申请日2013.11.01
公开(公告)日2015.05.13
IPC分类号C02F9/10; C02F1/08; C02F1/44
摘要
本发明公开一种高盐废水的处理方法。该方法首先采用膜蒸馏技术浓缩处理高盐废水，之后将膜蒸馏浓水作为正渗透的驱动液，通过正渗透进料液侧原水的不断浓缩来稀释膜蒸馏浓水，当膜蒸馏浓水稀释到特定浓度时，则返回到膜蒸馏单元继续浓缩处理。以此循环，在高盐废水深度浓缩的同时，最大程度的回收了高盐废水和正渗透原水中的水资源。本发明方法不仅可以处理高盐废水，还可以同时浓缩处理河水、苦咸水、海水、地表水、市政污水、石化废水、垃圾渗滤液以及含药物、蛋白质等的溶液。过程中不需要外加压力或外压压力很小，方法简单易行，容易操作，相对于多效蒸发而言，运行费用低。
权利要求书
1.一种正渗透耦合膜蒸馏处理高盐废水的方法，主要步骤为：
(1)高盐废水进入膜蒸馏加热水池中加热，之后，泵入膜蒸馏组 件;
(2)在膜蒸馏组件中被分离成膜蒸馏浓水和膜蒸馏产水;
(3)膜蒸馏浓水返回膜蒸馏加热水池继续循环浓缩，当膜蒸馏加 热水池中的膜蒸馏浓水达到设定浓度时，泵入膜蒸馏浓水原水池中自 然降温，之后，泵入正渗透驱动液池作为正渗透驱动液待用;
(4)正渗透原水进入正渗透原水池，正渗透原水池中的原水，再 泵入正渗透膜组件的进料液侧循环流动;
同时将步骤(3)中正渗透驱动液池中的膜蒸馏浓水，泵入正渗透 膜组件的驱动液侧，作为正渗透的驱动液循环流动;
(5)在步骤(4)的作用下，正渗透原水中的水通过正渗透膜组件进 入到正渗透驱动液侧的膜蒸馏浓水中，将膜蒸馏浓水不断稀释的同 时，逐渐浓缩了正渗透原水;
其中，正渗透原水池中的原水浓缩到自行设定的排放浓度时排 放，正渗透驱动液池中的驱动液稀释到自行设定的浓度时，部分返回 到膜蒸馏单元继续浓缩。
2.根据权利要求1所述的正渗透耦合膜蒸馏处理高盐废水的方 法，其特征在于，所述高盐废水的水质特征为：废水pH6.5～8.5，电 导9000～13000μs/cm，CODcr0～100mg/L，Cl-2000～5000mg/L， Ca2+0～70mg/L，Mg2+0～100mg/L，溶硅0～50mg/L，NH4-N0～ 5mg/L。
3.根据权利要求1所述的正渗透耦合膜蒸馏处理高盐废水的方 法，其特征在于，所述正渗透原水包括河水、苦咸水、海水、地表水、 市政污水、石化废水、垃圾渗滤液以及含药物、糖类或蛋白质的溶液。
4.根据权利要求1所述的正渗透耦合膜蒸馏处理高盐废水的方 法，其特征在于，步骤(1)中所述膜蒸馏加热水池中加热的温度范围 为60～80℃。
5.根据权利要求1所述的正渗透耦合膜蒸馏处理高盐废水的方 法，其特征在于，步骤(3)中所述设定浓度为膜蒸馏浓水的电导率范 围达到150,000～250,000μs/cm。
6.根据权利要求1所述的正渗透耦合膜蒸馏处理高盐废水的方 法，其特征在于，步骤(3)所述自然降温后的温度范围为20～50℃。
7.根据权利要求1所述的正渗透耦合膜蒸馏处理高盐废水的方 法，其特征在于，当正渗透原水为含盐溶液时，所述作为正渗透驱动 液的膜蒸馏浓水电导率稀释到等于正渗透原水池中废水电导率的2～ 5倍时，部分返回到膜蒸馏进水单元与高盐废水即膜蒸馏进水按1:1～ 1:5混合后进入膜蒸馏组件继续浓缩;所述正渗透原水池中的废水电 导率浓缩到等于膜蒸馏浓水初始电导率的2～4倍时，间歇排放。
8.根据权利要求1所述的正渗透耦合膜蒸馏处理高盐废水的方 法，其特征在于，当正渗透原水为非含盐溶液时，所述作为正渗透驱 动液的膜蒸馏浓水电导率稀释到膜蒸馏浓水初始电导率的1/2～1/5 时，部分返回到膜蒸馏进水单元与高盐废水即膜蒸馏进水按1:1～1:5 混合后进入膜蒸馏组件继续浓缩;所述正渗透原水池中的废水浓缩到 设定的排放浓度时，间歇排放。
9.根据权利要求1所述的正渗透耦合膜蒸馏处理高盐废水的方 法，其特征在于，所述的膜蒸馏过程的操作条件为：进料液侧，废水 pH6.5～8.5，废水温度60～80℃，膜面流速0.1～0.5m/s，渗透液侧 真空度-0.075～-0.095MPa。
10.根据权利要求1所述的正渗透耦合膜蒸馏处理高盐废水的方 法，其特征在于，所述的正渗透过程的操作条件为：进料液侧，废水 pH6.5～8.5，废水温度20～50℃，两侧膜面流速0.1～0.5m/s。
11.根据权利要求1所述的正渗透耦合膜蒸馏处理高盐废水的方 法，其特征在于，所述的膜蒸馏组件的膜材料包括聚偏氟乙烯，聚四 氟乙烯、聚丙烯;膜孔径范围为0.15μm～0.2μm;所述的膜蒸馏组件 形式包括板式、卷式、中空纤维式或管式。
12.根据权利要求1所述的正渗透耦合膜蒸馏处理高盐废水的方 法，其特征在于，所述的正渗透膜组件的膜材料包括醋酸纤维素、聚 酰胺或聚丙烯腈;所述的正渗透膜组件形式包括板式、卷式、中空纤 维式或管式。
13.根据权利要求1所述的正渗透耦合膜蒸馏处理高盐废水的方 法，其特征在于，所述的膜蒸馏组件和正渗透膜组件为一组或多组串 联或并联。
说明书
一种高盐废水的处理方法
技术领域
本发明涉及一种利用膜分离技术处理高盐废水的方法，更具体地 说，涉及一种正渗透耦合膜蒸馏技术处理高盐废水的方法，属于工业 废水处理领域。
背景技术
近年来，随着膜法污水处理回用装置的广泛应用，石化企业产生 的高盐废水尤其是反渗透浓水成为一个处理难题，该股废水既不能排 放也不能回用，给各企业带来极大的困扰。
膜蒸馏(MD)由于能够脱除更高浓度的盐分以及更高的脱盐率 而逐渐受到各国专家重视并展开了广泛研究，它可以算是迄今为止脱 盐效率最高的膜技术。膜蒸馏是上世纪80年代为海水脱盐而研发的 疏水膜技术，它是采用微孔疏水膜，以膜两侧蒸汽压差为驱动力的一 种新型膜分离过程。膜蒸馏所用的膜为不被待处理溶液润湿的疏水微 孔膜，即只有蒸汽能够进入膜孔，液体不能透过膜孔。膜蒸馏的优势 主要是：产水水质好，脱盐率高(98%以上)，水回收率高，可利用 工业废热。和多效蒸发相比：膜蒸馏可以低温操作，产水水质更好， 蒸馏效率更高，不存在蒸发塔的结垢和腐蚀问题，设备造价也比常规 蒸馏塔低;和反渗透相比：膜蒸馏可常压运行，对预处理要求低，可 处理反渗透不能处理的高盐废水，水回收率更高。
正渗透(FO)是一种依靠渗透压驱动的膜分离过程，即水通过 选择性半透膜从较高水化学势区域(低渗透压侧)自发地扩散到较低 水化学势区域(高渗透压侧)的过程。正渗透过程的驱动力是驱动液 与原料液的渗透压差，不需要外加压力作为驱动力。和反渗透过程相 比，正渗透具有如下优点：膜污染较轻，无需外加压力，能耗低，回 收率高，浓水排放量少，污染小，环境友好。
正渗透过程实现的关键是需要一种高通量可循环使用的驱动液， 而膜蒸馏浓水由于含盐量高，渗透压高，完全可以满足正渗透过程的 需要。因此，如果将膜蒸馏和正渗透结合起来处理高盐废水，对其进 行二次利用，将膜蒸馏浓水作为正渗透过程的驱动液，不仅解决了正 渗透过程所需驱动液的问题，同时也解决了膜蒸馏浓水的处理问题， 并且通过正渗透过程可以处理一些其他方法难处理的废水或溶液，两 种技术的耦合可以最大限度的降低废水的排放量，具有重要环境意 义。
中国专利201010210971涉及了一种烯烃聚合催化剂生产废水生 化出水的深度处理回用方法，该方法采用“超滤+反渗透+膜蒸馏”的 耦合工艺流程。采用该工艺流程，实现了烯烃聚合催化剂生产废水生 化出水的深度处理回用，经过该工艺流程处理后的烯烃聚合催化剂生 产废水的生化出水，反渗透和膜蒸馏产水可满足工艺用水要求，解决 了烯烃聚合催化剂生产废水生化出水的回用问题，实现了高盐废水的 深度处理回用。但是，本专利对于膜蒸馏的浓水问题并没有给出处理 方法，给生态环境带来了新的困扰。中国专利CN102745776A涉及一 种正渗透耦合反渗透处理反渗透浓排水的方法及装置，该方法及装置 通过将反渗透浓排水作为正渗透过程的驱动液，有效解决了反渗透浓 排水的处理问题。中国专利CN202576114也涉及了一种正渗透耦合 反渗透处理垃圾渗滤液的处理装置，该装置能对垃圾渗滤液进行有效 处理。上述两个专利均是采用正渗透耦合反渗透技术来处理废水或溶 液，均是采用反渗透浓水作为正渗透过程的驱动液。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明公开了一种高盐废水的处理方法， 旨在提供一种采用正渗透耦合膜蒸馏技术进一步浓缩高盐废水的水 处理方法。
该方法首先采用膜蒸馏技术浓缩处理高盐废水，之后将膜蒸馏浓 水作为正渗透的驱动液，通过正渗透进料液侧原水的不断浓缩，稀释 了作为驱动液的膜蒸馏浓水，当膜蒸馏浓水稀释到特定浓度时，则返 回到膜蒸馏单元继续浓缩处理。以此循环，在高盐废水深度浓缩的同 时，最大程度的回收了高盐废水和正渗透原水中的水资源。
本发明采用的技术方案是：
一种正渗透耦合膜蒸馏处理高盐废水的方法，主要步骤为：
(1)高盐废水进入膜蒸馏加热水池中加热，之后，经过加热的高 盐废水，通过膜蒸馏进水泵，泵入膜蒸馏组件;
(2)在膜蒸馏组件中被分离成膜蒸馏浓水和膜蒸馏产水;
(3)膜蒸馏浓水返回膜蒸馏加热水池继续循环浓缩，当膜蒸馏加 热水池中的膜蒸馏浓水达到设定浓度时，通过膜蒸馏浓水原水泵，泵 入膜蒸馏浓水原水池中自然降温，之后，通过膜蒸馏浓水泵，泵入正 渗透驱动液池作为正渗透驱动液待用;
(4)正渗透原水进入正渗透原水池，正渗透原水池中的原水，经 过正渗透原水泵，再泵入正渗透膜组件的进料液侧循环流动;
同时将步骤(3)中正渗透驱动液池中的膜蒸馏浓水，通过正渗透 驱动液泵，泵入正渗透膜组件的驱动液侧，作为正渗透的驱动液循环 流动;
(5)在步骤(4)的作用下，正渗透原水中的水通过正渗透膜组件进 入到正渗透驱动液侧的膜蒸馏浓水中，将膜蒸馏浓水不断稀释的同 时，逐渐浓缩了正渗透原水;
其中，正渗透原水池中的原水浓缩到自行设定的排放浓度时排 放，正渗透驱动液池中的驱动液稀释到自行设定的的浓度时，部分返 回到膜蒸馏单元继续浓缩。
本发明中高盐废水15的水质特征为：废水pH6.5～8.5，电导 9000～13000μs/cm，CODcr0～100mg/L，Cl-2000～5000mg/L，Ca2+0～70mg/L，Mg2+0～100mg/L，溶硅0～50mg/L，NH4-N0～5mg/L;
在具体实施时，所述正渗透原水包括河水、苦咸水、海水、地表 水、市政污水、石化废水、垃圾渗滤液，以及含药物、糖类或蛋白质 等的溶液;
在具体实施时，步骤(1)中所述膜蒸馏加热水池中的高盐废水的 加热的温度范围为60～80℃;
在具体实施时，步骤(3)中所述的设定浓度是指膜蒸馏浓水电导 率范围达到150,000～250,000μs/cm，经自然降温后作为正渗透过程 驱动液;
在具体实施时，步骤(3)中作为正渗透过程驱动液的膜蒸馏浓水 自然降温，所述自然降温后的温度范围为20～50℃;
在具体实施时，当正渗透原水为含盐溶液时，所述作为正渗透驱 动液的膜蒸馏浓水电导率稀释到等于正渗透原水池中废水电导率的 2～5倍时，部分返回到膜蒸馏进水单元与高盐废水即膜蒸馏进水按 1:1～1:5混合后进入膜蒸馏组件继续浓缩;
在具体实施时，当正渗透原水为含盐溶液时，所述正渗透原水池 中的废水电导率浓缩到等于膜蒸馏浓水初始电导率的2～4倍时，间 歇排放;
在具体实施时，当正渗透原水1为非含盐溶液时，所述作为正渗 透驱动液的膜蒸馏浓水电导率稀释到膜蒸馏浓水初始电导率的1/2～ 1/5时，部分返回到膜蒸馏进水单元与高盐废水即膜蒸馏进水15按 1:1～1:5混合后进入膜蒸馏组件继续浓缩;
在具体实施时，当正渗透原水为非含盐溶液时，所述正渗透原水 池中的废水浓缩到自行设定的排放浓度时，间歇排放;
在具体实施时，所述的膜蒸馏过程的操作条件为：进料液侧，废 水pH6.5～8.5，废水温度60～80℃，膜面流速0.1～0.5m/s，渗透液 侧真空度-0.075～-0.095MPa;
在具体实施时，所述的正渗透过程的操作条件为：进料液侧，废 水pH6.5～8.5，废水温度20～50℃，两侧膜面流速0.1～0.5m/s;
在具体实施时，所述的膜蒸馏组件的膜材料包括聚偏氟乙烯，聚 四氟乙烯、聚丙烯;膜孔径范围为0.15μm～0.2μm;
在具体实施时，在具体实施时，所述的膜蒸馏组件形式包括板式、 卷式、中空纤维式或管式;
在具体实施时，所述的正渗透膜组件的膜材料包括醋酸纤维素、 聚酰胺或聚丙烯腈;
在具体实施时，所述的正渗透膜组件形式包括板式、卷式、中空 纤维式或管式;
在具体实施时，所述的作为正渗透驱动液的膜蒸馏浓水经过膜蒸 馏多次循环浓缩得到;
在具体实施时，所述的膜蒸馏组件和正渗透膜组件为一组或多组 串联或并联;
在具体实施时，所述的高盐废水通过上述步骤处理，水回收率高 于97%。
和前述专利不同，本发明与现有技术的实质性区别在于，针对现 有技术中对高盐废水处理及处置存在的问题，采用正渗透耦合膜蒸馏 技术处理高盐废水，对石化企业的高盐废水，在采用膜蒸馏技术进行 深度浓缩处理的同时，以膜蒸馏浓水作为正渗透过程的驱动液，针对 河水、苦咸水、海水、地表水、市政污水、石化废水、垃圾渗滤液以 及含药物、糖类、蛋白质等的溶液，在采用正渗透过程对待处理溶液 进行高度浓缩的同时，有效解决了膜蒸馏浓水及其他难处理溶液的处 理问题，最大程度的回收了高盐废水和正渗透原水中的水资源。
本发明的有益效果是：
1、本发明不但采用膜蒸馏技术处理高盐废水，回收了高盐废水 中的水资源，而且还将难以处理的膜蒸馏浓水作为正渗透过程的驱动 液，变废为宝，用于正渗透过程处理正渗透原水，充分实现了膜蒸馏 浓水的高效利用，并通过正渗透和膜蒸馏过程的耦合，最大限度的回 收了水资源;
2、本发明中的正渗透过程和膜蒸馏过程都不需要外加压力或外 压压力很小，方法简单易行，容易操作;
3、本发明中的正渗透过程和膜蒸馏过程中的膜污染均较轻，延 长了两个过程的连续稳定运行时间;
4、本发明的方法相对于多效蒸发而言，运行费用低;
5、采用本发明的方法，不仅可以处理高盐废水，还可以同时浓 缩处理河水、苦咸水、海水、地表水、市政污水、石化废水、垃圾渗 滤液以及含药物、糖类、蛋白质等的溶液;
6、采用本发明的方法，整个耦合过程不仅可以获得大量纯净水， 同时也解决了膜蒸馏浓水难以处理问题，最大限度的提高了废水回收 率，具有重要环境效益。
经过本发明方法处理后的高盐废水，产水电导≤100μS/cm，产水 CODcr<10mg/L，水回收率高于97%。
