正滲透技術處理高含鹽廢水的裝置的制造方法

專利名稱:正滲透技術處理高含鹽廢水的裝置的制造方法
【專利摘要】正滲透技術處理高含鹽廢水的裝置，屬于水處理技術領域。經過預處理的高含鹽廢水首先通過電滲析器的淡水室，廢水中的離子在濃度差和電位差兩方面推動力作用下向濃水室發生遷移，使廢水中的鹽分降低到適合正滲透技術處理的條件。然后通過正滲透膜元件對其進一步濃縮，廢水中的水從正滲透膜的原料液側進入汲取液側，再將得到的被稀釋汲取液通過膜蒸餾膜組件進行濃縮脫水再生，濃縮后的汲取液返回正滲透過程中循環利用，而且得到了非常純凈的產水。該裝置對于高含鹽廢水具有廣泛的適用性，具有長期運行穩定、經濟效益高的優點。
【專利說明】
正滲透技術處理高含鹽廢水的裝置
技術領域
[0001]本實用新型涉及高含鹽廢水的處理裝置，特別涉及正滲透膜技術裝置，屬于水處理技術領域。
【背景技術】
[0002]高含鹽廢水主要來自化工廠及石油和天然氣的采集加工等。這種廢水含有多種物質(包括鹽、油、有機重金屬和放射性物質)。高含鹽廢水的產生途徑廣泛，包括頁巖氣和煤層氣開采廢水，硝酸銀廢水，二氧化鈦廢水，硫酸銅工業廢水，制藥廢水，印染廢水，油田廢水，空調冷卻水，煤氣洗滌廢水，除鹽水系統排水，回用水系統濃水排放，生化處理的有機廢水等。高含鹽量有機廢水的有機物根據生產過程不同，所含有機物的種類及化學性質差異較大，但所含鹽類物質多為C1—、S042—、Na+、Ca2+等鹽類物質。雖然這些離子都是微生物生長所必需的營養元素，在微生物的生長過程中起著促進酶反應，維持膜平衡和調節滲透壓的重要作用。但是若這些離子濃度過高，會對微生物產生抑制和毒害作用，主要表現:鹽濃度高、滲透壓高、微生物細胞脫水引起細胞原生質分離;鹽析作用使脫氫酶活性降低;氯離子高對細菌有毒害作用；鹽濃度高，廢水的密度增加，活性污泥易上浮流失，從而嚴重影響生物處理系統的凈化效果。
[0003]高含鹽廢水如果處理不當，不僅會污染環境，還會危害人類健康。因此，合理有效地去除高含鹽廢水至關重要。高含鹽有機廢水的處理是國內外研究的難點和熱點之一。國內外對高鹽廢水的研究主要有生物法和物理化學方法。生物法在處理高鹽廢水時表現出較高的有機物去除率，但采用生物法處理高鹽廢水通常需要較長的馴化期，且廢水中鹽分越高，馴化污泥所需的時間越長;另外，微生物對環境的改變敏感，鹽度的突變通常會對處理系統產生嚴重的干擾，而且高濃度的鹽類物質對微生物具有抑制作用。物理化學方法主要有蒸發法、電化學方法、離子交換法、吸附、膜分離技術等，在某些應用中能夠脫除廢水中的鹽分和有機物，但一般都投資大，運行費用高，且易造成再生廢水的二次污染，難以達到預期的凈化效果。針對高含鹽廢水的處理還沒有一個具有較廣適用范圍的經濟高效的技術方法。
[0004]正滲透的原理為利用選擇性半透膜為分離介質，以膜兩側的溶液的滲透壓差為推動力，在不需外加壓力的作用下，水從較高水化學勢(或較低滲透壓)側區域通過選擇透過性膜流向較低水化學勢(或較高滲透壓)一側區域的過程。在具有選擇透過性膜的兩側分別放置兩種具有不同滲透壓的溶液，一種為具有較低滲透壓的原料液(Feed solut1n)，另一種為具有較高滲透壓的汲取液(Draw solut1n)，正滲透正是應用了膜兩側溶液的滲透壓差作為驅動力，才使得水能自發地從原料液一側透過選擇透過性膜到達汲取液一側。相對于壓力驅動的膜分離過程如微濾、超濾和反滲透技術，這一技術從過程本質上講具有許多獨特的優點，如無壓操作，因而能耗較低;對許多污染物幾乎完全截留，分離效果好;低膜污染特征;膜過程和設備簡單等。在許多領域，特別是在海水淡化、飲用水處理和廢水處理中表現出很好的應用前景。
[0005]專利CN101798150A “高含鹽廢水的處理方法及其處理裝置”公布了一種以反滲透(RO)技術為核心的處理方法，為了達到RO系統進水要求，采用加酸調節pH值及碳酸鹽硬度，采用鈉離子交換器去除永久硬度、采用弱酸離子交換器去除碳酸鹽硬度、去除溶解性的CO2的方法來滿足RO的進水指標要求，該方法在處理較高含量溶解性鹽類廢水時離子交換的成本太高，也不適應于高COD含量的廢水，應用范圍窄，而且處理成本高。專利CN102583876公布了一種“高含鹽污水的處理裝置及其處理方法”，采用電滲析的方法降低鹽濃度，采用生化池降低廢水中的COD，該方法在廢水中鹽濃度很高時電滲析成本很高，脫鹽效率降低，在廢水可生化性較低時去除COD的效果很差，同樣具有很多的局限性;專利CN105084587A “一種高含鹽廢水的處理方法及設備”中涉及了納濾、反滲透和正滲透技術，但是單一的膜分離技術處理效果較差，而且步驟繁瑣，設備復雜。專利CN104021834A “一種用于核工業濃縮液減量的方法及系統”中采用電滲析技術處理核工業放射性廢水，得到的電滲析濃縮液作為原料液，用正滲透技術來處理，由于濃縮液滲透壓較高，因此需要正滲透汲取液的濃度要更高，提供足夠的滲透壓差來保證滲透過程的進行，這樣對汲取液提出了更高的要求，回收也造成不便。
【實用新型內容】
[0006]無論是生物法還是物理化學法處理高含鹽廢水，都有很大的劣勢。電滲析技術對進水水質要求很低，設備造價低、運行成本低，產水較穩定，但是純度較低。正滲透技術對原水的水質要求很高，但是出水水質好。因此，我們可以結合兩者的優勢，來解決高含鹽廢水的問題。
[0007]本實用新型一種正滲透技術處理高含鹽廢水的裝置，其特征在于，包括依次連接的預處理系統、電滲析系統、正滲透系統、膜蒸餾系統;具體包括以下步驟:
[0008](I)預處理系統:通過沉降法和分離膜進行初步的分離，去除高含鹽廢水中的雜質和部分尚子；
[0009](2)電滲析系統:經過預處理的高含鹽廢水通過進水口進入電滲析器的淡水室，廢水中的離子在濃度差和電位差兩方面推動力作用下向濃水室發生迀移，使廢水中的鹽分降低到適合正滲透技術處理的條件，處理過的廢水通過出口進入下一系統；
[0010](3)正滲透系統:經過電滲析系統處理的高含鹽廢水進入正滲透系統的原料液水槽，通過栗進入原料液側，廢水中的水在滲透壓的作用下，不斷地從正滲透膜的原料液側進入汲取液側，被稀釋的汲取液進入下一系統；
[0011](4)膜蒸餾系統:被稀釋的汲取液通過膜蒸餾膜組件進行濃縮脫水再生，濃縮后的汲取液返回正滲透過程中循環利用，同時得到了純凈的產水。
[0012]一種基于正滲透技術處理高含鹽廢水的裝置，其特征在于，包括預處理系統、電滲析器、正滲透膜組件和膜蒸餾組件;預處理系統的出水管路與電滲析器(4)的淡水室相連，電滲析器(4)的淡水室與原料液灌(5)連通;原料液灌(5)的出水口與正滲透膜組件(6)的原料液側相連通，同時正滲透膜組件(6)的原料液側的出水口又與原料液灌(5)相連，原料液灌(5)和正滲透膜組件(6)的原料液側形成循環管路;正滲透膜組件(6)的汲取液側通過加熱器(8)與膜蒸餾組件(9)的原料液側連接，膜蒸餾組件(9)的原料液側與汲取液灌(7)連接，同時汲取液灌(7)和正滲透膜組件(6)的汲取液側連通，從而正滲透膜組件(6)的汲取液偵叭加熱器(8)、膜蒸餾組件(9)的原料液側、汲取液灌(7)、正滲透膜組件(6)的汲取液側依次連接形成循環管路;膜蒸餾組件(9)的產水側與產水罐(10)連接。
[0013]其中預處理系統包括依次連接的沉淀設備(2)和分離膜(3)。
[0014]高含鹽廢水選自或包括頁巖氣和煤層氣開采廢水，硝酸銀廢水，二氧化鈦廢水，硫酸銅工業廢水，制藥廢水，印染廢水，油田廢水，空調冷卻水等。
[0015]預處理系統具體包括混凝沉降處理和膜過濾處理。所述沉降處理包括沉淀池沉淀、斜管沉淀或離心沉淀的一種。膜過濾包括微濾或者超濾，包括平板膜和中空纖維膜，可以是有機膜、金屬膜或陶瓷膜的一種;膜組件為浸沒式膜組件、柱式膜組件、管式膜組件、卷式膜組件或板框式膜組件的一種。
[0016]電滲析器可以采用填充床電滲析、倒極電滲析、雙極膜電滲析、無極水電滲析、無隔板電滲析、卷式電滲析或液膜電滲析的一種。
[0017]電滲析器兩端分別設置有陰極和陽極，自陰極至陽極之間依次交替排列有陰離子交換膜和陽離子交換膜;交替排列的陰離子交換膜(同時還阻隔陽離子)和陽離子交換膜(同時還阻隔阻隔陰離子)將所述廢水處理室分隔成若干個小室;高含鹽廢水通過管路進入各小室后，在直流電場的作用下離子作定向迀移，通過陰離子交換膜、陽離子交換膜分別對陽、陰離子的截留作用，使所述若干個小室分化形成包含電滲析凈化液的淡水室和包含電滲析濃縮液的濃水室，淡水室和濃水室交替排列。
[0018]所述陰離子和陽離子交換膜均為異相離子交換膜。
[0019]正滲透膜可以為醋酸纖維素膜、聚苯并咪唑膜或聚酰胺復合膜。聚酰胺復合膜以聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈、磺化聚醚醚酮、聚偏氟乙烯、聚酰亞胺中的一種為基體，進行界面聚合成膜。正滲透膜組件為浸沒式膜組件、柱式膜組件、管式膜組件、卷式膜組件或板框式膜組件的一種。
[0020]汲取液中包括或選自無機鹽類、有機小分子及其鹽類、高分子聚電解質、蛋白質或微細粒子的驅動液;所述的無機鹽包括NaCl、KC1、MgCl2、KN03、NaN03、NH4HC03、Na2S04、K2S04中的一種或幾種;所述的有機小分子鹽類包括乙二胺，乙二胺四乙酸，二乙烯三胺五乙酸，乙酸鎂、乙酸鈉中的一種或幾種;所述的有機小分子包括葡萄糖、蔗糖、果糖、甘油、乙二醇、維生素C、氨基酸中的一種或幾種;所述的高分子聚電解質包括聚乙烯胺，聚丙烯酸，聚酰胺基胺鹽酸鹽、硫酸鹽，磺化聚苯乙烯中的一種或幾種;所述的蛋白質包括牛血清蛋白，磁性儲鐵蛋白中的一種或幾種;所述的微細粒子包括改性磁性納米粒子，改性金納米粒，樹枝狀高分子聚酰胺基胺，溫度敏感高分子凝膠。
[0021]對稀釋后的汲取液采用循環利用的膜蒸餾方式，即膜蒸餾組件(9)可以采用直接接觸式膜蒸餾、減壓膜蒸餾、氣掃式膜蒸餾或氣隙式膜蒸餾中的一種，膜蒸餾的溫度范圍為40-60 °C。膜蒸餾組件采用聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚砜和聚醚砜等疏水材料或經過疏水化改性的材料。
[0022]本實用新型的有益效果:經過預處理的高含鹽廢水首先通過電滲析器的淡水室，廢水中的離子在濃度差和電位差兩方面推動力作用下向濃水室發生迀移，進行初步的除鹽，使廢水中的鹽分降低到適合正滲透技術處理的條件。然后，通過正滲透膜元件對其進一步濃縮，廢水中的水從正滲透膜的原料液側進入汲取液側，再將得到的被稀釋汲取液通過膜蒸餾膜組件進行濃縮脫水再生，濃縮后的汲取液返回正滲透過程中循環利用，而且得到了非常純凈的產水，基本為100%純凈水。
[0023]高含鹽廢水經過預處理后，可以解決膜鈣化和堵塞問題，并且可以降低廢水的滲透壓；電滲析過程可以很好的除去廢水中的離子，使水質達到進入正滲透膜組件的進水要求;正滲透技術節約能耗、減少膜污染、回收率高，膜蒸餾能耗低，產水水質好，使汲取液能夠循環利用，為正滲透組件的運行提供足夠的動力，該方法對于高含鹽廢水具有廣泛的適用性，具有長期運行穩定、經濟效益高的優點。
【附圖說明】

[0024]圖1為用于基于正滲透工藝處理高含鹽廢水的系統示意圖。
[0025]圖中，1-高含鹽廢水罐;2-沉淀設備;3-分離膜;4-電滲析器;5-原料液罐;6_正滲透膜組件;7-汲取液罐;8-加熱器;9-膜蒸餾組件;10-產水罐。
【具體實施方式】
[0026]下面結合實施例對本實用新型做進一步說明，但本實用新型并不限于以下實施例。
[0027]本實用新型關于高含鹽廢水處理技術主要過程涉及電滲析和正滲透兩部分的有效耦合。根據高含鹽廢水種類的不同，這里可以采取不同的預處理工藝進行初步處理，一般可以考慮采用混凝沉降的處理工藝去除水中懸浮物和部分C0D，也可以根據水中污染物性質采用多介質過濾器和活性炭過濾器或其它工藝處理。然后經過微濾或者超濾等膜過濾技術，進一步除去較大顆粒，防止這些物質堵塞損壞正滲透膜。高含鹽廢水采用水栗升壓后經過預處理設備后，進入電滲析器的淡水室(即脫鹽通道)，低鹽分的溶液或者純水通入濃水室，并保持廢水的鹽分始終高于濃水室的鹽分。加入直流電場后，廢水中的離子在濃度差和電位差兩方面推動力作用下向濃水室迀移，使廢水中的鹽分降低到適合正滲透技術處理的條件。然后高含鹽廢水進入正滲透膜元件，由于膜材料兩側液體滲透壓的不同，廢水側的滲透壓低于驅動液側的滲透壓，水從原料側在滲透壓的驅動下不斷滲透進入汲取液側，廢水中以離子或絡合物形態存在的鹽類和有機物被正滲透膜截留在原料側，而且膜材料對離子的截留率達到90%以上，幾乎只有水能夠透過膜進入汲取液側，從而達到一次性地將污染物濃縮分離的目的。經過正滲透膜組件后，被稀釋的汲取液經過加熱達到一定溫度值，然后進入膜蒸餾膜組件，在蒸氣壓差的作用下，稀釋液中的水蒸氣通過膜孔，在冷側冷凝成純水，濃縮液則返回到正滲透系統中的汲取液中，實現循環利用。
[0028]實施例1
[0029]本實用新型采用上述裝置處理高含鹽廢水的正滲透工藝流程為:將高含鹽廢水罐I中的廢水分別經過預處理系統的沉淀處理和分離膜處理，初步除去廢水中的大顆粒物質，防止污堵膜組件;經過分離膜處理的高含鹽廢水進入電滲析器4的淡水室中，在電場的作用下，高含鹽廢水中的陽離子透過陽離子交換膜，向陰極移動，而陰離子透過陰離子交換膜，向陽極移動，利用濃水和淡水的濃度差和電場的雙重作用，去除高含鹽廢水中的離子;從淡水室中流出的廢水進入原料液罐5，在栗的作用下，進入正滲透膜組件6原料液側，水在滲透壓差的驅動下不斷地從原料液側滲透進入汲取液側，正滲透膜組件6原料液側的出水則又回到原料液罐5中，形成循環;正滲透膜組件6汲取液側的液體在栗的作用下，從汲取液罐7中進入正滲透膜組件6的汲取液側，6汲取液側出的液體通過加熱器8加熱后，進入膜蒸餾組件9的原料液側中，膜蒸餾組件的膜材料采用疏水材料尤其采用高疏水材料制成，使得液態的水不能透過膜，只有水蒸氣可以透過膜進入產水側；由于汲取液溫度相對較高，在膜蒸餾組件9兩側蒸氣分壓差的驅動下，水蒸氣透過膜，進入產水側，進而進入產水罐10中，膜蒸餾組件9原料液側的出水進入汲取液罐7中，從而達到循環利用的目的。
【主權項】
1.一種基于正滲透技術處理高含鹽廢水的裝置，其特征在于，包括預處理系統、電滲析器、正滲透膜組件和膜蒸餾組件;預處理系統的出水管路與電滲析器(4)的淡水室相連，電滲析器(4)的淡水室與原料液灌(5)連通;原料液灌(5)的出水口與正滲透膜組件(6)的原料液側相連通，同時正滲透膜組件(6)的原料液側的出水口又與原料液灌(5)相連，原料液灌(5)和正滲透膜組件(6)的原料液側形成循環管路;正滲透膜組件(6)的汲取液側通過加熱器(8)與膜蒸餾組件(9)的原料液側連接，膜蒸餾組件(9)的原料液側與汲取液灌(7)連接，同時汲取液灌(7)和正滲透膜組件(6)的汲取液側連通，從而正滲透膜組件(6)的汲取液側、加熱器(8)、膜蒸餾組件(9)的原料液側、汲取液灌(7)、正滲透膜組件(6)的汲取液側依次連接形成循環管路;膜蒸餾組件(9)的產水側與產水罐(10)連接。2.按照權利要求1的一種基于正滲透技術處理高含鹽廢水的裝置，其特征在于，其中預處理系統包括依次連接的沉淀設備(2)和分離膜(3)。3.按照權利要求1的一種基于正滲透技術處理高含鹽廢水的裝置，其特征在于，電滲析器兩端分別設置有陰極和陽極，自陰極至陽極之間依次交替排列有陰離子交換膜和陽離子交換膜;交替排列的陰離子交換膜和陽離子交換膜將廢水處理室分隔成若干個小室;使得高含鹽廢水通過管路進入各小室后，在直流電場的作用下離子作定向迀移，通過陰離子交換膜、陽離子交換膜分別對陽、陰離子的截留作用，使所述若干個小室分化形成包含電滲析凈化液的淡水室和包含電滲析濃縮液的濃水室，淡水室和濃水室交替排列。4.按照權利要求1的一種基于正滲透技術處理高含鹽廢水的裝置，其特征在于，預處理系統具體包括混凝沉降處理和膜過濾處理;所述沉降處理包括沉淀池沉淀、斜管沉淀或離心沉淀的一種;膜過濾包括微濾或者超濾，包括平板膜和中空纖維膜，是有機膜、金屬膜或陶瓷膜的一種;膜組件為浸沒式膜組件、柱式膜組件、管式膜組件、卷式膜組件或板框式膜組件的一種。5.按照權利要求1的一種基于正滲透技術處理高含鹽廢水的裝置，其特征在于，電滲析器采用填充床電滲析、倒極電滲析、雙極膜電滲析、無極水電滲析、無隔板電滲析、卷式電滲析或液膜電滲析的一種。6.按照權利要求1的一種基于正滲透技術處理高含鹽廢水的裝置，其特征在于，正滲透膜為醋酸纖維素膜、聚苯并咪唑膜或聚酰胺復合膜;聚酰胺復合膜以聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈、磺化聚醚醚酮、聚偏氟乙烯、聚酰亞胺中的一種為基體，進行界面聚合成膜;正滲透膜組件為浸沒式膜組件、柱式膜組件、管式膜組件、卷式膜組件或板框式膜組件的一種。
【文檔編號】C02F1/44GK205710252SQ201620308004
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年4月13日
【發明人】張如意, 徐愿堅, 韓君, 王獻德, 溫琦, 周建強, 楊立鵬, 呂學欠
【申請人】北京新源國能科技集團股份有限公司