同EC值的盐酸废水进行浓缩分离处理，原水均已经通过预处理，去除25μm(微米)以上颗粒杂质物和部分有机成分。对产水水质进行分析，数据结果如下表所示，表1是原水与浓缩分离过后产水的水质比较：

表1 原水与产水的水质

本实用新型利用的一种采用膜技术的酸废水处理装置，对如上所述的酸性污水进行浓缩处理具有良好的效果，浓缩倍数可达15倍以上。随着原水浓缩程度的进一步提高，或污水温度的提高，浓缩水中HCl的挥发性增强，造成产水pH降低和EC值升高。本实用新型的处理装置，设备长期运行半年时间以来，产水水质稳定。

本实用新型所述一种采用膜技术的酸废水处理装置，其污水浓缩过程简要描述即为水分子的转移过程，将废水中的水分子提取出来使原水浓缩，且产水水质因各项指标均可达到非饮用市政杂用水标准进行排放，或重新用于工业用水，浓缩水中的FeCl₂可通过结晶处理分离出来用于工业生产或垃圾处理的添加剂，高度浓缩后的盐酸可用于二次工业利用或其他用处。

本实用新型中的术语“溶解性固体总量”(英文：Total DUssolved solids，缩写TDS)，表明1升水中溶有多少毫克溶解性固体，测量单位为毫克/升(mg/L)。TDS值越高，表示水中含有的溶解物越多。总溶解固体指水中全部溶质的总量，包括无机物和有机物两者的含量。

本实用新型所述的一种采用膜技术的酸废水处理装置，其形状可以是设计成长方体、立方体或其他不规则形状，其中膜组件单元可设计成中空纤维管式，板式，或绕卷式等，可根据实际使用需求进行外观变化。

综上所述，本实用新型是一种采用膜技术的酸废水处理装置，以及采用该处理装置的污水处理方法，能够应用于含金属Fe离子的高浓度盐酸污水处理的行业当中，也可应用于其他行业如冶金行业的污水处理，如医药行业的废水处理，又如化工行业的废水处理等。由于处理后的产水水质能够满足建设部的生活杂质用水水质标准，可直接室外进行排放或用于非饮用市政杂用水进行回收处理，给企业能够带来巨大经济效益，同时给环境也减轻压力，利国利民。

以上仅为本实用新型的具体实施方式，在本实用新型的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本实用新型的目的，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (20)

1.一种采用膜技术的酸废水处理装置，包括污水处理池，所述污水处理池中设置有膜组件单元，通过所述膜组件单元过滤酸废水，其特征在于，酸废水经过滤后在所述膜组件单元内部形成水蒸气，所述膜组件单元的出水口通过管道连接至换热器，所述换热器通过管道连接冷凝装置，过滤得到的水蒸气从所述膜组件单元中输入至换热器，在所述换热器中被冷却液化后排出，所述换热器通过管道连接至储水槽。

2.如权利要求1所述的酸废水处理装置，其特征在于，所述污水处理池中的酸废水处于循环流动状态，所述膜组件单元的轴向与所述酸废水的流动方向平行设置；所述污水处理池中的酸废水循环流速为40-80cm/s，所述污水处理池中的酸废水温度为50-70℃。

3.如权利要求2所述的酸废水处理装置，其特征在于，所述污水处理池中的酸废水循环流速为60cm/s，所述污水处理池中的酸废水温度为55℃。

4.如权利要求1所述的酸废水处理装置，其特征在于，所述储水槽通过管道连接负压系统，所述负压系统可提供-0.093MPa至-0.098MPa之间的负压，所述负压系统使得所述膜组件单元、换热器以及储水槽内部形成负压。

5.如权利要求4所述的酸废水处理装置，其特征在于，所述冷凝装置中冷却液的温度≤20℃；所述换热器中，在负压-0.093MPa以下时，饱和水蒸气的露点≤20℃。

6.如权利要求4所述的酸废水处理装置，其特征在于，所述负压系统连接所述储水槽的管道接口位于所述储水槽顶端，所述负压系统连接所述储水槽的管道中设置有分子过滤筛，阻止水分子进入所述负压系统中。

7.如权利要求4所述的酸废水处理装置，其特征在于，所述储水槽内设置有上、下两个开关阀门，上下两个开关阀门之间为储水腔，所述上开关阀门位于负压接口以下的位置；在排水时关闭上开关阀门，开启下开关阀门，在储水时关闭下开关阀门，开启上开关阀门。

8.如权利要求5所述的酸废水处理装置，其特征在于，所述负压系统可提供-0.095MPa至-0.098MPa之间的负压，所述冷凝装置中冷却液的温度为-5℃至18℃。

9.如权利要求1所述的酸废水处理装置，其特征在于，所述污水处理池设置有水循环管道，所述水循环管道具有进水口和出水口；所述污水处理池内设置有加热器对酸废水加热升温；所述水循环管道的进水口设置在靠近所述污水处理池底部的位置，并且远离所述加热器，所述水循环管道的出水口设置在靠近所述污水处理池顶部的位置，并且靠近所述加热器。

10.如权利要求9所述的酸废水处理装置，其特征在于，所述换热器中设置有换热片，所述换热片表面涂覆有石墨涂层；所述加热器中设置有螺旋形加热丝。

11.如权利要求1所述的酸废水处理装置，其特征在于，所述膜组件单元外部安装有过滤罩，所述过滤罩上设置有多个蜂窝孔，或者所述过滤罩为格栅状。

12.如权利要求1所述的酸废水处理装置，其特征在于，所述膜组件单元包括承压外壳，所述承压外壳内设置有多根外压式膜管，所述承压外壳两端分别设置有进水口和出水口，所述外压式膜管包括支撑层，所述支撑层外部设置有分离层，所述分离层采用多功能石墨烯/高分子复合材料透水膜。

13.如权利要求12所述的酸废水处理装置，其特征在于，所述分离层以平卷或螺旋卷的结构包裹在所述支撑层上，在接缝处以环氧树脂或聚氨酯粘接，或者热压焊接。

14.如权利要求12所述的酸废水处理装置，其特征在于，所述承压外壳包括圆形筒体，所述圆形筒体两端分别设置有上端盖和下端盖，所述进水口设置在所述下端盖上，所述出水口设置在所述上端盖上。

15.如权利要求14所述的酸废水处理装置，其特征在于，所述外压式膜管沿所述圆形筒体的轴向设置在所述圆形筒体的内部，所述外压式膜管两端分别粘结在所述圆形筒体的两端。

16.如权利要求14所述的酸废水处理装置，其特征在于，所述上端盖上还设置有浓缩液出口，所述圆形筒体上设置有预留口。

17.如权利要求12所述的酸废水处理装置，其特征在于，所述支撑层材质为PE、PES、PVDF、PVC、PP或陶瓷；所述承压外壳的材质为PVC、PP或ABS。

18.如权利要求12所述的酸废水处理装置，其特征在于，所述多功能石墨烯/高分子复合材料透水膜的孔径≤0.1nm。

19.如权利要求12所述的酸废水处理装置，其特征在于，所述支撑层采用PES材质的七芯中空纤维管，所述中空纤维管的管壁为微孔结构，孔径为0.1-0.3nm；所述外压式膜管外径为3.8mm。

20.如权利要求12所述的酸废水处理装置，其特征在于，所述分离层承受的压强不小于0.5MPa，导热系数不小于0.5W/mK，耐热温度为200℃。