一种液体蒸发浓缩设备与方法技术

本发明专利技术提供一种液体分离的膜浓缩蒸发浓缩系统和方法。将具有一定温度的原液与疏水性多孔膜接触，水蒸汽以气态方式穿过多孔膜，在膜的另一侧被脱除和冷凝收集。通过该工艺过程的循环，在膜一侧可以得到原液浓缩物，富集了被处理水中的无机离子和有机物等物质，在膜的另一侧可以得到纯水。这样，纯水可以直接回用，在热池底部得到浓缩结晶盐等固形物。气提上浮液体则通过投加絮凝剂、酸、碱等化学药剂或其它公知的方法进行沉淀固化处理，经过亲水膜固液分离后，膜过滤清液返回蒸发器，继续蒸发浓缩。这样对于污水处理而言，可以大大减少污水排放量；对于海水、发酵液分离而言，可以直接得到结晶盐。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种膜法液体浓缩处理设备及处理方法。技术背景膜蒸馏(Membrane Distillation, MD)在近年来吸引了世界范围内的关注和研究。与常规的蒸馏(Distillation)过程相比，MD的操作温度低，无需将溶液加热至沸腾，而且蒸发面积大、蒸汽空间小；与其它压力驱动的膜分离过程相比，MD的搡作压力低，脱盐率高，膜污染少。膜蒸馏过程是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，原水以及溶解在其中的非挥发性溶质无法穿过膜孔，因此在膜的孔口处形成汽/液两相界面。微孔疏水膜在膜蒸馏过程中起两相的支撑屏蔽作用。在膜蒸馏的过程中，同时发生传 热与传质两种过程，温差极化现象也会同时产生，从而对膜蒸馏的过程产生不利的影响。 目前已经发展出四种不同的膜蒸馏操作方式，包括直接接触式膜蒸馏 (direct contact membrane distillation, DCMD)， 气隙式膜蒸馏(air gap membrane distillation ， AGMD)， 气流吹扫式膜蒸馏 (sweeping gas membrane distillation, SGMD) 和真空式膜蒸馏 (vacuum membrane distillation, VMD)。其中DCMD法是将透过多孔膜的水蒸气在冷侧直接进入 纯水进行冷凝，因此冷凝过程集成于膜组件以内，操作相对简单，被广泛的 研究和采纳。然而与其它操作方式相比，由于直接接触而导致的更多的热量 损失和较为严重的温差极化是该方法不容忽视的影响因素。VMD法则是在透过 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。此过程的优点是热量损失比其它三种膜蒸馏才喿作方法都小，蒸馏 通量较高，值得进一步研究以充分利用该方法的优势。同时，保证施加的负 压低于液体进入膜孔的压力(liquid entry pressure, LEP)以防止膜孔湿 化是VMD运行中十分重要的一个环节。目前为止，将VMD方法应用于从水体 中去除挥发性溶质，从含盐水脱盐制备超纯水，以及溶液的浓缩等的研究工 作已经在世界范围内展开。在这些研究中，各种操作条件和工艺参数如进水温度与浓度、热侧水体循环流速、和蒸汽压差等对VMD蒸汽通量的影响已经 被一定程度的讨论。此外，VMD过程的传热与传质机理也被进一步的探讨。MD技术具有操作压力低，接近100 %的非挥发性物质脱除率和在良好操 作条件下与高的产水通量，显示了它作为RO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，可以用于海水淡化与浓缩制盐、 工业循环水净化于减少污水排放、发酵液中氨基酸等产物浓缩结晶以及药物 纯化分离等方面。在降低投资和运行费用，提高产品质量等方面，可望取得 显著的经济效益和社会效益。膜蒸馏技术应用于工业循环水处理的一个独特的优势在于它不仅可以在 膜的透过側产生纯水，而且在浓水侧可以产生含盐量很高甚至接近饱和的高 度浓缩水，高度浓缩的污水则可进一步采用化学絮凝等其他物化方法进行处 理，从而大大减少污水的排放量。通过从大量的循环水系统中浓缩提取小体 积的污染物，实现对循环水整体水质的洁净程度控制，不同于常规处理方法 是从水中获取净化水作循环水补水，因此可以大量减少杀菌剂和阻垢剂的投 加，同时减少污水的排;改，减少补给水量。用于海水淡化时，在得到99. 99%脱盐率的淡水同时，还可望直接利用浓 海水制盐。另外，膜蒸馏过程在实际运行中可以利用其它热源如地热、温泉、 太阳能等和低品废热如工厂余热等，进一步显示了其更加广泛的应用前景。目前的VMD过程在实际应用中存在几个问题其一，大多数VMD过程采 用热水从柱式膜组件的中空纤维内侧流动的方法，当中空纤维膜内径较小时， 浓水中的悬浮杂质和无机垢容易堵塞中空纤维膜流道，当中空纤维膜内径较 大时，单位体积膜组件内装填的膜面积减小，中空纤维膜强度减弱。其二， VMD过程采用热水/人柱式膜组件的中空纤维外侧流动的方法时，热侧流体流动 分布不均导致热侧流体温度不均，影响液体蒸发效率。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中的缺陷，提供一种液体分离的膜蒸发浓 缩(Membrane Evaporated Concentration, MEC)系统和方法。通过本专利技术取得如下效果本专利技术设计了新的膜蒸发浓缩过程，其将具有一定温度的原液与疏水性 多孔膜接触，水蒸汽以气态方式穿过多孔膜，在膜的另一侧被脱除和冷凝收 集。通过该工艺过程的循环，在膜一侧可以得到原液浓缩物，富集了被处理水中的无机离子和有机物等物质，在膜的另一侧可以得到纯水。这样，纯水 可以直接回用，在热池底部得到浓缩结晶盐等固形物。气提上浮液体则通过 投加絮凝剂、酸、碱等化学药剂或其它公知的方法进行沉淀固化处理，经过 亲水膜固液分离后，膜过滤清液返回蒸发器，继续蒸发浓缩。这样对于污水处理而言，可以大大减少污水排放量；对于海水、发酵液分离而言，可以直 接得到结晶盐。附图说明图l是本专利技术膜蒸发浓缩装置示意图；图2是本专利技术膜蒸发浓缩(MEC)液体处理系统示意图；图3a是本专利技术膜组件膜丝倒U型洗铸结构示意图；图3b是本专利技术膜组件膜丝U型浇铸结构示意图；图3c是本专利技术膜组件膜丝直型两端浇铸结构示意图。具体实施方式如图l所示，本专利技术的膜蒸发部分包括热池2;设置在热池2上的料 液进口 1;设置在热池2中的浸没式疏水中空纤维膜蒸发器3;控制膜污染的 穿孔曝气管4，设置在蒸发器3的下部；设置在热池2外部的中空纤维冷凝器 5;在冷凝器5的纯水出水口后面设置负压泵6，采用负压抽吸，将水蒸气导 入冷凝器5中进行冷凝收集。浓缩结晶盐等固形物则从设置在热池2底部的4氐位排出口 7排出蒸发器。如图2为MEC系统主体工艺示意图。如图2所示，通过上浮污染物溢流 管10,连接热池2与反应过滤池11。反应过滤池(11 )设置有亲水膜化学反 应器。利用穿孔曝气管4的气浮提升作用，将蒸发热池2中的悬浮杂质和浓 水溢流至浸没式膜反应过滤池11。反应过滤池11上设置有加药口 17,通过 加药口 17搅拌投加絮凝剂、酸、碱等化学药剂，使有机物、沉淀盐类等从设 置在反应过滤池ll底部的排放口 14排出。膜过滤水则通过自吸泵16抽吸， 通过清水回流管15输送返回至膜蒸发池2，继续浓缩蒸发。热反应池2中的膜为聚偏氟乙烯中空纤维疏水膜，内径0.2-3. 0躍， 壁厚0.05 — 1. (km,膜蒸发器多支并列组成一级，多极串联构成一组。热反应池2中设有空气曝气管4，其有三个作用 一是通过鼓气搅动，使热池2中被处理液体与疏水膜丝均匀接触，减小浓差极化与温差极化作用； 二是利用气泡摩擦摆动效果，控制膜污染；三是利用气浮提升作用，使悬浮 物上浮，从出口 8溢流出蒸发器。当浓缩结晶盐等固形物在热池2中含量较多时，停止曝气，使浓缩结晶 盐等固形物在重力作用下，自然下沉，从低位出口7排出。冷凝器5为中空纤维冷凝器,其中的高分子材料为聚偏氟乙烯中空纤维, 内径0.2 —3. Omm，壁厚0. 05 —1. Omm，冷凝器多支并列组成一级，多极串 联构成一组。膜化学反应器12采用亲本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种膜蒸发浓缩液体处理系统，其特征在于，包括：　热池（２），其中设置有疏水膜蒸发器（３），对原液进行分离，水蒸气被冷凝后收集；　与热池（２）连接的反应过滤池（１１），其上设置有化学药剂投加口（１７），反应过滤池（１１）设置有亲水膜化学反应器（１２），对从热池（２）中溢出的上浮污染物进行分离。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吕晓龙，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]