本發(fā)明涉及一種高濃度鹽水的膜蒸餾方法及蒸餾裝置，屬于高濃度鹽水濃縮技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

膜蒸餾(md)是膜技術(shù)與蒸餾技術(shù)有機(jī)的結(jié)合在一起的新型膜分離技術(shù)。它以膜兩側(cè)的蒸汽壓作為傳質(zhì)推動力，具有能耗低、污染小、截留率高等優(yōu)點，且能深度濃縮反滲透(ro)等膜分離工藝難以處理的高濃度海水、工業(yè)高含鹽廢水等。

公開號為cn102491577a的中國專利申請公開了一種多級串聯(lián)膜蒸餾濃鹽水淡化方法，該方法包括以下步驟：濃鹽水蒸餾前的預(yù)熱、膜蒸餾及蒸餾后蒸汽冷凝獲得淡水，其中膜蒸餾采用3～5級膜蒸餾單元，每級膜蒸餾單元的膜組件的膜面積視操作規(guī)模不同使用不同個數(shù)膜組件，膜組件間采用串聯(lián)方式連接，濃鹽水經(jīng)預(yù)熱后依次進(jìn)入3～5級膜蒸餾單元進(jìn)行蒸餾，3～5級膜蒸餾單元之間進(jìn)水需要保溫。優(yōu)點是多級連續(xù)性強(qiáng)易于工業(yè)化生產(chǎn)，缺點是在此過程中高溫真空處理耗能較大，在最后一級采用鹽酸反沖洗造成一定污染。

公開號為cn103663627a的中國專利申請公開了一種膜蒸餾濃縮及利用濃海水裝置的濃縮方法，將海水淡化產(chǎn)生的濃鹽水加熱，然后用料液泵抽出，進(jìn)入到非對稱疏水中空纖維膜蒸餾組件，膜蒸餾濃縮的鹽水部分回流到進(jìn)水池，部分進(jìn)入到結(jié)晶室進(jìn)行結(jié)晶；透過膜蒸餾組件的水蒸汽在膜兩側(cè)壓差驅(qū)動下到達(dá)冷側(cè)，經(jīng)過真空抽吸泵抽吸到冷凝器進(jìn)行冷凝，形成淡水，收集到淡水箱。優(yōu)點是通過結(jié)晶室的設(shè)置可以適當(dāng)?shù)臏p少膜污染，缺點是濃鹽水加熱耗能較大。

公開號為cn101302048的中國專利申請公開了一種利用經(jīng)濟(jì)能源的膜蒸餾海水淡化裝置，包括膜組件、海水儲罐和淡水儲罐，膜組件熱側(cè)設(shè)有海水進(jìn)、出口，冷側(cè)設(shè)有蒸汽出口，所述膜組件的海水進(jìn)口通過料液泵與海水儲罐的出口相連接，膜組件的海水出口和蒸汽出口連接于同一熱泵，熱泵的海水出口與海水儲罐相連接，熱泵的淡水出口與淡水儲罐的進(jìn)口相連接，海水儲罐的進(jìn)口連接有海水加熱裝置。發(fā)明公開的淡化裝置膜組件的海水出口和蒸汽出口連接于一熱泵，實現(xiàn)了海水對蒸汽熱量的回收，提高了能源使用效率，而且不需要專門的冷卻設(shè)備對蒸汽進(jìn)行冷凝，節(jié)省了制造成本。優(yōu)點是成本低廉、能源使用效率高，缺點是未考慮到膜污染和處理方面的問題。

申請?zhí)枮?00520005444.0的專利公開了一種太陽能膜蒸餾裝置，包括：熱工質(zhì)加熱裝置、膜組件、冷工質(zhì)冷卻裝置、驅(qū)動裝置和連接各部件的管路，在所述熱工質(zhì)加熱裝置中加入熱太陽能加熱裝置，冷工質(zhì)冷卻裝置采用太陽能冷卻裝置，驅(qū)動裝置采用太陽能發(fā)電裝置。優(yōu)點是整個裝置利用太陽能加熱和冷卻、驅(qū)動循環(huán)泵工作，采用的是清潔能源，缺點是制造成本較高。

公開號為cn106076121a的中國專利申請公開了一種膜蒸餾脫鹽方法，本方法是一種采用多通道陶瓷膜進(jìn)行膜蒸餾脫鹽的分離工藝。利用有機(jī)物表面接枝改性的方法，對多通道陶瓷膜表面親疏水性進(jìn)行調(diào)控，制備出疏水性能良好的陶瓷膜。將改性后的陶瓷膜應(yīng)用于膜蒸餾的脫鹽過程，原料液中水分子以蒸汽形式透過膜孔，其中無機(jī)鹽和大分子等物質(zhì)則被截留，從而達(dá)到分離純化的效果。優(yōu)點是陶瓷膜增強(qiáng)了膜的強(qiáng)度，缺點是膜污染需要再處理，增加了運行成本。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的耗能大、成本高、存在酸污染等缺陷，本發(fā)明提供一種高濃度鹽水的膜蒸餾方法及蒸餾裝置。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

一種高濃度鹽水的膜蒸餾方法，其特征在于：高濃度鹽水以間歇式進(jìn)料方式進(jìn)入中空纖維膜組件裝置。

本申請適于各種濃度鹽水的處理，尤其是飽和度大于80％的高濃度鹽水。

高濃度鹽水以間歇式進(jìn)料方式進(jìn)入中空纖維膜組件裝置，使原料液在流動過程中壓力發(fā)生變化，進(jìn)而引起附著在膜表面的沉積物疏松或脫落，減輕膜污染。

為了節(jié)約能源、減少膜污染，高濃度鹽水的膜蒸餾方法，加熱后的高濃度鹽水，以間歇進(jìn)料方式進(jìn)入中空纖維膜組件裝置，水蒸氣通過中空纖維膜組件裝置中的膜孔進(jìn)入至中空纖維膜組件裝置的管程，再利用吹氣裝置將中空纖維膜組件裝置中的水蒸氣吹掃至冷凝管冷凝后收集。

高濃度鹽水以間歇式進(jìn)料，使原料液在流動過程中壓力發(fā)生變化，進(jìn)而引起附著在膜表面的沉積物疏松或脫落，減輕膜污染。中空纖維膜組件裝置，可靈活放大至多組多級排布，既可小規(guī)模裝置處理，也可以大范圍集的新型膜蒸餾高濃度鹽水。

本發(fā)明通過間歇進(jìn)料控制鹽結(jié)晶，減少膜污染，操作簡單，連續(xù)良好，同時采用太陽能集熱裝置為熱源，降低裝置運行成本。

一種用于高濃度鹽水的膜蒸餾裝置，包括加熱裝置、自吸泵、中空纖維膜組件裝置、吹氣裝置、冷凝收集裝置、時間繼電器和第一電磁閥；加熱裝置、自吸泵、第一電磁閥和中空纖維膜組件裝置順序相接，時間繼電器設(shè)在加熱裝置和自吸泵之間或者時間繼電器設(shè)在自吸泵和第一電磁閥之間或者時間繼電器并聯(lián)在第一電磁閥上；吹氣裝置、中空纖維膜組件裝置和冷凝收集裝置順序相接。

上述吹氣裝置包括氣泵。

在上述膜蒸餾中，采用時間繼電器及第一電磁閥實現(xiàn)間歇進(jìn)料，產(chǎn)生的間歇流具備良好湍流效果且節(jié)約能耗。

上述在膜組件(中空纖維膜組件裝置)的進(jìn)口處設(shè)置第一電磁閥，時間繼電器控制自吸泵與第一電磁閥的開停，使料液以間歇進(jìn)料的方式進(jìn)入組件，利用間歇流產(chǎn)生的瞬態(tài)變化壓力波提高膜殼程熱料液的湍流程度，強(qiáng)化膜上游側(cè)液-膜界面的傳質(zhì)傳熱。

使用時，高濃度鹽水由加熱裝置加熱后，在自吸泵的作用下、及時間繼電器和第一電磁閥的控制下，以間歇的方式進(jìn)入中空纖維膜組件，水蒸氣通過中空纖維膜組件裝置中的膜孔進(jìn)入至中空纖維膜組件裝置的管程，再利用吹氣裝置將中空纖維膜組件裝置中的水蒸氣吹掃至冷凝管冷凝后收集。

為了減少能源浪費，加熱裝置、自吸泵、第一電磁閥、中空纖維膜組件裝置和加熱裝置順序相接、形成循環(huán)。

空纖維膜組件中的產(chǎn)生的濃鹽水回流到加熱裝置。

為了更加準(zhǔn)確第控制進(jìn)入膜組件的流量，上述用于高濃度鹽水的膜蒸餾裝置，還包括三通閥，三通閥包括第一進(jìn)口、第一出口和第二出口，三通閥的第一進(jìn)口與自吸泵相接，三通閥的第一出口與電磁閥相接，三通閥的第二出口與加熱裝置相接。

這樣可更好的實現(xiàn)流量的控制。

為了長時間連續(xù)運行，提高效率，冷凝收集裝置包括冷凝管、滲透液收集器和低溫冷卻液循環(huán)泵，低溫冷卻液循環(huán)泵、冷凝管上的冷卻水進(jìn)口、冷凝管上的冷卻水出口和低溫冷卻液循環(huán)泵依次連通、并形成循環(huán)；其中，中空纖維膜組件裝置、冷凝管和滲透液收集器順序相接。低溫冷卻液循環(huán)泵的作用是為了降低冷凝液的溫度。

為了提高控制的準(zhǔn)確性，冷凝收集裝置還包括第一液體流量計，低溫冷卻液循環(huán)泵、第一液體流量計、冷凝管上的冷卻水進(jìn)口、冷凝管上的冷卻水出口和低溫冷卻液循環(huán)泵依次連通、并形成循環(huán)。

為了方便使用，自吸泵和電磁閥之間設(shè)有第二液體流量計；吹氣裝置和中空纖維膜組件裝置之間設(shè)有氣體流量計；加熱裝置的進(jìn)料口設(shè)有第二電磁閥和原水泵，原水泵、第二電磁閥和加熱裝置依次相接。

上述第二電磁閥與原水泵聯(lián)動，由太陽能熱水器內(nèi)液位調(diào)節(jié)，液位低時打開進(jìn)口電磁閥，啟動原水泵，反之關(guān)閉。

為了更好地控制間歇進(jìn)料，時間繼電器有兩個，分別為第一時間繼電器和第二時間繼電器，第一時間繼電器設(shè)在加熱裝置和自吸泵之間，第二時間繼電器并聯(lián)在第一電磁閥上。

為了節(jié)約能源，同時提高裝置的使用壽命，加熱裝置為太陽能熱水循環(huán)進(jìn)樣裝置，太陽能熱水循環(huán)進(jìn)樣裝置內(nèi)設(shè)有太陽能熱水器和恒溫槽；中空纖維膜組件裝置所用膜為聚偏氟乙烯(pvdf)中空纖維膜、聚四氟乙烯(ptfe)中空纖維膜或聚丙烯(pp)中空纖維膜。

高濃度鹽水通過太陽能熱水器加熱后，以間歇的形式通過循環(huán)自吸泵進(jìn)入恒溫槽，流向中空纖維膜組件裝置，水蒸氣通過膜孔進(jìn)入至組件的管程，同時采用吹氣系統(tǒng)的氣泵垂直向下吹掃膜腔側(cè)的滲透蒸汽，在組件外經(jīng)冷凝管冷凝成小液滴，并由滲透液收集器收集。

高濃度鹽水通過太陽能熱水器加熱后進(jìn)入恒溫槽，通過循環(huán)自吸泵以間歇的形式流向中空纖維膜組件裝置。

本申請各部件之間的所有連接管路、水泵和氣混泵等均由耐腐蝕材料制備。

本發(fā)明未提及的技術(shù)均參照現(xiàn)有技術(shù)。

本發(fā)明高濃度鹽水的膜蒸餾方法及蒸餾裝置，通過間歇進(jìn)料控制鹽結(jié)晶，減少膜污染，操作簡單，連續(xù)性好，同時顯著降低裝置投資和運行成本，且能耗低、無酸污染。

附圖說明

圖1為本發(fā)明用于高濃度鹽水的膜蒸餾裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為三種膜系統(tǒng)(新膜a、300min穩(wěn)定流膜蒸餾污染的膜b、300min間歇式膜蒸餾后污染的膜c)的sem圖。

圖中，1濃鹽水、2加熱裝置、3第一時間繼電器、4自吸泵、5三通閥、6、第二液體流量計、7第一電磁閥、8第二時間繼電器、9中空纖維膜組件裝置、10氣體流量計、11吹氣裝置、12、壓力控制閥、13冷凝管、14滲透液收集器、15天平、16低溫冷卻液循環(huán)泵、17第一液體流量計。

具體實施方式

為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實施例。

實施例1

如圖所示，用于高濃度鹽水的膜蒸餾裝置，包括加熱裝置、自吸泵、中空纖維膜組件裝置、吹氣裝置、冷凝收集裝置、三通閥、第一時間繼電器、第二時間繼電器和第一電磁閥；加熱裝置、自吸泵、第一電磁閥、中空纖維膜組件裝置和加熱裝置順序相接、形成循環(huán)，第一時間繼電器設(shè)在加熱裝置和自吸泵之間，第二時間繼電器并聯(lián)在第一電磁閥上；吹氣裝置、中空纖維膜組件裝置和冷凝收集裝置順序相接；三通閥包括第一進(jìn)口、第一出口和第二出口，三通閥的第一進(jìn)口與自吸泵相接，三通閥的第一出口與電磁閥相接，三通閥的第二出口與加熱裝置相接；中空纖維膜組件裝置進(jìn)口/出口的料液的溫度、壓強(qiáng)、流速分別有溫度指示器ti、壓力指示器pi及液體轉(zhuǎn)子流量計測定，中空纖維膜組件裝置出來的滲透液的電導(dǎo)率由電導(dǎo)率指示器ci測定。

冷凝收集裝置包括冷凝管、滲透液收集器、第一液體流量計和低溫冷卻液循環(huán)泵，低溫冷卻液循環(huán)泵、第一液體流量計、冷凝管上的冷卻水進(jìn)口、冷凝管上的冷卻水出口和低溫冷卻液循環(huán)泵依次連通、并形成循環(huán)；其中，中空纖維膜組件裝置、冷凝管和滲透液收集器順序相接；

自吸泵和電磁閥之間設(shè)有第二液體流量計；吹氣裝置和中空纖維膜組件裝置之間設(shè)有氣體流量計；加熱裝置的進(jìn)料口設(shè)有第二電磁閥和原水泵，原水泵、第二電磁閥和加熱裝置依次相接；第二電磁閥與原水泵聯(lián)動，由太陽能熱水器內(nèi)液位調(diào)節(jié)，液位低時打開進(jìn)口電磁閥，啟動原水泵，反之關(guān)閉；

加熱裝置為太陽能熱水循環(huán)進(jìn)樣裝置，太陽能熱水循環(huán)進(jìn)樣裝置內(nèi)設(shè)有太陽能熱水器和恒溫槽；中空纖維膜組件裝置所用膜為聚偏氟乙烯中空纖維膜。

上述在膜組件(中空纖維膜組件裝置)的進(jìn)口處設(shè)置第一電磁閥，時間繼電器控制自吸泵與第一電磁閥的開停，使料液以間歇進(jìn)料的方式進(jìn)入組件，利用間歇流產(chǎn)生的瞬態(tài)變化壓力波提高膜殼程熱料液的湍流程度，強(qiáng)化膜上游側(cè)液-膜界面的傳質(zhì)傳熱。

使用時，高濃度鹽水由加熱裝置加熱后，在自吸泵的作用下、及時間繼電器和第一電磁閥的控制下，以間歇的方式進(jìn)入中空纖維膜組件，熱原料液與氣泵吹的冷風(fēng)通過各自流道逆流經(jīng)過膜組件，由于溫度差導(dǎo)致的蒸汽壓差作用，熱原料液中的一部分水分子會以蒸汽狀態(tài)穿過膜的微孔，水蒸氣通過中空纖維膜組件裝置中的膜孔進(jìn)入至中空纖維膜組件裝置的管程，再利用吹氣裝置將中空纖維膜組件裝置中的水蒸氣吹掃至冷凝管冷凝后收集，并有天平稱重。

高濃度鹽水以間歇式進(jìn)料方式進(jìn)入中空纖維膜組件裝置，使原料液在流動過程中壓力發(fā)生變化，進(jìn)而引起附著在膜表面的沉積物疏松或脫落，減輕膜污染。

穩(wěn)定流膜蒸餾和間歇式膜蒸餾實例對比：配制飽和nacl溶液。將聚偏氟乙烯(pvdf)中空纖維膜裝入pp管膜組件殼中，進(jìn)行實驗前，用循環(huán)的去離子水通過組件殼程檢查是否膜漏水。整個實驗裝置預(yù)運行30min確保通量的穩(wěn)定。分別采用現(xiàn)有的連續(xù)性膜蒸餾和本申請的間歇式膜蒸餾方式，滲透液每五分鐘記錄一次。進(jìn)料流速為50l/h，進(jìn)料溫度為333k，冷凝液溫度為283k，氣掃速度為0.84m³/h時。與穩(wěn)定流相比，間歇流(間歇長度/間歇頻率為1min^-1/0.5s)的熱效率為38.88％，相比與穩(wěn)定流提高了56.71％；間歇流的產(chǎn)水通量跨膜通量為2.460l.m^-2.h^-1，相比連續(xù)流提高了16.08％；間歇流的產(chǎn)水電導(dǎo)率為10－25μs/cm。且間歇流可以有效延緩膜污染，防止了膜通量的急劇下降。

為了更好地找出穩(wěn)定流膜蒸餾污染與間歇式膜蒸餾流條件下膜的滲透通量變化趨勢，對實驗后的膜形態(tài)進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征，圖2為三種膜系統(tǒng)(新膜、300min穩(wěn)定流膜蒸餾污染的膜、300min間歇式膜蒸餾后污染的膜)的sem圖。

從圖2(a)可清楚地看到新膜表面無晶體沉積物。由40倍sem圖可見，穩(wěn)定流和間歇式膜蒸餾的膜均出現(xiàn)了膜污染現(xiàn)象。由圖2(b)可見，穩(wěn)定流膜蒸餾的膜表面完全被厚厚的nacl晶體沉積層覆蓋，且晶型完整，晶面光滑清晰。圖2(c)顯示間歇式膜蒸餾的膜的晶體沉積物的聚集密度減小，且晶體結(jié)構(gòu)不規(guī)則。這是由于間歇式膜蒸餾造成的流體湍流效果，削弱膜表面溫度/濃度邊界層的厚度，不利于晶體的析出，同時也抑制了晶體沉積物在膜表面的附著，因此膜污染程度較小。再者，間歇式膜蒸餾形成的二次流對晶體的結(jié)晶過程造成不同程度的擾動，影響了nacl的正常結(jié)晶，因此得到了不規(guī)整的晶體結(jié)構(gòu)。

綜上，本發(fā)明方法間歇式膜蒸餾流能夠有效的控制膜污染，強(qiáng)化法對流體造成擾動，有效地抑制晶體的正常形成，導(dǎo)致膜面晶體富集程度最小，且有效的減少了晶體在膜表面的沉積，有效的控制膜蒸餾時的膜污染，具有良好的適用性。