專利名稱：膜耦合凈化水處理方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水處理系統(tǒng)及處理方法，尤其涉及工業(yè)污水凈化處理的 膜耦合凈化處理方法。
背景技術(shù)：
循環(huán)冷卻水是工業(yè)用水中的用水大項，在石油化工、電力、鋼鐵、冶金
等行業(yè)，循環(huán)冷卻水的用量占企業(yè)用水總量的50-90%,某些電廠、化工企業(yè) 的冷卻水占總用水量的90-95%。循環(huán)冷卻水在系統(tǒng)不斷地循環(huán)使用中，由于 水溫、流速的變化，水分不斷蒸發(fā)，無機離子和有才幾物逐漸濃縮，水中的Ca"、 Mg2+、 Cl一等離子、溶解固體和懸浮物相應(yīng)增加，加之空氣中污染物如灰塵、 雜物、可溶性氣體以及換熱器物料泄露等，引起循環(huán)冷卻水水質(zhì)變壞，致使 水冷換熱等設(shè)備產(chǎn)生水垢沉積和腐蝕，造成使用效率和壽命降低，甚至妨礙 系統(tǒng)的正常運行。為了防止鈣、鎂離子水垢的析出，減少泥團雜質(zhì)等污垢對 傳熱的影響，控制循環(huán)冷卻水系統(tǒng)金屬腐蝕和控制循環(huán)冷卻水系統(tǒng)微生物的 孳生，目前最有效和最常用的方法則是向循環(huán)水中加入大量的緩蝕劑、阻垢 劑、分散劑、殺生劑等化學(xué)藥劑，但這些傳統(tǒng)處理方法，不能從根本上解決 鹽與有機物濃縮引起的各種問題，并且投加各種水處理劑的操作系統(tǒng)復(fù)雜、 藥劑費用高，使循環(huán)水的總體濃縮倍數(shù)不高、運行管理成本很高。
一^:污水經(jīng)過一、二級處理后，總懸浮固體去除70% ~80%, B0D去除 80%~90%，已基本上達到排放標(biāo)準(zhǔn)，但是二級處理不能去除一些污染物， 其中包括微生物，未能降解的有機物、磷、氟和可溶性無機物。目前，城市 污水及工業(yè)廢水的資源化已成為當(dāng)今世界的發(fā)展趨勢。通常是在常規(guī)的生化 處理后，采用超濾或微濾加反滲透，使大部分的污水得到再凈化回用，但是， 采用反滲透技術(shù)，仍存在兩個問題 一是反滲透技術(shù)對被處理水質(zhì)預(yù)處理要 求高，通常要求采用超、微濾技術(shù)作為前級處理，而且，原水溫度通常不得 高于40。C，導(dǎo)致設(shè)備投資高和運行費用高，二是水回收利用率低， 一般只能 達到70%左右，仍有30y。左右濃水排j文，排放量大。
因此，針對工業(yè)循環(huán)水、二沉池排放水、反滲透濃水等高濃度污水，研 究新的水處理技術(shù)，P爭低投資和運行費用，提高水的利用率，減少污水排放，可以取得顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。
膜蒸餾(Membrane Distillation, MD)在近年來吸引了世界范圍內(nèi)的關(guān) 注和研究。與常規(guī)的蒸餾(Distillation)過程相比，MD的操作溫度低，無 需將溶液加熱至沸騰，而且蒸發(fā)面積大、蒸汽空間?。慌c其它壓力驅(qū)動的膜 分離過程相比，MD的操作壓力低，脫鹽率高，膜污染少。MD技術(shù)具有操作壓 力低，接近100%的非揮發(fā)性物質(zhì)脫除率和在良好操作條件下與高的產(chǎn)水通 量，顯示了它作為R0技術(shù)的替代(大規(guī)模純水制備)或補充技術(shù)(如用于船舶 飲用水等)的應(yīng)用潛力，可以用于海水淡化與濃縮制鹽、工業(yè)循環(huán)水凈化于減 少污水排放、發(fā)酵液中氨基酸等產(chǎn)物濃縮結(jié)晶以及藥物純化分離等方面。膜 蒸餾技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)循環(huán)水處理的一個獨特的優(yōu)勢在于它不僅可以在膜的透 過側(cè)產(chǎn)生純水，而且在濃水側(cè)可以產(chǎn)生含鹽量4艮高甚至接近飽和的高度濃縮 水，高度濃縮的污水則可進一步采用化學(xué)絮凝等其他物化方法進行處理，從 而大大減少污水的排放量。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種高濃度工業(yè)污水膜耦 合凈化處理工藝裝置和方法。
本發(fā)明提供一種膜耦合凈化水處理裝置，包括兩過濾處理，其特征在于， 包括第一級膜蒸發(fā)池5，用于第一級過濾、處理經(jīng)過預(yù)熱的原水；上述第一 級膜蒸發(fā)池5的蒸汽排出口 43連接至第一級冷凝單元111,用于冷凝、回收 蒸汽；第一級膜蒸發(fā)池5的濃水引出口 46經(jīng)過第一級加藥裝置后，連接至上 述第一級浸沒式超濾反應(yīng)過濾池7;在上述第一級浸沒式超濾反應(yīng)過濾池7中， 混合液繼續(xù)混合、反應(yīng)；第一級浸沒式超濾反應(yīng)過濾池7的排出口與第二級 膜蒸發(fā)池10管路相通，上述第二級膜蒸發(fā)池10用于對二次液進行第二級蒸 發(fā)處理；第二級膜蒸發(fā)池10的蒸汽排出口 54連接至第二級冷凝單元222;第 二級膜蒸發(fā)池10的濃水引出口經(jīng)過第二級加藥裝置后，連接至第二級浸沒式 超濾反應(yīng)過濾池12;上述第二級浸沒式超濾反應(yīng)過濾池12的出口管接至第二 級膜蒸發(fā)池IO，將處理液返回到膜池中繼續(xù)蒸發(fā)處理。
第一級膜蒸發(fā)池5上連接有熱泵3,熱泵3連接原水預(yù)過濾器2的出口 ； 熱泵3的冷端接口 70與第一級冷凝單元111的換熱器4的冷端入口 65相連 接；熱泵3的熱水出口 69通過管路連接至膜蒸發(fā)池5的原水入口 41;上述從 熱泵3中引出的冷端液體進入換熱器4,使從膜蒸發(fā)池5蒸汽引出接口 43處 引出的蒸汽冷卻凝結(jié)，再由換熱器4冷端出口 66返回?zé)岜?原水入口。第一級膜蒸發(fā)池5以及第二級膜蒸發(fā)池10中均包括:設(shè)置在膜蒸發(fā)池5， 10中的膜單元27， 34;垂至于膜蒸發(fā)池5， 10底壁的隔板28, 37，上述隔板 28, 37將膜蒸發(fā)池5， IO分割成初步沉淀區(qū)和膜區(qū)，上述膜單元27， 34設(shè)置 在膜區(qū)；垂至于膜蒸發(fā)池5， IO底壁的高位溢流管29, 38,上述高位溢流管 29設(shè)置于膜蒸發(fā)池的初步沉淀區(qū)；在上述膜單元27， 34的下部設(shè)置有加熱部 件30, 35,對原水進行加熱；膜蒸發(fā)池5， 10的頂部設(shè)置處理液進口 41， 57, 原液進口將原液引入到初步沉淀區(qū)；膜蒸發(fā)池5, 10頂部還設(shè)置有熱水抽出 口 42, 53,將從膜單元27， 34排出的熱水抽出；上述熱水抽出口 42， 53與 膜蒸發(fā)池5， IO底壁上的熱水返回口 44， 55管接，循環(huán)使用熱水；在上述熱 水抽出口 42, 53和熱水返回口44， 55之間的管路上i殳置循環(huán)泵26， 33;上 述膜蒸發(fā)池5, 10的初步沉淀區(qū)的底壁上還設(shè)置排渣口，用于將濃渣排出； 上述高位溢流管29, 38引出至膜蒸發(fā)池5， IO的外部；在膜蒸發(fā)池5， 10的 側(cè)部設(shè)置蒸汽引出接口 43， 53用于引出膜蒸發(fā)池5中的蒸汽。
第一級膜蒸發(fā)池5以及第二級膜蒸發(fā)池10的蒸汽引出口分別管接至第一 級冷凝單元111和第二冷凝單元222;上述冷凝單元lll， 222包括換熱器 4, 15;連接于換熱器4， 15出口的氣液分離器16， 21;上述氣液分離器16， 21的液體排出口與蒸餾水暫存容器18， 23相連接，換熱器排放的蒸汽被冷凝 后，暫存在蒸餾水暫存容器中；上述氣液分離器16, 21的蒸汽側(cè)出口連接真 空泵20，將蒸汽匯總于膜蒸發(fā)池5， 10的蒸汽出口 (43, 54)。
膜蒸發(fā)池5， IO的濃水引出口經(jīng)過堿水加藥口 47， 58后，管接至加堿管 道混合器6， 11，上述混合器6， 11對濃水和除硬》咸水溶液進行混合；上述加 堿管道混合器6， 11的出口與浸沒式超濾反應(yīng)過濾池7， 61相連接；上述浸 沒式超濾反應(yīng)過濾池7， 12的出口經(jīng)過加酸口 51, 63后，連接至加酸管道混 合器9， 14,加酸管道混合器9， 14對加酸后的混合液繼續(xù)混合。
浸沒式超濾反應(yīng)過濾池7， 12中設(shè)置透過浸沒式超濾膜組件31， 39,上述 膜組件為無外殼浸沒式超濾膜；在透過浸沒式超濾膜組件31, 39下方設(shè)置穿 孔曝氣管32， 40，混合水在穿孔曝氣管32, 40排放的氣泡作用下繼續(xù)混合、 反應(yīng)；過濾池7， 12頂部設(shè)置為超濾膜濾過液抽出口 49， 61,與抽出口 49， 61管接的管路上設(shè)置抽水泵8， 13,在抽水泵8， 13出口通過加酸口51, 63， 與加酸管路混合器9， 14的入口相連；在上述加酸口 51, 63處加酸，調(diào)回混 合水的pH值后，混合水進入加酸管道混合器；在加酸管道混合器的出口處設(shè) 置在線pH計52， 64用于控制加酸口處的加酸量。換熱器為中空纖維換熱器，中空纖維材料采用聚偏氟乙烯材料，聚偏氟
乙烯中空纖維，內(nèi)徑為0. 2_3. Omm,壁厚為0. 05 — 1. Omm， 4艮據(jù)處理量的不 同，多個膜組件并聯(lián)或同時串聯(lián)使用。
本發(fā)明還提供一種膜耦合凈化水處理方法，其特征在于，包括原水首 先進入第一級膜蒸發(fā)池進行第一級循環(huán)蒸發(fā)；在第一級膜蒸發(fā)池中溢流出的 濃水中加堿，然后將混合液引入到第一級浸沒式超濾反應(yīng)器中，在第一級浸 沒式超濾反應(yīng)器中進行第一級反應(yīng)過濾，濾清液被抽出進入第二級膜蒸發(fā)池 進行第二級循環(huán)蒸發(fā)；從第二級膜蒸發(fā)池中溢流出的濃水加堿和絮凝劑后， 進入第二級浸沒式超濾反應(yīng)器中進行反應(yīng)過濾。
通過本發(fā)明取得如下效果
1、 本發(fā)明中的膜蒸發(fā)組件采用帶外殼的柱式中空纖維膜組件，垂直浸沒 或半浸沒于蒸發(fā)池中，通過循環(huán)泵的抽吸，將熱水由中空纖維膜組件下口進 入，經(jīng)過管程向上抽出，循環(huán)進行減壓膜蒸發(fā)。蒸汽乂人膜組件的上側(cè)口抽出， 如果膜因親水化產(chǎn)生滲漏，滲漏液可從膜組件下側(cè)口排出。膜組件置于蒸發(fā) 池中可以方便地對膜組件進行保溫，防止透過膜的蒸汽在膜組件內(nèi)冷凝。
2、 本發(fā)明在膜蒸發(fā)池中設(shè)置隔板，經(jīng)過預(yù)沉降后的上清液漫過隔板進入 膜區(qū)，可以減緩膜污染。
3、 本發(fā)明在經(jīng)過第一級蒸發(fā)濃縮后，再加入堿除硬度，具有如下好處 消耗的堿量少、硬度除去率高。但若濃縮倍數(shù)過高，則會導(dǎo)致膜通量快速下 降，因此，本發(fā)明預(yù)濃縮1. 5 ~ 5倍(優(yōu)選1. 5 ~ 2. 5 )倍后，加石威進行化學(xué)除 硬。
4、 本發(fā)明經(jīng)過第二級膜蒸發(fā)池再濃縮3~10倍后， 一部分直接排放，一 部分繼續(xù)進行化學(xué)處理。由于水中COD濃度增大，在加堿化學(xué)除硬的同時還 需要加入絮凝劑進行化學(xué)絮凝，除去有機污染物。化學(xué)除硬條件NaOH800 1200mg/L，Na2CO3200 ~ 600，除硬后，鈣、鎂離子濃度均低于100mg/L，優(yōu)選低 于50mg/L。當(dāng)COD組成物中小分子物質(zhì)含量較高時，還需要加入活性炭來吸 附低分子有機物。絮凝劑可以采用水處理常規(guī)絮凝劑，如氯化鐵、聚合硫酸 鋁、聚合硫酸鐵等無機絮凝劑，或聚丙烯酰胺、改性聚丙烯酰胺等有機絮凝 劑，本發(fā)明在此不做限定。經(jīng)過化學(xué)除硬和絮凝吸附后，清液C0D應(yīng)低于200 mg/L，本發(fā)明優(yōu)選COD低于100 mg/L。經(jīng)過第二級浸沒式超濾反應(yīng)器后，超 濾濾清液再返回第二級膜蒸發(fā)池。
5、 本發(fā)明采用熱泵對原水進行預(yù)加熱，排出的冷端液體則進入換熱器4使透過膜27的蒸汽冷卻凝結(jié)，這樣的構(gòu)造尤其適用于帶廢熱的循環(huán)冷卻水處 理，利用循環(huán)水廢熱可以大大降低系統(tǒng)能耗。也可以采用熱泵技術(shù)對其它水 源廢熱進^f亍回收。熱泵可以選用壓縮式熱泵、吸收式熱泵或其它原理的熱泵， 本發(fā)明在此不做限定，優(yōu)選機械壓縮式熱泵。
對于通常工業(yè)污水再凈化處理后的反滲透濃水，采用本發(fā)明技術(shù)， 一般 可以將反滲透再濃縮約100倍，大大減少廢水排;故量。濃縮液和污泥可以直 接用常規(guī)蒸發(fā)器干燥，做到零排放。
圖1是本發(fā)明高濃度工業(yè)污水膜耦合凈化處理工藝裝置示意圖。 圖2是本發(fā)明所使用的膜蒸發(fā)組件示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的系統(tǒng)如圖1所示。從整體上看，本發(fā)明的高濃度工業(yè)污水膜耦 合凈化處理工藝系統(tǒng)包括兩過濾處理，主要由以下部件構(gòu)成第一級膜蒸發(fā) 池5,用于第一級過濾、處理經(jīng)過預(yù)熱的原水；與上述第一級膜蒸發(fā)池5的蒸 汽排出口相連接的第一級冷凝單元lll,用于冷凝、回收蒸汽；第一級膜蒸發(fā) 池5的濃水引出口經(jīng)過第一級^5成水加藥口 47后，管"^妻至第一級加^s成管道混合 器6,上述混合器6對濃水和第一級除硬堿水溶液進行混合；上述第一級加堿 管道混合器6的出口與第一級浸沒式超濾反應(yīng)過濾池7相連接，在上述第一 級浸沒式超濾反應(yīng)過濾池7中，混合液繼續(xù)混合、反應(yīng)；上述第一級浸沒式 超濾反應(yīng)過濾池7的出口經(jīng)過第一級加酸口 51后，連接至第一級加酸管道混 合器9,第一級加酸管道混合器9對加酸后的混合液繼續(xù)混合。經(jīng)過上述處理 后，對原水完成第一級過濾處理。
第一級加酸管道混合器9的排出口連接第二級膜蒸發(fā)池10,其用于第二 級蒸發(fā)處理；第二級冷凝單元222連接至第二級膜蒸發(fā)池10的蒸汽排出口 ； 第二級膜蒸發(fā)池10的濃水引出口經(jīng)過第二^5威水加藥口 59后，連接至第二 級加堿管道混合器11;上述第二級加堿管道混合器11的出口連接到第二級浸 沒式超濾反應(yīng)過濾池12;上述第二級浸沒式超濾反應(yīng)過濾池12的出口 61經(jīng) 過第二級加酸口 63與第二級加酸管道混合器14相連接；第二級加酸管道混 合器14的排出口管接至第二級膜蒸發(fā)池10,繼續(xù)蒸發(fā)。
以上為從整體上描述本發(fā)明高艱度工業(yè)污水膜耦合凈化處理系統(tǒng)，下面 具體描述本發(fā)明凈化處理系統(tǒng)的各個組成部件。
如圖l所示，本發(fā)明膜耦合凈化水處理裝置依次連接的原水預(yù)過濾器2;熱泵3;換熱器4;第一級膜蒸發(fā)池5。上述熱泵3與原水預(yù)過濾器2出口連 接；熱泵3的冷端接口 70與換熱器4的冷端入口 65相連接，熱泵3的熱水 出口 69通過管路連接至膜蒸發(fā)池5的原水入口 41,上述從熱泵3中引出的冷 端液體進入換熱器4，使從膜蒸發(fā)池5蒸汽引出接口 43處引出的蒸汽冷卻凝 結(jié)，再由換熱器4冷端出口 66返回?zé)岜?原水入口 。對于工業(yè)循環(huán)冷卻水還 可以由換熱器4冷端出口 66排至冷水池。
下面詳細描述第一級膜蒸發(fā)池5的結(jié)構(gòu)。膜蒸發(fā)池5中，包括設(shè)置在 膜蒸發(fā)池5中的膜單元27，垂至于膜蒸發(fā)池5底壁的隔板28，上述隔板28 將膜蒸發(fā)池5分割成初步沉淀區(qū)和膜區(qū)，上述膜單元27設(shè)置在膜區(qū)；垂至于 膜蒸發(fā)池5底壁的高位溢流管29，上述高位溢流管29設(shè)置于膜蒸發(fā)池的初步 沉淀區(qū)。此外，在上述膜單元27的下部設(shè)置有加熱部件30，對原水進行加熱。 膜蒸發(fā)池5頂部設(shè)置原液進口 41，原液進口將原液引入到初步沉淀區(qū)，膜蒸 發(fā)池5頂部還設(shè)置有熱水抽出口 42,將從膜單元27排出的熱水抽出。通過上 述原液進口 41,引入來自熱泵3熱水出口 69排出的經(jīng)過預(yù)熱的原水，通過熱 水抽出口 42，將熱水排出到設(shè)置于膜蒸發(fā)池5底壁上的熱水返回口 44，循環(huán) 使用熱水。在上述熱水抽出口 42和熱水返回口 44之間的管路上設(shè)置循環(huán)泵 26。上述膜蒸發(fā)池5的初步沉淀區(qū)的底壁上還設(shè)置排渣口 45，用于將濃渣排 出。上述高位溢流管29引出至膜蒸發(fā)池5的外部，具有濃水引出口 46。在膜 蒸發(fā)池5側(cè)部設(shè)置蒸汽引出接口 43，用于引出膜蒸發(fā)池5中的蒸汽。
下面結(jié)合圖2詳細描述設(shè)置在膜蒸發(fā)池中的膜蒸發(fā)組件的結(jié)構(gòu)。在圖2 中，膜蒸發(fā)組件包括膜組件外殼71,設(shè)置在膜外殼中的膜絲72，膜蒸發(fā)組件 底部澆鑄環(huán)氧樹脂75,頂部設(shè)置熱水出口 73，側(cè)部設(shè)置蒸汽引出口 74。上述 熱水出口 73連接熱水抽出口 42，上述蒸汽引出口 74連接蒸汽引出接口 43。
下面描述一下原水在膜蒸發(fā)池5中的處理過程。
-故熱泵預(yù)加熱的原水由熱水出口 69接至膜蒸發(fā)池5的原水入口 41，進 入初步沉淀區(qū)進行初步自然沉降后，上清液漫過隔板28進入膜區(qū)。膜蒸發(fā)組 件27采用帶外殼的柱式中空纖維膜組件，垂直浸沒或半浸沒于蒸發(fā)池的熱水 中，通過循環(huán)泵26的抽吸，將熱水由中空纖維膜組件下口進入，經(jīng)過管程向 上，從抽出口 42抽出，再由進口 44返回，循環(huán)進行。溢流出的濃水由出口 46引出。
第一級膜蒸發(fā)池5的蒸汽引出口管接至第一級冷凝單元111。上述第一 級冷凝單元111包括上述換熱器4、連接于換熱器4管程出口的氣液分離器16,上述氣液分離器16的液體排出口通過閥門17與蒸餾水暫存容器18相連 接。換熱器4排放的蒸汽被冷凝后，暫存在蒸餾水暫存容器18中。蒸餾水暫 存容器18中的蒸餾水在閥門19的控制下排放。上述氣液分離器16的蒸汽側(cè) 出口連接真空泵20,將蒸汽匯總于膜蒸發(fā)池5的蒸汽出口 43。
本發(fā)明中，還對從第一級膜蒸發(fā)池5出口 46引出的濃水進行第一級堿水 加藥。在連接于濃水引出口 46的管路上設(shè)置第一I5^威水加藥口 47，從上述加 藥口 47處定量加入除硬堿水溶液。經(jīng)過加藥口 47后，上述管路連接至第一 級加堿管道混合器6。在管道混合器6中混合濃水以及除硬石威水溶液后，將混 合水由設(shè)置在浸沒式超濾反應(yīng)過濾池7上的接口 48進入第一級浸沒式超濾反 應(yīng)過濾池7。
第一級浸沒式超濾反應(yīng)過濾池7中設(shè)置透過浸沒式超濾膜組件31,上述 膜組件為無外殼浸沒式超濾膜。在透過浸沒式超濾膜組件31下方設(shè)置穿孔曝 氣管32,混合水在穿孔曝氣管32排放的氣泡作用下繼續(xù)混合、反應(yīng)。過濾池 7頂部設(shè)置為超濾膜濾過液抽出口 49，與抽出口 49管接的管路上設(shè)置抽水泵 8。在抽水泵8出口通過第一級加酸口 51，與第一級加酸管3各混合器9的入口 相連。在加酸口 51處加酸，調(diào)回混合水的pH值后，混合水進入第一級加酸 管道混合器9。在第一級加酸管道混合器的出口可以處設(shè)置在線pH計52，用 于控制加酸口 51處的加酸量。
此外，在浸沒式超濾反應(yīng)過濾池7中的穿孔曝氣管32為間歇曝氣，防止 超濾膜污染，曝氣管距離反應(yīng)池底部有足夠的高度，使大部分污泥絮體可以 在停止曝氣時自然沉降。在幾個曝氣周期中，設(shè)置某一次停止曝氣時，由設(shè) 置在過濾池7底部的出口 50進行自動排渣。
從第 一級混合器9排出的混合液進入第二級膜蒸發(fā)池10。第二級膜蒸發(fā) 池10的結(jié)構(gòu)類似于第一級膜蒸發(fā)池5，也是包括設(shè)置在膜蒸發(fā)池10中的膜 單元34，垂至于膜蒸發(fā)池IO底壁的隔板37,上述隔板37將膜蒸發(fā)池10分 割成初步沉淀區(qū)和膜區(qū)，上述膜單元34設(shè)置在膜區(qū)；垂至于膜蒸發(fā)池10底 壁的高位溢流管38,上述高位溢流管38設(shè)置于膜蒸發(fā)池的初步沉淀區(qū)。此外， 在上述膜單元34的下部設(shè)置有加熱部件35，對原水進行加熱。膜蒸發(fā)池10 頂部設(shè)置二次液液進口 57, 二次液進口將二次液液引入到初步沉淀區(qū)，膜蒸 發(fā)池10頂部還設(shè)置有熱水抽出口 5,3,將從膜單元37排出的熱水抽出。通過 上述二次液進口 57，引入來管道混合器52排出的經(jīng)過二次液，通過熱水抽出 口 53，將熱水排出到設(shè)置于第二級膜蒸發(fā)池10底壁上的熱水返回口 55,循環(huán)使用熱水。在上述熱水抽出口 53和熱水返回口 55之間的管路上設(shè)置循環(huán) 泵33。上述膜蒸發(fā)池10的初步沉淀區(qū)的底壁上還設(shè)置排渣口 56,用于將濃 渣排出。上述高位溢流管38引出至膜蒸發(fā)池10的外部，具有濃水引出口。 在膜蒸發(fā)池10側(cè)部設(shè)置蒸汽引出口 54，用于引出膜蒸發(fā)池IO中的蒸汽。
第二級膜蒸發(fā)池10的蒸汽引出口 54管接至第二級冷凝單元222的換熱 器15的入口 ，將從第二級膜蒸發(fā)池10排出的蒸汽$ 1入到第二級冷凝單元222。 第二級冷凝單元222與第一級冷凝單元111的結(jié)構(gòu)類似，包括上述換熱器15、 連接于換熱器15管程出口的氣液分離器21，上述氣液分離器21的液體排出 口通過閥門22與蒸餾水暫存容器23相連接。換熱器15排放的蒸汽被冷凝后， 暫存在蒸餾水暫存容器23中。蒸餾水暫存容器23中的蒸餾水在閥門24的控 制下排放。上述氣液分離器21的蒸汽側(cè)出口連接真空泵25，將蒸汽匯總于膜 蒸發(fā)池10的蒸汽出口 54。
此外，根據(jù)具體使用情況，第一級冷凝單元111與第二級冷凝單元222 可以是相互獨立部分，也可以是完全共用的一套蒸汽冷卻分離部件。
從第二級膜蒸發(fā)池10中排出的水中通過第二級石威水加藥口 59加藥后， 進入第二級加堿管道混合器11。第二級加藥與第一級加藥不同之處在于除 加入堿水溶液以除硬度外，還需要投加絮凝劑甚至活性炭等，然后進入第二 級浸沒式超濾反應(yīng)過濾池12。
第二級加堿管道混合器11的出口連接到設(shè)置于第二級浸沒式超濾反應(yīng) 過濾池12的頂壁上的接口 60。
第二級浸沒式超濾反應(yīng)過濾池12與第一級過濾池7結(jié)構(gòu)相同，在過濾池 中設(shè)置透過浸沒式超濾膜組件39,上述膜組件為無外殼浸沒式超濾膜。在透 過浸沒式超濾膜組件39下方設(shè)置穿孔曝氣管40,混合水在穿孔曝氣管40排 放的氣泡作用下繼續(xù)混合、反應(yīng)。過濾池12頂部設(shè)置超濾膜濾過液抽出口 61， 與抽出口 61管接的管路上設(shè)置抽水泵13。在抽水泵13的出口通過第二級加 酸口 63與第二級管路混合器9的入口管接。在進入第二級加酸管路混合器11 以前，在加酸口 63處加酸，調(diào)回混合水的pH值后，混合水進入第二級加酸 管道混合器9。在第二級加酸管道混合器的出口可以處設(shè)置在線pH計64,用 于加酸口 63處的加酸量。
由于換熱器通常結(jié)垢情況嚴重，常規(guī)循環(huán)水系統(tǒng)運行的中、后期，往往 由于嚴重結(jié)垢而影響換熱效果，另外也存在運行中含鹽量增高，腐蝕換熱器， 以及細菌藻類滋生等問題。在本發(fā)明中，可以采用常規(guī)換熱器，但優(yōu)選采用中空纖維換熱器，因其具有較高的傳熱面積，而且，中空纖維膜壁厚較薄， 可以抵消高分子材料導(dǎo)熱率低于金屬的缺點，同時，高分子材料的耐鹽類腐 蝕性遠高于金屬材料，因此，中空纖維換熱器的預(yù)期使用壽命比較長。中空 纖維材料可以為聚偏氟乙烯或聚丙烯、聚乙烯等高分子材料。最好是采用聚
偏氟乙烯材料作為換熱器。聚偏氟乙烯中空纖維，內(nèi)徑0. 2 — 1 Omm,壁厚 0. 05 —l.Omm。根據(jù)處理量的不同，可以將多個膜組件并聯(lián)或同時串聯(lián)使用。 換熱器4、 15由多支并列組成一段，多段串聯(lián)構(gòu)成一組。
疏水膜采用內(nèi)接觸式中空纖維疏水膜，即中空纖維膜管內(nèi)側(cè)接觸原水。 膜材質(zhì)可以是聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯，優(yōu)選聚偏氟乙烯 中空纖維疏水膜，內(nèi)徑0. 2 — 3. Omm，壁厚0. 05 — 1. Omm。膜蒸發(fā)器5由多 支并列組成膜單元。
蒸發(fā)池中設(shè)置加熱部件，加熱方式可以是換熱器加熱，也可以采用蒸汽 或電加熱棒直接加熱。膜蒸發(fā)池溫度50~ 9(TC,優(yōu)選60 70。C。
膜蒸發(fā)池濃縮倍數(shù)為原水進入膜池的量與排出膜池的濃水量之比。
下面詳細描述本發(fā)明膜耦合凈化水處理方法
1、 原水經(jīng)過預(yù)過濾器2后進入熱泵3,從熱泵3的接口 70引出的冷端 液體進入換熱器4，使從膜蒸發(fā)池5接口 43處引出的蒸汽冷卻凝結(jié)，再由換 熱器4冷端出口 66返回?zé)岜?原水入口。對于工業(yè)循環(huán)冷卻水還可以由換熱 器4冷端出口 66排至冷水池。
2、 被熱泵預(yù)加熱的原水由熱水出口 69接至膜蒸發(fā)池5的原水入口 41, 初步自然沉降后，上清液漫過隔板28進入膜區(qū)。膜蒸發(fā)組件27采用帶外殼 的柱式中空纖維膜組件，垂直浸沒或半浸沒于蒸發(fā)池的熱水中，通過循環(huán)泵 26的抽吸，將熱水由中空纖維膜組件下口進入，經(jīng)過管程向上，從出口 42抽 出，再由進口 44返回，循環(huán)進行。溢流出的濃水由出口 46引出。濃渣從濃 渣排出口 45中排出。
3、 蒸汽在真空泵20的負壓作用下，從膜組件的上側(cè)口抽出，匯總于膜 蒸發(fā)池5蒸汽出口 43，管接于換熱器4的管程，被冷凝液化后，經(jīng)由氣液分 離器16，流入蒸餾水暫存容器18。如果膜因親水化產(chǎn)生滲漏，滲漏液可從膜 組件下側(cè)口排出。膜組件置于蒸發(fā)池中有利于對膜組件進行保溫，防止透過
膜的蒸汽在膜組件內(nèi)冷凝。 .
4、 對于從第一級膜蒸發(fā)池5出口 46引出的濃水，進行第一級加藥。在 管路47處被定量加入除硬堿水溶液，經(jīng)管道混合器6混合后由接口 48進入浸沒式超濾反應(yīng)過濾池7，在穿孔曝氣管32的作用下繼續(xù)混合、反應(yīng)，在抽 水泵8的抽吸下，透過浸沒式超濾膜組件31，在管路51處被加酸調(diào)回pH值 后，進入管道混合器9。在管路52處設(shè)置在線pH計控制管路51處的加酸量。 穿孔曝氣管32為間歇曝氣防止超濾膜污染，曝氣管距離反應(yīng)池底部有足夠的 高度，使大部分污泥絮體可以在停止曝氣時自然沉降。在幾個曝氣周期中， 設(shè)置某一次停止曝氣時由出口 50進行自動排渣。
5、 經(jīng)加酸混合后的浸沒式超濾反應(yīng)過濾池7出水，被泵8輸送至第二級 膜蒸發(fā)池10的進口57,進行第二級蒸發(fā)。其方法同第一級。
6、 蒸汽在真空泵25的負壓作用下，/人膜組件的上側(cè)口抽出，匯總于膜 蒸發(fā)池10蒸汽出口54，管接于換熱器15的管程，被冷凝液化后，經(jīng)由氣液 分離器21，流入蒸餾水暫存容器23。
7、 經(jīng)過第二級膜蒸發(fā)池10濃縮后，引出的濃水，進行第二級加藥。方 法同第一級。不同之處在于除加入堿水溶液以除硬度外，還需要投加絮凝 劑甚至活性炭等，然后進入第二級浸沒式超濾反應(yīng)過濾池12。
8、 第二級浸沒式超濾反應(yīng)過濾池12的操作方法類同于第一級浸沒式超 濾反應(yīng)過濾池7。
9、 第二級浸沒式超濾反應(yīng)過濾池12的超濾清液由泵13抽吸，經(jīng)過管路 63處加酸，在管道混合器14混合，管路64處在線pH計監(jiān)測控制管路63處 加酸量，再返回第二級膜蒸發(fā)池10的進水口 58，繼續(xù)蒸發(fā)。由于水中雜質(zhì)去 除率高，可以提高第二級膜蒸發(fā)濃縮的倍數(shù)。
經(jīng)過第二級膜蒸發(fā)池再濃縮3~10倍后， 一部分直接排放， 一部分繼續(xù) 進行化學(xué)處理。由于水中COD濃度增大，在加堿化學(xué)除硬的同時還需要加入 絮凝劑進行化學(xué)絮凝，除去有機污染物。化學(xué)除硬條件NaOH800 ~ 1200mg/L,Na2C03200 ~ 600,除硬后，4丐、鎂離子濃度均低于100mg/L，優(yōu)選低 于50mg/L。當(dāng)COD組成物中小分子物質(zhì)含量較高時，還需要加入活性炭來吸 附低分子有機物。絮凝劑可以采用水處理常規(guī)絮凝劑，如氯化鐵、聚合硫酸 鋁、聚合硫酸鐵等無機絮凝劑，或聚丙烯酰胺、改性聚丙烯酰胺等有機絮凝 劑，本發(fā)明在此不做限定。經(jīng)過化學(xué)除硬和絮凝吸附后，清液COD應(yīng)低于200 mg/L,本發(fā)明優(yōu)選COD低于100 mg/L。本發(fā)明優(yōu)選不直接排放，濃縮液全部 繼續(xù)進行化學(xué)處理。
權(quán)利要求
1、一種膜耦合凈化水處理裝置，包括兩過濾處理，其特征在于，包括第一級膜蒸發(fā)池(5)，用于第一級過濾、處理經(jīng)過預(yù)熱的原水；上述第一級膜蒸發(fā)池(5)的蒸汽排出口(43)連接至第一級冷凝單元(111)，用于冷凝、回收蒸汽；第一級膜蒸發(fā)池(5)的濃水引出口(46)經(jīng)過第一級加藥裝置后，連接至上述第一級浸沒式超濾反應(yīng)過濾池(7)；在上述第一級浸沒式超濾反應(yīng)過濾池(7)中，混合液繼續(xù)混合、反應(yīng)；第一級浸沒式超濾反應(yīng)過濾池(7)的排出口與第二級膜蒸發(fā)池(10)管路相通，上述第二級膜蒸發(fā)池(10)用于對二次液進行第二級蒸發(fā)處理；第二級膜蒸發(fā)池(10)的蒸汽排出口(54)連接至第二級冷凝單元(222)；第二級膜蒸發(fā)池(10)的濃水引出口經(jīng)過第二級加藥裝置后，連接至第二級浸沒式超濾反應(yīng)過濾池(12)；上述第二級浸沒式超濾反應(yīng)過濾池(12)的出口管接至第二級膜蒸發(fā)池10，將處理液返回到膜池中繼續(xù)蒸發(fā)處理。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的膜耦合凈化水處理裝置，其特征在于 第一級膜蒸發(fā)池(5 )上連接有熱泵(3 )，熱泵(3 )連接原水預(yù)過濾器(2 )的出口 ；熱泵(3)的冷端接口 (70)與第一級冷凝單元(111)的換熱器(4)的 冷端入口 (65)相連接；熱泵(3 )的熱水出口 ( 69 )通過管路連接至膜蒸發(fā)池(5 )的原水入口 (41);上述從熱泵(3 )中引出的冷端液體進入換熱器(4 ),使從膜蒸發(fā)池(5 ) 蒸汽引出接口 (43)處引出的蒸汽冷卻凝結(jié)，再由換熱器4冷端出口 (66) 返回?zé)岜?3)原水入口。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜耦合凈化水處理裝置，其特征在于 第一級膜蒸發(fā)池(5 )以及第二級膜蒸發(fā)池(10)中均包括 設(shè)置在膜蒸發(fā)池(5， 10)中的膜單元(27， 34);垂至于膜蒸發(fā)池(5， 10)底壁的隔板(28, 37 )，上述隔板(28， 37) 將膜蒸發(fā)池(5， 10)分割成初步沉淀區(qū)和膜區(qū)，上述膜單元(27， 34)設(shè)置 在膜區(qū)；垂至于膜蒸發(fā)池(5， 10)底壁的高位溢流管(29, 38 ),上述高位溢流 管(29)設(shè)置于膜蒸發(fā)池的初步沉淀區(qū)；在上述膜單元(27， 34)的下部設(shè)置有加熱部件(30， 35)，對原水進行 力口熱；膜蒸發(fā)池(5, 10)的頂部設(shè)置處理液進口 (41， 57)，原液進口將原液 引入到初步沉淀區(qū)；膜蒸發(fā)池(5, IO)頂部還設(shè)置有熱水抽出口 ( 42, 53 ),將從膜單元(27, 34)排出的熱水抽出；上述熱水抽出口 ( 42, 53 )與膜蒸發(fā)池(5， IO)底壁上的熱水返回口 (44, 55)管接，循環(huán)使用熱水；在上述熱水抽出口 ( 42, 53 )和熱水返回口 ( 44, 55 )之間的管3各上設(shè) 置循環(huán)泵(26， 33);上述膜蒸發(fā)池(5, 10)的初步沉淀區(qū)的底壁上還設(shè)置排渣口，用于將濃 渣排出；上述高位溢流管(29, 38 )引出至膜蒸發(fā)池(5， 10)的外部； 在膜蒸發(fā)池(5， 10)的側(cè)部設(shè)置蒸汽引出接口 (43， 53)用于引出膜蒸 發(fā)池(5)中的蒸汽。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的膜耦合凈化水處理裝置，其特征在于 第一級膜蒸發(fā)池(5 )以及第二級膜蒸發(fā)池(10 )的蒸汽引出口分別管接至第一級冷凝單元(111 )和第二冷凝單元(222 ); 上述冷凝單元(111， 222 )包括 換熱器(4， 15);連接于換熱器(4， 15)出口的氣液分離器(16， 21);上述氣液分離器(16, 21)的液體排出口與蒸餾水暫存容器(18， 23) 相連接，換熱器排放的蒸汽被冷凝后，暫存在蒸餾水暫存容器中；上述氣液分離器(16， 21)的寨汽側(cè)出口連接真空泵(20)，將蒸汽匯總 于膜蒸發(fā)池(5, 10 )的蒸汽出口 (43, 54)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的膜耦合凈化水處理裝置，其特征在于 膜蒸發(fā)池(5， 10)的濃水引出口經(jīng)過^ 咸水加藥口 ( 47, 58 )后，管接至加堿管道混合器(6, 11),上述混合器(6, 11)對濃水和除硬堿水溶液進行 混合；上述加堿管道混合器(6, 11)的出口與浸沒式超濾反應(yīng)過濾池(7, 61)相連接；上述浸沒式超濾反應(yīng)過濾池(7， 12)的出口經(jīng)過加酸口 (51, 63)后， 連接至加酸管道混合器(9, 14)，加酸管道混合器(9, 14)對加酸后的混合 液繼續(xù)混合。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的膜耦合凈化水處理裝置，其特征在于 浸沒式超濾反應(yīng)過濾池(7, 12 )中設(shè)置透過浸沒式超濾膜組件(31, 39 ),上述膜組件為無外殼浸沒式超濾膜；在透過浸沒式超濾膜組件(31， 39)下方設(shè)置穿孔曝氣管(32, 40 ),混 合水在穿孔曝氣管(32， 40)排放的氣泡作用下繼續(xù)混合、反應(yīng)；過濾池(7， 12)頂部設(shè)置為超濾膜濾過液抽出口 (49, 61)，與抽出口 (49, 61)管接的管路上設(shè)置抽水泵(8， 13)，在抽水泵(8, 13)出口通過 加酸口 (51， 63),與加酸管路混合器(9， 14)的入口相連；在上述加酸口 (51， 63)處加酸，調(diào)回混合水的pH值后，混合水進入加酸管道混合器；在加酸管道混合器的出口處設(shè)置在線pH計(52, 64 )用于控制加酸口處 的加酸量。
7、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的膜耦合凈化水處理裝置，其特征在于 換熱器為中空纖維換熱器，中空纖維材料采用聚偏氟乙烯材料，聚偏氟乙烯中空纖維，內(nèi)徑為0. 2 — 3. Omm,壁厚為0. 05 — 1. Omm,根據(jù)處理量的不 同，多個膜組件并聯(lián)或同時串聯(lián)使用。
8、 一種膜耦合凈化水處理方法，其特征在于，包括 原水首先進入第 一級膜蒸發(fā)池進行第 一級循環(huán)蒸發(fā)；在第一級膜蒸發(fā)池中溢流出的濃水中加堿，然后將混合液引入到第一級 浸沒式超濾反應(yīng)器中，在第一級浸沒式超濾反應(yīng)器中進行第一級反應(yīng)過濾，濾清液被抽出進入 第二級膜蒸發(fā)池進行第二級循環(huán)蒸發(fā)；從第二級膜蒸發(fā)池中溢流出的濃水加堿和絮凝劑后，進入第二級浸沒式 超濾反應(yīng)器中進行反應(yīng)過濾。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高濃度工業(yè)污水膜耦合凈化處理工藝裝置與方法。原水首先進入膜蒸發(fā)池進行第一級循環(huán)蒸發(fā)，溢流出的濃水加堿，在浸沒式超濾反應(yīng)器中進行第一級反應(yīng)過濾，濾清液被泵抽出進入第二級膜蒸發(fā)池進行第二級循環(huán)蒸發(fā)，溢流出的濃水加堿和絮凝劑后，進入第二級浸沒式超濾反應(yīng)器中進行反應(yīng)過濾。膜蒸發(fā)組件采用帶外殼的柱式中空纖維膜組件，垂直浸沒或半浸沒于蒸發(fā)池中，通過循環(huán)泵的抽吸，將熱水由中空纖維膜組件下口進入，經(jīng)過管程向上抽出，循環(huán)進行減壓膜蒸發(fā)。膜蒸發(fā)池中設(shè)置隔板，經(jīng)過預(yù)沉降后的上清液漫過隔板進入膜區(qū)，可以減緩膜污染。本發(fā)明大大減少污水排放量，降低膜蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)運行成本，實現(xiàn)工業(yè)污水凈化回用，達到節(jié)水減排的目的。采用本發(fā)明技術(shù)，一般可以將反滲透再濃縮約100倍，大大減少廢水排放量。濃縮液和污泥可以直接用常規(guī)蒸發(fā)器干燥，做到零排放。
文檔編號C02F9/10GK101565257SQ20081005286
公開日2009年10月28日 申請日期2008年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月23日
發(fā)明者呂曉龍 申請人:天津工業(yè)大學(xué)