公布日：2023.05.09
申请日：2022.12.27
分类号：C02F1/08(2023.01)I;C02F1/04(2023.01)I;C02F1/44(2023.01)I;C10B39/04(2006.01)I;C10L1/183(2006.01)I;C01C1/02(2006.01)I;C02F103/34(2006.01)N
摘要
本发明涉及一种基于膜分离的兰炭废水综合利用系统，包括：蒸氨系统、超滤膜过滤系统、蒸发器A、蒸发器B、一级RO系统和二级RO系统。本发明的有益效果是：采用蒸氨、超滤、两级反渗透和蒸发浓缩组合的方法，无需对兰炭废水进行长时间沉降去除焦油、粉煤灰等预处理操作，简化了兰炭废水的预处理技术，淘汰了生化处理工序，并从废水中回收氨水、酚油浓缩物和膜分离产水；和已公开的脱氨-萃取-生化技术相比，本发明无需加硫酸调节pH，也无需萃取溶剂，因而大幅度降低了投资和运行费用，也不会产生硫酸盐的二次污染问题；和已公开的脱氨-蒸发-膜分离技术相比，本发明大幅度降低了蒸发处理的废水量，大幅度降低了蒸汽消耗，降低了运行成本。
权利要求书
1.一种基于膜分离的兰炭废水综合利用系统，其特征在于，包括：蒸氨系统、超滤膜过滤系统、蒸发器A、蒸发器B、一级RO系统和二级RO系统；蒸氨系统底部设有蒸汽入口，蒸氨系统顶部设有兰炭废水入口，蒸汽管道连接蒸氨系统的蒸汽入口，兰炭废水管道连接兰炭废水入口；蒸氨系统上还设有出水口和氨水出口；蒸氨系统的出水口通过管道连接超滤膜过滤系统上设置的废水入口，超滤膜过滤系统上还设有透过液出口和浓缩液出口；超滤膜过滤系统的透过液出口通过管道连接一级RO系统的进水口，超滤膜过滤系统的浓缩液出口通过管道连接蒸发器A的进水口；一级RO系统的浓缩液出口通过管道连接蒸发器B的浓缩液入口；一级RO系统的透过液出口通过管道连接二级RO系统的透过液入口；二级RO系统的浓缩液出口通过管道连接一级RO系统的进水口；蒸发器B的冷凝液出口连接一级RO系统的进水口，蒸发器B的浓缩液出口通过管道连接蒸发器A的进水口；蒸发器A的冷凝液出口通过管道连接超滤膜过滤系统上的废水入口。
2.根据权利要求1所述基于膜分离的兰炭废水综合利用系统，其特征在于：蒸氨系统为板式蒸馏塔。
3.根据权利要求1所述基于膜分离的兰炭废水综合利用系统，其特征在于：板式蒸馏塔底部还设有再沸器。
4.根据权利要求1所述基于膜分离的兰炭废水综合利用系统，其特征在于：蒸发器A为单效降膜刮板蒸发器或多效强制外循环蒸发器。
5.根据权利要求4所述基于膜分离的兰炭废水综合利用系统，其特征在于：蒸发器A为单效降膜刮板蒸发器。
6.根据权利要求1所述基于膜分离的兰炭废水综合利用系统，其特征在于：蒸发器B为单效降膜刮板蒸发器、MVR或多效强制外循环蒸发器。
7.根据权利要求6所述基于膜分离的兰炭废水综合利用系统，其特征在于：蒸发器B为多效强制外循环蒸发器。
8.一种如权利要求1所述基于膜分离的兰炭废水综合利用系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：蒸氨系统进行汽提蒸馏：从蒸氨系统顶部的兰炭废水入口加入兰炭废水，在重力作用下，兰炭废水从上向下在蒸氨系统内部流动，蒸汽从蒸汽入口进入蒸氨系统底部并从下往上流动，兰炭废水与蒸汽在蒸氨系统内部逆流接触发生传质和传热，脱除兰炭废水中氮氨，氨氮经冷凝后获得氨水；经蒸氨系统脱氨后的兰炭废水进入超滤膜过滤系统，超滤膜过滤系统采用超滤膜对其进水进行错流过滤后，得到浓缩液A和透过液A；来自超滤膜过滤系统的浓缩液A进入蒸发器A，蒸发器A对其进水进行蒸发浓缩得到冷凝液A和酚浓缩物及油浓缩物；将所得冷凝液A输入到超滤膜过滤系统，与经蒸氨系统脱氨后的兰炭废水合并，共同作为超滤膜过滤系统的进水；超滤膜过滤系统输出的透过液A进入一级RO系统，一级RO系统的一级RO膜对其进水进行错流过滤，得到浓缩液B和透过液B；来自一级RO系统的浓缩液B进入蒸发器B，蒸发器B对其进水进行蒸发浓缩得到冷凝液B和浓缩液D；将冷凝液B输入到一级RO系统，与超滤膜过滤系统输出的透过液A合并，共同作为一级RO系统的进水；将浓缩液D输入到蒸发器A，与来自超滤膜过滤系统的浓缩液A合并，共同作为蒸发器A的进水；来自一级RO系统的透过液B进入二级RO系统，二级RO系统内的二级RO膜对其进水进行错流过滤，得到浓缩液C和产水；将浓缩液C输入到一级RO系统，与超滤膜过滤系统输出的透过液A及蒸发器B输出的冷凝液B合并，共同作为一级RO系统的进水。
9.根据权利要求8所述基于膜分离的兰炭废水综合利用系统的工作方法，其特征在于：下述所有浓度均为质量百分比浓度，压力均为表压；进入蒸氨系统的蒸汽压力为0.05～0.4MPa，蒸氨系统内部蒸氨方式为负压蒸馏或常压蒸馏，负压蒸馏对应的蒸氨系统内部压力为-0.05～-0.09MPa,常压蒸馏对应的蒸氨系统内部压力为0～0.02MPa，蒸氨系统氨水出口流出的氨水浓度为10～20%，蒸氨系统的出水口流出的废水中氨氮含量小于50mg/L；超滤膜过滤系统内超滤膜的截留分子量为10～30万道尔顿，超滤膜的过滤压力为0.2～0.5MPa；超滤膜过滤系统所得浓缩液A占经蒸氨系统脱氨后的兰炭废水进水体积的3～10%；超滤膜过滤系统所得透过液A占经蒸氨系统脱氨后的兰炭废水进水体积的90～97%；蒸发器A采用单效降膜刮板蒸发器或多效强制外循环蒸发器在40～90℃下进行蒸发浓缩，所得酚浓缩物及油浓缩物的固形物浓度为50～70%一级RO系统的错流过滤压力为0.3～0.5MPa；一级RO膜的截留分子量为10万～30万道尔顿；一级RO系统输出的浓缩液B占进水体积的40～50%，透过液B占进水体积的50～60%；蒸发器B采用单效降膜刮板蒸发器或多效强制外循环蒸发器在40～100℃下进行蒸发；蒸发器B蒸发浓缩得到的浓缩液D中，固形物浓度为20～45%；二级RO系统的错流过滤压力为2～5Mpa；二级RO膜的截留分子量为50～100道尔顿；浓缩液C占进水体积的10～20%，产水占进水体积的80～90%。
10.根据权利要求9所述基于膜分离的兰炭废水综合利用系统的工作方法，其特征在于：二级RO系统产水的COD小于60mg/L，产水中挥发酚小于10mg/L，石油小于1mg/L。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种基于膜分离的兰炭废水综合利用系统及方法。
这种基于膜分离的兰炭废水综合利用系统，包括：蒸氨系统、超滤膜过滤系统、蒸发器A、蒸发器B、一级RO系统和二级RO系统；蒸氨系统底部设有蒸汽入口，蒸氨系统顶部设有兰炭废水入口，蒸汽管道连接蒸氨系统的蒸汽入口，兰炭废水管道连接兰炭废水入口；蒸氨系统上还设有出水口和氨水出口；蒸氨系统的氨水出口通过管道接入锅炉烟道气脱硝装置进水口；蒸氨系统的出水口通过管道连接超滤膜过滤系统上设置的废水入口，超滤膜过滤系统上还设有透过液出口和浓缩液出口；超滤膜过滤系统的透过液出口通过管道连接一级RO系统的进水口，超滤膜过滤系统的浓缩液出口通过管道连接蒸发器A的进水口；一级RO系统的浓缩液出口通过管道连接蒸发器B的浓缩液入口；一级RO系统的透过液出口通过管道连接二级RO系统的透过液入口；二级RO系统的浓缩液出口通过管道连接一级RO系统的进水口；二级RO系统的产水出口通过连接兰炭熄焦装置的入水口；蒸发器B的冷凝液出口连接一级RO系统的进水口，蒸发器B的浓缩液出口通过管道连接蒸发器A的进水口；蒸发器A的冷凝液出口通过管道连接超滤膜过滤系统上的废水入口；蒸发器A的酚和油浓缩物出口连接燃料收集装置。
作为优选，蒸氨系统为板式蒸馏塔。
作为优选，板式蒸馏塔底部还设有再沸器，再沸器用于辅助蒸汽间壁加热蒸馏塔塔底废水。
作为优选，蒸发器A为单效降膜刮板蒸发器或多效强制外循环蒸发器。
作为优选，蒸发器A为单效降膜刮板蒸发器。
作为优选，蒸发器B为单效降膜刮板蒸发器、MVR或多效强制外循环蒸发器。
作为优选，蒸发器B为多效强制外循环蒸发器。
这种基于膜分离的兰炭废水综合利用系统的工作方法，包括以下步骤：蒸氨系统进行汽提蒸馏：从蒸氨系统顶部的兰炭废水入口加入兰炭废水，在重力作用下，兰炭废水从上向下在蒸氨系统内部流动，蒸汽从蒸汽入口进入蒸氨系统底部并从下往上流动，兰炭废水与蒸汽在蒸氨系统内部逆流接触发生传质和传热，脱除兰炭废水中易挥发氮氨和低沸点组分，氨氮经冷凝后获得氨水；经蒸氨系统脱氨后的兰炭废水进入超滤膜过滤系统，超滤膜过滤系统采用超滤膜对其进水进行错流过滤后，得到浓缩液A和透过液A；来自超滤膜过滤系统的浓缩液A进入蒸发器A，蒸发器A对其进水进行蒸发浓缩得到冷凝液A和酚浓缩物及油浓缩物；将所得冷凝液A输入到超滤膜过滤系统，与经蒸氨系统脱氨后的兰炭废水合并，共同作为超滤膜过滤系统的进水；超滤膜过滤系统输出的透过液A进入一级RO系统，一级RO系统的一级RO膜对其进水进行错流过滤，得到浓缩液B和透过液B；来自一级RO系统的浓缩液B进入蒸发器B，蒸发器B对其进水进行蒸发浓缩得到冷凝液B和浓缩液D；将冷凝液B输入到一级RO系统，与超滤膜过滤系统输出的透过液A合并，共同作为一级RO系统的进水；将浓缩液D输入到蒸发器A，与来自超滤膜过滤系统的浓缩液A合并，共同作为蒸发器A的进水；来自一级RO系统的透过液B进入二级RO系统，二级RO系统内的二级RO膜对其进水进行错流过滤，得到浓缩液C和产水；将浓缩液C输入到一级RO系统，与超滤膜过滤系统输出的透过液A及蒸发器B输出的冷凝液B合并，共同作为一级RO系统的进水。
作为优选：下述所有浓度均为质量百分比浓度，压力均为表压；进入蒸氨系统的蒸汽压力为0.05～0.4MPa，蒸氨系统内部蒸氨方式为负压蒸馏或常压蒸馏，负压蒸馏对应的蒸氨系统内部压力为-0.05～-0.09MPa,常压蒸馏对应的蒸氨系统内部压力为0～0.02MPa，蒸氨系统氨水出口流出的氨水浓度为10～20%，蒸氨系统的出水口流出的废水中氨氮含量小于50mg/L；超滤膜过滤系统内超滤膜的截留分子量为10～30万道尔顿（Dal），超滤膜的过滤压力为0.2～0.5MPa；超滤膜过滤系统所得浓缩液A占经蒸氨系统脱氨后的兰炭废水进水体积的3～10%；超滤膜过滤系统所得透过液A占经蒸氨系统脱氨后的兰炭废水进水体积的96～97%；蒸发器A采用单效降膜刮板蒸发器或多效强制外循环蒸发器在40～90℃下进行蒸发浓缩，所得酚浓缩物及油浓缩物的固形物浓度为50～70%；酚浓缩物及油浓缩物为高沸点的杂酚和焦油；一级RO系统的错流过滤压力为0.3～0.5MPa；一级RO膜的截留分子量为10万～30万道尔顿（Dal）；一级RO系统输出的浓缩液B占进水体积的40～50%，透过液B占进水体积的50～60%；蒸发器B采用单效降膜刮板蒸发器或多效强制外循环蒸发器在40～100℃下进行蒸发；蒸发器B蒸发浓缩得到的浓缩液D中，固形物浓度为20～45%；二级RO系统的错流过滤压力为2～5Mpa；二级RO膜的截留分子量为50～100道尔顿（Dal）；浓缩液C占进水体积的10～20%，产水占进水体积的80～90%。
作为优选，二级RO系统产水的COD小于60mg/L，产水中挥发酚小于10mg/L，石油类小于1mg/L，用于兰炭生产的熄焦工序。
本发明的有益效果是：本发明无需对兰炭废水进行长时间沉降去除焦油、粉煤灰等预处理操作，简化了兰炭废水的预处理技术，淘汰了生化处理工序，并从废水中回收氨水、酚油浓缩物和膜分离产水（高纯度产水），产水回收率≥95%，产水的COD≤60mg/L，挥发酚≤10mg/L，石油类≤1mg/L；同时节约了预处理设备，降低了工程造价；回收的氨水可以用作锅炉烟道气脱硝用原料，酚油浓缩物可以直接作为燃料，膜分离产水可以回用于兰炭熄焦工序，实现了产物的综合利用，不仅解决了废水污染问题，具有良好的经济效益。
本发明采用蒸氨、超滤、两级反渗透和蒸发浓缩组合的方法；和已公开的脱氨-萃取-生化技术相比，本发明无需加硫酸调节pH，也无需萃取溶剂，因而大幅度降低了投资和运行费用，也不会产生硫酸盐的二次污染问题；和已公开的脱氨-蒸发-膜分离技术相比，本发明大幅度降低了蒸发处理的废水量，因而大幅度降低了蒸汽消耗，降低了运行成本。
（发明人：李祖强;高富宝;张美英;勇欣;李刚）
