[发明专利]膜式水处理系统及其方法

说明书

本文描述了使用膜组件处理和回收进料溶液中的水的系统和方法，该膜组件具有封装在收集室中的多个中空纤维膜和连接到膜组件的出口的膨胀室。

技术领域

本发明总体上涉及用于处理进料溶液的系统和方法。更具体地说，本发明公开了用于从进料溶液回收水和资源的基于膜的蒸馏系统和方法，其具有提高的效率和零液体排放。

背景技术

在许多国家，具有高的总溶解固体(TDS)或/化学需氧量(COD)的工业废水(例如来自采矿、油气、半导体制造、电镀、制药、染料/纺织品和核能生产等)排放到下水道或天然水体中被禁止，以防止水处理工厂过载或破坏海洋生物。

反渗透(RO)是已被用于处理低浓度工业废水、海水、表面废水以便再利用或饮用的主要技术之一。然而，RO的缺点，例如在海水淡化中，是其从海水中回收水的低回收率(约45％)，这是由于从具有高渗透强度的溶液中回收水所需的高压系统的限制。此外，RO对处理在回收水之后残留的盐水或者高浓度的工业废水提出了挑战。

因此，具有零液体排放(ZLD)的盐水/高浓度工业废水处理系统是潜在有利的。目前，常规的热分离方法(诸如多级蒸发器和结晶器技术等)已经被用作后RO方法以回收更多的水并从废水中分离其它污染物/盐。然而，这些热分离方法对能量要求很高。

最近，膜蒸馏被认为是上述热分离方法的低成本、节能的替代方法。在膜蒸馏系统中，可透过蒸气但不可透过液态水的膜将加热的进料水流与较冷的产物水流分离。由于蒸气压的梯度，从加热的进料流蒸发的水蒸气通过膜并在产物水物流中冷凝。与常规的基于热的分离方法相比，膜蒸馏系统的优点是相对低的操作压力和温度，因此降低了能量需求。

因此，膜蒸馏是处理废水的良好替代方案。然而，所使用的蒸馏膜对改变膜的润湿性的酸和有机溶剂非常敏感。如果膜被润湿，则在常规膜蒸馏方法中使用的润湿的膜将允许污染物穿过膜并污染产物水。

本发明的目的是提供用于处理水的基于膜的系统及其方法，其相对于当前热分离和水蒸馏方法具有增强的能量效率。本发明还理想地提供零液体排放，并且可以补充其它水处理，诸如但不限于RO，以改进水回收。本发明还能够分离具有不同沸点的液体(例如，酒精：水/丙酮：水/油：水/二醇：水/等)。

发明内容

根据本发明，解决了本领域中的上述和其它问题，并且在本领域中取得了进步。

根据本发明的膜式水处理系统(membrane water treatment system)的第一个优点是，可以从废水或污染的进料溶液中回收高达100％的水。

根据本发明的膜式水处理系统的第二个优点是，该系统比现有的膜蒸馏系统更节能。

根据本发明的膜式水处理系统的第三个优点是，与现有的膜蒸馏系统相比，该系统能够以更快的速率回收水，同时消耗更少的能量。

根据本发明的膜式水处理系统的第四个优点是该系统是可扩展的。

根据本发明的膜式水处理系统的第五个优点是，该系统能够分离具有不同沸点的液体。

根据本发明的第一方面，本发明包括用于处理进料溶液的系统，所述系统包括：膜组件、膨胀室以及冷凝器，所述膜组件包括：至少一个中空纤维膜，其在所述膜组件的入口与出口之间延伸，所述中空纤维膜具有用于接收经加压和加热的进料溶液并供经加压和加热的进料溶液通过的内孔，以及收集室，其具有部分真空度，所述收集室构造为从所述中空纤维膜的所述孔收集水蒸气；所述膨胀室具有另一部分真空度，所述膨胀室设置在所述膜组件的所述出口处，用于使来自所述膜组件的所述出口的所述进料溶液在所述进料溶液离开所述膜组件的所述出口时膨胀；以及所述冷凝器构造为接收并冷凝来自收集室和膨胀室的水蒸气。

根据本发明的第一方面的实施例，所述收集室和所述膨胀室连接到真空发生器，由此所述真空发生器向所述收集室和所述膨胀室供应负压。