一种高压气驱负压分离的正渗透膜分离设备和方法技术

本发明专利技术涉及水分离技术领域，本发明专利技术提供高压气驱负压分离的正渗透膜分离设备和方法，其中正渗透膜分离设备包括正渗透膜系统、浓水储存罐、高压罐、负压罐、水源热泵机组、气泵、水泵；所述正渗透膜系统包括污水入口、浓水出口、稀汲取液出口、汲取液入口及污水循环泵；所述正渗透膜系统的浓水出口通向浓水储存罐，所述正渗透膜系统的稀汲取液出口通向负压罐，所述正渗透膜系统的汲取液入口与高压罐连通；所述水源热泵机组分别连接高压罐和负压罐；所述负压罐设置气体出口和液体出口；所述负压罐的气体出口连接气泵通向高压罐；所述负压罐的液体出口与水泵连接。本发明专利技术的实施能实现在极低能耗条件下解决汲取液再生和水分子分离的问题。耗条件下解决汲取液再生和水分子分离的问题。耗条件下解决汲取液再生和水分子分离的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种高压气驱负压分离的正渗透膜分离设备和方法


[0001]本专利技术属于正渗透膜分离技术中汲取液的再生和汲取液中纯水分离
，特别是涉及一种正渗透膜汲取液的高压再生和负压分离纯水的设备和方法。

技术介绍

[0002]生态环境部和国家市场监督管理总局2022年2月28日公开的《生活垃圾填埋场污染控制标准(征求意见稿)》规定处理渗滤液产生的浓缩液应单独处置，不得回灌生活垃圾填埋场。渗滤液膜滤浓缩液处置主要有蒸发、高级氧化、回喷焚烧炉等技术，回喷焚烧炉需填埋场与焚烧厂紧邻的前提条件，应用较少，大多数采用蒸发或高级氧化技术处理浓缩液，但这种技术处理浓缩液成本较高，如能将浓缩液先减量再处置可降低处置成本。正渗透(Forward Osmosis，FO)是以半透膜两侧低盐废水和高盐汲取液(Draw Solute，DS)的渗透压差为驱动力，使高水化学势废液中的H2O自发扩散到低水化学势的DS中，该过程无需外加压力和能量，而后结合反渗透等技术将盐分与纯水分离，实现从污水中提取纯水的目的。FO依赖膜两侧的渗透压差来实现传质，不需要施加外压，因而能耗和膜污染均低于压力驱动的膜过程，膜污染可逆且污染层的致密性低于压力驱动过程。
[0003]《耦合生物电化学和正渗透膜生物反应器的水处理装置及方法》(专利号为CN109704452B)为膜施加电势将盐离子富集到正渗透膜表面，增大膜表面的盐浓度，从而使膜两侧的渗透压差增大，但是这种解决方案无法精准控制电化学控制，可能会导致羟基自由基或次氯酸等强氧化性化学物生成，破坏正渗透膜和危害微生物生存，另外，电势的存在更容易使钙镁等离子富集沉降在膜表面，导致膜堵塞。《一种垃圾渗滤液浓缩液减量化系统》(专利号为CN214270480U)利用高浓度氯化钠溶液为汲取液，将氯化钠和待处理料液分别通过正渗透膜两侧，利用两种溶液的化学势差将料液的水分子汲取到高浓度氯化钠溶液中，再通过纳滤系统处理正渗透膜单元出来的氯化钠溶液，由于纳滤对盐分的拦截率不高，因此纳滤浓水测和产水侧的渗透压差较小，可以在较低给水压力的情况下处理稀汲取液，纳滤系统的产水进入高盐反渗透系统，纳滤的产水盐浓度已经有所降低，因此高盐反渗透可以在较低能耗下回收氯化钠再生汲取液和进一步提高产水水质。该专利首先利用多级正渗透单元逐级浓缩料液，料液中的水分子进入高浓度氯化钠汲取液中后又需要采用纳滤、反渗透将汲取液浓缩，将水分子再分离出来，虽然该专利所述方法能够减少部分能耗，但纳滤和反渗透仍然需要克服高浓氯化钠溶液的渗透压才能分离水分子，因此能耗仍然较高，且工艺链较长，工艺复杂。《一种利用正渗透耦合光热蒸发技术进行分离的方法》(专利号为CN112919564A)在正渗透分离过程中，在汲取液和空气接界面处引入光热膜，并利用光源对其照射，在光热膜表面使光能转化为热能通过光热蒸发汲取液对其浓缩,进而维持正渗透过程中正渗透原料液和汲取液之间稳定的渗透压差,连续实现对原料的高效分离。该方法是将光转化为热将稀汲取液中的水分蒸发浓缩汲取液，但这种方法水分蒸发及其缓慢，难以在实际工程中应用。《一种适用高COD废水处理与再生的厌氧自驱动膜反应器》(专利号为CN113651420A)公开了一种适用高COD废水处理与再生的厌氧自驱动膜反应器，该专利技术在厌
氧池内置正渗透膜，废水经过厌氧处理后水质得以改善，且生成了甲烷，厌氧系统中的水分子通过正渗透膜进入汲取液中，再利用厌氧产生的甲烷作为能源将汲取液通入膜蒸馏单元采用甲烷加热蒸馏从而使水分子从系统中分离出来，这种设计充分利用了厌氧所产生的甲烷气，整体上能耗较低，但由于正渗透膜内置于厌氧罐中，不利于膜的检修、化洗等。《一种以厌氧MBR与正渗透为核心的废水近零排放装置及工艺》(专利号为CN114853284A)采用厌氧单元降解绝大部分COD，再通过正渗透将厌氧单元中的水分子汲取出来，利用厌氧单元的副产物甲烷将正渗透单元排出的浓水进行蒸发处理，该方法中未提及正渗透将厌氧单元中水分子汲取出来之后再怎样做到达标处理，实际上仅仅是正渗透处理后产水(也即是稀汲取液)中仍然含有大量盐分，产水很难达标。《一种以碳酸氢铵为汲取液的正渗透零排放系统及其运行工艺》(专利号为CN114605012A)使用蒸氨工艺制取氨水，进一步与二氧化碳反应制取碳酸氢铵，以碳酸氢氨为汲取液将废水中的水分子汲取出来，然后再采用反渗透或电渗析的方式将稀释汲取液浓缩和水分子的分离，该方法较好的利用了废水中产生的氨气，达到了“以废治废”的目的，但是稀汲取液的盐浓度对于反渗透而言仍然是比较高的，采用反渗透浓缩汲取液能耗势必较高。《一种应用于垃圾渗滤液处理的膜处理系统》(专利号为CN217051834U)采用正渗透膜将污水高倍浓缩，浓缩后的废水进入蒸发处理系统，而正渗透系统的稀汲取液通过膜蒸馏的方式分离水分子和实现汲取液的再生。《一种用于处理中转站渗滤液的FO装置》(专利号为CN216303525U)和《一种正渗透
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反渗透联用牛奶浓缩装置及其处理方法》(专利号为CN113457452A)都是以正渗透
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反渗透耦合的方式首先利用汲取液通过正渗透将废水中的水分子汲取到汲取液中，再通过反渗透将稀汲取液中的水分子分离出来从而达到汲取液再生和达标水排放的目的。
[0004]对现有技术进行总结发现，以正渗透膜过滤技术为核心的工艺在正渗透过滤单元基本一致，即以浓汲取液为中间体，将待处理的料液中的水分子夺取到浓汲取液中，从而浓汲取液变为稀汲取液。各个专利技术的不同之处是针对汲取液的再生采用了不同的方法，大致可分为加热蒸发法浓缩汲取液、膜蒸馏法浓缩汲取液、反渗透法浓缩汲取液。其中蒸发法浓缩汲取液又包括利用太阳光能转换热能浓缩法，该方法由于光热转换效率低和受制于天气影响，一般很难在工程中应用；利用填埋场或厌氧产生的甲烷气作为热源蒸发稀汲取液进行再生，甲烷气的量无法保证可以将汲取液蒸发到所需浓度，而采用MVR蒸发法浓缩汲取液的能耗又比较高；采用高压反渗透法浓缩稀汲取液由于要克服稀汲取液本身的渗透压较高，因此该方法需要采用分段多级反渗透逐步浓缩，且所需压力高，能耗高；而采用电渗析方法浓缩汲取液，该方法脱盐效率较低，会导致盐分流失严重，需要频繁的补充工业盐或其他汲取液溶质。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种高压气驱负压分离的正渗透膜分离设备和方法，以实现在极低能耗条件下解决汲取液再生和水分子分离的问题。本专利技术提供的高压气驱负压分离的正渗透膜分离设备包括正渗透膜系统、浓水储存罐、高压罐、负压罐、水源热泵机组、气泵、水泵；所述正渗透膜系统包括污水入口、浓水出口、稀汲取液出口、汲取液入口及污水循环泵；所述正渗透膜系统的浓水出口通向浓水储存罐，所述正渗透膜系统的稀汲取液出口通向负压罐，所述正渗透膜系统的汲取液入口与高压罐连通；所述水源热泵机组分别连接
高压罐和负压罐；所述负压罐设置气体出口和液体出口；所述负压罐的气体出口连接气泵通向高压罐；所述负压罐的液体出口与水泵连接。
[0006]进一步的，本专利技术创造的高压气驱负压分离的正渗透膜分离设备还包括反本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高压气驱负压分离的正渗透膜分离设备，其特征在于：包括正渗透膜系统、浓水储存罐、高压罐、负压罐、水源热泵机组、气泵、水泵；所述正渗透膜系统包括污水入口、浓水出口、稀汲取液出口、汲取液入口及污水循环泵；所述正渗透膜系统的浓水出口通向浓水储存罐，所述正渗透膜系统的稀汲取液出口通向负压罐，所述正渗透膜系统的汲取液入口与高压罐连通；所述水源热泵机组分别连接高压罐和负压罐；所述负压罐设置气体出口和液体出口；所述负压罐的气体出口连接气泵通向高压罐；所述负压罐的液体出口与水泵连接。2.如权利要求1所述的高压气驱负压分离的正渗透膜分离设备，其特征在于：所述分离设备还包括反渗透系统和达标水池，所述负压罐的液体出口与水泵连接后分别连接反渗透系统和达标水池；所述反渗透系统包含产水出口和截留液出口，所述反渗透系统的产水出口通向达标水池，达标水池的出口与水泵连接，所述反渗透系统的截留液出口通过阀门控制通向所述负压罐或所述高压罐。3.如权利要求2所述的高压气驱负压分离的正渗透膜分离设备，其特征在于：所述分离设备还包括冷却水池，冷却水池分别连接所述负压罐和所述反渗透系统，冷却水池与反渗透系统间设置水泵，所述水源热泵机组分别连接高压罐、负压罐和反渗透系统。4.如权利要求1所述的高压气驱负压分离的正渗透膜分离设备，其特征在于：所述负压罐内部设置填料层和喷雾器，所述负压罐外部设置循环泵。5.如权利要求1所述的高压气驱负压分离的正渗透膜分离设备，其特征在于：所述负压罐的气体出口连接的气泵依次为真空气泵、高压气泵。6.高压气驱负压分离的正渗透膜分离方法，其特征在于：采用权利要求1或4所述的高压气驱负压分离的正渗透膜分离设备，包括以下步骤：(1)将可溶解性的压敏气体溶于水后制得汲取液，利用易溶于水的气体溶解于水中形成盐溶液装到高压罐中，高压驱动汲取液进入...

【专利技术属性】
技术研发人员：王清森，金晶，郑伟，朱虹青，王庆，廖广东，王殿二，
申请(专利权)人：上田环境修复有限公司，
类型：发明
国别省市：