申请日2016.08.30
公开(公告)日2017.03.29
IPC分类号C02F9/04; C02F103/32
摘要
本实用新型提供了一种采用多种膜处理技术资源化处理海带加工废水的系统，它包括中和反应池、陶瓷膜系统、一级电驱动膜系统、反渗透系统，所述一级电驱动膜系统的淡室内的产水进入反渗透系统，所述反渗透系统的透过液作为回用水，所述回用水将用于海带浸泡实现回收。本实用新型通过电驱动膜对甘露醇料液进行两级脱盐，使得产品的纯度大幅提高;通过反渗透膜系统能对甘露醇料液进行浓缩减量，使得二级电驱动膜效率提升，缩小了系统规模，又实现了水回用目的;对海带浸泡废水进行资源化处理，使甘露醇得到回收，渣进行综合利用制取化肥、饲料，水得到回用，基本实现了清洁生产，消除了污染，同时生产环境和工人的劳动强度也得到了改善。
摘要附图
权利要求书
1.一种采用多种膜处理技术资源化处理海带加工废水的系统，其特征在于它包括：
中和反应池，用以调节废水的pH值，产水进入浓缩池，所述浓缩池设有大流量循环泵;
陶瓷膜系统，所述大流量循环泵将产水输送至陶瓷膜系统，所述陶瓷膜系统在压力作用下对大流量输送泵输送的料液进行弄过过滤;
一级电驱动膜系统，所述陶瓷膜系统的透过液进入一级电驱动膜系统，电驱动膜系统通过离子交换形成浓室和淡室，盐分不断迁移至浓室，低盐分料液进入淡室;
反渗透系统，所述一级电驱动膜系统的淡室内的产水进入反渗透系统，所述反渗透系统的透过液作为回用水，所述回用水将用于海带浸泡实现回收。
2.根据权利要求1所述的一种采用多种膜处理技术资源化处理海带加工废水的系统，其特征在于它还包括：
二级电驱动膜系统，所述反渗透系统的浓缩液进入二级电驱动膜系统进行浓缩、过滤，所述二级电驱动膜系统的浓室浓缩液进入一级电驱动膜系统再次进行浓缩、过滤。
3.根据权利要求2所述的一种采用多种膜处理技术资源化处理海带加工废水的系统，其特征在于所述二级电驱动膜系统的脱盐后的淡室料液进入离子交换床，吸附剩余盐分所产生的料液在进行蒸发、离心脱水、烘干后实现回用。
4.根据权利要求1所述的一种采用多种膜处理技术资源化处理海带加工废水的系统，其特征在于所述陶瓷膜系统的浓缩液返回至浓缩池，浓缩池底部不断排出海带碎渣，该碎渣实现综合利用处理。
5.根据权利要求1所述的一种采用多种膜处理技术资源化处理海带加工废水的系统，其特征在于它还包括：
双极膜系统，所述一级电驱动膜系统的浓室盐水进入双极膜系统，并在双极膜系统内进行电解处理，产生酸碱之后用于进模前的中和工段和整套膜系统的化学清洗。
6.根据权利要求1所述的一种采用多种膜处理技术资源化处理海带加工废水的系统，其特征在于所述陶瓷膜系统的过滤孔径为50~75nm;
膜面流速为3~4m/s;
膜通量为250~300LMH。
7.根据权利要求1所述的一种采用多种膜处理技术资源化处理海带加工废水的系统，其特征在于所述一级电驱动膜系统和二级电驱动膜系统索财用的阴离子交换膜和阳离子交换膜为异相膜或均相膜;
一级电驱动膜系统操作电流密度为5~10mA/cm2，二级电驱动膜系统操作电流密度为2.5~5.0mA/cm2;
一级电驱动膜系统的电流效率控制在50~65%，二级电驱动膜系统的电流效率控制在30~50%。
8.根据权利要求1所述的一种采用多种膜处理技术资源化处理海带加工废水的系统，其特征在于所述反渗透系统的操作压力控制在4.0~5.0MPa，反渗透膜系统的平均膜通量为13~15LMH。
9.根据权利要求1所述的一种采用多种膜处理技术资源化处理海带加工废水的系统，其特征在于所述双极膜系统的操作电流密度控制在20~25mA/cm2，双极膜系统酸室酸液浓度控制在8~10%，双极膜系统碱室碱液浓度控制在13~15%。
10.根据权利要求1所述的一种采用多种膜处理技术资源化处理海带加工废水的系统，其特征在于所述中和反应池水力停留时间为20~30min，浓缩池水力停留时间为20~30min。
说明书
一种采用多种膜处理技术资源化处理海带加工废水的系统
技术领域
本实用新型属于海带加工领域，特别涉及采用膜处理技术处理海带加工废水的系统或设备。
背景技术
海带加工企业是一类用水量很大的企业，每生产1t褐藻胶需耗自来水近百吨，同时又是一类废水排放量很大的企业。在我国有不少单位将提碘后的海带浸泡水作为工业废水直接排放，这样不仅严重污染生态环境，而且使该废水中所含的宝贵的药用原料—甘露醇无法获得资源化利用，据统计，目前全国海藻加工企业有50多家，年排放量达上百万吨，造成了水和甘露醇资源的浪费。对该种废水进行资源化处理，从中提取甘露醇的传统方法是离心水洗重结晶法，既耗能高又耗费大量人工，而且生产成本高，得率低。海带浸泡水中的甘露醇含量仅在1.0%左右，每制得1t甘露醇大约需耗蒸汽60t。因生产成本高企业经济效益低，甚至还要亏损。因此，改革落后的传统生产工艺势在必行。
甘露醇是一种己六醇，因溶解时吸热，有甜味，对口腔有舒服感，故更广泛用于醒酒药、口中清凉剂等咀嚼片的制造，其颗粒型专作直接压片的赋形剂。甘露醇是一种高渗性的组织脱水剂，临床上广泛应用于治疗脑水肿，预防急性肾衰，治疗青光眼，加速毒物及药物从肾脏的排泄。
近年来膜技术在工业生产的各个领域正逐渐得到推广应用，膜分离技术是利用具有一定选择透过特性的过滤介质进行物质的分级、分离、浓缩、纯化等。20世纪60年代以后，各种膜分离技术迅速发展，在各种分离技术占据越来越重要的地位。膜在分离过程中具有如下功能：物质的识别与透过;界面;反应场。物质的识别与透过是使混合物中各组分之间实现分离的内在因素;作为界面，膜将透过液和保留液分为互不混合的两相;作为反应场膜表面及孔内表面含有与特定溶质具有相互作用能力的官能团，通过物理作用、化学反应或生化反应提高膜分离的选择性和分离速度。膜分离过程具有常温下进行、无相变化、能耗低、设备简单、操作控制方便等特点，己应用于化工、医药、轻工、食品、纺织、电子、冶金等领域。根据截留组分的不同，可以将膜过程分为微滤(Microfiltration，MF)、超滤(Ultrafiltration，UF)、反渗透(Reverse osmosis，RO)、透析(Dialysis，DS)、电渗析(Electrodialysis，ED)和渗透气化(Pervaporation，PV)等。
陶瓷膜是以氧化铝、氧化钛、氧化锆等经1600℃高温烧结而成的具有多孔结构的精密陶瓷过滤材料。它是由孔隙率30%~50%、孔径50nm~15μm的陶瓷载体，采用溶胶-凝胶法或其它工艺制作而成的非对称复合膜。它的结构通常为“三明治”式：支撑层(又称载体层)、过渡层(又称中间层)、膜层(又称功能分离层)。其中支撑层的孔径一般为1~20μm，孔隙率为30%~65%，其作用是增加膜的机械强度;中间层的孔径比支撑层的孔径小，其作用是防止膜层制备过程中颗粒向多孔支撑层的渗透，厚度约为20~60μm，孔隙率为30%~40%;膜层具有分离功能，孔径从0.8nm~1μm不等，厚度约为3~10μm，孔隙率为40%~55%。整个膜的孔径分布由支撑层到膜层逐渐减小，形成不对称的结构分布。陶瓷膜根据孔径可分为微滤(孔径大于50nm)、超滤(孔径2~50nm)、纳滤(孔径小于2nm)等种类。 陶瓷膜过滤是一种“错流过滤”形式的流体分离过程：原料液在膜管内高速流动，在压力驱动下含小分子组分的澄清渗透液沿与膜面垂直方向(径向)向外透过膜，含大分子组分的混浊浓缩液被膜截留，从而使流体达到分离、浓缩、纯化的目的。
超滤膜的截留特性是以对标准有机物的截留分子量来表征，通常截留分子量范围在1000-300000Da，故超滤膜能对大分子有机物(如蛋白质、细菌)、胶体、悬浮固体等进行分离，广泛应用于料液的澄清、大分子有机物的分离纯化、除热源。纳滤膜的截留特性是以对MgSO4等标准溶液的截留率来表征，相应截留分子量范围在150-1000Da，故纳滤膜能对小分子有机物等与水、无机盐进行分离，使脱盐与浓缩的同时进行。
电驱动膜技术是指在电场力作用下离子通过选择性离子交换膜的膜分离过程，其核心部分为阴阳离子交换膜，即利用阳离子交换膜只允许阳离子通过，阴离子交换膜只允许阴离子通过的特性对溶液中离子进行选择性分离的技术。在电场力作用下，溶液中的阴阳离子发生定向迁移，从一部分水体迁移到另一部分水体，从而达到溶液分离、提纯和浓缩的目的。双极膜的出现，使电渗析的用途得到扩展。双极膜是由阴离子交换膜和阳离子交换膜复合而成的，在两层中间通常称为中间催化层。其原理为：在双极膜两侧加上电压时，溶液中的离子会发生定向迁移，与此同时水分子会透过阴阳离子交换膜进入到中间催化层，在两侧活性基团作用下发生电解生成氢离子和氢氧根离子，以此来充当电荷负载，消耗的水又通过周围溶液中的水向膜中间层渗透而得到补充。与常规电渗析相比，在双极膜作用下水解离速率被提高5千万倍以上，因此能耗大大降低，电渗析的应用范围也大大延伸。双极膜电渗析也属于电渗析应用范围，是通过将双极膜与离子交换膜相结合，组成不同的隔室(酸室、碱室和料液室)，使其在酸碱制备领域有独特的优势。在一定的电压作用下，阴阳离子能分别通过阴阳离子交换膜，与双极膜产生的氢离子和氢氧根离子结合产生对应的酸和碱。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种采用多种膜处理技术资源化处理海带加工废水的系统，它能实现能将海带生产废水变废为宝、使甘露醇得到回收、占地面积小的效果，为此，本实用新型采用以下技术方案：
它包括：
中和反应池，用以调节废水的pH值，产水进入浓缩池，所述浓缩池设有大流量循环泵;
陶瓷膜系统，所述大流量循环泵将产水输送至陶瓷膜系统，所述陶瓷膜系统在压力作用下对大流量输送泵输送的料液进行弄过过滤;
一级电驱动膜系统，所述陶瓷膜系统的透过液进入一级电驱动膜系统，电驱动膜系统通过离子交换形成浓室和淡室，盐分不断迁移至浓室，低盐分料液进入淡室;
反渗透系统，所述一级电驱动膜系统的淡室内的产水进入反渗透系统，所述反渗透系统的透过液作为回用水，所述回用水将用于海带浸泡实现回收。
在采用以上技术方案的基础上，本实用新型还可以采用以下进一步方案：
所述系统还包括：
二级电驱动膜系统，所述反渗透系统的浓缩液进入二级电驱动膜系统进行浓缩、过滤，所述二级电驱动膜系统的浓室浓缩液进入一级电驱动膜系统再次进行浓缩、过滤。
所述二级电驱动膜系统的脱盐后的淡室料液进入离子交换床，吸附剩余盐分所产生的料液在进行蒸发、离心脱水、烘干后实现回用。
所述陶瓷膜系统的浓缩液返回至浓缩池，浓缩池底部不断排出海带碎渣，该碎渣实现综合利用处理。
进一步的，所述系统还包括：
双极膜系统，所述一级电驱动膜系统的浓室盐水进入双极膜系统，并在双极膜系统内进行电解处理，产生酸碱之后用于进模前的中和工段和整套膜系统的化学清洗。
所述陶瓷膜系统的过滤孔径为50~75nm;
膜面流速为3~4m/s;
膜通量为250~300LMH。
所述一级电驱动膜系统和二级电驱动膜系统索财用的阴离子交换膜和阳离子交换膜为异相膜或均相膜;
一级电驱动膜系统操作电流密度为5~10mA/cm2，二级电驱动膜系统操作电流密度为2.5~5.0mA/cm2;
一级电驱动膜系统的电流效率控制在50~65%，二级电驱动膜系统的电流效率控制在30~50%。
所述反渗透系统的操作压力控制在4.0~5.0MPa，反渗透膜系统的平均膜通量为13~15LMH。
所述双极膜系统的操作电流密度控制在20~25mA/cm2，双极膜系统酸室酸液浓度控制在8~10%，双极膜系统碱室碱液浓度控制在13~15%。
所述中和反应池水力停留时间为20~30min，浓缩池水力停留时间为20~30min。
本实用新型具有的优点如下：
1)陶瓷膜系统对废水进行澄清过滤，占地面积减少，过滤工序的收率提高，浓缩池悬浮物质浓度提高，沉淀效果显著;
2)通过电驱动膜对甘露醇料液进行两级脱盐，使得产品的纯度大幅提高，售价提高，经济效益显著;
3)通过反渗透膜系统能对甘露醇料液进行浓缩减量，使得二级电驱动膜效率提升，缩小了系统规模，又实现了水回用目的;
4)双极膜系统的使用能将浓盐水资源化利用，提高了工艺的安全性和可靠性;
5)膜技术应用于海带生产废水资源化处理真正实现了工业化生产所要求的低成本和高稳定性，同时也提高了产品质量并降低了成本;
6)对海带浸泡废水进行资源化处理，变废为宝，使甘露醇得到回收，渣进行综合利用制取化肥、饲料，水得到回用，基本实现了清洁生产，消除了污染，同时生产环境和工人的劳动强度也得到了改善。
