一種浸沒式溶氣真空膜蒸餾水處理方法
2023-07-08 10:25:01
專利名稱：一種浸沒式溶氣真空膜蒸餾水處理方法
技術領域：
本發明涉及水處理和膜分離技術領域，具體地說，本發明涉及一種反滲透濃水的浸沒式溶氣式真空膜蒸餾處理方法，更具體地說，本發明涉及一種石化企業反滲透濃水的溶氣式真空膜蒸餾處理回用方法。
背景技術：
近年來，為了響應國家節能減排的號召，石化企業廢水多採用超濾/反滲透雙膜工藝進行深度處理後回用，基本滿足了上遊生產工藝的用水需求。然而，由此產生的反滲透濃水成為一個處理難題，該股廢水既不能排放也不能回用，給各企業帶來極大的困擾。膜蒸餾由於能夠脫除更高濃度的鹽分以及更高的脫鹽率而逐漸受到各國專家重視並展開了廣泛研究，它可以算是迄今為止脫鹽效率最高的膜技術，脫鹽率高達99%以上。膜蒸餾是上世紀80年代為海水脫鹽而研發的疏水膜技術，它是採用微孔疏水膜，以膜兩側蒸汽壓差為驅動力的一種新型膜分離過程。膜蒸餾所用的膜為不被待處理溶液潤溼的疏水微孔膜，即只有蒸汽能夠進入膜孔，液體不能透過膜孔。根據蒸汽擴散到膜冷側冷凝方式的不同，膜蒸餾一般可分為四種類型:直接接觸式膜蒸餾(DCMD)、氣隙式膜蒸餾(AGMD)、真空式膜蒸餾(VMD)、氣掃式膜蒸餾(SGMD)。其中VMD是恆 溫的膜過程，膜透過側用真空泵抽真空，以造成膜兩側更大的蒸汽壓差，揮發組份從冷側引出後冷凝，這種膜蒸餾過程的熱傳導損失較小，基本可以忽略。在VMD過程的進料液中混入氣體是近幾年本領域較受關注的方法。專利CN101659451A涉及一種氣提式膜蒸餾高鹽水處理方法，該方法採用中空纖維膜組件的直接接觸式膜蒸餾，汙水在原水箱加熱後經熱液循環泵與空壓機或風機產生的空氣形成氣液兩相流進入膜高溫側，膜滲透側採用循環泵循環流動冷凝水將透過膜的蒸汽和氣體冷凝並輸送到產水箱，未透過膜的濃水回流至原水箱。供氣方式為通過電磁閥的間開間停脈衝進氣，採用脈衝進氣的缺點是，對膜本身的衝擊較大，並且導致氣水混合不均和汽提作用不連續，對真空側的操作也造成衝擊。專利CN 101664642A和文獻《鼓氣減壓膜蒸餾過程研究》(水處理技術，2009，35 (12)，34 37)也涉及一種鼓氣真空膜蒸餾裝置和方法，該裝置和方法採用中空纖維膜組件的真空膜蒸餾，抽真空方式為內壓式即管程抽真空，汙水走中空纖維膜孔內。該方法也在中空纖維膜組件進口處鼓入低壓壓縮空氣與汙水形成氣液兩相流，原水不包括化工廢水，且未限定操作條件。此外，專利CN1526650涉及一種高效率低成本的膜蒸餾海水淡化系統，該專利是在飼水迴路連接一結構較為複雜的泡沫發生器，用作微細氣泡化裝置，在該裝置之前設有加壓氣體供應器，該裝置提供的預熱加壓氣體與海水混合成帶有高溫的工作液體，該工作液體通過微細氣泡化裝置進行碎解乳化，其中的水分子因為大量曝氣而變得微細化，相對的所產生的蒸汽量增加。該專利需用設備較多，結構較為複雜，操作過程繁複，生產成本較高，能耗較大，且所採用的膜材料孔徑大小為0.001 0.005 μ m。並且，專利CN1526650給出的膜蒸餾處理體系為海水。上述膜蒸餾技術採用的均為有外殼的中空纖維膜，均為外置式操作，儘管膜蒸餾類型不同，但汙水均走中空纖維膜孔內，膜組件的殼程形成真空或冷凝體系。該種方式的缺點是由於膜絲較細，容易在膜組件進口處和膜絲內造成汙堵，濃差極化影響較大，容易形成膜汙染，並且汙染後的膜組件不易清洗。此外，由於採用外置式操作，熱量在管路輸送過程中部分損失，熱量利用率低，並且過大的氣量容易引起滲透側真空度的降低，增加能耗。上述專利均採用空壓機或風機鼓入空氣，空壓機或風機產生的氣泡較大，與汙水在管路中混合後進入膜組件，由於管路限制，可能會造成氣體在水中的分散性不好，氣水混和不均勻等問題。膜蒸餾採用的是微孔疏水膜，基於微孔疏水膜的傳質機理，膜蒸餾的抗汙染能力較強，但也不可避免地形成膜汙染，膜蒸餾所用微孔疏水膜的汙染主要為膜面汙染，膜孔內汙染相對較少。由於膜蒸餾所處理的一般均為懸浮物含量較低的高鹽汙水，如反滲透濃水等體系，因此，膜蒸餾過程的膜汙染主要為濃差極化造成的鹽結晶、結垢和有機物汙染。所以，膜蒸餾過程中濃差極化是一個很重要的影響因素，要儘量避免或減少。因此，針對目前存在的問題，需要開發一種所需設備簡單，氣液混合均勻，運行過程中熱傳導損失少，能耗低，操作簡便，既可以很好的抗膜汙染，又可以減少膜潤溼，降低濃差極化和溫差極化的影響，延長膜組件的運行周期和使用壽命的反滲透濃水膜蒸餾處理技術。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，提供一種浸沒式溶氣真空膜蒸餾水處理方法。該方法將膜蒸餾組件浸沒於加熱水箱內，同時採用溶氣泵在進料側廢水中溶入氣體，通過真空膜蒸餾有效地去除濃水中的汙染物，實現濃水中汙染物的分離和濃縮。該方法所需設備簡單，氣液混合均勻，能耗及成本較低，操作簡便，抗膜汙染性能好，運行周期長。用於處理烯烴聚合催化劑生產廢水的反滲透濃水，可有效去除廢水中的大量鹽分、少量COD及其它汙染物，降低汙水排放量，實現了水資源的高效利用。為此，本發明提供了一種浸沒式溶氣真空膜蒸餾水處理方法，包括:步驟A，進水與氣體混合形成進水氣液混合物；步驟B，進水氣液混合物進入加熱水箱，加熱到預定溫度獲得預定溫度的進水氣液混合物；步驟C，在膜蒸餾組件的透過側抽真空形成負壓；
步驟D，在透過側抽真空作用下，預定溫度的進水氣液混合物中的氣體、水蒸汽透過膜蒸餾組件的膜孔，並在透過側冷凝形成膜蒸餾產水；其中，步驟A通過溶氣泵將氣體溶入進水形成進水氣液混合物。根據本發明方法，步驟A中所述氣體為氮氣、氧氣或空氣中的一種或二種；所述進水氣液混合物中氣體與液體的體積比為0.01: I 0.5: I。優選所述進水氣液混合物中氣體與液體的體積比為0.08: I 0.2: I。根據本發明方法，步驟A中所述進水包括來自反滲透系統的反滲透濃水、高鹽汙水、海水等，所述進水pH為6.5 8.5，優選所述進水pH為7 8。
根據本發明方法，步驟B中所述進水氣液混合物通過溶氣泵進入加熱水箱。根據本發明方法，步驟B所述進水的預定溫度為45 95°C。優選所述進水的預定溫度為65 85°C。根據本發明方法，步驟C中所述膜蒸餾組件浸沒於加熱水箱中。步驟C中所述膜蒸餾組件包括中空纖維簾式膜組件或板框式膜組件。所述膜蒸餾組件的膜材料為聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯或聚丙烯微孔膜材料。其中，所述微孔膜材料的孔徑範圍為0.1 0.5i!m，優選所述微孔膜材料的孔徑範圍為0.15 0.22 y m。根據本發明方法，步驟C中膜蒸餾組件的透過側壓力為-0.01 -0.1MPa0優選所述膜蒸餾組件的透過側壓力為-0.085 -0.1MPa0根據本發明方法，步驟D中所述進水氣液混合物中的氣體、水蒸汽透過膜蒸餾組件的膜孔後，在透過側冷凝器作用下冷凝形成膜蒸餾產水。根據本發明方法，步驟D中所述膜蒸餾過程所產生的膜蒸餾濃水定期排放進行集中處理。本發明中膜蒸餾系統的熱源可以採用工廠低溫廢熱、廢蒸汽加熱或電加熱，或為了降低能耗，充分利用周邊廢熱。根據本發明，所述真空膜蒸餾系統的濃縮倍數控制在5 7倍左右。採用根據本發明方法的浸沒式溶氣真空膜蒸餾系統處理反滲透濃水，膜蒸餾的運行通量範圍為5 25L/m2 h，膜蒸餾脫鹽率高於99%。本發明與現有技術的實質性區別在於，本發明涉及一種浸沒式溶氣真空膜蒸餾水處理方法。與浸沒式超濾過程不同，超濾過程的膜汙染主要為懸浮物等大分子或大顆粒物質引起的濾餅層汙染、膠體汙染等。因此，浸沒式超濾為了去除或防止懸浮物、膠體等的大分子汙染，要求的曝氣量較大，這就容易引起浸沒式超濾過程中膜組件的斷絲現象。而膜蒸餾過程所處理的一般均為懸 浮物含量較低的高鹽汙水，如反滲透濃水等體系，膜蒸餾過程的膜汙染主要為濃差極化造成的鹽結晶、結垢和有機物汙染。因此，浸沒式膜蒸餾過程主要是為了避免或減少汙水中的濃差極化及溫差極化，其所需的氣量小於浸沒式超濾，本發明稱之為溶氣，較低的氣量抑制或減少了浸沒式膜蒸餾過程中的斷絲現象；同時，較小的氣量不容易引起滲透側真空度的降低，因此可以降低能耗。與常規外置式真空膜蒸餾相比，浸沒式真空膜蒸餾過程中進水和空氣可以在加熱水箱進行充分混合，氣液混合更加均勻，隨著膜蒸餾過程的不斷濃縮，進水能夠及時得到充分混合，降低了濃差極化和溫差極化的影響，減少了膜汙染，同時，浸沒式真空膜蒸餾對進水預處理要求低，並可減少管路輸送過程中的熱量損失。與常規真空膜蒸餾相比，溶氣真空膜蒸餾在真空膜蒸餾熱側進水中溶入氣體，降低了水蒸汽分壓，有利於以更小的跨膜壓差去除更多雜質，並使得熱側膜表面更容易形成一層氣膜，減弱了水和有機溶劑對疏水膜的潤溼影響，減少了膜汙染，並增強了進水中的擾動作用，同時減少了蒸汽在膜孔內的凝結，延長了膜組件的運行周期，提高了膜的運行通量。本發明和專利CN 101659451A相比，本發明採用真空膜蒸餾，膜蒸餾通量更高，熱傳導損失更小；與專利CN 101659451A、CN101664642A和文獻《鼓氣減壓膜蒸餾過程研究》(水處理技術，2009，35 (12))相比，本發明採用溶氣泵在進水中溶入微小氣泡，與空壓機或風機產生的空氣相比，本發明採用溶氣泵提供氣體，可形成更小、更均勻的氣泡，溶氣泵產生的微細氣泡粒徑約為20 40 μ m,氣體與液體溶解效率高達80 100%，氣液兩相的更充分接觸提高了膜蒸餾通量，降低了濃差極化和溫差極化的影響，減少了膜汙染，提高了膜蒸餾系統回收率，延長了膜的清洗周期和使用壽命。
採用本發明方法對反滲透濃水進行深度膜蒸餾處理，可以充分利用系統周邊的低品位熱能，實現反滲透濃水的高度回收利用，最大限度地回收水資源；因此，特別優選的，本發明方法的處理對象主要為為石化企業反滲透濃水，該廢水含鹽量高，其具體水質情況見表I。
權利要求
1.一種浸沒式溶氣真空膜蒸餾水處理方法，包括: 步驟A，進水與氣體混合形成進水氣液混合物； 步驟B，進水氣液混合物進入加熱水箱，加熱到預定溫度獲得預定溫度的進水氣液混合物； 步驟C，在膜蒸餾組件的透過側抽真空形成負壓； 步驟D，在透過側抽真空作用下，預定溫度的進水氣液混合物中的氣體、水蒸汽透過膜蒸餾組件的膜孔，並在透過側冷凝形成膜蒸餾產水； 其中，步驟A通過溶氣泵將氣體溶入進水形成進水氣液混合物。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於:步驟A中所述氣體為氮氣、氧氣或空氣中的一種或二種；所述進水氣液混合物中氣體與液體的體積比為0.01:1 0.5:1。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於:所述進水氣液混合物中氣體與液體的體積比為0.08: I 0.2: I。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於:步驟B中所述進水氣液混合物通過溶氣泵進入加熱水箱。
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於:步驟B所述進水的預定溫度為45 95°C。
6.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於:所述進水的預定溫度為65 85°C。
7.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於:步驟C中所述膜蒸餾組件浸沒於加熱水箱中。
8.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於:步驟C中所述膜蒸餾組件包括中空纖維簾式膜組件或板框式膜組件；所述膜蒸餾組件的膜材料為聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯或聚丙烯微孔膜材料；其中，所述微孔膜材料的孔徑範圍為0.1 0.5 y m，優選所述微孔膜材料的孔徑範圍為0.15 0.22 Um0
9.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於:步驟C中所述膜蒸餾組件的透過側壓力為-0.01 -0.1MPa。
10.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於:所述膜蒸餾組件的透過側壓力為-0.085 -0.1MPa0
全文摘要
本發明涉及一種浸沒式溶氣真空膜蒸餾水處理方法。該方法將蒸餾膜蒸餾組件浸沒於加熱水箱內，同時採用溶氣泵在進水中溶入氣體，通過真空膜蒸餾有效地去除進水中的汙染物，實現進水中汙染物的分離和濃縮。該方法所需設備簡單，氣液混合均勻，能耗及成本較低，操作簡便，抗膜汙染性能好，運行周期長。用於處理烯烴聚合催化劑生產廢水的反滲透濃水，可有效去除廢水中的大量鹽分、少量COD及其它汙染物，降低汙水排放量，實現了水資源的高效利用。
文檔編號C02F1/44GK103193295SQ20121000354
公開日2013年7月10日 申請日期2012年1月6日 優先權日2012年1月6日
發明者張新妙, 趙鵬, 楊永強, 彭海珠 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司北京化工研究院