[发明专利]一种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，尤其涉及高含盐水处理和化工浓缩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、耐腐蚀、不易结垢，因而可以使装置在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，还可以有效利用工业废热，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换热器内进行冷凝液化。

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、膜蒸馏过程热能利用问题。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方法及其装置。

本发明一种膜蒸发浓缩装置，其特征在于，包括以下部件：膜蒸发水槽，疏水膜组件，原水供水泵，鼓风机，换热器；膜蒸发水槽中设置有疏水膜组件，用于处理原水；膜蒸发水槽设置有蒸汽入口，加热用低压蒸气通过阀门控制，进入膜蒸发水槽，使得水槽中的液体达到预定的蒸发温度；风机，设置在膜蒸发水槽的外部，用于向膜蒸发水槽中的膜组件鼓入压缩空气；膜组件的出水口连接换热器，用于对原水加热，同时冷凝产水。

膜区分为两个基本膜区，分别是液相膜区，气相膜区；液相膜区设置为两组或两组以上；液相膜区中的膜组件浸没在待处理液体中；气相膜区位于液相膜区上方的气相飞沫区；液相膜区和气相膜区置于一个膜蒸发水槽中，或置于不同的容器中。

液相膜区中设置的膜组件的底部连接有输气管，输气管的一端连接有鼓风机；空气送入到膜组件下方，使空气泡自然上升，进入纤维膜组件的管程，利用气提升作用，带动被处理液体在纤维膜组件的管程中自下而上流动。

在液相膜区中的一组膜区中设置一个溢流管，气浮上来的杂质通过溢流管流至膜蒸发槽外设置的膜澄清过滤水槽；膜澄清过滤水槽中设置有超滤膜，超滤膜的出水口通过泵连接到液相膜区的另外一组膜区；膜澄清过滤水槽中设置斜板过滤，作为超滤膜的预处理，污泥则从膜澄清过滤水槽的低位排泥阀排出。

气相膜区中的组膜组件的壳程的上侧口通过管路连接，顺次管接于膜蒸发槽外的换热器、第二产水罐，利用膜蒸发槽的内部压力，将含湿热空气送出膜蒸发槽，冷凝液化。

原水槽通过原水进水管与换热器相连，换热器分为两组，每组换热器有两级，其中第一组换热器包括第一级换热器，第二级换热器；第二组换热器包括第一级换热器，第二级换热器。