專利名稱：一種基于正滲透和膜蒸餾的廢水處理方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于污水處理領(lǐng)域，具體涉及一種基于正滲透和膜蒸餾的廢水處理方法及
>J-U裝直。
背景技術(shù)：
目前高含鹽廢水是一種工業(yè)生產(chǎn)面臨的很難有效處理達(dá)標(biāo)排放的廢水，主要代表性廢水包括頁巖氣壓裂廢水，草甘膦工業(yè)廢水，硝酸銀廢水，二氧化鈦廢水，硫酸銅工業(yè)廢水，制藥廢水，印染廢水，油田廢水等，這些廢水不僅具有很高的含鹽量，常常也含有很高的化學(xué)耗氧量C0D，且具有很低的可生化性。針對(duì)高含鹽高COD濃度的廢水的處理還沒有一個(gè)具有較廣范適用范圍的經(jīng)濟(jì)高效的處理技術(shù)方法。目前高含鹽廢水的主要處理方法包括化學(xué)藥劑進(jìn)行處理，調(diào)節(jié)廢水的酸堿性，蒸餾，或沉淀、離子交換，電滲析以及多效蒸發(fā)，反滲透，膜生物反應(yīng)器等聯(lián)合使用，多步驟出去廢水中的鹽度，達(dá)到排放的標(biāo)準(zhǔn)。這些處理方法投資大、工藝復(fù)雜、能耗高，處理成本高。例如中國(guó)專利CN101798150A “高含鹽廢水的處理方法及其處理裝置”公布了一種以RO處理方法為核心的處理方法，為了達(dá)到RO系統(tǒng)進(jìn)水要求，采用加酸調(diào)節(jié)pH值及碳酸鹽硬度，采用鈉離子交換器去除永久硬度、采用弱酸離子交換器去除碳酸鹽硬度、去除溶解性的CO2的方法來滿足RO的進(jìn)水指標(biāo)要求，該方法在處理較高含量溶解性鹽類廢水時(shí)離子交換的成本太高，也不適應(yīng)于高COD含量的廢水，應(yīng)用范圍窄，而且處理成本高。專利CNlO 1857321 “反滲透濃水和高含鹽復(fù)雜廢水處理與回用方法及設(shè)備”公布了采用管式膜分離再經(jīng)過RO裝置處理的方法，該方法需要大量化學(xué)藥劑，處理成本高，不適用于重金屬離子較低的高含鹽廢水和高C OD廢水。專利CN102001776公布了一種“高含鹽有機(jī)廢水的回用處理方法和裝置”，采用加入化學(xué)藥劑沉淀過濾的方法去除水中重金屬離子，采用電吸附脫鹽、電解氯技術(shù)降低水中鹽濃度的方法，該方法處理成本高、能耗高，而且同樣應(yīng)用范圍較窄；專利CN102583876公布了一種“高含鹽污水的處理裝置及其處理方法”，采用電滲析的方法降低鹽濃度，采用生化池降低廢水中的COD，該方法在廢水中鹽濃度很高時(shí)電滲析成本很高，脫鹽效率降低，在廢水可生化性較低時(shí)去除COD的效果很差，同樣具有很多的局限性；專利CN102092887 “高濃度高含鹽工業(yè)廢水處理系統(tǒng)與方法”中，采用調(diào)節(jié)池、中和池、沉淀池、電凝聚、A/0生物接觸氧化池、沉淀遲、活性炭過濾消毒等一系列處理工藝，工藝流程復(fù)雜，占地大，投資和運(yùn)行成本高，也不適合于可生化性較差的高含鹽高COD廢水的處理；專利CN102616973“高含鹽有機(jī)廢水的處理方法及其處理裝置”中，采用多效蒸發(fā)與MVR系統(tǒng)結(jié)合的工藝技術(shù)，相對(duì)于一般多效蒸發(fā)可以有效降低能耗，但對(duì)于腐蝕性高的高含鹽廢水，設(shè)備投資高昂，能耗仍然很高；專利CN102390902 “高含鹽濃水干化處理系統(tǒng)”中，采用多效蒸發(fā)結(jié)晶的處理工藝，設(shè)備投資高，運(yùn)行能耗高，適用范圍??；專利CN102616996 “一種處理高含鹽量的混合廢水的方法和專用系統(tǒng)”中，采用A2/0生化處理工藝后再經(jīng)過超濾膜過濾后采用RO處理的工藝，設(shè)備投資較高，占地面積大，對(duì)于可生化性低的高含鹽廢水無法有效運(yùn)行；專利CN102642947 “高含鹽有機(jī)廢水的超臨界水氧化處理系統(tǒng)”、專利CN102249461 “高含鹽高含氯有機(jī)廢水的超臨界水氧化處理系統(tǒng)”中，采用超臨界水氧化處理系統(tǒng)(SCWO)與蒸發(fā)相結(jié)合的處理技術(shù)，設(shè)備投資高，運(yùn)行能耗高；專利CN102363546 “一種高含鹽制藥廢水的處理系統(tǒng)”中，采用催化微電解+雙氧水催化氧化+光合菌厭氧系統(tǒng)+光合菌好氧系統(tǒng)+混凝脫色池的處理工藝，主要針對(duì)的制藥行業(yè)特定的某些具有一定含鹽量的高COD廢水的處理；專利CN101402509 “處理高含鹽廢水的污水處理系統(tǒng)及處理方法”中，采用生化處理系統(tǒng)與鹽結(jié)晶系統(tǒng)相結(jié)合，其中鹽結(jié)晶系統(tǒng)采用膜生物反應(yīng)器(MBR) +超濾+ 二級(jí)反滲透的工藝，整體工藝流程長(zhǎng)，占地面積大，投資及運(yùn)行費(fèi)用高，而且對(duì)于鹽含量超過5%的廢水或可生化性差的廢水處理效果差?？傮w來看，以上方法分別存在處理成本高、投資大、RO膜污染嚴(yán)重、處理水源鹽濃度偏低等缺點(diǎn)，對(duì)于可生化性差的廢水效果差等不足，在高含鹽高COD濃度廢水的處理上不能得到大范圍的推廣。特別是反滲透過程已經(jīng)廣泛應(yīng)用于海水淡化，鍋爐水處理，由于其大規(guī)模應(yīng)用，成本逐年降低。但是反滲透過程必須克服廢水的高滲透壓，所以直接利用反滲透過程處理高含鹽廢水無論從實(shí)踐和能耗上均是不可行的。另外反滲透的濃水排放問題已經(jīng)越來越引起關(guān)注，因?yàn)樵擃悵馀潘呀?jīng)成為新一類的污染源。因此，尋找反滲透的替代方法已經(jīng)成為新的研究方向。正滲透和膜蒸餾過程膜法水處理技術(shù)的新研究成果。相比于反滲透，正滲透和膜蒸餾被譽(yù)為新一代、低能耗海水淡化技術(shù)。

正滲透的原理為利用選擇性半透膜為分離介質(zhì)，以膜兩側(cè)的溶液的滲透壓差為推動(dòng)力，在不需外加壓力的作用下，水分子自動(dòng)從進(jìn)料側(cè)滲透到高滲透壓側(cè)(驅(qū)動(dòng)液側(cè))。在此過程中，進(jìn)料液被濃縮，驅(qū)動(dòng)液被稀釋。由于過程自發(fā)，選擇適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)溶液就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)料的濃縮處理，因而該過程與反滲透過程相比，具有能耗低，環(huán)境友好的優(yōu)勢(shì)。而膜蒸餾則是以疏水膜為分離介質(zhì)，在遠(yuǎn)離水的沸點(diǎn)的情況下，利用膜兩側(cè)的蒸汽分壓差為推動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水的濃縮和回用。膜蒸餾采用疏水性的膜材料，只能允許氣體透過膜，而水則不能透過膜，其分離驅(qū)動(dòng)力為膜兩側(cè)的氣體分壓差，膜蒸餾原料側(cè)溶液一般需要較高的溫度提供較高的氣體分壓，而另一側(cè)采用較低溫度的液體或抽真空的方式降低氣體分壓，因此膜蒸餾技術(shù)又分為直接接觸式膜蒸餾(DCMD)技術(shù)和真空膜蒸餾(VMD)技術(shù)，另外采用氣體吹掃的方法也可以有效降低產(chǎn)水側(cè)的氣體分壓。由于膜蒸餾膜只能允許蒸汽透過，所有具有較高的截留率，可以處理高濃度的水溶液?？捎糜谏镏破窛饪s，食品加工，以及高含鹽廢水的處理。從理論上講，膜蒸餾是唯一一個(gè)一步就可以得到純凈水的膜過程。同時(shí)，膜蒸懼技術(shù)相對(duì)于一般蒸懼技術(shù)，其膜材料一般為高分子材料，具有很好的耐腐蝕性能，節(jié)省了蒸餾設(shè)備昂貴的造價(jià)，同時(shí)膜蒸餾膜提供了普通蒸餾所不具有的高比表面積，在較低的操作溫度下水蒸汽透量即可滿足要求，一般可以利用低品位的熱源(如廢熱、太陽能、地?zé)岬?，具有很好的經(jīng)濟(jì)性能。膜蒸餾過程與反滲透相比，具有能耗低，可處理水的適用范圍廣的特點(diǎn)。但是，膜蒸餾過程的膜污染問題是影響膜蒸餾應(yīng)用的瓶頸。膜蒸餾過程的污染的產(chǎn)生包括溶液中有機(jī)物、微生物、以及一些易結(jié)構(gòu)鹽類的存在導(dǎo)致膜的疏水性降低，甚至膜潤(rùn)濕因而運(yùn)行失敗。因此膜污染導(dǎo)致膜蒸餾過程的適用性大大降低。如果使用組分確定、組成相對(duì)單一、不易結(jié)垢和不易污染膜的進(jìn)料液將提高膜蒸餾的運(yùn)行穩(wěn)定性，但是實(shí)際應(yīng)該中的水質(zhì)去非常復(fù)雜，所以直接用膜蒸餾發(fā)出利很多廢水都無法解決膜污染問題。
與此相對(duì)應(yīng)，正滲透過程利用高滲透壓，且組分確定的驅(qū)動(dòng)液對(duì)進(jìn)料進(jìn)行濃縮，運(yùn)行過程中驅(qū)動(dòng)液被稀釋，而驅(qū)動(dòng)液的有效、低能耗回收是正滲透應(yīng)用的關(guān)鍵。有鑒于正滲透的驅(qū)動(dòng)液回收問題和膜蒸餾的污染問題，本發(fā)明將結(jié)合正滲透和膜蒸餾的優(yōu)勢(shì)，利用正滲透過程對(duì)高含鹽廢水進(jìn)行處理，利用膜蒸餾技術(shù)對(duì)正滲透驅(qū)動(dòng)液進(jìn)行回收，實(shí)現(xiàn)高含鹽廢水的低能耗處理和回用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種處理農(nóng)藥生產(chǎn)廢水、工業(yè)廢水等高含鹽高COD濃度的廢水處理方法及裝置。本發(fā)明首先公開了一種基于正滲透和膜蒸餾的廢水處理方法，包括廢水濃縮工藝和驅(qū)動(dòng)液循環(huán)工藝；其中，所述廢水濃縮工藝為采用正滲透技術(shù)，通過驅(qū)動(dòng)液對(duì)高含鹽高COD濃度廢水進(jìn)行濃縮，獲得濃縮后的廢水和稀釋后的驅(qū)動(dòng)液，所述驅(qū)動(dòng)液的滲透壓高于高含鹽高COD濃度廢水的滲透壓；所述驅(qū)動(dòng)液循環(huán)工藝為采用膜蒸餾技術(shù)對(duì)稀釋后的驅(qū)動(dòng)液進(jìn)行脫水，獲得純化后的水(純化水)，以及再生驅(qū)動(dòng)液；所述再生驅(qū)動(dòng)液重復(fù)利用于廢水濃縮工藝，繼續(xù)用于對(duì)廢水進(jìn)行濃縮。較優(yōu)的，所述基于正滲透和膜蒸餾的廢水處理方法，其步驟如下:I)廢水濃縮工藝:首先對(duì)高含鹽高COD濃度廢水進(jìn)行預(yù)處理，除去廢水中的懸浮物和/或固體物質(zhì)；預(yù)處理后的廢水進(jìn)入正滲透組件，在滲透壓的作用下，廢水中的水透過正滲透組件的正滲透膜進(jìn)入驅(qū)動(dòng)液，通過正滲透組件后，分別獲得濃縮后的廢水和稀釋后的驅(qū)動(dòng)液；濃縮后的廢水進(jìn)一步處理后排放；2)驅(qū)動(dòng)液循環(huán)工藝:稀釋后的驅(qū)動(dòng)液從正滲透組件中流出，加熱升溫至40 65°C，獲得熱驅(qū)動(dòng)液；所述熱驅(qū)動(dòng)液進(jìn)入膜蒸餾組件；在水蒸氣分壓差的驅(qū)動(dòng)下，熱驅(qū)動(dòng)液中的水以水蒸氣的形式透過膜蒸餾組件的疏水微孔膜進(jìn)入產(chǎn)水側(cè)；進(jìn)入產(chǎn)水側(cè)的水蒸氣冷凝回收后獲得純化水，熱驅(qū)動(dòng)液失水濃縮，獲得再生驅(qū)動(dòng)液；3)將驅(qū)動(dòng)液循環(huán)工藝獲得的再生驅(qū)動(dòng)液重新應(yīng)用于廢水濃縮工藝，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)液的循環(huán)利用，以及高含鹽高COD濃度廢水的持續(xù)處理。本發(fā)明所述高含鹽高COD濃度廢水為總?cè)芙庑怨腆w含量在100000 200000mg/l，COD含量小于等于2000mg/l的廢水。進(jìn)一步的，本發(fā)明所述高含鹽高COD濃度廢水包括頁巖氣壓裂廢水，草甘膦工業(yè)廢水，硝酸銀廢水，二氧化鈦廢水，硫酸銅工業(yè)廢水，制藥廢水，印染廢水，油田廢水等。本發(fā)明中待處理的高含鹽高COD濃度廢水，以及驅(qū)動(dòng)液濃度均未達(dá)到飽和結(jié)晶濃度。驅(qū)動(dòng)液的滲透壓高于待處理廢水的滲透壓。采用正滲透法處對(duì)廢水進(jìn)行濃縮時(shí)，正滲透膜驅(qū)動(dòng)液側(cè)，驅(qū)動(dòng)液的溫度范圍為5 95°C ;優(yōu)選為10 45°C ;最優(yōu)的為15 40°C。本發(fā)明所述高含鹽高COD濃度廢水的預(yù)處理為現(xiàn)有技術(shù)，其目的為除去廢水中的懸浮物、固體物質(zhì)及部分COD等，便于后續(xù)廢水的進(jìn)一步處理。較優(yōu)的，步驟I)所述預(yù)處理為采用混凝沉降法去除水中懸 浮物和部分C0D，采用多介質(zhì)過濾器和活性炭過濾器進(jìn)行過濾處理，或者采用保安過濾器進(jìn)行過濾，去除水中較大的固體物質(zhì)。本發(fā)明的正滲透膜的材料和結(jié)構(gòu)為現(xiàn)有技術(shù)。較優(yōu)的，步驟I)所述正滲透膜材料選自三醋酸纖維素、醋酸纖維素、聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈、磺化聚醚醚酮、聚偏氟乙烯、聚酰亞胺中的一種或兩種以上的組合。正滲透膜的膜結(jié)構(gòu)包括對(duì)稱雙皮層結(jié)構(gòu)，非對(duì)稱單皮層結(jié)構(gòu)復(fù)合膜，以及界面聚合膜。優(yōu)選的，本發(fā)明的正滲透膜NaCl的截流率不低于90%。以
0.5M的NaCl水溶液為驅(qū)動(dòng)溶液，純凈水為進(jìn)料，其水通量在致密皮層面對(duì)驅(qū)動(dòng)液的前提下，其反向鹽透過速率與水通量的比值低于3g / L0本發(fā)明驅(qū)動(dòng)液的滲透壓應(yīng)高于高含鹽高COD濃度廢水的滲透壓，才能在滲透壓的驅(qū)動(dòng)作用下，使廢水中的水透過正滲透膜進(jìn)入驅(qū)動(dòng)液。由于膜材料兩側(cè)液體滲透壓的不同，廢水側(cè)的滲透壓低于驅(qū)動(dòng)液側(cè)的滲透壓，水從廢水側(cè)在滲透壓的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)入驅(qū)動(dòng)液側(cè)，廢水中的以離子或絡(luò)合物形態(tài)存在的鹽類和有機(jī)物被FO膜(正滲透膜)截留在原料側(cè)，在正滲透膜的出口處，廢水被提濃至接近結(jié)晶濃度，從而達(dá)到一次性地將污染物濃縮分離的目的。步驟I)中濃縮后的廢水的進(jìn)一步處理選自冷卻結(jié)晶，蒸發(fā)或再一次通過正滲透組件進(jìn)一步濃縮。經(jīng)過濃縮后廢水的體積大大減少，可以以較低成本的工藝進(jìn)一步處理后排放。本發(fā)明所采用的驅(qū)動(dòng)液可采用現(xiàn)有技術(shù)的驅(qū)動(dòng)液。較優(yōu)的，所述驅(qū)動(dòng)液溶質(zhì)選自無機(jī)鹽類、有機(jī)小分子、有機(jī)小分子鹽類、高分子聚電解質(zhì)、蛋白質(zhì)、微細(xì)粒子中的任一種，所述驅(qū)動(dòng)液溶劑為水。更優(yōu)的，所述無機(jī)鹽類選自NaCl、KCl、MgCl2、KNO3、NaNO3、NH4HCO3、Na2SO4、K2SO4、Ca(NO3) 2、(NH4)2HPO4, (NH4)3PO4, Na3PO4中的一種或兩種以上的組合；所述有機(jī)小分子選自維生素C、葡萄糖、蔗糖、果糖、甘油、乙二醇及其寡聚物，氨基酸中的一種或兩種以上的組合；所述有機(jī)小分子鹽類選自乙二胺、EDTA、DTPA、乙酸鎂、乙酸鈉中的一種或兩種以上的組合；所述高分子聚電解質(zhì)選自聚乙烯胺、聚丙烯酸、聚酰胺基胺鹽酸鹽、硫酸鹽、磺化聚苯乙烯中的一種或兩種以上的組合；所述蛋白質(zhì)選自牛血清蛋白、磁性儲(chǔ)鐵蛋白中的一種或兩者的組合；所述微細(xì)粒子選自改性磁性納米粒子、改性金納米粒、樹枝狀高分子聚酰胺基胺、溫度敏感高分子凝膠中的一種或兩種以上的組合。

較優(yōu)的，步驟2)所述膜蒸餾技術(shù)(MD)選自直接接觸膜蒸餾工藝(DCMD)、真空膜蒸餾工藝(VMD)或吹掃氣膜蒸餾工藝。更優(yōu)的，采用直接接觸膜蒸餾工藝(DCMD)處理稀釋后的驅(qū)動(dòng)液時(shí)，使外源純水進(jìn)入膜蒸餾組件的產(chǎn)水側(cè)，透過疏水微孔膜的水蒸汽被外源純水冷卻吸收后，隨外源純水離開膜蒸餾組件，冷卻，獲得純化水。本工藝的優(yōu)點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單，對(duì)設(shè)備要求較低，缺點(diǎn)是熱效率較低。更優(yōu)的，采用真空膜蒸餾工藝(VMD)處理稀釋后的驅(qū)動(dòng)液時(shí)，疏水微孔膜產(chǎn)水側(cè)采用真空泵抽取透過膜蒸餾膜進(jìn)入產(chǎn)水側(cè)的水蒸氣，然后水蒸氣冷凝，獲得純化水。該方法中，未冷凝的水蒸氣和不凝氣被真空泵抽吸排放，該工藝的優(yōu)點(diǎn)是可以有效提高膜蒸餾膜兩側(cè)水蒸汽分壓差，熱效率能得到較好的利用，缺點(diǎn)是對(duì)設(shè)備要求較高。更優(yōu)的，采用吹掃氣膜蒸餾工藝處理稀釋后的驅(qū)動(dòng)液時(shí)，膜蒸餾產(chǎn)水側(cè)有進(jìn)氣口和出氣口，出氣口采用真空泵抽吸，進(jìn)氣口與大氣相通，通過真空泵抽吸將空氣吸入膜蒸餾元件，對(duì)透過疏水微孔膜的水蒸氣吹掃收集，冷凝后獲得純化水。該方法能有效降低產(chǎn)水側(cè)的水蒸氣分壓，并降低了產(chǎn)水側(cè)溫度，從而提高膜兩側(cè)水蒸氣壓差，這種工藝優(yōu)點(diǎn)是減少了膜蒸餾系統(tǒng)部分的投資，不需要專門的冷源，適合在余熱資源豐富和水資源不緊缺的條件下應(yīng)用。本發(fā)明采用膜蒸餾工藝對(duì)稀釋后的驅(qū)動(dòng)液進(jìn)行濃縮脫水，相對(duì)于直接蒸發(fā)濃縮技術(shù)或多效蒸發(fā)濃縮技術(shù)來講，其優(yōu)點(diǎn)主要為膜蒸餾的工作溫度范圍為相對(duì)較低，一般工作范圍為10-100°c，推薦工作溫度范圍為30-80°C，更優(yōu)選40-65°C，在這個(gè)溫度范圍內(nèi)可以采用工廠廢熱，太陽能，地?zé)岬鹊推肺坏臒嵩?，而不需要高品質(zhì)高價(jià)值的熱源，達(dá)到降低成本的目的。在驅(qū)動(dòng)液循環(huán)工藝中，驅(qū)動(dòng)液升溫至40 65°C后，熱驅(qū)動(dòng)液進(jìn)入膜蒸餾組件原料側(cè)，膜蒸餾的膜材料采用高疏水的材料制成，因此液態(tài)的水不能透過膜，只有水蒸氣等氣體可以透過膜進(jìn)入產(chǎn)水側(cè)，由于驅(qū)動(dòng)液溫度較高，其水蒸氣高于產(chǎn)水側(cè)水蒸汽分壓，在膜兩側(cè)水蒸氣分壓差的驅(qū)動(dòng)下，水蒸汽從驅(qū)動(dòng)液側(cè)進(jìn)入產(chǎn)水側(cè)，驅(qū)動(dòng)液失去水分被濃縮，最后作為再生驅(qū)動(dòng)液回到正滲透系統(tǒng)，從而達(dá)到了驅(qū)動(dòng)液循環(huán)利用的目的。本發(fā)明步驟2)的加熱升溫可以采用現(xiàn)有的加熱方法對(duì)驅(qū)動(dòng)液進(jìn)行加熱升溫；優(yōu)選的，可以采用工廠廢熱，太陽能或地?zé)岬葻嵩?。最?yōu)的，可以采用廢水處理系統(tǒng)內(nèi)自身的熱能。較優(yōu)的，本發(fā)明所述廢水處理方法還包括熱量循環(huán)利用工藝，所述熱量循環(huán)利用工藝為采用再生驅(qū)動(dòng)液的余熱加 熱升溫步驟2)稀釋后的驅(qū)動(dòng)液，獲得熱驅(qū)動(dòng)液；和/或采用產(chǎn)水側(cè)純化水的余熱加熱升溫步驟2)稀釋后的驅(qū)動(dòng)液，獲得熱驅(qū)動(dòng)液。再生驅(qū)動(dòng)液余熱:由于從膜蒸餾組件原料側(cè)出來的再生驅(qū)動(dòng)液還有一定的溫度，在進(jìn)入正滲透膜組件前需要進(jìn)行冷卻，為了有效利用其中的熱能，采用熱量交換的方法，與從正滲透膜組件流出的溫度較低的稀釋后的驅(qū)動(dòng)液進(jìn)行熱交換，既利用了熱能，又減少了需要的冷卻負(fù)荷。更優(yōu)的，當(dāng)采用再生驅(qū)動(dòng)液的余熱時(shí)，所述熱量循環(huán)利用工藝為:將從膜蒸餾組件中流出的帶有余熱的再生驅(qū)動(dòng)液輸送到換熱器，通過直接換熱的方法，與從正滲透組件流出的稀釋后的驅(qū)動(dòng)液進(jìn)行熱交換；或者將從膜蒸餾組件中流出的帶有余熱的再生驅(qū)動(dòng)液輸送到熱泵裝置的蒸發(fā)器，再經(jīng)熱泵裝置的換熱器與從正滲透組件出口流出的稀釋后的驅(qū)動(dòng)液進(jìn)行熱交換。通過熱泵技術(shù)可以使帶有余熱的再生驅(qū)動(dòng)液轉(zhuǎn)化成溫度更高(品位更高)的熱能，用于后續(xù)的熱量交換?！矫?，驅(qū)動(dòng)液余熱加熱技術(shù)可以采用驅(qū)動(dòng)液直接經(jīng)過換熱器進(jìn)行熱量交換，工藝流程示意圖見圖4，從膜蒸餾組件原料側(cè)出來的再生驅(qū)動(dòng)液還有一定的溫度，在進(jìn)入正滲透膜元件前需要進(jìn)行冷卻，為了有效利用其中的熱能，采用直接換熱的技術(shù)，進(jìn)入換熱器與從正滲透膜元件出口的冷驅(qū)動(dòng)液進(jìn)行熱交換，既利用了熱能，又減少了需要的冷卻負(fù)荷。另一方面，驅(qū)動(dòng)液余熱加熱技術(shù)還可以采用熱泵技術(shù)，工藝流程示意圖見圖5，從膜蒸餾組件出來的帶余熱的再生驅(qū)動(dòng)液進(jìn)入熱泵裝置中的蒸發(fā)器，加熱熱泵換熱介質(zhì)，驅(qū)動(dòng)液溫度被冷卻到常溫，然后進(jìn)入正滲透膜組件中，而熱泵將換熱介質(zhì)升溫后壓縮，溫度進(jìn)一步上升，進(jìn)入換熱器加熱從正滲透膜組件出來的冷驅(qū)動(dòng)液，這樣達(dá)到了余熱高效利用的目的。產(chǎn)水側(cè)純化水余熱當(dāng)步驟2)采用直接接觸式膜蒸餾工藝(DCMD)處理稀釋后的驅(qū)動(dòng)液時(shí)，產(chǎn)水側(cè)純化水余熱的利用可以采用熱水直接換熱技術(shù)和/或熱水熱泵技術(shù)；當(dāng)步驟2)采用真空膜蒸餾工藝(VMD)或吹掃氣膜蒸餾工藝處理稀釋后的驅(qū)動(dòng)液時(shí)，產(chǎn)水側(cè)純化水余熱的利用可以采用蒸汽直接加熱技術(shù)、蒸汽熱泵技術(shù)和/或蒸汽再壓縮升溫加熱技術(shù)。更優(yōu)的，所述熱水直接換熱技術(shù)為:使從膜蒸餾組件中流出的帶有余熱的產(chǎn)水側(cè)純化水流經(jīng)換熱器，通過直接換熱的方法，與從正滲透組件流出的稀釋后的驅(qū)動(dòng)液進(jìn)行熱交換。熱水直接換熱技術(shù)該技術(shù)流程簡(jiǎn)單，投資省，但熱能利用率較低，見圖6，膜蒸餾采用直接接觸式DCMD工藝，即產(chǎn)水側(cè)利用外源純水循環(huán)吸收透過膜的水蒸氣，水在吸收水蒸氣后溫度升高，這部分水離開膜蒸餾組件后進(jìn)入換熱器，預(yù)熱從正滲透組件中出來的冷驅(qū)動(dòng)液，同時(shí)熱水也達(dá)到了冷卻的目的。更優(yōu)的，所述熱水熱泵技術(shù)為:將從膜蒸餾組件中流出的帶有余熱的產(chǎn)水側(cè)純化水輸送到熱泵裝置的蒸發(fā)器，再經(jīng)熱泵裝置的換熱器與從正滲透組件流出的稀釋后的驅(qū)動(dòng)液進(jìn)行熱交換。產(chǎn)水側(cè)純化水流經(jīng)熱泵裝置的蒸發(fā)器時(shí)，能夠?qū)⒌推肺粺崮苻D(zhuǎn)化成高品位熱能，用于后續(xù)的熱量交換。本發(fā)明采用熱水熱泵技術(shù)的目的是為了提高熱水直接換熱技術(shù)的熱能利用效率，其工藝流程示意圖見說明書附圖7。在膜蒸餾組件的產(chǎn)水側(cè)，外源純水在膜蒸餾組件內(nèi)吸收透過膜的水蒸氣后溫度升高，離開膜蒸餾組件后進(jìn)入熱泵系統(tǒng)內(nèi)蒸發(fā)器，加熱熱泵換熱介質(zhì)，熱水自身得到冷卻，熱泵換熱介質(zhì)溫度升高后經(jīng)過壓縮溫度進(jìn)一步升高進(jìn)入換熱器，加熱從正滲透膜組件出來的低溫驅(qū)動(dòng)液，這樣提高了換熱溫差，熱能得到更好的利用。更優(yōu)的，所述蒸汽直接加熱技術(shù)為:抽吸透過疏水微孔膜的水蒸氣，通過換熱器與從正滲透組件流出的稀釋后驅(qū)動(dòng)液進(jìn)行熱交換。

膜蒸餾采用真空膜蒸餾(VMD)工藝時(shí)，透過膜蒸餾膜的水蒸氣通過真空泵或壓縮機(jī)抽取，這部分水蒸氣的熱能的利用可以采用直接換熱技術(shù)利用，見圖8，與熱水換熱技術(shù)工藝類似，該工藝流程簡(jiǎn)單，投資省，但熱能利用稍低，但比熱水直接換熱技術(shù)稍好。具體過程為透過膜蒸餾膜的熱蒸汽被抽吸離開膜蒸餾組件直接進(jìn)入換熱器加熱從正滲透組件出來的低溫驅(qū)動(dòng)液，熱蒸汽被冷卻成水離開換熱器。更優(yōu)的，所述蒸汽熱泵技術(shù)為:抽吸透過疏水微孔膜的水蒸氣，將其輸送到熱泵裝置的蒸發(fā)器，再經(jīng)熱泵裝置的換熱器與從正滲透組件流出的稀釋后的驅(qū)動(dòng)液進(jìn)行熱交換。采用蒸汽熱泵技術(shù)的目的是為了提高蒸汽直接換熱技術(shù)的熱效率，其工藝流程示意圖見說明書附9，透過疏水微孔膜的熱水蒸氣被抽吸離開膜蒸餾組件后進(jìn)入熱泵系統(tǒng)蒸發(fā)器，加熱熱泵換熱介質(zhì)，水蒸氣被冷卻成水，熱泵換熱介質(zhì)被加熱并壓縮后溫度進(jìn)一步升高，進(jìn)入熱泵裝置的換熱器加熱從正滲透組件出來的冷驅(qū)動(dòng)液，這樣提高了換熱溫差，熱能得到更好的利用。這個(gè)工藝的優(yōu)點(diǎn)是低品位的熱能得到更好的利用，缺點(diǎn)是熱泵投資較高，適合較大規(guī)模的系統(tǒng)。更優(yōu)的，所述蒸汽再壓縮升溫加熱技術(shù)為:抽吸透過疏水微孔膜的水蒸氣，首先通過壓縮風(fēng)機(jī)壓縮、然后經(jīng)換熱器與從正滲透組件流出的稀釋后的驅(qū)動(dòng)液進(jìn)行熱交換。蒸汽壓縮加熱技術(shù)工藝流程示意圖見圖10，具體過程為透過疏水微孔膜的水蒸汽經(jīng)過壓縮機(jī)抽吸后離開膜蒸餾組件進(jìn)入壓縮風(fēng)機(jī)壓縮后壓力溫度升高，這部分熱蒸汽溫度較高，溫差比蒸汽直接加熱技術(shù)溫差加大，進(jìn)入換熱器加熱從正滲透組件流出的冷驅(qū)動(dòng)液，熱蒸汽被冷凝成熱水，提高了換熱效率，該技術(shù)相對(duì)于蒸汽直接換熱技術(shù)提高了熱能利用效率，相對(duì)于蒸汽熱泵技術(shù)，工藝流程較簡(jiǎn)單，減少了投資。熱能資源的充分利用系統(tǒng)關(guān)系到本發(fā)明的經(jīng)濟(jì)性。本發(fā)明采用再生驅(qū)動(dòng)液余熱利用技術(shù)、產(chǎn)水側(cè)純化水或產(chǎn)水側(cè)水蒸汽余熱利用技術(shù)及其組合技術(shù)來達(dá)到熱能充分利用的目的，減少新增能源需求，實(shí)現(xiàn)優(yōu)越的經(jīng)濟(jì)性能。本發(fā)明第二方面公開了一種采用前述方法處理高含鹽高COD濃度廢水的裝置，包括廢水濃縮系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)液循環(huán)系統(tǒng)以及純水收集系統(tǒng)；a所述廢水濃縮系統(tǒng)包括廢料罐、廢水進(jìn)料泵、預(yù)處理設(shè)備、過濾器和正滲透組件，所述正滲透組件包括廢液入口，廢液出口，驅(qū)動(dòng)液入口以及驅(qū)動(dòng)液出口 ；b所述驅(qū)動(dòng)液循環(huán)系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)液槽、驅(qū)動(dòng)液進(jìn)料泵、換熱器、循環(huán)泵以及膜蒸餾組件；所述膜蒸餾組件包括原料液入口，原料液出口，產(chǎn)水側(cè)入口以及產(chǎn)水側(cè)出口 ；c所述純水收集系統(tǒng)包括換熱器和集水箱；所述廢料罐、廢水進(jìn)料泵、預(yù)處理設(shè)備、過濾器以及正滲透組件的廢料入口通過管道依次連接；所述驅(qū)動(dòng)液槽、驅(qū)動(dòng)液進(jìn)料泵以及正滲透組件的驅(qū)動(dòng)液入口通過管道依次連接，所述正滲透組件的驅(qū)動(dòng)液出口與循環(huán)泵、驅(qū)動(dòng)液循環(huán)系統(tǒng)的換熱器、膜蒸餾組件的原料液入口通過管道依次連接，所述膜蒸餾組件的原料液出口通過管道與正滲透組件的驅(qū)動(dòng)液入口連接；所述膜蒸餾組件的產(chǎn)水側(cè)出口通過管道依次與純水收集系統(tǒng)的換熱器和集水箱連接。更優(yōu)的，所述正滲透組件的驅(qū)動(dòng)液出口通過回流管道與驅(qū)動(dòng)液槽連通；所述驅(qū)動(dòng)液循環(huán)系統(tǒng)還包括緩沖槽和緩沖槽進(jìn)料泵，所述膜蒸餾組件的原料液出口通過回流管道與緩沖槽的入口連通，所述緩沖槽的出口與緩沖槽進(jìn)料泵連接，并通過管道與膜蒸餾組件的原料液入口連通。更優(yōu)的，在采用直接接觸膜蒸餾工藝時(shí)，所述純水收集系統(tǒng)還包括集水箱進(jìn)料泵，所述集水箱、集水箱進(jìn)料泵以及膜蒸餾組件產(chǎn)水側(cè)入口通過管道依次連接。當(dāng)利用產(chǎn)水側(cè)純化水的余熱加熱升溫稀釋后的驅(qū)動(dòng)液時(shí)，驅(qū)動(dòng)液循環(huán)系統(tǒng)與純水收集系統(tǒng)可采用同一換熱器。本發(fā)明的廢水處理方法和設(shè)備可處理不同來源和領(lǐng)域的廢水，并且循環(huán)利用驅(qū)動(dòng)液，收集純化水，具有廢水的廣泛適用性，運(yùn)行穩(wěn)定、處理成本低等優(yōu)點(diǎn)。


圖1:F0-DCMD耦合工藝流程2 =FO-VMD耦合工藝流程3:F0-吹掃氣膜蒸餾工藝流程示意4:驅(qū)動(dòng)液余熱直接換熱流程示意5:熱泵技術(shù)利用驅(qū)動(dòng)液余熱流程示意6 =DCMD產(chǎn)水余熱直接換熱流程示意圖

圖7:熱泵技術(shù)利用DCMD產(chǎn)水余熱流程示意8 =VMD產(chǎn)水側(cè)蒸汽直接換熱流程示意圖
圖9:熱泵技術(shù)利用VMD產(chǎn)水側(cè)蒸汽余熱流程示意10:VMD產(chǎn)水側(cè)蒸汽再壓縮后換熱流程示意圖1.廢料罐2.廢水進(jìn)料泵3.預(yù)處理設(shè)備4.過濾器5.正滲透組件6.驅(qū)動(dòng)液槽7.驅(qū)動(dòng)液進(jìn)料泵8.循環(huán)泵9.換熱器10.膜蒸餾組件11.壓縮風(fēng)機(jī)12.集水箱進(jìn)料泵14.集水箱15.熱泵16.緩沖罐17.真空泵18.緩沖槽19.緩沖槽進(jìn)料泵
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1:F0-MD耦合工藝處理頁巖氣壓裂廢水頁巖氣壓裂廢水指標(biāo)如表I所示:表1:頁巖氣壓裂廢水指標(biāo)
權(quán)利要求
1.一種廢水處理方法，其特征在于，包括廢水濃縮工藝和驅(qū)動(dòng)液循環(huán)工藝；其中，所述廢水濃縮工藝為采用正滲透技術(shù)，通過驅(qū)動(dòng)液對(duì)高含鹽高COD濃度廢水進(jìn)行濃縮，獲得濃縮后的廢水和稀釋后的驅(qū)動(dòng)液，所述驅(qū)動(dòng)液的滲透壓高于高含鹽高COD濃度廢水的滲透壓；所述驅(qū)動(dòng)液循環(huán)工藝為采用膜蒸餾技術(shù)對(duì)稀釋后的驅(qū)動(dòng)液進(jìn)行脫水，獲得純化水，以及再生驅(qū)動(dòng)液；所述再生驅(qū)動(dòng)液重復(fù)利用于廢水濃縮工藝，繼續(xù)用于對(duì)廢水進(jìn)行濃縮。
2.如權(quán)利要求1所述的廢水處理方法，其特征在于，步驟如下: 1)廢水濃縮工藝:首先對(duì)高含鹽高COD濃度廢水進(jìn)行預(yù)處理，除去廢水中的懸浮物和/或固體物質(zhì)；預(yù)處理后的廢水進(jìn)入正滲透組件，在滲透壓的作用下，廢水中的水透過正滲透組件的正滲透膜進(jìn)入驅(qū)動(dòng)液；通過正滲透組件后，分別獲得濃縮后的廢水和稀釋后的驅(qū)動(dòng)液；濃縮后的廢水進(jìn)一步處理后排放； 2)驅(qū)動(dòng)液循環(huán)工藝:稀釋后的驅(qū)動(dòng)液從正滲透組件中流出，加熱升溫至40 65°C，獲得熱驅(qū)動(dòng)液；所述熱驅(qū)動(dòng)液進(jìn)入膜蒸餾組件；在水蒸氣分壓差的驅(qū)動(dòng)下，熱驅(qū)動(dòng)液中的水以水蒸氣的形式透過膜蒸餾組件的疏水微孔膜進(jìn)入產(chǎn)水側(cè)；進(jìn)入產(chǎn)水側(cè)的水蒸氣冷凝回收后獲得純化水，熱驅(qū)動(dòng)液失水濃縮，獲得再生驅(qū)動(dòng)液； 3)將驅(qū)動(dòng)液循環(huán)工藝獲得的再生驅(qū)動(dòng)液重新應(yīng)用于廢水濃縮工藝，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)液的循環(huán)利用，以及高含鹽高COD濃度廢水的持續(xù)處理。
3.權(quán)利要求2所述的廢水處理方法，其特征在于，步驟I)所述預(yù)處理為采用混凝沉降法去除水中懸浮物和部分C0D，采用多介質(zhì)過濾器和活性炭過濾器進(jìn)行過濾處理，和/或采用保安過濾器進(jìn)行過濾。
4.權(quán)利要求1或2任一權(quán)利要求所述的廢水處理方法，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)液的溶質(zhì)選自無機(jī)鹽類、有機(jī)小分子、有機(jī)小分子鹽類、高分子聚電解質(zhì)、蛋白質(zhì)、微細(xì)粒子中的任一種；驅(qū)動(dòng)液的溶劑為水。
5.權(quán)利要求4所述的廢水處理方法，其特征在于，所述無機(jī)鹽類選自NaCl、KCl、MgCl2、KN03>NaNO3>NH4HCO3>Na2SO4,K2SO4, Ca (NO3) 2、(NH4)2HPO4' (NH4) 3P04、Na3PO4 中的一種或兩種以上的組合；所述有機(jī)小分子選自維生素C、葡萄糖、蔗糖、果糖、甘油、乙二醇及其寡聚物，氨基酸中的一種或兩種以上的組合；所述有機(jī)小分子鹽類選自乙二胺、EDTA、DTPA、乙酸鎂、乙酸鈉中的一種或兩種以上的組合；所述高分子聚電解質(zhì)選自聚乙烯胺、聚丙烯酸、聚酰胺基胺鹽酸鹽、硫酸鹽、磺化聚苯乙烯中的一種或兩種以上的組合；所述蛋白質(zhì)選自牛血清蛋白、磁性儲(chǔ)鐵蛋白中的一種或兩者的組合；所述微細(xì)粒子選自改性磁性納米粒子、改性金納米粒、樹枝狀高分子聚酰胺基胺、溫度敏感高分子凝膠中的一種或兩種以上的組合。
6.權(quán)利要求1或2任一權(quán)利要求所述的廢水處理方法，其特征在于，所述膜蒸餾技術(shù)選自直接接觸膜蒸餾工藝、真空膜蒸餾工藝或吹掃氣膜蒸餾工藝。
7.權(quán)利要求1或2任一權(quán)利要求所述的廢水處理方法，其特征在于，所述廢水處理方法還包括熱量循環(huán)利用工藝，所述熱量循環(huán)利用工藝為利用再生驅(qū)動(dòng)液的余熱，通過換熱器加熱升溫步驟2)稀釋后的驅(qū)動(dòng)液，獲得熱驅(qū)動(dòng)液，和/或利用產(chǎn)水側(cè)純化水的余熱，通過換熱器加熱升溫步驟2)稀釋后的驅(qū)動(dòng)液，獲得熱驅(qū)動(dòng)液。
8.一種采用權(quán)利要求1-7任一權(quán)利要求所述廢水處理方法處理高含鹽高COD濃度廢水的裝置，包括廢水濃縮系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)液循環(huán)系統(tǒng)以及純水收集系統(tǒng)；其中， I)所述廢水濃縮系統(tǒng)包括廢料罐、廢水進(jìn)料泵、預(yù)處理設(shè)備、過濾器和正滲透組件，所述正滲透組件包括廢液入口，廢液出口，驅(qū)動(dòng)液入口以及驅(qū)動(dòng)液出口 ； 2)所述驅(qū)動(dòng)液循環(huán)系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)液槽、驅(qū)動(dòng)液進(jìn)料泵、換熱器、循環(huán)泵以及膜蒸餾組件；所述膜蒸餾組件包括原料液入口，原料液出口，產(chǎn)水側(cè)入口以及產(chǎn)水側(cè)出口 ； 3)所述純水收集系統(tǒng)包括換熱器和集水箱；所述廢料罐、廢水進(jìn)料泵、預(yù)處理設(shè)備、過濾器以及正滲透組件的廢料入口通過管道依次連接；所述驅(qū)動(dòng)液槽、驅(qū)動(dòng)液進(jìn)料泵以及正滲透組件的驅(qū)動(dòng)液入口通過管道依次連接，所述正滲透組件的驅(qū)動(dòng)液出口與循環(huán)泵、驅(qū)動(dòng)液循環(huán)系統(tǒng)的換熱器、膜蒸餾組件的原料液入口通過管道依次連接，所述膜蒸餾組件的原料液出口通過管道與正滲透組件的驅(qū)動(dòng)液入口連接；所述膜蒸餾組件的產(chǎn)水側(cè)出口通過管道依次與純水收集系統(tǒng)的換熱器和集水箱連接。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述正滲透組件的驅(qū)動(dòng)液出口通過回流管道與驅(qū)動(dòng)液槽連通；所述驅(qū)動(dòng)液循環(huán)系統(tǒng)還包括緩沖槽和緩沖槽進(jìn)料泵，所述膜蒸餾組件的原料液出口通過回流管道與緩沖槽的入口連通，所述緩沖槽的出口與緩沖槽進(jìn)料泵連接，并通過管道與膜蒸餾組件的原料液入口連接。
10.權(quán)利要求1-7任一權(quán)利要求所述的廢水處理方法，以及權(quán)利要求8或9所述裝置在高含鹽高COD濃度廢水處理中的應(yīng)`用。
全文摘要
本發(fā)明屬于污水處理領(lǐng)域，具體涉及一種基于正滲透和膜蒸餾的廢水處理方法和裝置。本發(fā)明的基于正滲透和膜蒸餾的廢水處理方法，包括廢水濃縮工藝和驅(qū)動(dòng)液循環(huán)工藝；其中，所述廢水濃縮工藝為采用正滲透技術(shù)，通過驅(qū)動(dòng)液對(duì)高含鹽高COD濃度廢水進(jìn)行濃縮，獲得濃縮后的廢水和稀釋后的驅(qū)動(dòng)液；所述驅(qū)動(dòng)液循環(huán)工藝為采用膜蒸餾技術(shù)對(duì)稀釋后的驅(qū)動(dòng)液進(jìn)行脫水，獲得純化后的水，以及再生驅(qū)動(dòng)液；所述再生驅(qū)動(dòng)液重復(fù)利用于廢水濃縮工藝，繼續(xù)用于對(duì)廢水進(jìn)行濃縮。本發(fā)明的高含鹽高COD濃度廢水處理方法和設(shè)備可處理不同來源和領(lǐng)域的廢水，具有廢水的廣泛適用性，運(yùn)行穩(wěn)定、處理成本低等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C02F1/08GK103073146SQ201310047940
公開日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2013年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月6日
發(fā)明者何濤, 趙寶龍, 李雪梅, 王周為, 宋健峰, 李剛, 陳剛, 肖佩佩, 曾楚怡, 殷勇, 李春霞, 孔丁峰, 朱黎瀾 申請(qǐng)人:上海中科高等研究院