申请日2017.07.04
公开(公告)日2017.11.07
IPC分类号B01D63/06; C02F1/44
摘要
本发明公开了一种采用膜技术的酸废水处理装置，解决了现有技术中膜材料无法处理酸废水的技术问题。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。本发明中外压式膜管使用的改性石墨烯/纳米结构多功能高分子材料分离层具有非常强的抗腐蚀、耐酸碱性和抗菌防污染性，可以用于处理各种酸废水。
摘要附图
权利要求书
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，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。
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，所述外压式膜管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40cm/s，所述污水处理池中的酸废水温度为65℃。
4.如权利要求1所述的酸废水处理装置，其特征在于，酸废水经过滤后在所述外压式膜管内部形成水蒸气，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外压式膜管中输入至换热器，在所述换热器中被冷却液化后排出。
5.如权利要求4所述的酸废水处理装置，其特征在于，所述换热器通过管道连接至储水槽，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外压式膜管、换热器以及储水槽内部形成负压。
6.如权利要求5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℃。
7.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。
8.如权利要求5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。
9.如权利要求6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℃。
10.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。
11.如权利要求4或10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。
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。
13.如权利要求1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1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1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1所述的酸废水处理装置，其特征在于，所述支撑层采用PE烧结膜管;所述外压式膜管内径为6-25mm，外径为12-34mm;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18所述的酸废水处理装置，其特征在于，所述外压式膜管内径为12mm，外径为19mm。
20.如权利要求1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℃。
说明书
一种采用膜技术的酸废水处理装置
技术领域
本发明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，可以用于处理硫酸废水等。
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。
目前废盐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。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明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，膜组件单元中的外压式膜管使用的改性石墨烯/纳米结构多功能高分子材料分离层具有非常强的抗腐蚀、耐酸碱性和抗菌防污染性，可以用于处理各种酸废水。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明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，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，所述污水处理池中的酸废水处于循环流动状态，所述外压式膜管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40cm/s，所述污水处理池中的酸废水温度为65℃。
进一步，酸废水经过滤后在所述外压式膜管内部形成水蒸气，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外压式膜管中输入至换热器，在所述换热器中被冷却液化后排出。
进一步，所述换热器通过管道连接至储水槽，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外压式膜管、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，所述支撑层采用PE烧结膜管;所述外压式膜管内径为6-25mm，外径为12-34mm;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，所述外压式膜管内径为12mm，外径为19mm。
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。本发明所采用的石墨烯/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。且由于本发明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。本发明公开的处理装置，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。本发明所采用的石墨烯/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.本发明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.本发明所采用的石墨烯/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
