專利名稱：一種浸沒式溶氣真空膜蒸餾水處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水處理和膜分離技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，本發(fā)明涉及一種反滲透濃水的浸沒式溶氣式真空膜蒸餾處理方法，更具體地說，本發(fā)明涉及一種石化企業(yè)反滲透濃水的溶氣式真空膜蒸餾處理回用方法。
背景技術(shù)：
近年來，為了響應(yīng)國家節(jié)能減排的號召，石化企業(yè)廢水多采用超濾/反滲透雙膜工藝進(jìn)行深度處理后回用，基本滿足了上游生產(chǎn)工藝的用水需求。然而，由此產(chǎn)生的反滲透濃水成為一個處理難題，該股廢水既不能排放也不能回用，給各企業(yè)帶來極大的困擾。膜蒸餾由于能夠脫除更高濃度的鹽分以及更高的脫鹽率而逐漸受到各國專家重視并展開了廣泛研究，它可以算是迄今為止脫鹽效率最高的膜技術(shù)，脫鹽率高達(dá)99%以上。膜蒸餾是上世紀(jì)80年代為海水脫鹽而研發(fā)的疏水膜技術(shù)，它是采用微孔疏水膜，以膜兩側(cè)蒸汽壓差為驅(qū)動力的一種新型膜分離過程。膜蒸餾所用的膜為不被待處理溶液潤濕的疏水微孔膜，即只有蒸汽能夠進(jìn)入膜孔，液體不能透過膜孔。根據(jù)蒸汽擴(kuò)散到膜冷側(cè)冷凝方式的不同，膜蒸餾一般可分為四種類型:直接接觸式膜蒸餾(DCMD)、氣隙式膜蒸餾(AGMD)、真空式膜蒸餾(VMD)、氣掃式膜蒸餾(SGMD)。其中VMD是恒 溫的膜過程，膜透過側(cè)用真空泵抽真空，以造成膜兩側(cè)更大的蒸汽壓差，揮發(fā)組份從冷側(cè)引出后冷凝，這種膜蒸餾過程的熱傳導(dǎo)損失較小，基本可以忽略。在VMD過程的進(jìn)料液中混入氣體是近幾年本領(lǐng)域較受關(guān)注的方法。專利CN101659451A涉及一種氣提式膜蒸餾高鹽水處理方法，該方法采用中空纖維膜組件的直接接觸式膜蒸餾，污水在原水箱加熱后經(jīng)熱液循環(huán)泵與空壓機(jī)或風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的空氣形成氣液兩相流進(jìn)入膜高溫側(cè)，膜滲透側(cè)采用循環(huán)泵循環(huán)流動冷凝水將透過膜的蒸汽和氣體冷凝并輸送到產(chǎn)水箱，未透過膜的濃水回流至原水箱。供氣方式為通過電磁閥的間開間停脈沖進(jìn)氣，采用脈沖進(jìn)氣的缺點(diǎn)是，對膜本身的沖擊較大，并且導(dǎo)致氣水混合不均和汽提作用不連續(xù)，對真空側(cè)的操作也造成沖擊。專利CN 101664642A和文獻(xiàn)《鼓氣減壓膜蒸餾過程研究》(水處理技術(shù)，2009，35 (12)，34 37)也涉及一種鼓氣真空膜蒸餾裝置和方法，該裝置和方法采用中空纖維膜組件的真空膜蒸餾，抽真空方式為內(nèi)壓式即管程抽真空，污水走中空纖維膜孔內(nèi)。該方法也在中空纖維膜組件進(jìn)口處鼓入低壓壓縮空氣與污水形成氣液兩相流，原水不包括化工廢水，且未限定操作條件。此外，專利CN1526650涉及一種高效率低成本的膜蒸餾海水淡化系統(tǒng)，該專利是在飼水回路連接一結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的泡沫發(fā)生器，用作微細(xì)氣泡化裝置，在該裝置之前設(shè)有加壓氣體供應(yīng)器，該裝置提供的預(yù)熱加壓氣體與海水混合成帶有高溫的工作液體，該工作液體通過微細(xì)氣泡化裝置進(jìn)行碎解乳化，其中的水分子因為大量曝氣而變得微細(xì)化，相對的所產(chǎn)生的蒸汽量增加。該專利需用設(shè)備較多，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，操作過程繁復(fù)，生產(chǎn)成本較高，能耗較大，且所采用的膜材料孔徑大小為0.001 0.005 μ m。并且，專利CN1526650給出的膜蒸餾處理體系為海水。上述膜蒸餾技術(shù)采用的均為有外殼的中空纖維膜，均為外置式操作，盡管膜蒸餾類型不同，但污水均走中空纖維膜孔內(nèi)，膜組件的殼程形成真空或冷凝體系。該種方式的缺點(diǎn)是由于膜絲較細(xì)，容易在膜組件進(jìn)口處和膜絲內(nèi)造成污堵，濃差極化影響較大，容易形成膜污染，并且污染后的膜組件不易清洗。此外，由于采用外置式操作，熱量在管路輸送過程中部分損失，熱量利用率低，并且過大的氣量容易引起滲透側(cè)真空度的降低，增加能耗。上述專利均采用空壓機(jī)或風(fēng)機(jī)鼓入空氣，空壓機(jī)或風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的氣泡較大，與污水在管路中混合后進(jìn)入膜組件，由于管路限制，可能會造成氣體在水中的分散性不好，氣水混和不均勻等問題。膜蒸餾采用的是微孔疏水膜，基于微孔疏水膜的傳質(zhì)機(jī)理，膜蒸餾的抗污染能力較強(qiáng)，但也不可避免地形成膜污染，膜蒸餾所用微孔疏水膜的污染主要為膜面污染，膜孔內(nèi)污染相對較少。由于膜蒸餾所處理的一般均為懸浮物含量較低的高鹽污水，如反滲透濃水等體系，因此，膜蒸餾過程的膜污染主要為濃差極化造成的鹽結(jié)晶、結(jié)垢和有機(jī)物污染。所以，膜蒸餾過程中濃差極化是一個很重要的影響因素，要盡量避免或減少。因此，針對目前存在的問題，需要開發(fā)一種所需設(shè)備簡單，氣液混合均勻，運(yùn)行過程中熱傳導(dǎo)損失少，能耗低，操作簡便，既可以很好的抗膜污染，又可以減少膜潤濕，降低濃差極化和溫差極化的影響，延長膜組件的運(yùn)行周期和使用壽命的反滲透濃水膜蒸餾處理技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種浸沒式溶氣真空膜蒸餾水處理方法。該方法將膜蒸餾組件浸沒于加熱水箱內(nèi)，同時采用溶氣泵在進(jìn)料側(cè)廢水中溶入氣體，通過真空膜蒸餾有效地去除濃水中的污染物，實(shí)現(xiàn)濃水中污染物的分離和濃縮。該方法所需設(shè)備簡單，氣液混合均勻，能耗及成本較低，操作簡便，抗膜污染性能好，運(yùn)行周期長。用于處理烯烴聚合催化劑生產(chǎn)廢水的反滲透濃水，可有效去除廢水中的大量鹽分、少量COD及其它污染物，降低污水排放量，實(shí)現(xiàn)了水資源的高效利用。為此，本發(fā)明提供了一種浸沒式溶氣真空膜蒸餾水處理方法，包括:步驟A，進(jìn)水與氣體混合形成進(jìn)水氣液混合物；步驟B，進(jìn)水氣液混合物進(jìn)入加熱水箱，加熱到預(yù)定溫度獲得預(yù)定溫度的進(jìn)水氣液混合物；步驟C，在膜蒸餾組件的透過側(cè)抽真空形成負(fù)壓；
步驟D，在透過側(cè)抽真空作用下，預(yù)定溫度的進(jìn)水氣液混合物中的氣體、水蒸汽透過膜蒸餾組件的膜孔，并在透過側(cè)冷凝形成膜蒸餾產(chǎn)水；其中，步驟A通過溶氣泵將氣體溶入進(jìn)水形成進(jìn)水氣液混合物。根據(jù)本發(fā)明方法，步驟A中所述氣體為氮?dú)?、氧氣或空氣中的一種或二種；所述進(jìn)水氣液混合物中氣體與液體的體積比為0.01: I 0.5: I。優(yōu)選所述進(jìn)水氣液混合物中氣體與液體的體積比為0.08: I 0.2: I。根據(jù)本發(fā)明方法，步驟A中所述進(jìn)水包括來自反滲透系統(tǒng)的反滲透濃水、高鹽污水、海水等，所述進(jìn)水pH為6.5 8.5，優(yōu)選所述進(jìn)水pH為7 8。
根據(jù)本發(fā)明方法，步驟B中所述進(jìn)水氣液混合物通過溶氣泵進(jìn)入加熱水箱。根據(jù)本發(fā)明方法，步驟B所述進(jìn)水的預(yù)定溫度為45 95°C。優(yōu)選所述進(jìn)水的預(yù)定溫度為65 85°C。根據(jù)本發(fā)明方法，步驟C中所述膜蒸餾組件浸沒于加熱水箱中。步驟C中所述膜蒸餾組件包括中空纖維簾式膜組件或板框式膜組件。所述膜蒸餾組件的膜材料為聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯或聚丙烯微孔膜材料。其中，所述微孔膜材料的孔徑范圍為0.1 0.5i!m，優(yōu)選所述微孔膜材料的孔徑范圍為0.15 0.22 y m。根據(jù)本發(fā)明方法，步驟C中膜蒸餾組件的透過側(cè)壓力為-0.01 -0.1MPa0優(yōu)選所述膜蒸餾組件的透過側(cè)壓力為-0.085 -0.1MPa0根據(jù)本發(fā)明方法，步驟D中所述進(jìn)水氣液混合物中的氣體、水蒸汽透過膜蒸餾組件的膜孔后，在透過側(cè)冷凝器作用下冷凝形成膜蒸餾產(chǎn)水。根據(jù)本發(fā)明方法，步驟D中所述膜蒸餾過程所產(chǎn)生的膜蒸餾濃水定期排放進(jìn)行集中處理。本發(fā)明中膜蒸餾系統(tǒng)的熱源可以采用工廠低溫廢熱、廢蒸汽加熱或電加熱，或為了降低能耗，充分利用周邊廢熱。根據(jù)本發(fā)明，所述真空膜蒸餾系統(tǒng)的濃縮倍數(shù)控制在5 7倍左右。采用根據(jù)本發(fā)明方法的浸沒式溶氣真空膜蒸餾系統(tǒng)處理反滲透濃水，膜蒸餾的運(yùn)行通量范圍為5 25L/m2 h，膜蒸餾脫鹽率高于99%。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的實(shí)質(zhì)性區(qū)別在于，本發(fā)明涉及一種浸沒式溶氣真空膜蒸餾水處理方法。與浸沒式超濾過程不同，超濾過程的膜污染主要為懸浮物等大分子或大顆粒物質(zhì)引起的濾餅層污染、膠體污染等。因此，浸沒式超濾為了去除或防止懸浮物、膠體等的大分子污染，要求的曝氣量較大，這就容易引起浸沒式超濾過程中膜組件的斷絲現(xiàn)象。而膜蒸餾過程所處理的一般均為懸 浮物含量較低的高鹽污水，如反滲透濃水等體系，膜蒸餾過程的膜污染主要為濃差極化造成的鹽結(jié)晶、結(jié)垢和有機(jī)物污染。因此，浸沒式膜蒸餾過程主要是為了避免或減少污水中的濃差極化及溫差極化，其所需的氣量小于浸沒式超濾，本發(fā)明稱之為溶氣，較低的氣量抑制或減少了浸沒式膜蒸餾過程中的斷絲現(xiàn)象；同時，較小的氣量不容易引起滲透側(cè)真空度的降低，因此可以降低能耗。與常規(guī)外置式真空膜蒸餾相比，浸沒式真空膜蒸餾過程中進(jìn)水和空氣可以在加熱水箱進(jìn)行充分混合，氣液混合更加均勻，隨著膜蒸餾過程的不斷濃縮，進(jìn)水能夠及時得到充分混合，降低了濃差極化和溫差極化的影響，減少了膜污染，同時，浸沒式真空膜蒸餾對進(jìn)水預(yù)處理要求低，并可減少管路輸送過程中的熱量損失。與常規(guī)真空膜蒸餾相比，溶氣真空膜蒸餾在真空膜蒸餾熱側(cè)進(jìn)水中溶入氣體，降低了水蒸汽分壓，有利于以更小的跨膜壓差去除更多雜質(zhì)，并使得熱側(cè)膜表面更容易形成一層氣膜，減弱了水和有機(jī)溶劑對疏水膜的潤濕影響，減少了膜污染，并增強(qiáng)了進(jìn)水中的擾動作用，同時減少了蒸汽在膜孔內(nèi)的凝結(jié)，延長了膜組件的運(yùn)行周期，提高了膜的運(yùn)行通量。本發(fā)明和專利CN 101659451A相比，本發(fā)明采用真空膜蒸餾，膜蒸餾通量更高，熱傳導(dǎo)損失更??；與專利CN 101659451A、CN101664642A和文獻(xiàn)《鼓氣減壓膜蒸餾過程研究》(水處理技術(shù)，2009，35 (12))相比，本發(fā)明采用溶氣泵在進(jìn)水中溶入微小氣泡，與空壓機(jī)或風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的空氣相比，本發(fā)明采用溶氣泵提供氣體，可形成更小、更均勻的氣泡，溶氣泵產(chǎn)生的微細(xì)氣泡粒徑約為20 40 μ m,氣體與液體溶解效率高達(dá)80 100%，氣液兩相的更充分接觸提高了膜蒸餾通量，降低了濃差極化和溫差極化的影響，減少了膜污染，提高了膜蒸餾系統(tǒng)回收率，延長了膜的清洗周期和使用壽命。
采用本發(fā)明方法對反滲透濃水進(jìn)行深度膜蒸餾處理，可以充分利用系統(tǒng)周邊的低品位熱能，實(shí)現(xiàn)反滲透濃水的高度回收利用，最大限度地回收水資源；因此，特別優(yōu)選的，本發(fā)明方法的處理對象主要為為石化企業(yè)反滲透濃水，該廢水含鹽量高，其具體水質(zhì)情況見表I。
權(quán)利要求
1.一種浸沒式溶氣真空膜蒸餾水處理方法，包括: 步驟A，進(jìn)水與氣體混合形成進(jìn)水氣液混合物； 步驟B，進(jìn)水氣液混合物進(jìn)入加熱水箱，加熱到預(yù)定溫度獲得預(yù)定溫度的進(jìn)水氣液混合物； 步驟C，在膜蒸餾組件的透過側(cè)抽真空形成負(fù)壓； 步驟D，在透過側(cè)抽真空作用下，預(yù)定溫度的進(jìn)水氣液混合物中的氣體、水蒸汽透過膜蒸餾組件的膜孔，并在透過側(cè)冷凝形成膜蒸餾產(chǎn)水； 其中，步驟A通過溶氣泵將氣體溶入進(jìn)水形成進(jìn)水氣液混合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟A中所述氣體為氮?dú)?、氧氣或空氣中的一種或二種；所述進(jìn)水氣液混合物中氣體與液體的體積比為0.01:1 0.5:1。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于:所述進(jìn)水氣液混合物中氣體與液體的體積比為0.08: I 0.2: I。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟B中所述進(jìn)水氣液混合物通過溶氣泵進(jìn)入加熱水箱。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟B所述進(jìn)水的預(yù)定溫度為45 95°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于:所述進(jìn)水的預(yù)定溫度為65 85°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟C中所述膜蒸餾組件浸沒于加熱水箱中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟C中所述膜蒸餾組件包括中空纖維簾式膜組件或板框式膜組件；所述膜蒸餾組件的膜材料為聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯或聚丙烯微孔膜材料；其中，所述微孔膜材料的孔徑范圍為0.1 0.5 y m，優(yōu)選所述微孔膜材料的孔徑范圍為0.15 0.22 Um0
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟C中所述膜蒸餾組件的透過側(cè)壓力為-0.01 -0.1MPa。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于:所述膜蒸餾組件的透過側(cè)壓力為-0.085 -0.1MPa0
全文摘要
本發(fā)明涉及一種浸沒式溶氣真空膜蒸餾水處理方法。該方法將蒸餾膜蒸餾組件浸沒于加熱水箱內(nèi)，同時采用溶氣泵在進(jìn)水中溶入氣體，通過真空膜蒸餾有效地去除進(jìn)水中的污染物，實(shí)現(xiàn)進(jìn)水中污染物的分離和濃縮。該方法所需設(shè)備簡單，氣液混合均勻，能耗及成本較低，操作簡便，抗膜污染性能好，運(yùn)行周期長。用于處理烯烴聚合催化劑生產(chǎn)廢水的反滲透濃水，可有效去除廢水中的大量鹽分、少量COD及其它污染物，降低污水排放量，實(shí)現(xiàn)了水資源的高效利用。
文檔編號C02F1/44GK103193295SQ20121000354
公開日2013年7月10日 申請日期2012年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月6日
發(fā)明者張新妙, 趙鵬, 楊永強(qiáng), 彭海珠 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司北京化工研究院