申请日2017.03.30
公开(公告)日2017.06.20
IPC分类号C02F1/04; C02F1/44
摘要
本发明公开一种模块化安装的节能型膜蒸馏废水处理装置，包括初级处理模块和后处理模块，初级处理模块包括第一膜蒸馏器分模块、第二膜蒸馏器分模块和热泵分模块，热泵分模块包括第一再沸器、第二再沸器和至少一座压缩机;第一再沸器的热料出口接入第一膜蒸馏器分模块的气液混合进料口，第一膜蒸馏器分模块的浓缩液出口接入第二再沸器的冷料入口，第二再沸器的热料出口接入第二膜蒸馏器分模块的气液混合进料口，第二膜蒸馏器分模块的浓缩液出口与后处理模块连接;第一膜蒸馏器分模块以及第二膜蒸馏器分模块的顶部蒸汽汇合后接入压缩机入口，压缩机出口接入第一再沸器的蒸汽入口。该装置组装方便、节能效果好，适于处理各类污水处理。
摘要附图
权利要求书
1.一种模块化安装的节能型膜蒸馏废水处理装置，其特征在于：包括一组初级处理模块和N级后处理模块，所述初级处理模块包括第一膜蒸馏器分模块、第二膜蒸馏器分模块和热泵分模块，所述热泵分模块包括第一再沸器、第二再沸器和至少一座压缩机;所述第一再沸器的热料出口接入所述第一膜蒸馏器分模块的气液混合进料口，所述第一膜蒸馏器分模块的浓缩液出口接入所述第二再沸器的冷料入口，所述第二再沸器的热料出口接入所述第二膜蒸馏器分模块的气液混合进料口，所述第二膜蒸馏器分模块的浓缩液出口与后处理模块连接;所述第一膜蒸馏器分模块以及第二膜蒸馏器分模块的顶部蒸汽汇合后接入所述压缩机入口，所述压缩机出口接入所述第一再沸器的蒸汽入口。
2.根据权利要求1所述的模块化安装的节能型膜蒸馏废水处理装置，其特征在于：所述的每一级后处理模块包括一座再沸器和一座膜蒸馏器，所述再沸器的冷料入口与上一级的膜蒸馏器的浓缩液出口连接，所述再沸器的热料出口与同级膜蒸馏器的气液混合进料口连接，所述的后处理模块中的膜蒸馏器的顶部蒸汽出口接入所述压缩机。
3.根据权利要求1所述的模块化安装的节能型膜蒸馏废水处理装置，其特征在于：所述0≤N≤10。
4.根据权利要求1所述的模块化安装的节能型膜蒸馏废水处理装置，其特征在于：所述第二再沸器以及N级后处理模块中的再沸器的蒸汽入口连接外部蒸发器。
5.根据权利要求1所述的模块化安装的节能型膜蒸馏废水处理装置，其特征在于：所述第一膜蒸馏器分模块、第二膜蒸馏器分模块以及N级后处理模块中的膜蒸馏器分模块的型号相同，包括圆柱筒体模块和膜组件模块，所述圆柱筒体模块包括圆柱筒体、上封头、孔板、防冲板、气液混合进料口、浓缩液出口和蒸汽出口，所述膜组件模块由若干组U型中空纤维膜模块单元组成;所述孔板上均匀开设有若干个通孔，膜组件模块穿过通孔经螺栓与孔板固定;所述圆柱筒体模块中圆柱筒体、上封头、孔板通过法兰连接;所述气液混合进料口和蒸汽出口通过法兰分别与圆柱筒体、上封头连接;浓缩液出口焊接于圆柱筒体的下方;所述防冲板焊接于圆柱筒体内部的下方，且位于所述气液混合进料口附近。
6.根据权利要求1所述的模块化安装的节能型膜蒸馏废水处理装置，其特征在于：所述第一再沸器、第二再沸器以及N级后处理模块中再沸器均为热虹吸式再沸器，且每一个再沸器上均接有真空泵。
7.一种采用权利要求1所述装置进行废水处理的方法，其特征在于：废水原水经第一再沸器的冷料入口输入第一再沸器，在第一再沸器中部分汽化，并将热料输送至第一膜蒸馏器分模块;第一膜蒸馏器分模块中的水蒸汽透过膜丝进入到筒盖内，然后通过蒸汽出口输入压缩机，浓缩液输入第二再沸器中，第二再沸器的热料出口接入第二膜蒸馏器分模块;第二膜蒸馏器分模块中的水蒸汽透过膜丝进入到筒盖内，然后通过蒸汽出口输入压缩机，浓缩液输入后处理模块中的再沸器中，后处理模块中的再沸器热料出口接入下一级后处理模块中的膜蒸馏器中，后处理模块中膜蒸馏器的蒸汽出口接入压缩机，压缩机将各级膜蒸馏器的蒸汽加压升温后进入第一再沸器，作为热源与预处理的原水进行换热。
8.根据权利要求7所述的废水处理的方法，其特征在于：所述第一膜蒸馏器分模块与第一再沸器在减压条件下作业，且操作压力为0.01MPa～0.045MPa。
9.根据权利要求7所述的废水处理的方法，其特征在于：所述第二膜蒸馏器分模块与第二再沸器在减压条件下作业，且操作压力为0.01MPa～0.05MPa。
10.根据权利要求7所述的废水处理的方法，其特征在于：所述压缩机出口物料的温度与废水原水的温差≥20℃。
说明书
一种模块化安装的节能型膜蒸馏废水处理装置及方法
技术领域
本发明属于污水处理技术领域,具体涉及一种可用于各类高盐污水处理、回用的模块化安装的节能型膜蒸馏废水处理装置与方法。
背景技术
工业废水伴随着工业生产的不断发展产生量逐渐增大，其中含有大量各类有机污染物和可溶性盐类杂质，直接排放会对水体和周围环境造成严重危害，必须进行处理才能排放或回用。膜蒸馏技术以膜两侧的易挥发组分的分压差为推动力而进行传质分离，利用膜蒸馏技术进行工业含盐废水的浓缩，具有分离效率高、操作条件温和、受盐浓度影响小的优点。然而，膜蒸馏技术尚未实现大模工业应用，其主要原因是还未开发出可市场化的高效膜蒸馏装置，膜蒸馏过程依赖于相变的过程，需要将待处理料液进行加热汽化，该过程中热量如果不能有效回收利用，会引起能量方面的高操作成本;同时膜组件的机械强度较差，其制作与安装工艺复杂，要求高。
专利CN 203990316 U公开了一种逆流交换膜蒸馏装置，通过设置格筛网保证了中空纤维膜膜组与中空管管组之间的结构规整，提高整个膜蒸馏过程热效率，但从中空管管组出料口输出预热后的含盐废水，其仍需经外部补充换热后进一步提升至汽化温度。该发明虽然部分利用了高温含盐废水的部分热量，提高整个膜蒸馏过程热效率，但仍需要外界热量的补充。
专利CN 104014244 A公开了一种筒式膜蒸馏器，针对传统膜蒸馏中原水加热后输送到膜蒸馏器中所带来的热量损失，提供了一种具有加热功能的膜蒸馏器。在膜蒸馏器下端直接安装电加热器，且其电加热器的功率变频可调，可以实现原水直接在膜蒸馏器中加热，并且可以根据具体的工艺要求来调节电加热器的功率，减少了在输液管道上的热量流失。虽然如此，但是从其蒸汽采出口采出的水蒸汽温度较高，其能量未能得到充分回收利用，导致该装置中能量方面的操作成本较高。
同时以上两项专利中均公开了膜蒸馏所用的组件中空纤维膜组件，其制作技术复杂且管板制作也较困难，如果在施工现场进行现场施工，需要对施工人员的安装技术要求较高。
发明内容
发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种安装方便、能量利用率高、污水处理效果好、废水回用率高的模块化安装的节能型膜蒸馏废水处理装置及方法。
技术方案：本发明所述的一种模块化安装的节能型膜蒸馏废水处理装置，包括一组初级处理模块和N级后处理模块，所述初级处理模块包括第一膜蒸馏器分模块、第二膜蒸馏器分模块和热泵分模块，所述热泵分模块包括第一再沸器、第二再沸器和至少一座压缩机;所述第一再沸器的热料出口接入所述第一膜蒸馏器分模块的气液混合进料口，所述第一膜蒸馏器分模块的浓缩液出口接入所述第二再沸器的冷料入口，所述第二再沸器的热料出口接入所述第二膜蒸馏器分模块的气液混合进料口，所述第二膜蒸馏器分模块的浓缩液出口与后处理模块连接;所述第一膜蒸馏器分模块以及第二膜蒸馏器分模块的顶部蒸汽汇合后接入所述压缩机入口，所述压缩机出口接入所述第一再沸器的蒸汽入口。
进一步地，所述的每一级后处理模块包括一座再沸器和一座膜蒸馏器，所述再沸器的冷料入口与上一级的膜蒸馏器的浓缩液出口连接，所述再沸器的热料出口与同级膜蒸馏器的气液混合进料口连接，所述的后处理模块中的膜蒸馏器的顶部蒸汽出口接入所述压缩机。
进一步地，所述0≤N≤10。
进一步地，为进一步地提高处理效果，所述第二再沸器以及N级后处理模块中的再沸器的蒸汽入口连接外部蒸发器。
进一步地，所述第一膜蒸馏器分模块、第二膜蒸馏器分模块以及N级后处理模块中的膜蒸馏器分模块的型号相同，包括圆柱筒体模块和膜组件模块，所述圆柱筒体模块包括圆柱筒体、上封头、孔板、防冲板、气液混合进料口、浓缩液出口和蒸汽出口，所述膜组件模块由若干组U型中空纤维膜模块单元组成;所述孔板上均匀开设有若干个通孔，膜组件模块穿过通孔经螺栓与孔板固定;所述圆柱筒体模块中圆柱筒体、上封头、孔板通过法兰连接;所述气液混合进料口和蒸汽出口通过法兰分别与圆柱筒体、上封头连接;浓缩液出口焊接于圆柱筒体的下方;所述防冲板焊接于圆柱筒体内部的下方，且位于所述气液混合进料口附近。
进一步地，所述第一再沸器、第二再沸器以及N级后处理模块中再沸器均为热虹吸式再沸器，且每一个再沸器上均接有真空泵。
采用权利要求1所述装置进行废水处理的方法，具体过程如下：废水原水经第一再沸器的冷料入口输入第一再沸器，在第一再沸器中部分汽化，并将热料输送至第一膜蒸馏器分模块;第一膜蒸馏器分模块中的水蒸汽透过膜丝进入到筒盖内，然后通过蒸汽出口输入压缩机，浓缩液输入第二再沸器中，第二再沸器的热料出口接入第二膜蒸馏器分模块;第二膜蒸馏器分模块中的水蒸汽透过膜丝进入到筒盖内，然后通过蒸汽出口输入压缩机，浓缩液输入后处理模块中的再沸器中，后处理模块中的再沸器热料出口接入下一级后处理模块中的膜蒸馏器中，后处理模块中膜蒸馏器的蒸汽出口接入压缩机，压缩机将各级膜蒸馏器的蒸汽加压升温后进入第一再沸器，作为热源与预处理的原水进行换热。
进一步地，为提高处理效果，所述第一膜蒸馏器分模块与第一再沸器在减压条件下作业，且操作压力为0.01MPa～0.045MPa。
进一步地，为提高处理效果，所述第二膜蒸馏器分模块与第二再沸器在减压条件下作业，且操作压力为0.01MPa～0.05MPa。
进一步地，为提高处理效果，所述压缩机出口物料的温度与废水原水的温差≥20℃。
有益效果：(1)本发明针对传统膜蒸馏中原水汽化完全依靠外加热量进行加热，能量利用率较低、安装操作复杂等问题，设计了一种新型的模块化安装的节能膜蒸馏废水处理工艺与装置;将热泵技术引入膜蒸馏废水处理系统中，通过调节两组膜蒸馏器的操作压力和压缩机的操作压力，实现对预处理过的原水进行加热汽化，有效减少了使用大量水蒸汽作为加热介质，整个系统能量利用率高;
(2)本系统采用热虹吸式再沸器，将预处理过的原水在热虹吸式再沸器中部分汽化后，形成汽液混合物，预处理过的原水被加热后，体积膨胀，密度变小变轻，会上升，并利用密度差作为推动力，从膜蒸馏器模块的气液混合进料口进入膜蒸馏器，周围冷的液体来补充，形成强制循环，既节省了循环用的泵，又实现了膜蒸馏器内部能够取得较高的气水比;
(3)本系统作为膜分离技术，安装操作方便、系统的能量利用率高，非常适合于海水淡化、城市污水和工业循环废水等含有高含盐废水的回收利用;
(4)本装置采用模块化安装技术，将膜蒸馏器、压缩机、再沸器安装于模块内，并在模块外预留各类接口，一方面提高装置的安装效率，另一方面可以最大限度的减少施工现场的施工噪音、粉尘污染以及安全隐患等问题。
