一種納米膜蒸餾處理與回用高濃度複雜廢水方法及設備的製作方法

2023-06-10 08:23:11 2

一種納米膜蒸餾處理與回用高濃度複雜廢水方法及設備的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種納米膜蒸餾處理與回用高濃度複雜廢水方法及設備。方法步驟為：調節原水的pH值、過濾分離廢水、對過濾水進行升溫、納米膜處理過濾水，以及餘熱回收和輸出淨化產品水。設備包括：反應裝置、提升泵、前置過濾器、保安過濾器、熱能回收裝置、換熱器及納米膜蒸餾系統。本發明的優點是：方法處理廢水的效率高；有效截留廢水中的COD和無機鹽離子；能量消耗低，可利用工業生產的餘熱作為滲透推動力；處理過程簡單，運行穩定；該方法可實現廢水的淨化，提高廢水的回收率。該設備整機佔地少，結構緊密，操作簡單，易於控制，容易維護，運行費用低；設備對廢水中溶解性固體、氯、低pH值或生物汙染不敏感，無需複雜的預處理工序，無膜結垢問題。
【專利說明】一種納米膜蒸餾處理與回用高濃度複雜廢水方法及設備

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種納米膜蒸餾處理與回用高濃度複雜廢水方法及設備，是一種納米膜技術與蒸餾技術相結合處理與回用高濃度複雜廢水方法及設備。

【背景技術】
[0002]現有的膜蒸餾技術存在以下不足之處:
1、膜蒸餾技術在海水淡化和白酒提質領域得到廣泛的應用，在核工業、印染業、藥業和食品業有少部分應用，但應用在高濃度複雜廢水方面非常稀少。現有的膜蒸餾技術採用的膜多數為中空纖維膜，少部分採用螺旋式、平板式和卷式膜組件；大多數為微孔膜，少部分用到了納米膜。其共同點是大部分膜蒸餾技術都採用減壓膜蒸餾的形式，採用滲透氣化的裝置系統，膜組件為疏水性微孔膜，其基本原理是被分離物質的熱溶液通過膜時，產生選擇性的傳質現象，在膜的另一側產生氣態物質，經過冷凝變成液體，其驅動力為膜兩側的壓力差和被分離物質的蒸汽壓差。所以，回用高濃度複雜廢水成為水處理應用上的一種趨勢，同時也是一個技術難題。
[0003]2、高濃度複雜廢水中含有高鹽量COD、氨氮、酚、硫化物，並且含有毒性物質，具有較高的含油量和色度，現階段高濃度複雜廢水基本上都採用生物法和物化法進行處理，但是高鹽度(TDS高於30000mg/l)對於生物有抑制作用，物化法無法處理。所以，回用高濃度複雜廢水成為水處理應用上的一種趨勢，同時也是一個技術難題。
[0004]3、現有的關於高濃度複雜廢水回用的技術研宄、方法和原理存在一些問題，在中國專利號2012100775152、名稱為《利用膜蒸餾處理工業廢水的組合系統和方法》的技術，在工業反滲透濃排水的回收利用中，其特點為:包括依次連接的工業廢水預處理子系統、反滲透系統和減壓膜蒸餾系統，減壓膜蒸餾裝置呈兩級分布。在反滲透濃水出口調節PH值，使其呈微酸性；在第一級減壓膜蒸餾濃水出口加入阻垢劑，避免後續濃縮過程中的膜汙染。上述工藝的缺點是:工藝流程較長，預處理工藝複雜，減壓膜蒸餾裝置呈兩級分布，資源利用率低，成本高；儘管反滲透系統採取了過濾、加阻垢劑等預處理措施，但是水中的雜質仍會聚集在膜表面造成膜汙染，降低膜的分離率和透水速率；在第一級減壓膜蒸餾濃水出口加入阻垢劑，離子濃度太高，阻垢劑無法達到阻垢目的。


【發明內容】

[0005]本發明的一個目的是，克服現有技術的缺點，提供一種納米膜蒸餾處理與回用高濃度複雜廢水方法。該方法是納米膜技術與蒸餾技術相結合處理與回用高濃度複雜廢水的方法，處理效率高，有效截留廢水中的COD和無機鹽離子；能量消耗低，可利用工業生產過程的餘熱作為滲透推動力；處理過程簡單，運行穩定；該方法將水擴散通過一個納米尺寸、固體分子的基質，從而實現廢水的淨化，提高廢水的回收率。
[0006]本發明的另一個目的是，提供一種用於本發明納米膜蒸餾處理與回用高濃度複雜廢水方法的設備，該設備整機佔地少，結構緊密，操作簡單，易於控制，容易維護，運行費用低；設備對廢水中溶解性固體、氯、低PH值或生物汙染不敏感，無需複雜的預處理工序，無膜結垢問題。
[0007]本發明的一種納米膜蒸餾處理與回用高濃度複雜廢水方法技術方案是:
一種納米膜蒸餾處理與回用高濃度複雜廢水方法，它包括下述步驟:
A、調節原水的pH值:在反應裝置中調節pH值，該調節是將高濃度複雜廢水即原水注入到具有高濃度複雜廢水調節池中，通過加藥裝置加入藥劑來實現；
B、過濾分離廢水:調節pH值的廢水經過提升泵增壓，再經過前置過濾器對廢水中的固體顆粒物進行固液分離處理，並將經分離處理的廢水送至保安過濾器進行過濾；
C、對過濾水進行升溫:B步驟的過濾水進入熱能回收裝置回收利用餘熱，再進入換熱器經過來自蒸汽管道的外來蒸汽將過濾水的水溫提升；
D、納米膜處理過濾水:C步驟升溫處理的過濾水進入納米膜蒸餾系統進行納米膜蒸餾處理；該處理過程是:用真空泵對納米膜蒸餾裝置進行抽真空，形成冷、熱兩側水的蒸汽壓差，熱側的液相水在膜面汽化轉移至冷側，以水蒸汽的形式存在，為降低濃差極化和膜汙染對系統運行的影響，熱側升溫的過濾水通過管道與內循環泵聯通；
E、餘熱回收和輸出淨化產品水:透過納米膜蒸餾裝置的水蒸汽進入熱能回收裝置，經過過濾水將產水進行降溫，同時將過濾水加熱，最後輸出供回收利用的淨化產品水。
[0008]進一步的技術方案是:
所述的納米膜蒸餾處理與回用高濃度複雜廢水方法，所述原水，其中的汙染物質包括高鹽分、COD、氨氮、酚和硫化物；還有毒性物質和含油物質及有色度物質這三種物質中的一種，或2種，或3種。
[0009]所述的納米膜蒸餾處理與回用高濃度複雜廢水方法，所述的高濃度複雜廢水調節池，至少有一個加藥裝置；經調節PH值後注入到前置過濾器的廢水pH值為5?8。
[0010]所述的納米膜蒸餾處理與回用高濃度複雜廢水方法，所述的調節原水pH值步驟中，加入藥劑至少有一組；所述藥劑其成份為鹼性，或者酸性，用於調節PH值。
[0011]所述的納米膜蒸餾處理與回用高濃度複雜廢水方法，其步驟C中所述經過來自蒸汽管道的外來蒸汽將過濾水的水溫提升是升到70°c ;所述外來蒸汽是來自廠區的餘熱蒸汽。
[0012]所述的納米膜蒸餾處理與回用高濃度複雜廢水方法，其步驟E中所述經過過濾水將產水進行降溫是從70°C降低到35°C。
[0013]用於本發明的納米膜蒸餾處理與回用高濃度複雜廢水方法的設備技術方案是: 一種用於本發明的納米膜蒸餾處理與回用高濃度複雜廢水方法的設備，按方法流程順序通過管道連接的裝置包括:聯通原水的反應裝置、提升泵、前置過濾器、保安過濾器、熱能回收裝置、換熱器及納米膜蒸餾系統；所述的反應裝置包括高濃度複雜廢水調節池和加藥裝置，用於調節原始廢水的PH值；所述的前置過濾器用於將反應裝置的固體顆粒分離出來，輸出分離處理的廢水；反應裝置與前置過濾器之間連接有用於將經過反應裝置的液體提升至前置過濾器作過濾處理的提升泵；保安過濾器進口連接前置過濾器，出口連接熱能回收裝置，用於去除細小微粒；換熱器兩進口分別與蒸汽管道和熱能回收裝置連接，用於升高過濾水的水溫；納米膜蒸餾系統中的納米膜蒸餾裝置用於將過濾水濃縮，真空泵用於對膜組件冷側進行抽真空，形成蒸汽壓差，從而使液相水轉化為水蒸汽，內循環泵用於降低濃差極化對系統運行的影響；熱能回收裝置用於將透過納米膜蒸餾裝置的產水降溫，同時將過濾水加熱，最後生產出供回收利用的淨化產品水。
[0014]進一步的技術方案是:
所述用於納米膜蒸餾處理與回用高濃度複雜廢水方法的設備，其反應裝置由一個或兩個高濃度複雜廢水調節池及至少一個加藥裝置組成。
[0015]所述用於納米膜蒸餾處理與回用高濃度複雜廢水方法的設備，其換熱器有兩個進口，其中一個進口與熱能回收裝置連接，用於輸入經熱能回收的過濾水，另一個進口與蒸汽管道連接，用於輸入外來蒸汽；有兩個排放口，其中一個排放口與納米膜過濾裝置連接，用於輸出經換熱的蒸汽，另一個排放口為淨化產品水的輸出口。
[0016]所述用於納米膜蒸餾處理與回用高濃度複雜廢水方法的設備，其熱能回收裝置有兩個進口，其中一個進口與保安過濾器連接，用於輸入保安過濾的過濾水，另一個進口與納米膜過濾裝置連接，用於輸入升溫的產水；有兩個排放口，其中一個排放口與換熱器連接，用於輸出經熱能回收的過濾水，另一個排放口為淨化產品水的輸出口。
[0017]對本發明納米膜蒸餾處理與回用高濃度複雜廢水方法及設備的主要技術效果和基本原理說明如下:
1、本發明首先調節原水的pH值至5?8，再對廢水進行預處理，去除來水中的懸浮物；這樣，避免了對後續工藝的正常運行造成影響；
2、經過預處理的過濾水經過換熱器升溫(從35°C升高到70°C)，進入納米膜蒸餾系統；在納米膜組件中，納米膜材料的一側與過濾水直接接觸，利用真空泵對膜組件冷側抽真空，形成冷、熱兩側水的蒸汽壓差，熱側的液相水在膜面汽化轉移至冷側，從而使液相水轉化為水蒸汽；熱側過濾水設計有內循環，能夠降低濃差極化和膜汙染對膜組件產生的影響；
3、透過膜組件產生的水蒸汽經過濾水冷凝(從70°C降低到35°C)後轉化為液相純淨水，同時使過濾水升溫回收汽化潛熱，實現熱能的回收；隨著廢水的不斷流入，納米膜蒸餾系統的汙染物濃度逐漸升高，當達到設定值時，系統停止工作，將濃縮廢水排出，系統開始下一步工作；
4、本發明中的納米膜蒸餾裝置的膜組件為疏水性的卷式膜，所以納米膜蒸餾系統及其工藝大大減少調節池的佔地面積；而且其膜組件為高選擇性滲透膜，僅允許水分子通過，能夠有效截留廢水中的溶解性有機物和無機鹽離子；
5、本發明中的納米膜蒸餾裝置與前述的設備一起組成對COD、氨氮、酚、硫化物、毒性物質、油及其它汙染物的去除與分離工藝，無需複雜的預處理工序，除了少部分濃水之外，沒有形成二次廢水，COD能夠濃縮到十萬及以上，無機鹽離子能夠濃縮至20%以上；其分離驅動力為溫度差，可利用工業生產過程的餘熱作為滲透推動力，即使是在低溫差(低至3°C)的條件下也能良好運行；
6、本發明使廢水通過一個納米尺寸的膜組件，過水界面本身沒有孔隙，無膜結垢的問題；
綜上所述，本發明的原理是將進入納米膜蒸餾系統之前的廢水調節PH值，除去固體顆粒物，避免對後續工藝的正常運行造成影響；而且由於其納米膜結構及特點，具有處理效率高、能量消耗低、處理過程簡單、無膜結垢問題，且整機設備佔地少、結構緊密、造作簡單、運行費用低等特點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本發明廢水處理與回用方法流程示意圖；
圖2是本發明廢水處理與回用方法及設備示意圖。
[0019]圖中各附圖標記的名稱為:
1-反應裝置；1.1-高濃度複雜廢水調節池；1.2-加藥裝置；2_提升泵；3_前置過濾器；4_保安過濾器；5_熱能回收裝置；6_換熱器；7_納米膜蒸餾系統；7.1-納米膜蒸餾裝置；7.2內循環泵；7.3真空泵；8_原水；9_蒸汽管道；10_淨化產品水。

【具體實施方式】
[0020]結合附圖和實施例對本發明一種納米膜蒸餾處理與回用高濃度複雜廢水方法及設備作進一步說明如下:
實施例1:是本發明的一種納米膜蒸餾處理與回用高濃度複雜廢水方法基本實施例。如圖1、2所示，它包括下述步驟:一種納米膜蒸餾處理與回用高濃度複雜廢水方法，它包括下述步驟:
A、調節原水的pH值:在反應裝置I中調節pH值，該調節是將高濃度複雜廢水即原水8注入到具有高濃度複雜廢水調節池1.1中，通過加藥裝置1.2加入藥劑來實現；
B、過濾分離廢水:調節pH值的廢水經過提升泵2增壓，再經過前置過濾器3對廢水中的固體顆粒物進行固液分離處理，並將經分離處理的廢水送至保安過濾器4進行過濾；
C、對過濾水進行升溫:B步驟的過濾水進入熱能回收裝置5回收利用餘熱，再進入換熱器6經過來自蒸汽管道9的外來蒸汽將過濾水升到一定高度；
D、納米膜處理過濾水:C步驟升溫處理的過濾水進入納米膜蒸餾系統7進行納米膜蒸餾處理；該處理過程是:用真空泵7.3對納米膜蒸餾裝置7.1進行抽真空，形成冷、熱兩側水的蒸汽壓差，熱側的液相水在膜面汽化轉移至冷側，以水蒸汽的形式存在，為降低濃差極化和膜汙染對系統運行的影響，熱側升溫的過濾水通過管道與內循環泵7.2聯通；
E、餘熱回收和輸出淨化產品水:透過納米膜蒸餾裝置7.1的水蒸汽進入熱能回收裝置5，經過過濾水將產水進行降溫，同時將過濾水加熱，最後輸出供回收利用的淨化產品水10。
[0021]實施例2:是在實施例1基礎上的進一步實施例。所述原水8，其中的汙染物質包括高鹽分、COD、氨氮、酚和硫化物；還有毒性物質和含油物質及有色度物質這三種物質中的一種，或2種，或3種。所述的高濃度複雜廢水調節池1.1，至少有一個加藥裝置1.2 ;經調節PH值後注入到前置過濾器2的廢水pH值為5?8。所述的調節原水pH值步驟中，加入藥劑至少有一組；所述藥劑其成份為鹼性，或者酸性，用於調節PH值；當原水8不需要調節PH值時，加藥裝置1.2可以不加藥。所述的步驟C中所述經過來自蒸汽管道9的外來蒸汽將過濾水的水溫提升是升到70°C;所述外來蒸汽是來自廠區的餘熱蒸汽。所述的步驟E中所述經過過濾水將產水進行降溫是從70°C降低到35°C。
[0022]實施例3:是一種用於本發明的納米膜蒸餾處理與回用高濃度複雜廢水方法的設備基本實施例。如圖2所示，所述設備，按方法流程順序通過管道連接的裝置有:聯通原水8的反應裝置1、提升泵2、前置過濾器3、保安過濾器4、熱能回收裝置5、換熱器6及納米膜蒸餾系統7 ;所述的反應裝置I包括高濃度複雜廢水調節池1.1和加藥裝置1.2，用於調節原始廢水的PH值；所述的前置過濾器3用於將反應裝置I的固體顆粒分離出來，輸出分離處理的廢水；反應裝置I與前置過濾器3之間連接有用於將經過反應裝置I的液體提升至前置過濾器3作過濾處理的提升泵2 ;保安過濾器4進口連接前置過濾器3，出口連接熱能回收裝置5，用於去除細小微粒，來滿足後續工序對進水的要求；換熱器6兩進口分別與蒸汽管道9和熱能回收裝置5連接，用於升高過濾水的水溫；納米膜蒸餾系統7中的納米膜蒸餾裝置7.1用於將過濾水濃縮，真空泵7.2用於對膜組件冷側進行抽真空，形成蒸汽壓差，從而使液相水轉化為水蒸汽，內循環泵7.1用於降低濃差極化對系統運行的影響；熱能回收裝置5用於將透過納米膜蒸餾裝置7.1的產水降溫到35°C，同時將過濾水加熱，最後生產出供回收利用的淨化產品水10。
[0023]實施例4:是在實施例3的基礎上進一步的實施例。所述反應裝置I由一個或兩個高濃度複雜廢水調節池1.1及至少一個加藥裝置1.2組成。所述換熱器6有兩個進口，其中一個進口與熱能回收裝置5連接，用於輸入經熱能回收的過濾水，另一個進口與來自廠區的輸送餘熱的蒸汽管道9連接，用於輸入外來蒸汽；有兩個排放口，其中一個排放口與納米膜過濾裝置7.1連接，用於輸出經換熱的蒸汽，另一個排放口為淨化產品水10的輸出口。所述熱能回收裝置5有兩個進口，其中一個進口與保安過濾器4連接，用於輸入保安過濾的過濾水，另一個進口與納米膜過濾裝置7.1連接，用於輸入升溫的產水；有兩個排放口，其中一個排放口與換熱器6連接，用於輸出經熱能回收的過濾水，另一個排放口為淨化產品水10的輸出口。
[0024]本發明權利要求保護範圍不限於上述實施例。
【權利要求】
1.一種納米膜蒸餾處理與回用高濃度複雜廢水方法，其特徵在於，它包括下述步驟: 八、調節原水的邱值:在反應裝置(1)中調節邱值，該調節是將高濃度複雜廢水即原水(8)注入到具有高濃度複雜廢水調節池(1.1)中，通過加藥裝置(1.2)加入藥劑來實現； 8、過濾分離廢水:調節邱值的廢水經過提升泵(2)增壓，再經過前置過濾器(3)對廢水中的固體顆粒物進行固液分離處理，並將經分離處理的廢水送至保安過濾器(4)進行過濾； 匕對過濾水進行升溫步驟的過濾水進入熱能回收裝置(5)回收利用餘熱，再進入換熱器(6)經過來自蒸汽管道(9)的外來蒸汽將過濾水的水溫提升； 0、納米膜處理過濾水4步驟升溫處理的過濾水進入納米膜蒸餾系統(7)進行納米膜蒸餾處理；該處理過程是:用真空泵(7.3)對納米膜蒸餾裝置(7.1)進行抽真空，形成冷、熱兩側水的蒸汽壓差，熱側的液相水在膜面汽化轉移至冷側，以水蒸汽的形式存在，為降低濃差極化和膜汙染對系統運行的影響，熱側升溫的過濾水通過管道與內循環泵(7.2)聯通； 2、餘熱回收和輸出淨化產品水:透過納米膜蒸餾裝置(7.1)的水蒸汽進入熱能回收裝置(5),經過過濾水將產水進行降溫，同時將過濾水加熱，最後輸出供回收利用的淨化產品水(10)0
2.根據權利要求1所述的納米膜蒸餾處理與回用高濃度複雜廢水方法，其特徵在於，所述原水(8),其中的汙染物質包括高鹽分、000、氨氮、酚和硫化物；還有毒性物質和含油物質及有色度物質這三種物質中的一種，或2種，或3種。
3.根據權利要求1或2所述的納米膜蒸餾處理與回用高濃度複雜廢水方法，其特徵在於，所述的高濃度複雜廢水調節池(1.1),至少有一個加藥裝置(1.2)；經調節邱值後注入到前置過濾器(2)的廢水邱值為5?8。
4.根據權利要求1所述的納米膜蒸餾處理與回用高濃度複雜廢水方法，其特徵在於，所述的調節原水1)?值步驟中，加入藥劑至少有一組；所述藥劑其成份為鹼性，或者酸性，用於調節邱值。
5.根據權利要求1所述的納米膜蒸餾處理與回用高濃度複雜廢水方法，其特徵在於，步驟￠:中所述經過來自蒸汽管道(9)的外來蒸汽將過濾水的水溫提升是提升到701:；所述外來蒸汽是來自廠區的餘熱蒸汽。
6.根據權利要求1所述的納米膜蒸餾處理與回用高濃度複雜廢水方法，其特徵在於，步驟2中所述經過過濾水將產水進行降溫是從701:降低到351。
7.一種用於權利要求1納米膜蒸餾處理與回用高濃度複雜廢水方法的設備，其特徵在於，按方法流程順序通過管道連接的裝置包括:聯通原水(8)的反應裝置〔0、提升泵口)、前置過濾器(31保安過濾器「)、熱能回收裝置(51換熱器(6)及納米膜蒸餾系統(7)；所述的反應裝置(1)包括高濃度複雜廢水調節池(1.1)和加藥裝置(1.2),用於調節原始廢水的1)?值；所述的前置過濾器(3)用於將反應裝置(1)的固體顆粒分離出來，輸出分離處理的廢水；反應裝置(1)與前置過濾器(3 )之間連接有用於將經過反應裝置(1)的液體提升至前置過濾器(3 )作過濾處理的提升泵(2 )；保安過濾器(4 )進口連接前置過濾器(3 )，出口連接熱能回收裝置(5),用於去除細小微粒；換熱器(6)兩進口分別與蒸汽管道(9)和熱能回收裝置(5)連接，用於升高過濾水的水溫；納米膜蒸餾系統(7)中的納米膜蒸餾裝置(7.1)用於將過濾水濃縮，真空泵(7.2)用於對膜組件冷側進行抽真空，形成蒸汽壓差，從而使液相水轉化為水蒸汽，內循環泵(7.1)用於降低濃差極化對系統運行的影響；熱能回收裝置(5)用於將透過納米膜蒸餾裝置(7.1)的產水降溫，同時將過濾水加熱，最後生產出供回收利用的淨化產品水〔1(0。
8.根據權利要求7所述用於納米膜蒸餾處理與回用高濃度複雜廢水方法的設備，其特徵在於，所述的反應裝置(1)由一個或兩個高濃度複雜廢水調節池(1.1)及至少一個加藥裝置(1.2)組成。
9.根據權利要求7所述用於納米膜蒸餾處理與回用高濃度複雜廢水方法的設備，其特徵在於，所述的換熱器(6)有兩個進口，其中一個進口與熱能回收裝置(5)連接，用於輸入經熱能回收的過濾水，另一個進口與蒸汽管道(9)連接，用於輸入外來蒸汽；有兩個排放口，其中一個排放口與納米膜過濾裝置(7.1)連接，用於輸出經換熱的蒸汽，另一個排放口為淨化產品水(10)的輸出口。
10.根據權利要求7所述用於納米膜蒸餾處理與回用高濃度複雜廢水方法的設備，其特徵在於，所述的熱能回收裝置(5)有兩個進口，其中一個進口與保安過濾器(4)連接，用於輸入保安過濾的過濾水，另一個進口與納米膜過濾裝置(7.1)連接，用於輸入升溫的產水；有兩個排放口，其中一個排放口與換熱器(6 )連接，用於輸出經熱能回收的過濾水，另一個排放口為淨化產品水(10)的輸出口。
【文檔編號】C02F9/10GK104445780SQ201410703851
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月30日 優先權日:2014年11月30日
【發明者】陳陽波, 翁欲曉, 周植宏, 陳雪菲 申請人:武漢尚遠環保股份有限公司