本發(fā)明涉及一種廢水處理裝置，具體涉及一種采用膜技術(shù)的酸廢水處理裝置，可以用于處理鹽酸廢水等。

背景技術(shù)：

發(fā)展與環(huán)保問(wèn)題是進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)最為突出的矛盾體，而在環(huán)保問(wèn)題當(dāng)中水污染又尤為突出，解決好污水和廢水的問(wèn)題便受到了全世界范圍的廣泛關(guān)注。有國(guó)外專家把膜技術(shù)的發(fā)展列入“第三次工業(yè)革命”之中，而德國(guó)則把膜技術(shù)作為21世紀(jì)的革新技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用研發(fā)，并大力推進(jìn)應(yīng)用于環(huán)保領(lǐng)域。尤其在水處理中的應(yīng)用研究，以其優(yōu)異的出水水質(zhì)，在實(shí)踐應(yīng)用當(dāng)中，美、日、西歐等發(fā)達(dá)國(guó)家應(yīng)用最多。由于膜技術(shù)開發(fā)費(fèi)用高昂，故在發(fā)展中國(guó)家的推廣步伐緩慢。不過(guò)，近年來(lái)我國(guó)在膜技術(shù)方面被廣泛看好。隨著世界人口的逐漸增加，生活污水日產(chǎn)量已經(jīng)成為急需解決的世界性難題。生活污水因水質(zhì)成分相對(duì)較為簡(jiǎn)單，常規(guī)吸附，沉淀，生化處理即可達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。但處理過(guò)程繁瑣且復(fù)雜，膜技術(shù)的應(yīng)用取代了流程相對(duì)過(guò)多的物化處理程序。工藝廢水成分相對(duì)生活污水復(fù)雜，如化工生產(chǎn)，鋼鐵行業(yè)，電鍍廠等都會(huì)產(chǎn)生大量的酸性廢水，不僅含有酸和水，還會(huì)存在大量的fe離子或al離子等金屬離子，處理難度大。一般傳統(tǒng)酸性污水首先需要進(jìn)行加堿中和形成鹽，然后通過(guò)焙燒等工藝進(jìn)行處理，此工藝過(guò)程復(fù)雜且成本過(guò)高。膜技術(shù)的應(yīng)用以其優(yōu)異的產(chǎn)水水質(zhì)，在產(chǎn)水要求高、有更加深入的處理要求、污水濃度高、或廢水回收要求等受限水處理領(lǐng)域得到特別廣泛的應(yīng)用。

目前廢酸污水處理常見(jiàn)的工藝方法主要有離子交換樹脂法，猝取法，焙燒法，中和氧化法，和濃縮法。

1.離子交換樹脂法。文獻(xiàn)《廢鹽酸的再生利用》中報(bào)道利用某種具有吸收hcl功能的離子交換樹脂可實(shí)現(xiàn)分離鹽酸的目的。但此法在常溫下回收的鹽酸濃度極低，并且需要添加大量附加成分才能使用，無(wú)法實(shí)現(xiàn)大量工業(yè)化處理。

2.猝取法。此法利用相似相溶原理來(lái)分離廢酸，但此法存在二次污染問(wèn)題，且分離不完全。

3.焙燒法。此法是將含鐵廢鹽酸污水霧化后，在焙燒爐中受熱分解成氯化氫氣體和氯化亞鐵，其中氯化氫氣體從爐頂排出并回收收集，氯化亞鐵被氧化成氯化鐵落入爐底。此法能耗高，回收系統(tǒng)復(fù)雜。

4.中和氧化法。我國(guó)一些鋼鐵行業(yè)當(dāng)中，對(duì)廢鹽酸，廢硫酸的處理大多數(shù)都是采用酸堿中和的方法，使ph值達(dá)標(biāo)后再處理鹽。但此法工藝處理過(guò)程復(fù)雜，生成的鹽回收難度大，成本高，處理效果差強(qiáng)人意等問(wèn)題限制了廣泛應(yīng)用。

5.濃縮法。是將廢酸污水當(dāng)中的液態(tài)水蒸發(fā)出去得到濃縮液的方法，此法操作簡(jiǎn)單，但高溫蒸發(fā)帶來(lái)的能耗問(wèn)題一直是眾多企業(yè)難以克服的難題。濃縮法一直被公認(rèn)為是所有廢酸處理工藝當(dāng)中最為徹底和高效的方法，各種濃縮技術(shù)的研發(fā)也從未停止過(guò)。

近年來(lái)，新型膜技術(shù)濃縮酸性廢水的研發(fā)得到了更加深入的研究，它是基于膜分離材料的水處理新技術(shù)。研究始于20世紀(jì)60年代的美國(guó)，由dorr-oliver公司首創(chuàng)研發(fā)。隨著工藝技術(shù)的不斷發(fā)展，各種新型的膜材料也不斷問(wèn)世。由于該技術(shù)通過(guò)膜組件的高效分離作用，有逐漸取代傳統(tǒng)水處理的趨勢(shì)。綜上所述膜技術(shù)處理技術(shù)的特點(diǎn)：

1.膜技術(shù)的膜孔徑控制在≤0.4μm以下，能夠有效地進(jìn)行固-液分離，產(chǎn)水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)高，品質(zhì)穩(wěn)定，微浮物和濁度低，可根據(jù)工業(yè)使用標(biāo)準(zhǔn)適當(dāng)選擇回用。

2.膜技術(shù)具有高效截流功效，可使微生物完全截流在反應(yīng)器內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器水力停留時(shí)間(hrt)和污泥齡(srt)的完全分離，使得系統(tǒng)運(yùn)行控制更加長(zhǎng)效穩(wěn)定。

3.膜技術(shù)有利于增殖緩慢的硝化細(xì)菌及其它細(xì)菌的截流、生長(zhǎng)繁殖，整體污水處理系統(tǒng)硝化效率和降低cod值等指標(biāo)均得以提高。

4.膜技術(shù)的模塊化設(shè)計(jì)能夠有效利用空間，容積負(fù)荷高，占地少，且操作維護(hù)簡(jiǎn)單方便快捷，同樣也方便擴(kuò)容。同時(shí)，采用plc控制，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化控制管理。

綜上所述，膜技術(shù)處理廢水的工藝，具有傳統(tǒng)處理技術(shù)無(wú)法比擬的特點(diǎn)。目前，由于酸性污水的酸性體系和離子物質(zhì)，采用市場(chǎng)上常用膜材是無(wú)法處理此類污水的，濾水膜材無(wú)法適應(yīng)極度苛刻的處理環(huán)境，且無(wú)法分離鹽成分等問(wèn)題。膜孔徑大多控制在0.1μm-0.4μm之間，小于0.1μm的離子或微生物同樣可以穿過(guò)膜材，影響出水水質(zhì)。并且長(zhǎng)期處理此類污水，普通濾水膜材難免受到頑強(qiáng)微生物的影響，孔易被細(xì)小顆?；蚣?xì)菌微生物堵塞，或膜表面滋生細(xì)菌影響水通量。如國(guó)內(nèi)專利申請(qǐng)?zhí)?00410012228.9處理后的產(chǎn)水需送入臭氧池中進(jìn)行殺菌處理才能進(jìn)行排放或重新工藝使用。又如中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?01110269978.4使用的疏水微孔膜受到分離的污水鹽濃度、酸堿度較大限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種采用膜技術(shù)的酸廢水處理裝置，其中設(shè)置有膜組件單元，通過(guò)膜組件單元過(guò)濾酸廢水，酸廢水經(jīng)過(guò)濾后在膜組件單元內(nèi)部形成水蒸氣，再對(duì)水蒸氣冷卻液化后排出，從而達(dá)到工業(yè)化處理、簡(jiǎn)化處理工藝、降低成本等目的，可以用于處理各種酸廢水。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明提供一種采用膜技術(shù)的酸廢水處理裝置，包括污水處理池，所述污水處理池中設(shè)置有膜組件單元，通過(guò)所述膜組件單元過(guò)濾酸廢水，酸廢水經(jīng)過(guò)濾后在所述膜組件單元內(nèi)部形成水蒸氣，所述膜組件單元的出水口通過(guò)管道連接至換熱器，所述換熱器通過(guò)管道連接冷凝裝置，過(guò)濾得到的水蒸氣從所述膜組件單元中輸入至換熱器，在所述換熱器中被冷卻液化后排出，所述換熱器通過(guò)管道連接至儲(chǔ)水槽。

進(jìn)一步，所述污水處理池中的酸廢水處于循環(huán)流動(dòng)狀態(tài)，所述膜組件單元的軸向與所述酸廢水的流動(dòng)方向平行設(shè)置；所述污水處理池中的酸廢水循環(huán)流速為40-80cm/s，所述污水處理池中的酸廢水溫度為50-70℃。

進(jìn)一步，所述污水處理池中的酸廢水循環(huán)流速為60cm/s，所述污水處理池中的酸廢水溫度為55℃。

進(jìn)一步，所述儲(chǔ)水槽通過(guò)管道連接負(fù)壓系統(tǒng)，所述負(fù)壓系統(tǒng)可提供-0.093mpa至-0.098mpa之間的負(fù)壓，所述負(fù)壓系統(tǒng)使得所述膜組件單元、換熱器以及儲(chǔ)水槽內(nèi)部形成負(fù)壓。

進(jìn)一步，所述冷凝裝置中冷卻液的溫度≤20℃；所述換熱器中，在負(fù)壓-0.093mpa以下時(shí)，飽和水蒸氣的露點(diǎn)≤20℃。

進(jìn)一步，所述負(fù)壓系統(tǒng)連接所述儲(chǔ)水槽的管道接口位于所述儲(chǔ)水槽頂端，所述負(fù)壓系統(tǒng)連接所述儲(chǔ)水槽的管道中設(shè)置有分子過(guò)濾篩，阻止水分子進(jìn)入所述負(fù)壓系統(tǒng)中。

進(jìn)一步，所述儲(chǔ)水槽內(nèi)設(shè)置有上、下兩個(gè)開關(guān)閥門，上下兩個(gè)開關(guān)閥門之間為儲(chǔ)水腔，所述上開關(guān)閥門位于負(fù)壓接口以下的位置；在排水時(shí)關(guān)閉上開關(guān)閥門，開啟下開關(guān)閥門，在儲(chǔ)水時(shí)關(guān)閉下開關(guān)閥門，開啟上開關(guān)閥門。

進(jìn)一步，所述負(fù)壓系統(tǒng)可提供-0.095mpa至-0.098mpa之間的負(fù)壓，所述冷凝裝置中冷卻液的溫度為-5℃至18℃。

進(jìn)一步，所述污水處理池設(shè)置有水循環(huán)管道，所述水循環(huán)管道具有進(jìn)水口和出水口；所述污水處理池內(nèi)設(shè)置有加熱器對(duì)酸廢水加熱升溫；所述水循環(huán)管道的進(jìn)水口設(shè)置在靠近所述污水處理池底部的位置，并且遠(yuǎn)離所述加熱器，所述水循環(huán)管道的出水口設(shè)置在靠近所述污水處理池頂部的位置，并且靠近所述加熱器。

進(jìn)一步，所述換熱器中設(shè)置有換熱片，所述換熱片表面涂覆有石墨涂層；所述加熱器中設(shè)置有螺旋形加熱絲。

進(jìn)一步，所述膜組件單元外部安裝有過(guò)濾罩，所述過(guò)濾罩上設(shè)置有多個(gè)蜂窩孔，或者所述過(guò)濾罩為格柵狀。

進(jìn)一步，所述膜組件單元包括承壓外殼，所述承壓外殼內(nèi)設(shè)置有多根外壓式膜管，所述承壓外殼兩端分別設(shè)置有進(jìn)水口和出水口，所述外壓式膜管包括支撐層，所述支撐層外部設(shè)置有分離層，所述分離層采用多功能石墨烯/高分子復(fù)合材料透水膜。

進(jìn)一步，所述分離層以平卷或螺旋卷的結(jié)構(gòu)包裹在所述支撐層上，在接縫處以環(huán)氧樹脂或聚氨酯粘接，或者熱壓焊接。

進(jìn)一步，所述承壓外殼包括圓形筒體，所述圓形筒體兩端分別設(shè)置有上端蓋和下端蓋，所述進(jìn)水口設(shè)置在所述下端蓋上，所述出水口設(shè)置在所述上端蓋上。

進(jìn)一步，所述外壓式膜管沿所述圓形筒體的軸向設(shè)置在所述圓形筒體的內(nèi)部，所述外壓式膜管兩端分別粘結(jié)在所述圓形筒體的兩端。

進(jìn)一步，所述上端蓋上還設(shè)置有濃縮液出口，所述圓形筒體上設(shè)置有預(yù)留口。

進(jìn)一步，所述支撐層材質(zhì)為pe、pes、pvdf、pvc、pp或陶瓷；所述承壓外殼的材質(zhì)為pvc、pp或abs。

進(jìn)一步，所述多功能石墨烯/高分子復(fù)合材料透水膜的孔徑≤0.1nm。

進(jìn)一步，所述支撐層采用pes材質(zhì)的七芯中空纖維管，所述中空纖維管的管壁為微孔結(jié)構(gòu)，孔徑為0.1-0.3nm；所述外壓式膜管外徑為3.8mm。

進(jìn)一步，所述分離層承受的壓強(qiáng)不小于0.5mpa，導(dǎo)熱系數(shù)不小于0.5w/mk，耐熱溫度為200℃。

采用上述結(jié)構(gòu)設(shè)置的酸廢水處理裝置具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.出水水質(zhì)優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定。本發(fā)明所采用的石墨烯/納米高分子膜技術(shù)具有高效的分離作用，分離效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的沉淀池等污水處理系統(tǒng)。污水當(dāng)中的微小顆?；颈煌耆亓鞒鰜?lái)，保證出水清澈透明，懸浮物和濁度基本接近于零。且由于本發(fā)明所采用的膜技術(shù)孔徑小于0.1nm，其膜技術(shù)只允許水分子透過(guò)膜材的特點(diǎn)使得出水水質(zhì)非常高。其出水水質(zhì)優(yōu)于建設(shè)部的生活雜質(zhì)用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(cj25.1-89)，可直接用于非飲用市政雜用水進(jìn)行回收。

2.膜組件使用壽命長(zhǎng)。由于本方案采用的石墨烯/納米高分子膜還具有抗菌殺菌的作用，故細(xì)菌和病毒均能被大部分去除，很大程度上降低了膜材被生物破壞的可能性，大大提升了膜組件處理污水的能力，延長(zhǎng)使用壽命。

3.膜組件無(wú)需反沖洗。目前常用的商業(yè)膜組件均需要進(jìn)行反沖洗，如mbr，ro膜等未了達(dá)到良好的過(guò)濾效果，短時(shí)間使用后必須進(jìn)行反沖洗過(guò)程。此過(guò)程不僅降低了水處理效率，而且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)單元必須增加反沖洗零部件，增加額外的成本負(fù)擔(dān)。本發(fā)明公開的處理裝置，無(wú)需進(jìn)行反沖洗過(guò)程，大大提高了水處理效率和降低了處理成本。

4.膜組件應(yīng)用范圍廣泛，可以用于處理硫酸廢液、鹽酸廢液、磷酸廢液、醋酸廢液等酸廢液。本發(fā)明所采用的石墨烯/納米高分子膜組件為中空纖維式結(jié)構(gòu)，可直接浸沒(méi)在污水當(dāng)中，由于污水處于不斷流動(dòng)狀態(tài)，微小顆粒不易在膜表面堆積。且由于石墨烯/納米高分子膜材質(zhì)的特殊性，膜組件可在污水ph值在0-14正常工作，長(zhǎng)期工作后只需表面沖洗等簡(jiǎn)單清理，無(wú)需更換組件。

5.本發(fā)明提供的一種采用膜技術(shù)的酸廢水處理裝置，具有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，易操作，處理工藝簡(jiǎn)單，能耗低，綜合成本低等特點(diǎn)。

6.本發(fā)明所采用的石墨烯/高分子膜材對(duì)金屬離子的截留率≥99％。膜孔徑在0.1nm以下，基本不存在孔堵塞問(wèn)題，同時(shí)，液態(tài)水是以水分子的形式通過(guò)膜材，故而產(chǎn)水水質(zhì)得到很大提升。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明酸廢水處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明酸廢水處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明酸廢水處理裝置的液體路徑示意圖；

圖4是本發(fā)明所采用管式膜組件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是圖4中沿a-a的剖視圖；

圖6是管式膜組件所采用外壓式膜管在承壓外殼中的固定結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是實(shí)施例1中管式膜組件所采用外壓式膜管的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是實(shí)施例2中管式膜組件所采用外壓式膜管的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9是圖7、圖8中沿b-b的剖視圖；

圖10是外壓式膜管上分離層的剖面圖。

圖中：11.膜組件單元；11-1.膜管；11-2.分離層；11-3.支撐層；11-4.改性石墨烯/納米結(jié)構(gòu)多功能高分子材料；11-5.微孔高分子材料基膜；11-6.承壓外殼；11-7.上端蓋；11-8.下端蓋；11-9.進(jìn)水口；11-10.出水口；11-11.濃縮液出口；11-12.預(yù)留口；11-13.灌封膠；

12.換熱器；13.冷凝裝置；14.負(fù)壓系統(tǒng)；15.加熱器；16.污水處理池；17.水循環(huán)泵體；

21.儲(chǔ)水槽；22.冷凝水出水管道；23.冷凝水進(jìn)水管道；24.清水運(yùn)輸管道；25.外置水循環(huán)管道；26.電路控制柜。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。

實(shí)施例1

如圖1、圖2、圖3所示為本發(fā)明實(shí)施例1，在該實(shí)施例中，一種采用膜技術(shù)的酸廢水處理裝置，包括污水處理池16，污水處理池16中設(shè)置有膜組件單元11，通過(guò)膜組件單元11過(guò)濾酸廢水。膜組件單元11包括承壓外殼11-6，承壓外殼11-6內(nèi)設(shè)置有多根外壓式膜管11-1，承壓外殼11-6兩端分別設(shè)置有進(jìn)水口11-9和出水口11-10。

如圖4、圖5所示，外壓式膜管11-1包括支撐層11-3，支撐層11-3外部設(shè)置有分離層11-2，分離層11-2采用多功能石墨烯/高分子復(fù)合材料透水膜。所采用的多功能石墨烯/高分子復(fù)合材料透水膜的孔徑≤0.1nm。

污水處理池16中的酸廢水處于循環(huán)流動(dòng)狀態(tài)，這樣是為了讓酸廢水的濃度、溫度等參數(shù)處于均勻的狀態(tài)。外壓式膜管11-1的軸向與酸廢水的流動(dòng)方向平行設(shè)置，有利于流動(dòng)液體帶走膜表面的雜質(zhì)。

污水處理池16中的酸廢水循環(huán)流速為40-80cm/s，用于處理鹽酸廢水時(shí)優(yōu)選為60cm/s。污水處理池16中的酸廢水溫度為50-70℃，用于處理鹽酸廢水時(shí)優(yōu)選為55℃。

酸廢水經(jīng)過(guò)濾后在外壓式膜管11-1內(nèi)部形成水蒸氣，膜組件單元11的出水口11-10通過(guò)清水運(yùn)輸管道24連接至換熱器12，換熱器12通過(guò)冷凝水出水管道22和冷凝水進(jìn)水管道23連接冷凝裝置13，過(guò)濾得到的水蒸氣從外壓式膜管11-1中輸入至換熱器12，在換熱器12中被冷卻液化后排出。

換熱器12通過(guò)管道連接儲(chǔ)水槽21，儲(chǔ)水槽21通過(guò)管道連接負(fù)壓系統(tǒng)14，負(fù)壓系統(tǒng)14可提供-0.093mpa至-0.098mpa之間的負(fù)壓，優(yōu)選為-0.095mpa至-0.098mpa。負(fù)壓系統(tǒng)14使得外壓式膜管11-1、換熱器12以及儲(chǔ)水槽21內(nèi)部形成負(fù)壓。

冷凝裝置13中冷卻液的溫度≤20℃，優(yōu)選為-5℃至18℃；換熱器12中，在負(fù)壓-0.093mpa以下時(shí)，飽和水蒸氣的露點(diǎn)≤20℃，優(yōu)選為-5℃至18℃。

負(fù)壓系統(tǒng)14連接儲(chǔ)水槽21的管道接口位于儲(chǔ)水槽21頂端。冷凝后的液態(tài)水在重力作用下從儲(chǔ)水槽21排除，負(fù)壓系統(tǒng)14的接口設(shè)置在出水槽垂直向上方向，位于儲(chǔ)水槽21頂端位置，有利于液態(tài)水不會(huì)倒灌入負(fù)壓系統(tǒng)14當(dāng)中。

負(fù)壓系統(tǒng)14連接儲(chǔ)水槽21的管道中設(shè)置有分子過(guò)濾篩，阻止水分子進(jìn)入負(fù)壓系統(tǒng)14中。

儲(chǔ)水槽21內(nèi)設(shè)置有上、下兩個(gè)開關(guān)閥門，上下兩個(gè)開關(guān)閥門之間為儲(chǔ)水腔，上開關(guān)閥門位于儲(chǔ)水槽21連接負(fù)壓系統(tǒng)14的負(fù)壓接口以下的位置，這樣可以讓負(fù)壓從儲(chǔ)水槽21一直傳遞至換熱器12；在排水時(shí)關(guān)閉上開關(guān)閥門，開啟下開關(guān)閥門，在儲(chǔ)水時(shí)關(guān)閉下開關(guān)閥門，開啟上開關(guān)閥門。這樣設(shè)計(jì)是為了保證系統(tǒng)內(nèi)為低壓狀態(tài)，維持在-0.093mpa以下。

污水處理池16設(shè)置有外置水循環(huán)管道25，外置水循環(huán)管道25上設(shè)置有水循環(huán)泵體17。

外置水循環(huán)管道25具有進(jìn)水口和出水口；污水處理池16內(nèi)設(shè)置有加熱器15對(duì)酸廢水加熱升溫；外置水循環(huán)管道25的進(jìn)水口設(shè)置在靠近污水處理池16底部的位置，并且遠(yuǎn)離加熱器15，外置水循環(huán)管道25的出水口設(shè)置在靠近污水處理池16頂部的位置，并且靠近加熱器15。

換熱器12中設(shè)置有換熱片，換熱片表面涂覆有石墨涂層，可減少產(chǎn)水中極少量的hcl對(duì)換熱片的腐蝕，造成產(chǎn)水水質(zhì)下降等二次污染問(wèn)題。

加熱器15中設(shè)置有螺旋形加熱絲。原水的溫度熱源并不限制于外加輔助加熱，如果污水源本身具有一定溫度，同時(shí)能夠滿足工藝的溫度條件，也可直接將污水進(jìn)行濃縮分離處理。

膜組件單元11外部安裝有過(guò)濾罩，過(guò)濾罩上設(shè)置有多個(gè)蜂窩孔，或者過(guò)濾罩為格柵狀。過(guò)濾罩可以起到隔絕大尺寸雜物的作用。

如圖4、圖5、圖6、圖7所示為膜組件單元11的具體結(jié)構(gòu)，包括承壓外殼11-6，承壓外殼11-6內(nèi)設(shè)置有多根外壓式膜管11-1，承壓外殼11-6兩端分別設(shè)置有進(jìn)水口11-9和出水口11-10。

如圖7、圖8所示，外壓式膜管11-1包括支撐層11-3，支撐層11-3外部設(shè)置有分離層11-2，分離層11-2采用多功能石墨烯/高分子復(fù)合材料透水膜。

多功能石墨烯/高分子復(fù)合材料透水膜是現(xiàn)有技術(shù)中的產(chǎn)品，在中國(guó)發(fā)明專利cn2015105675811“一種多功能石墨烯/高分子復(fù)合材料透水膜及其制備方法和用途”中所公開。

多功能石墨烯/高分子復(fù)合材料透水膜，如圖10所示，采用改性石墨烯/納米結(jié)構(gòu)多功能高分子材料11-4復(fù)合在微孔高分子材料基膜11-5上制成。

其中采用的改性石墨烯和具有高導(dǎo)濕的高分子聚合物，通過(guò)分子結(jié)構(gòu)中的極性基團(tuán)形成氫鍵、共價(jià)鍵等化學(xué)鍵鏈接，具有極強(qiáng)的抗腐蝕性和耐酸堿性，以及非常好的抗菌殺菌性。

多功能石墨烯/高分子復(fù)合材料透水膜表面的親水端吸附液態(tài)水，膜材兩側(cè)即形成水蒸氣濃度梯度差，在負(fù)壓(外壓式膜管11-1內(nèi)部)的協(xié)同作用下，液態(tài)水逐漸以水分子的形式透過(guò)膜材。

微孔高分子材料基膜11-5材質(zhì)為pan、pe、ps、pes、pvdf、pvc、pt、psu、ptfe或pp。優(yōu)選采用pe。

如圖7所示，分離層11-2以平卷的結(jié)構(gòu)包裹在支撐層11-3上，分離層11-2是一整張，平卷一層，在接縫處以環(huán)氧樹脂或聚氨酯粘接，或者熱壓焊接，使得分離層11-2與支撐層11-3緊密連接在一起。

如圖4、圖5所示，承壓外殼11-6包括圓形筒體，圓形筒體兩端分別設(shè)置有上端蓋11-7和下端蓋11-8，進(jìn)水口11-9設(shè)置在下端蓋11-8上，出水口11-10設(shè)置在上端蓋11-7上。承壓外殼11-6的材質(zhì)可以選用pvc、pp或abs等。

出水口11-10連接負(fù)壓設(shè)備(圖中未示出)，外壓式膜管11-1內(nèi)外側(cè)具有壓差，水分子由外壓式膜管11-1外側(cè)進(jìn)入外壓式膜管11-1內(nèi)側(cè)。

外壓式膜管11-1沿圓形筒體的軸向設(shè)置在圓形筒體的內(nèi)部，外壓式膜管11-1兩端分別粘結(jié)在圓形筒體的兩端。如圖6所示，外壓式膜管11-1上端以灌封膠11-13固定，外壓式膜管11-1下端也以灌封膠11-13固定(圖6中未示出)。

因?yàn)檫^(guò)濾得到的清水從外壓式膜管11-1內(nèi)部輸出，酸廢液需要進(jìn)入到外壓式膜管11-1外部，所以外壓式膜管11-1上端出口需要從上端的灌封膠11-13伸出，外壓式膜管11-1下端入口需要被下端的灌封膠11-13封閉，對(duì)應(yīng)下端進(jìn)水口11-9，需要在下端的灌封膠11-13上設(shè)置進(jìn)水通道讓酸廢液輸入到承壓外殼11-6內(nèi)部。

如圖4所示，上端蓋11-7上還設(shè)置有濃縮液出口11-11，圓形筒體上設(shè)置有預(yù)留口11-12。

濃縮液出口11-11排出過(guò)濾后的濃縮酸廢液。組件正常運(yùn)行時(shí)預(yù)留口11-12是關(guān)閉的，在組件出現(xiàn)異常時(shí)可以啟用預(yù)留口11-12。

支撐層11-3材質(zhì)為pe、pes、pvdf、pvc、pp或陶瓷。用于處理鹽酸廢水時(shí)支撐層11-3優(yōu)選采用pes材質(zhì)的七芯中空纖維管。

如圖9所示，中空纖維管內(nèi)采用七芯結(jié)構(gòu)加強(qiáng)纖維管支撐強(qiáng)度，中空纖維管的管壁為微孔結(jié)構(gòu)，孔徑為0.1-0.3nm。

如圖9所示，外壓式膜管11-1的外徑d為3.8mm。

分離層11-2承受的壓強(qiáng)不小于0.5mpa，導(dǎo)熱系數(shù)不小于0.5w/mk，耐熱溫度為200℃。

選用一種電導(dǎo)率為3.354×10⁵μs/cm，固含量為20-21％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，硫酸含量為15％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的酸性水質(zhì)對(duì)本發(fā)明中的管式膜組件進(jìn)行測(cè)試。外壓式膜管11-1內(nèi)徑25mm，外徑34mm，有效膜面積0.025m²，廢水已經(jīng)通過(guò)預(yù)處理，去除25μm以上顆粒雜質(zhì)物，原水ph值小于1。對(duì)產(chǎn)水水質(zhì)進(jìn)行分析，產(chǎn)水電導(dǎo)率為6μs/cm，產(chǎn)水通量為12.32kg/(m²·h)，產(chǎn)水ph值為6.5。

本發(fā)明一種用于廢水處理的外壓式管式膜組件在使用時(shí)，經(jīng)過(guò)預(yù)處理去掉懸浮物的廢酸液從進(jìn)水口11-9進(jìn)入后，經(jīng)過(guò)外壓式膜管11-1的純化濃縮，可得到高品質(zhì)產(chǎn)水和濃縮酸液。產(chǎn)水可直接排放或二次用于工業(yè)生產(chǎn)，高度濃縮酸液可集中回收，極大的降低了廢硫酸處理工藝的成本，而且還能高效回收廢液中的硫酸，產(chǎn)生巨大工業(yè)效益。

實(shí)施例2

在該實(shí)施例中，與實(shí)施例1所不同的是，如圖8所示，分離層11-2以螺旋卷的結(jié)構(gòu)包裹在支撐層11-3上，在接縫處以環(huán)氧樹脂或聚氨酯粘接，或者熱壓焊接，使得分離層11-2與支撐層11-3緊密連接在一起。

圖8僅為結(jié)構(gòu)示意圖，在分離層11-2卷繞過(guò)程中每一圈分離層11-2都需要與上下圈緊密銜接過(guò)渡。

螺旋卷的結(jié)構(gòu)，可以使用寬度較窄的分離層11-2包裹支撐層11-3。

本實(shí)施例中管式膜組件的其他結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相同，此處不再重復(fù)描述。

本發(fā)明除了提供以上一種采用膜技術(shù)的酸廢水處理裝置以外，還提供一種利用上述酸廢水處理裝置進(jìn)行的污水處理方法，具體方法步驟如下：

(1)通過(guò)加熱器將污水池中的污水加熱，同時(shí)開啟污水池外置水循環(huán)泵體，使污水池中的待處理水處于不斷循環(huán)的過(guò)程當(dāng)中；石墨烯/納米高分子膜組件徑直方向與水流方向平行放置，有利于流動(dòng)液態(tài)水帶走膜表面的雜質(zhì)；

(2)開啟冷凝裝置，待冷凝水溫度達(dá)到設(shè)定值后，關(guān)閉儲(chǔ)水槽的末端閥門，打開上端閥門，并開啟負(fù)壓系統(tǒng)開始進(jìn)行污水處理。污水中的液態(tài)水以水分子的形態(tài)透過(guò)石墨烯/納米高分子膜到達(dá)組件內(nèi)部，在負(fù)壓的協(xié)同作用下轉(zhuǎn)移至換熱器中，水分子冷凝成液態(tài)水之后再重力作用下流至出水槽當(dāng)中；

(3)當(dāng)儲(chǔ)水槽當(dāng)中的水量一定后，關(guān)閉儲(chǔ)水槽上端閥門，打開末端閥門將儲(chǔ)水槽當(dāng)中的水排出。排凈產(chǎn)水后關(guān)閉末端閥門，緩慢打開上端閥門，此時(shí)封閉系統(tǒng)內(nèi)部的真空負(fù)壓會(huì)減小，當(dāng)達(dá)到負(fù)壓電磁閥設(shè)置值后，真空泵可自動(dòng)工作保持設(shè)置壓力，此過(guò)程不會(huì)影響出水水質(zhì)。

其中，步驟(1)中所述待處理污水，應(yīng)盡量進(jìn)行預(yù)處理，除去污水當(dāng)中可見(jiàn)性大顆粒雜質(zhì)和有機(jī)物，充分使本發(fā)明的膜技術(shù)發(fā)揮作用，提高水處理效率。

其中，步驟(1)中所述加熱器加熱污水的溫度優(yōu)選在50℃至70℃之間；所述的外置水循環(huán)泵體，優(yōu)選流速為40-80cm/s，更加優(yōu)選為60cm/s。

其中，步驟(2)中所述冷凝水溫度設(shè)置優(yōu)選≤20℃，更加優(yōu)選為-5℃-18℃。

實(shí)驗(yàn)例1

選用一種電導(dǎo)率(簡(jiǎn)稱ec值)約120ms/cm的含鐵廢鹽酸水進(jìn)行濃縮分離處理。所述廢水已經(jīng)通過(guò)預(yù)處理，去除25μm(微米)以上顆粒雜質(zhì)物和部分有機(jī)成分；污水氯離子含量為1.51×10⁴mg/l，原水ph值小于1，鐵離子含量為2.14×10³mg/l。

為了研究不同污水處理溫度對(duì)出水水質(zhì)的影響，將污水處理池16的污水溫度分別設(shè)置在50℃，60℃和70℃做了膜組件污水濃縮分離實(shí)驗(yàn)。酸廢水處理裝置其他部分的參數(shù)均保持相同，即冷凝裝置13的冷凝水溫度設(shè)置18℃，負(fù)壓系統(tǒng)14的真空度保持在-0.095mpa至-0.098mpa。

開啟污水處理池16內(nèi)置加熱器15，將污水溫度設(shè)置在50℃，同時(shí)將處理池外置的水循環(huán)泵體17處于工作狀態(tài)，冷凝裝置13的冷凝溫度設(shè)置為18℃且進(jìn)行冷凝水循環(huán)工作。當(dāng)設(shè)置參數(shù)均達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，開啟負(fù)壓系統(tǒng)14，使其真空度保持在-0.095mpa至-0.098mpa之間。

含鐵廢鹽酸水通過(guò)本發(fā)明裝置處理后，當(dāng)原水溫度為50℃條件下，產(chǎn)水清澈透亮。通過(guò)對(duì)產(chǎn)水水質(zhì)進(jìn)行分析，產(chǎn)水的ec值低至30-40us/cm，氯離子含量為4-6mg/l，產(chǎn)水ph值基本接近中性，鐵離子含量為幾乎為零。產(chǎn)水水質(zhì)完全達(dá)到排放水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，甚至產(chǎn)水可用于工業(yè)二次用水。

在本實(shí)驗(yàn)例當(dāng)中，以原水水溫為變量，改變水溫溫度到60℃進(jìn)行測(cè)試。如上所述，其他參數(shù)保持一致，即冷凝水溫度設(shè)置為18℃，負(fù)壓系統(tǒng)14的真空度保持在-0.095mpa至-0.098mpa。當(dāng)溫度升高到60℃后，通過(guò)對(duì)產(chǎn)水水質(zhì)進(jìn)行分析，產(chǎn)水的tds值約至40-50us/cm，氯離子含量為4-6mg/l，產(chǎn)水ph值基本接近中性，鐵離子含量≤0.2mg/l。

當(dāng)原水水溫升高至70℃時(shí)，通過(guò)對(duì)產(chǎn)水水質(zhì)進(jìn)行分析，產(chǎn)水的tds值約至130-240us/cm，氯離子含量為15-20mg/l，產(chǎn)水ph值接近4，鐵離子含量0.4-1mg/l。通過(guò)查閱鹽酸的揮發(fā)特性，發(fā)現(xiàn)隨著溫度的升高，和原水濃縮程度的提高，污水當(dāng)中鹽酸的揮發(fā)性越強(qiáng)，使得揮發(fā)產(chǎn)生的hcl氣體隨著蒸發(fā)產(chǎn)生的水蒸汽穿透膜材，從而帶入到冷凝水當(dāng)中，從而造成冷凝水的ph降低。隨著溫度的升高造成產(chǎn)水水質(zhì)偏酸性，同時(shí)酸性水對(duì)換熱器也會(huì)起到腐蝕作用，最終使得產(chǎn)水ec值升高。

實(shí)驗(yàn)例2

選用不同ec值的鹽酸廢水進(jìn)行濃縮分離處理，原水均已經(jīng)通過(guò)預(yù)處理，去除25μm(微米)以上顆粒雜質(zhì)物和部分有機(jī)成分。對(duì)產(chǎn)水水質(zhì)進(jìn)行分析，數(shù)據(jù)結(jié)果如下表所示，表1是原水與濃縮分離過(guò)后產(chǎn)水的水質(zhì)比較：

表1原水與產(chǎn)水的水質(zhì)

本發(fā)明利用的一種采用膜技術(shù)的酸廢水處理裝置，對(duì)如上所述的酸性污水進(jìn)行濃縮處理具有良好的效果，濃縮倍數(shù)可達(dá)15倍以上。隨著原水濃縮程度的進(jìn)一步提高，或污水溫度的提高，濃縮水中hcl的揮發(fā)性增強(qiáng)，造成產(chǎn)水ph降低和ec值升高。本發(fā)明的處理裝置，設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行半年時(shí)間以來(lái)，產(chǎn)水水質(zhì)穩(wěn)定。

本發(fā)明所述一種采用膜技術(shù)的酸廢水處理裝置，其污水濃縮過(guò)程簡(jiǎn)要描述即為水分子的轉(zhuǎn)移過(guò)程，將廢水中的水分子提取出來(lái)使原水濃縮，且產(chǎn)水水質(zhì)因各項(xiàng)指標(biāo)均可達(dá)到非飲用市政雜用水標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行排放，或重新用于工業(yè)用水，濃縮水中的fecl2可通過(guò)結(jié)晶處理分離出來(lái)用于工業(yè)生產(chǎn)或垃圾處理的添加劑，高度濃縮后的鹽酸可用于二次工業(yè)利用或其他用處。

本發(fā)明中的術(shù)語(yǔ)“溶解性固體總量”(英文：totaldissolvedsolids，縮寫tds)，表明1升水中溶有多少毫克溶解性固體，測(cè)量單位為毫克/升(mg/l)。tds值越高，表示水中含有的溶解物越多?？?cè)芙夤腆w指水中全部溶質(zhì)的總量，包括無(wú)機(jī)物和有機(jī)物兩者的含量。

本發(fā)明所述的一種采用膜技術(shù)的酸廢水處理裝置，其形狀可以是設(shè)計(jì)成長(zhǎng)方體、立方體或其他不規(guī)則形狀，其中膜組件單元可設(shè)計(jì)成中空纖維管式，板式，或繞卷式等，可根據(jù)實(shí)際使用需求進(jìn)行外觀變化。

綜上所述，本發(fā)明是一種采用膜技術(shù)的酸廢水處理裝置，以及采用該處理裝置的污水處理方法，能夠應(yīng)用于含金屬fe離子的高濃度鹽酸污水處理的行業(yè)當(dāng)中，也可應(yīng)用于其他行業(yè)如冶金行業(yè)的污水處理，如醫(yī)藥行業(yè)的廢水處理，又如化工行業(yè)的廢水處理等。由于處理后的產(chǎn)水水質(zhì)能夠滿足建設(shè)部的生活雜質(zhì)用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，可直接室外進(jìn)行排放或用于非飲用市政雜用水進(jìn)行回收處理，給企業(yè)能夠帶來(lái)巨大經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)給環(huán)境也減輕壓力，利國(guó)利民。

以上僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，在本發(fā)明的上述教導(dǎo)下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上進(jìn)行其他的改進(jìn)或變形。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，上述的具體描述只是更好的解釋本發(fā)明的目的，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。