[发明专利]一种浸没式真空膜蒸馏装置及其污水处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种污水处理装置及其污水处理方法，更具体地说，涉及一种基于疏水膜技术的透气不透水原理的浸没式真空膜蒸馏装置及其污水处理方法。

背景技术

膜蒸馏由于能够脱除更高浓度的盐分以及更高的脱盐率而逐渐受到各国专家重视并展开了广泛研究，它可以算是迄今为止脱盐效率最高的膜技术，脱盐率高达99％以上。膜蒸馏是上世纪80年代为海水脱盐而研发的疏水膜技术，它是采用微孔疏水膜，以膜两侧蒸汽压差为驱动力的一种新型膜分离过程。由于初期疏水膜材质差、通量低、热耗高，而使人们转向亲水超滤膜、反渗透膜的研制发展，限制并忽略了它的发展和应用。随着上世纪90年代高分子材料和膜制备技术的发展，尤其是太阳能以及新型热泵循环技术的发展，已能通过采用热泵循环和利用工业废热，显著降低能耗。因此，膜蒸馏技术再次引起了工业和水处理界的广泛关注并得到快速发展。

膜蒸馏所用的膜为不被待处理溶液润湿的疏水微孔膜，即只有蒸汽能够进入膜孔，液体不能透过膜孔。与渗透汽化过程一样，膜蒸馏是热量和质量同时传递的过程，是有相变的膜过程，传质推动力为膜两侧透过组分的蒸汽压差。根据蒸汽扩散到膜冷侧冷凝方式的不同，膜蒸馏一般可分为四种类型：直接接触式膜蒸馏(DCMD)、气隙式膜蒸馏(AGMD)、真空式膜蒸馏(VMD)、气扫式膜蒸馏(SGMD)。其中VMD是恒温的膜过程，膜透过侧用真空泵抽真空，以造成膜两侧更大的蒸汽压差，挥发组份从冷侧引出后冷凝，这种膜蒸馏过程的热传导损失较小，基本可以忽略。由于真空膜蒸馏的膜两侧气体压差比其他膜蒸馏过程的膜两侧气体压差大，因此，它比其他膜蒸馏过程具有更大的传质通量，近几年来受到较多关注。

近年来，关于膜蒸馏装置和方法的研究逐渐增多，现将相关专利介绍如下。

中国专利号CN 101659451A，公开日期2010年3月3日，名称：一种气提式膜蒸馏高盐水处理方法，公开涉及了一种气提式膜蒸馏高盐水处理方法，该方法采用中空纤维膜组件的直接接触式膜蒸馏，污水在原水箱加热后经热液循环泵与空压机或风机产生的空气形成气液两相流进入膜高温侧，膜渗透侧采用循环泵循环流动冷凝水将透过膜的蒸汽和气体冷凝并输送到产水箱，未透过膜的浓水回流至原水箱。供气方式为通过电磁阀的间开间停脉冲进气，采用脉冲进气的缺点是，对膜本身的冲击较大，并且导致气水混合不均。

中国专利号CN 101664642A，公开日期2010年3月10日，名称：一种鼓气减压膜蒸馏装置与方法和文献《鼓气减压膜蒸馏过程研究》(水处理技术，2009，35(12))也公开涉及了一种鼓气真空膜蒸馏装置和方法，该装置和方法采用中空纤维膜组件的真空膜蒸馏，抽真空方式为内压式即壳程抽真空，污水走中空纤维膜孔内。该方法也在中空纤维膜组件进口处鼓入低压压缩空气与污水形成气液两相流。

专利CN 101659451A、CN 101664642A和文献《鼓气减压膜蒸馏过程研究》(水处理技术，2009，35(12))采用的均为有外壳的中空纤维膜，均为外置式操作，尽管膜蒸馏类型不同，但污水均走中空纤维膜孔内，膜组件的壳程形成真空或冷凝体系。该种方式的缺点是由于膜丝较细，容易在膜组件进口处和膜丝内造成污堵，浓差极化影响较大，容易形成膜污染，并且污染后的膜组件不易清洗。并且，由于采用外置式操作，因此热量在管路输送过程中部分损失，热量利用率低。更有，上述专利均采用空压机或风机鼓入空气，空压机或风机产生的气泡较大，与污水在管路中混合后进入膜组件，由于管路限制，可能会造成气体在水中的分散性不好，气水混和不均匀等问题。此外，上述专利所述的膜蒸馏装置描述简单，连接件少，自控化程度低，不易于工业化放大。

膜蒸馏所采用的为微孔疏水膜，基于膜蒸馏所用的微孔疏水膜的传质机理，膜蒸馏的抗污染能力较强，但也不可避免地形成膜污染，膜蒸馏所用微孔疏水膜的污染主要为膜面污染，膜孔内污染相对较少。由于膜蒸馏所处理的一般均为浓度较高含盐污水，膜污染主要是浓差极化造成的盐结晶、结垢、凝胶层和有机物污染。因此，膜蒸馏过程中浓差极化是一个很重要的影响因素，要尽量避免或减少。