[发明专利]一种减压膜蒸发浓缩方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种膜蒸发浓缩方法及其装置，尤其涉及水净化处理和化工分离的膜分离处理方法及其装置。

背景技术

膜蒸馏技术与普通蒸发器比较，膜蒸馏的一个最显著的特征是单位体积的蒸发面积大，因而可以使装置在常压、较低温度的蒸发过程中高效地运行，且蒸馏操作所需的汽相空间很小。与反渗透相比，膜蒸馏是热驱动过程，操作压力低，因此对膜机械性能的要求低，设备费用也低，过程安全性得到了提高，而且，膜蒸馏的操作压力低，脱盐率高，膜污染少。因此，近年来，膜蒸馏技术得到了广泛关注。膜蒸馏是一种采用疏水微孔膜，以膜两侧蒸汽压力差为传质驱动力的膜分离过程。在微孔疏水膜两侧的蒸汽压差的驱动下，水蒸汽从被加热的原水一侧穿过疏水膜后再被冷凝为液态的分离过程。由于膜的疏水性，只有水蒸汽能透过膜孔，原水以及溶解在其中的非挥发性溶质无法穿过膜孔，所以膜蒸馏过程理论上可以对离子、大分子、胶体、细胞和其它非挥发物实现100％的脱除。微孔疏水膜在膜蒸馏过程中起两相之间的支撑屏蔽作用。在膜蒸馏的过程中，同时发生传热与传质两种过程，温差极化与温差极化现象也会同时产生，从而对膜蒸馏的过程产生不利的影响。

膜蒸馏过程的操作温度低于传统的蒸馏过程，而操作压力又低于传统的膜分离过程；对膜的机械性能要求较低；与传统的蒸馏过程相比，蒸汽空间显著减少。膜蒸馏的组件可以设计成潜热回收形式，并具有以高效的小型膜组件构成大规模生产体系的灵活性。该过程可以处理浓度极高的水溶液，如果溶质是容易结晶的物质，可以把溶液浓缩到过饱和状态而实现膜蒸馏结晶，是目前唯一能从溶液中直接分离出结晶产物的膜过程，且只要膜两侧维持适当的温差，该过程就可以进行，可以利用太阳能、地热、温泉、工厂余热和温热的工业废水等廉价能源。

减压膜蒸馏是在疏水膜的透过侧施加一个负压，将透过多孔膜的水蒸汽抽出到膜组件以外的冷凝器内进行冷凝液化。

膜蒸馏技术具有操作压力低，可得到99.99％的脱盐率和在良好操作条件下高于反渗透的水通量，显示了它作为反渗透技术的替代(大规模纯水制备)或补充技术(如用于船舶饮用水等)的应用潜力，在降低投资和运行费用，提高水的利用率，减少浓水排放方面，可望取得显著的经济效益和社会效益。

但是，膜蒸馏过程中一般都存在着：1、疏水膜使用过程中出现的疏水膜亲水化渗漏问题。2、随着膜蒸发浓缩过程的进行，原料液不断被浓缩，导致料液中COD等污染物浓度增大，使膜污染问题严重。3、常规减压膜蒸馏过程虽产水水质好，效率高，但运行能耗较大。这些都是膜蒸馏技术实现工业化应用必需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供一种新的膜蒸发浓缩(Vacuum Bubble Membrane Distillation，VBMD)方法及其装置。

本发明提供一种减压鼓泡膜蒸发浓缩装置，其特征在于，包括以下部件：在原水侧设置的原水槽；膜组件，用于处理原水；连接于原水槽上的供水泵，将原水槽中的待处理液体供入膜组件；鼓风机，设置在膜组件的外侧，空气经鼓风机增压，供入膜组件中；连接于膜组件上的第一级冷凝器，用于对鼓入的空气进行预热；第二级冷凝器，与第一级冷凝器连通，用于将饱和含湿的空气进行冷凝，获得蒸馏产水；化学药剂槽，连接在膜组件与原水槽之间，容纳絮凝剂等药剂，上述药剂经计量泵供入膜组件中；浓水收集容器，设置在膜组件下方，从膜组件中排出的浓水在重力作用下流入浓水收集容器；水槽，收集容器中的液体在重力作用下，流入水槽；水槽中设置有浸没式多孔膜；真空泵，在产水侧产生负压抽吸。

膜组件设置有膜丝，压缩空气通过膜丝向原水鼓入气泡。

膜组件中设置浓水出口和溢流管，蒸发絮凝后的浓水由气浮作用经溢流管和浓水出口流出膜组件。

浓水收集容器具有常开的入口阀门、常闭的进气阀门、以及常闭的出口阀门，浓水收集容器中还设置有液位开关，当流入容器的液体水位达到液位开关时，进口阀门自动关闭，进气阀门、出口阀门自动打开，容器中的液体在重力作用下流入水槽。

水槽还设置有低位出口和上清液排出口；经过置于水槽中的浸没式多孔膜过滤后，上清液返回到膜组件；污泥则排出水槽外。

鼓风机，设置在膜组件的外侧，空气经鼓风机增压，进入第一级冷凝器进行预热。