本發(fā)明屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種可用于各類高鹽污水處理、回用的模塊化安裝的節(jié)能型膜蒸餾廢水處理裝置與方法。

背景技術(shù)：

工業(yè)廢水伴隨著工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展產(chǎn)生量逐漸增大，其中含有大量各類有機(jī)污染物和可溶性鹽類雜質(zhì)，直接排放會(huì)對(duì)水體和周圍環(huán)境造成嚴(yán)重危害，必須進(jìn)行處理才能排放或回用。膜蒸餾技術(shù)以膜兩側(cè)的易揮發(fā)組分的分壓差為推動(dòng)力而進(jìn)行傳質(zhì)分離，利用膜蒸餾技術(shù)進(jìn)行工業(yè)含鹽廢水的濃縮，具有分離效率高、操作條件溫和、受鹽濃度影響小的優(yōu)點(diǎn)。然而，膜蒸餾技術(shù)尚未實(shí)現(xiàn)大模工業(yè)應(yīng)用，其主要原因是還未開發(fā)出可市場(chǎng)化的高效膜蒸餾裝置，膜蒸餾過程依賴于相變的過程，需要將待處理料液進(jìn)行加熱汽化，該過程中熱量如果不能有效回收利用，會(huì)引起能量方面的高操作成本；同時(shí)膜組件的機(jī)械強(qiáng)度較差，其制作與安裝工藝復(fù)雜，要求高。

專利CN 203990316 U公開了一種逆流交換膜蒸餾裝置，通過設(shè)置格篩網(wǎng)保證了中空纖維膜膜組與中空管管組之間的結(jié)構(gòu)規(guī)整，提高整個(gè)膜蒸餾過程熱效率，但從中空管管組出料口輸出預(yù)熱后的含鹽廢水，其仍需經(jīng)外部補(bǔ)充換熱后進(jìn)一步提升至汽化溫度。該發(fā)明雖然部分利用了高溫含鹽廢水的部分熱量，提高整個(gè)膜蒸餾過程熱效率，但仍需要外界熱量的補(bǔ)充。

專利CN 104014244 A公開了一種筒式膜蒸餾器，針對(duì)傳統(tǒng)膜蒸餾中原水加熱后輸送到膜蒸餾器中所帶來(lái)的熱量損失，提供了一種具有加熱功能的膜蒸餾器。在膜蒸餾器下端直接安裝電加熱器，且其電加熱器的功率變頻可調(diào)，可以實(shí)現(xiàn)原水直接在膜蒸餾器中加熱，并且可以根據(jù)具體的工藝要求來(lái)調(diào)節(jié)電加熱器的功率，減少了在輸液管道上的熱量流失。雖然如此，但是從其蒸汽采出口采出的水蒸汽溫度較高，其能量未能得到充分回收利用，導(dǎo)致該裝置中能量方面的操作成本較高。

同時(shí)以上兩項(xiàng)專利中均公開了膜蒸餾所用的組件中空纖維膜組件，其制作技術(shù)復(fù)雜且管板制作也較困難，如果在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工，需要對(duì)施工人員的安裝技術(shù)要求較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的： 本發(fā)明目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種安裝方便、能量利用率高、污水處理效果好、廢水回用率高的模塊化安裝的節(jié)能型膜蒸餾廢水處理裝置及方法。

技術(shù)方案： 本發(fā)明所述的一種模塊化安裝的節(jié)能型膜蒸餾廢水處理裝置，包括一組初級(jí)處理模塊和N級(jí)后處理模塊，所述初級(jí)處理模塊包括第一膜蒸餾器分模塊、第二膜蒸餾器分模塊和熱泵分模塊，所述熱泵分模塊包括第一再沸器、第二再沸器和至少一座壓縮機(jī)；所述第一再沸器的熱料出口接入所述第一膜蒸餾器分模塊的氣液混合進(jìn)料口，所述第一膜蒸餾器分模塊的濃縮液出口接入所述第二再沸器的冷料入口，所述第二再沸器的熱料出口接入所述第二膜蒸餾器分模塊的氣液混合進(jìn)料口，所述第二膜蒸餾器分模塊的濃縮液出口與后處理模塊連接；所述第一膜蒸餾器分模塊以及第二膜蒸餾器分模塊的頂部蒸汽匯合后接入所述壓縮機(jī)入口，所述壓縮機(jī)出口接入所述第一再沸器的蒸汽入口。

進(jìn)一步地，所述的每一級(jí)后處理模塊包括一座再沸器和一座膜蒸餾器，所述再沸器的冷料入口與上一級(jí)的膜蒸餾器的濃縮液出口連接，所述再沸器的熱料出口與同級(jí)膜蒸餾器的氣液混合進(jìn)料口連接，所述的后處理模塊中的膜蒸餾器的頂部蒸汽出口接入所述壓縮機(jī)。

進(jìn)一步地，所述0≤N≤10。

進(jìn)一步地，為進(jìn)一步地提高處理效果，所述第二再沸器以及N級(jí)后處理模塊中的再沸器的蒸汽入口連接外部蒸發(fā)器。

進(jìn)一步地，所述第一膜蒸餾器分模塊、第二膜蒸餾器分模塊以及N級(jí)后處理模塊中的膜蒸餾器分模塊的型號(hào)相同，包括圓柱筒體模塊和膜組件模塊，所述圓柱筒體模塊包括圓柱筒體、上封頭、孔板、防沖板、氣液混合進(jìn)料口、濃縮液出口和蒸汽出口，所述膜組件模塊由若干組U型中空纖維膜模塊單元組成；所述孔板上均勻開設(shè)有若干個(gè)通孔，膜組件模塊穿過通孔經(jīng)螺栓與孔板固定；所述圓柱筒體模塊中圓柱筒體、上封頭、孔板通過法蘭連接；所述氣液混合進(jìn)料口和蒸汽出口通過法蘭分別與圓柱筒體、上封頭連接；濃縮液出口焊接于圓柱筒體的下方；所述防沖板焊接于圓柱筒體內(nèi)部的下方，且位于所述氣液混合進(jìn)料口附近。

進(jìn)一步地，所述第一再沸器、第二再沸器以及N級(jí)后處理模塊中再沸器均為熱虹吸式再沸器，且每一個(gè)再沸器上均接有真空泵。

采用權(quán)利要求1所述裝置進(jìn)行廢水處理的方法，具體過程如下：廢水原水經(jīng)第一再沸器的冷料入口輸入第一再沸器，在第一再沸器中部分汽化，并將熱料輸送至第一膜蒸餾器分模塊；第一膜蒸餾器分模塊中的水蒸汽透過膜絲進(jìn)入到筒蓋內(nèi)，然后通過蒸汽出口輸入壓縮機(jī)，濃縮液輸入第二再沸器中，第二再沸器的熱料出口接入第二膜蒸餾器分模塊；第二膜蒸餾器分模塊中的水蒸汽透過膜絲進(jìn)入到筒蓋內(nèi)，然后通過蒸汽出口輸入壓縮機(jī)，濃縮液輸入后處理模塊中的再沸器中，后處理模塊中的再沸器熱料出口接入下一級(jí)后處理模塊中的膜蒸餾器中，后處理模塊中膜蒸餾器的蒸汽出口接入壓縮機(jī)，壓縮機(jī)將各級(jí)膜蒸餾器的蒸汽加壓升溫后進(jìn)入第一再沸器，作為熱源與預(yù)處理的原水進(jìn)行換熱。

進(jìn)一步地，為提高處理效果，所述第一膜蒸餾器分模塊與第一再沸器在減壓條件下作業(yè)，且操作壓力為0.01 MPa~0.045 MPa。

進(jìn)一步地，為提高處理效果，所述第二膜蒸餾器分模塊與第二再沸器在減壓條件下作業(yè)，且操作壓力為0.01 MPa~0.05 MPa。

進(jìn)一步地，為提高處理效果，所述壓縮機(jī)出口物料的溫度與廢水原水的溫差≥20℃。

有益效果：（1）本發(fā)明針對(duì)傳統(tǒng)膜蒸餾中原水汽化完全依靠外加熱量進(jìn)行加熱，能量利用率較低、安裝操作復(fù)雜等問題，設(shè)計(jì)了一種新型的模塊化安裝的節(jié)能膜蒸餾廢水處理工藝與裝置；將熱泵技術(shù)引入膜蒸餾廢水處理系統(tǒng)中，通過調(diào)節(jié)兩組膜蒸餾器的操作壓力和壓縮機(jī)的操作壓力，實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)處理過的原水進(jìn)行加熱汽化，有效減少了使用大量水蒸汽作為加熱介質(zhì)，整個(gè)系統(tǒng)能量利用率高；

（2）本系統(tǒng)采用熱虹吸式再沸器，將預(yù)處理過的原水在熱虹吸式再沸器中部分汽化后，形成汽液混合物，預(yù)處理過的原水被加熱后，體積膨脹，密度變小變輕，會(huì)上升，并利用密度差作為推動(dòng)力，從膜蒸餾器模塊的氣液混合進(jìn)料口進(jìn)入膜蒸餾器，周圍冷的液體來(lái)補(bǔ)充，形成強(qiáng)制循環(huán)，既節(jié)省了循環(huán)用的泵，又實(shí)現(xiàn)了膜蒸餾器內(nèi)部能夠取得較高的氣水比；

（3）本系統(tǒng)作為膜分離技術(shù)，安裝操作方便、系統(tǒng)的能量利用率高，非常適合于海水淡化、城市污水和工業(yè)循環(huán)廢水等含有高含鹽廢水的回收利用；

（4）本裝置采用模塊化安裝技術(shù)，將膜蒸餾器、壓縮機(jī)、再沸器安裝于模塊內(nèi)，并在模塊外預(yù)留各類接口，一方面提高裝置的安裝效率，另一方面可以最大限度的減少施工現(xiàn)場(chǎng)的施工噪音、粉塵污染以及安全隱患等問題。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例2中的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

其中：1、第一膜蒸餾器分模塊，11、第一膜蒸餾器分模塊氣液混合進(jìn)料口，12、第一膜蒸餾器分模塊濃縮液出口；2、第二膜蒸餾器分模塊，21、第二膜蒸餾器分模塊氣液混合進(jìn)料口，22、第二膜蒸餾器分模塊濃縮液出口；3、第一再沸器，4、第二再沸器，5、壓縮機(jī)，6、后處理模塊，61、后處理模塊再沸器，62、后處理模塊膜蒸餾器。

具體實(shí)施方式

下面通過附圖對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于所述實(shí)施例。

實(shí)施例1：一種模塊化安裝的節(jié)能型膜蒸餾廢水處理裝置，包括一組初級(jí)處理模塊，初級(jí)處理模塊包括第一膜蒸餾器分模塊1、第二膜蒸餾器分模塊2和熱泵分模塊，熱泵分模塊包括第一再沸器3、第二再沸器4和一座壓縮機(jī)5；第一再沸器3的熱料出口接入第一膜蒸餾器分模塊1的氣液混合進(jìn)料口11，第一膜蒸餾器分模塊的濃縮液出口12接入第二再沸器4的冷料入口，第二再沸器4的熱料出口接入第二膜蒸餾器分模塊的氣液混合進(jìn)料口21，由第二膜蒸餾器分模塊的濃縮液出口22采出廢水濃縮液；第一膜蒸餾器分模塊1以及第二膜蒸餾器分模塊2的頂部蒸汽匯合后接入壓縮機(jī)5入口，壓縮機(jī)出口接入第一再沸器的蒸汽入口；本裝置中第二再沸器的蒸汽入口連接外部蒸發(fā)器；第一膜蒸餾器分模塊1和第二膜蒸餾器分模塊2型號(hào)相同，包括圓柱筒體模塊和膜組件模塊，圓柱筒體模塊包括圓柱筒體、上封頭、孔板、防沖板、氣液混合進(jìn)料口、濃縮液出口和蒸汽出口，膜組件模塊由若干組U型中空纖維膜模塊單元組成；孔板上均勻開設(shè)有若干個(gè)通孔，膜組件模塊穿過通孔經(jīng)螺栓與孔板固定；圓柱筒體模塊中圓柱筒體、上封頭、孔板通過法蘭連接；氣液混合進(jìn)料口和蒸汽出口通過法蘭分別與圓柱筒體、上封頭連接；濃縮液出口焊接于圓柱筒體的下方；防沖板焊接于圓柱筒體內(nèi)部的下方，且位于氣液混合進(jìn)料口附近；第一再沸器和第二再沸器均為熱虹吸式再沸器，且每一個(gè)再沸器上均接有真空泵。

本實(shí)施例中所有膜蒸餾器中的圓柱筒體高度為1200mm，內(nèi)徑為80mm，壁厚為5mm，膜蒸餾器筒體的腔體分為圓柱形筒體和膜蒸餾器上蓋兩部分，上、下兩部分通過孔板分隔，圓柱筒體被分成膜蒸餾發(fā)生段和蒸汽緩存段；其中膜蒸餾發(fā)生段主要由膜組件模塊組成，膜組件模塊由30組內(nèi)徑為0.8 mm、壁厚為 0.5 mm、孔徑為 0.25 μm、孔隙率為 0.55、長(zhǎng)度為 1000mm的中空纖維膜膜絲組成；膜蒸餾器模塊中膜組件模塊經(jīng)螺栓固定于孔板上，第一膜蒸餾器模塊和第一熱虹吸式再沸器操作壓力為減壓條件下0.02MPa，第二膜蒸餾器模塊和第二熱虹吸式再沸器操作壓力為減壓條件下0.03MPa，熱泵的操作壓力為0.1 MPa，每個(gè)熱虹吸式再沸器上接有真空泵。

采用上述裝置進(jìn)行廢水處理的原理如下：廢水原水經(jīng)第一再沸器的冷料入口輸入第一再沸器，在第一再沸器中部分汽化，并將熱料輸送至第一膜蒸餾器分模塊；第一膜蒸餾器分模塊中的水蒸汽透過膜絲進(jìn)入到筒蓋內(nèi)，然后通過蒸汽出口輸入壓縮機(jī)，濃縮液輸入第二再沸器中，第二再沸器的熱料出口接入第二膜蒸餾器分模塊；第二膜蒸餾器分模塊中的水蒸汽透過膜絲進(jìn)入到筒蓋內(nèi)，然后通過蒸汽出口輸入壓縮機(jī)，由第二膜蒸餾器的濃縮液出口采出廢水處理濃縮液；壓縮機(jī)將各級(jí)膜蒸餾器的蒸汽加壓升溫后進(jìn)入第一再沸器，作為熱源與預(yù)處理的原水進(jìn)行換熱。

采用上述裝置對(duì)氯化鈉含量為3.5wt%，流量為1035 kg/h的海水進(jìn)行回收處理，海水原水溫度為25℃，原水進(jìn)入第一熱虹吸式再沸器進(jìn)行加熱部分汽化，汽化后的汽水混合物溫度為61.0℃，汽水混合物進(jìn)入第一膜蒸餾器模塊，含鹽廢水汽化后形成的水蒸氣透過中空纖維膜膜絲，上升至第一膜蒸餾器模塊的圓柱筒體內(nèi)的上部分腔體后，從第一膜蒸餾器模塊的蒸汽采出口采出；部分濃縮后的濃縮液從第一膜蒸餾器模塊的濃縮液出液口采出，進(jìn)入第二熱虹吸式再沸器，與外加蒸汽進(jìn)行換熱，部分汽化至86 ℃進(jìn)入第二膜蒸餾器模塊，進(jìn)一步進(jìn)行分離；從第一膜蒸餾器模塊和第二膜蒸餾器模塊采出的蒸汽均經(jīng)管道預(yù)制系統(tǒng)模塊輸送至壓縮機(jī)，經(jīng)壓縮機(jī)加壓后壓力增加到0.1 MPa，此時(shí)蒸汽的溫度為100 ℃；將經(jīng)壓縮機(jī)加壓后的蒸汽輸送至第一熱虹吸式再沸器，用于加熱海水原水，此時(shí)，第一熱虹吸式再沸器的換熱量為470.8 kW；第二熱虹吸式再沸器所需的換熱量均由外加蒸汽補(bǔ)充，此時(shí)所需的外加熱量為216.1 kW。經(jīng)本發(fā)明將熱泵技術(shù)應(yīng)用于膜蒸餾裝置處理含鹽廢水，可節(jié)能68.5%；處理后的濃含鹽廢水含鹽率為11.7%，經(jīng)第二膜蒸餾器模塊的濃縮液出口采出。

實(shí)施例2：本實(shí)施例中裝置與實(shí)施例1中基本相同，其不同在于，本實(shí)施例中還包括一組后處理模塊6，該后處理模塊6包括一座再沸器61和一座膜蒸餾器62，所述再沸器的冷料入口與第二膜蒸餾器分模塊2的濃縮液出口連接，后處理模塊的再沸器61的熱料出口與同級(jí)膜蒸餾器62的氣液混合進(jìn)料口連接，所述的后處理模塊6中的膜蒸餾器62的頂部蒸汽出口接入壓縮機(jī)5；本實(shí)施例中所有膜蒸餾器中的圓柱筒體高度為1200mm，內(nèi)徑為50mm，壁厚為5mm，膜蒸餾器筒體的腔體分為圓柱形筒體和膜蒸餾器上蓋兩部分，上、下兩部分通過孔板分隔，圓柱筒體被分成膜蒸餾發(fā)生段和蒸汽緩存段；其中膜蒸餾發(fā)生段主要由膜組件模塊組成，膜組件模塊由25組內(nèi)徑為0.8 mm、壁厚為 0.45 mm、孔徑為 0.25 μm、孔隙率為 0.5、長(zhǎng)度為 1000mm的中空纖維膜膜絲組成；每一組膜蒸餾器模塊中膜組件模塊經(jīng)螺栓固定于孔板上，第一膜蒸餾器模塊和第一熱虹吸式再沸器操作壓力為減壓條件下0.045MPa，第二膜蒸餾器模塊和第二熱虹吸式再沸器操作壓力為減壓條件下0.05MPa，熱泵的操作壓力為0.1 MPa，后處理模塊中的膜蒸餾器與熱虹吸式再沸器的操作壓力為減壓條件下0.035MPa。

采用上述裝置可對(duì)工業(yè)高含鹽廢水進(jìn)行處理，含鹽廢水的遠(yuǎn)水溫度為25℃，對(duì)SO₄^2-含量為3.15%，NH₄⁺含量為0.98%，Na⁺含量為0.172%及含有微量Ca²⁺、Mg²⁺、NO₃^-和HCO₃^-的流量為1046 kg/h的預(yù)處理后的生產(chǎn)重油加氫催化劑廢水進(jìn)行處理，進(jìn)入第一熱虹吸式再沸器進(jìn)行加熱部分汽化，汽化后的汽水混合物溫度為79.6℃，汽水混合物進(jìn)入第一膜蒸餾器模塊，含鹽廢水汽化后形成的水蒸氣透過中空纖維膜膜絲，上升至圓柱筒體內(nèi)的上部分腔體后，從蒸汽采出口采出；部分濃縮后的濃縮液從濃縮液出口采出，進(jìn)入第二熱虹吸式再沸器，與外加蒸汽進(jìn)行換熱，部分汽化至92℃進(jìn)入第二組膜蒸餾器模塊，進(jìn)一步進(jìn)行分離；第二組膜蒸餾器的部分濃縮液從濃縮液出口采出，進(jìn)入后處理模塊中的熱虹吸式再沸器中，與外加蒸汽進(jìn)行換熱，部分汽化至93℃進(jìn)入后處理模塊中的膜蒸餾器，進(jìn)一步進(jìn)行分離；由后處理模塊中的膜蒸餾器的濃縮液出口采出含鹽廢水濃縮液；從第一膜蒸餾器模塊、第二膜蒸餾器模塊以及后處理模塊中的膜蒸餾器采出的蒸汽均經(jīng)管道預(yù)制系統(tǒng)模塊輸送至壓縮機(jī)，經(jīng)壓縮機(jī)加壓后壓力增加到0.1 MPa，此時(shí)蒸汽的溫度為100 ℃；將經(jīng)壓縮機(jī)加壓后的蒸汽輸送至第一熱虹吸式再沸器，用于加熱預(yù)處理后的重油加氫催化劑廢水，此時(shí)，第一熱虹吸式再沸器的換熱量為521.9 kW；第二熱虹吸式再沸器所需的換熱量均由外加蒸汽補(bǔ)充，此時(shí)所需的外加熱量為173.9 kW；后處理模塊中的熱虹吸式再沸器的換熱量為137.2 kW。經(jīng)本發(fā)明將熱泵技術(shù)應(yīng)用于膜蒸餾裝置處理重油加氫催化劑廢水，可節(jié)能75.0%；處理后的重油加氫催化劑廢水含鹽率為20.2%，經(jīng)后處理模塊中的膜蒸餾器的濃縮液出口采出含鹽廢水濃縮液。

如上所述，盡管參照特定的優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)表示和表述了本發(fā)明，但其不得解釋為對(duì)本發(fā)明自身的限制。在不脫離所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的精神和范圍前提下，可對(duì)其在形式上和細(xì)節(jié)上作出各種變化。