CN111302422A - 一种高盐高浓有机废水的浓缩减量装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高盐高浓有机废水的浓缩减量装置和方法，装置包括原废水槽、第一输送泵、换热器、混合器、渗透汽化膜组件、第二输送泵、加热器、冷凝器、真空泵、汽水分离器、清净水槽、浓废水槽、清净水槽。本发明装置和方法通过采用渗透汽化膜分离技术并利用膜的选择透过性等特点进行有效的分离脱水，在高盐高浓有机废水的浓缩减量过程中充分利用废热，能耗低且能回收清净水进行回用，既节约了能源，又实现资源化，具有较高的应用推广价值。本发明解决了现有浓缩减量技术存在的工艺繁琐、能耗高等技术问题。

Description

一种高盐高浓有机废水的浓缩减量装置和方法

技术领域

本发明涉及一种高盐高浓有机废水的浓缩减量装置和方法，属于环保和资源化技术领域。

背景技术

随着经济的快速发展，工业企业生产工艺日益更新，因工艺变化产生各类新型环保难题也随之而来，在工业生产过程中，特别在石油化工、精细化工等行业，产生大量的工业副产物，包括大量含有高盐高浓度有机物的废水废液等。随着环境保护的要求越来越高，对这些废水废液的处理工艺也越来越复杂。同时，企业在生产工程中产生大量的废热资源，如低品废热水、废热油、高温烟气等，如不合理利用，不仅造成环境的热污染，也造成能源能量的严重浪费。

目前，对于易处理的高盐高浓有机废水的处理，多采用物化+生化的方式处理后达标排放，此方式不仅工艺路线繁杂，运行费用较高，也无法很好的实现资源利用。而对于无法处理的高盐高浓有机废水多委托专业单独外运进行焚烧处置，此方式因单价较高，如废水产量较多企业负担较重。

渗透汽化技术是在蒸汽压差驱动推动下，利用各组分在膜内溶解(或表面吸附)与扩散速率的不同实现分离的过程。渗透汽化和分离应用技术虽发展较晚，但与传统精馏、吸附、萃取等浓缩分离工艺相比，具有分离效率高、设备简单、操作方便、能耗低的优点，作为一种新型的浓缩分离技术，被誉为21世纪最有前途的分离技术。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，目的在于提供一种高盐高浓有机废水的浓缩减量装置和方法，以解决现有技术存在的浓缩减量工艺繁琐、能耗高、资源化低等技术问题。

为达到上述目的，本发明提供了一种高盐高浓有机废水的浓缩减量装置，包括原废水槽、第一输送泵、换热器、混合器、渗透汽化膜组件、第二输送泵、加热器、冷凝器、真空泵、汽水分离器、清净水槽、浓废水槽；其中，原废水槽通过第一输送泵连接换热器冷流体进液口，换热器冷流体出液口与加热器的出液口通过混合器连接渗透汽化膜组件的进液口，渗透汽化膜组件的出液口通过第二输送泵连接加热器的进液口，渗透汽化膜组件的出气口连接冷凝器进料口，冷凝器出料口连接至汽水分离器的进料口，汽水分离器的出料口连接清净水槽的进液口，汽水分离器的出气口与真空泵相连。渗透汽化膜组件的排液口连接浓废水槽的进液口。

在上述一种高盐高浓有机废水的浓缩减量装置中，所述的换热器为间壁式热交换器，形式可以为管式或板式交换器，材质根据水质特性可以选用金属或非金属材料。

在上述一种高盐高浓有机废水的浓缩减量装置中，所述的渗透汽化膜组件为有机复合膜或无机复合膜，采用亲水性渗透膜，主要特性包括耐高温、亲水性、无孔，耐高温的要求不低于工作温度，一般至少耐100℃高温。

在上述一种高盐高浓有机废水的浓缩减量装置中，所述的渗透汽化膜组件为管式或板框式的膜。

在上述一种高盐高浓有机废水的浓缩减量装置中，所述的加热器为电加热、电磁加热或红外线加热等形式。

在上述一种高盐高浓有机废水的浓缩减量装置中，所述的冷凝器为间壁式热交换器，形式可以为管式或板式交换器，材质根据水质特性可以选用金属或非金属材料。

本发明还提供了一种高盐高浓有机废水的浓缩减量方法，包括以下步骤：

(1)将高盐高浓有机废水通过与低品位废热源热交换后达到工艺所需温度范围得到预热废水；

(2)将步骤(1)中得到的预热废水与加热器得到的浓缩废水通过混合器混合均匀，通入渗透汽化膜组件作为稳定的进料水；进料水在渗透汽化膜组件中分离出汽化水，实现进料水的浓缩并得到浓缩废水，浓缩废水通过第二输送泵输送至加热器加热，达到工艺所需温度后与预热废水混合实现内循环。渗透汽化膜组件定量排出浓废水至浓废水槽。

(3)将步骤(2)中分离出的汽化水通入冷凝器实现冷凝，冷凝后再通入汽水分离器进行气水分离，气体通过真空泵抽出排放，液体收集至清净水槽进行回用；

在上述一种高盐高浓有机废水的浓缩减量方法中，高盐高浓有机废水的水质范围为pH值介于2-12，水温≤80℃，SS≤20mg/L，TDS≤300000mg/L，CODcr≤100000mg/L的各类高盐高浓有机废水，不包含具有高强氧化性的废水。如原废水中的SS较高，需对原料水进行预处理，将原废水SS降低至水质范围内。所述低品位废热源是指工厂中产生的废弃蒸汽。

在上述一种高盐高浓有机废水的浓缩减量方法中，在步骤(1)中，原废水的预热所需温度范围为通过热交换将预热后的原废水温度控制在低于渗透汽化工艺所需工作温度的±5℃范围内，以便通过混合后的进料液温度满足渗透汽化工艺需求。

在上述一种高盐高浓有机废水的浓缩减量方法中，在步骤(2)中，进料水的加热控制温度，根据进料水的水质、浓缩水的浓缩倍数、清净水的水质的要求不同控制设定温度介于50℃—80℃之间，具体控制温度在工艺设定工作温度的±1℃范围内。

其中经过分离回收的清净水，回收率根据原水水质情况和工艺参数设定的不同，可达到50％—80％，清净水水质pH6—9，CODcr≤10mg/L，TDS≤100mg/L，优于循环水水质标准，满足回用要求，可实现中水回用，获取回用价值。完成减量浓缩后定量排出的浓废水，可获取达到浓缩倍数要求的浓废水，该浓废水需进行进一步安全处置。

本发明的有益效果是：

1、针对高盐高浓有机废水，采用渗透汽化膜分离技术并利用膜的选择透过性等特点进行有效的分离脱水，工艺路线简单，充分利用低品位废热资源，有效降低运行能耗，产生可观的经济效益，提高了浓缩减量装置的经济性价比；

2、经本发明的渗透分离后，清净水回收率根据原水水质情况和工艺参数设定的不同，可达到50％—80％，清净水水质pH6—9，CODcr≤10mg/L，TDS≤100mg/L，优于循环水水质标准，水质较为清洁，可用于生产回用，产生回用效益，提升企业的水资源利用率，具有良好的环保性和经济性。所述的浓缩水可实现原废水浓缩1倍以上，根据原水水质情况和工艺参数设定的不同，最终获得的浓废水体积可达到原废水体积占比的20％-50％。浓缩效果好。

本发明提供的一种高盐高浓有机废水浓缩减量装置和方法有效的将厂区废热资源充分利用，将企业难以处理处置的大量的高盐高浓有机废水进行有效缩减，既降低企业高盐高浓废水的处置成本，又节约了资源和能源，化害为宝，为工矿企业存在的高盐高浓有机废水处理及资源化提供了较为实用的装置和方法。

附图说明

图1是本发明提供的结构示意图。

图中：原废水槽1、第一输送泵2、换热器3、混合器4、渗透汽化膜组件5、第二输送泵6、加热器7、冷凝器8、真空泵9、汽水分离器10、清净水槽11、浓废水槽12。

具体实施方式

如图1所示，一种高盐高浓有机废水的浓缩减量装置，包括原废水槽1、第一输送泵2、换热器3、混合器4、渗透汽化膜组件5、第二输送泵6、加热器7、冷凝器8、真空泵9、汽水分离器10、清净水槽11、浓废水槽12；其中，原废水槽1通过第一输送泵2连接换热器3进液口，换热器3出液口与加热器7的出液口通过混合器4连接渗透汽化膜组件5的进液口，渗透汽化膜组件5的出液口通过第二输送泵6连接加热器7的进液口，渗透汽化膜组件5的出气口连接冷凝器8进料口，冷凝器8出料口连接至汽水分离器10的进料口，汽水分离器10的出料口连接清净水槽11的进液口，汽水分离器10的出气口与真空泵9相连。渗透汽化膜组件5的排液口连接浓废水槽的进液口。

作为优选方案，所述的换热器3为间壁式热交换器，形式可以为管式或板式交换器，材质根据水质特性可以选用金属或非金属材料。

所述的渗透汽化膜组件5可以为有机复合膜或无机复合膜，采用选择性渗透膜，主要特性包括耐高温、亲水性、无孔。

所述的渗透汽化膜组件5为管式或板框式的膜。

所述的加热器7为电加热、电磁加热或红外线加热等形式。

所述的冷凝器8为间壁式热交换器，形式可以为管式或板式交换器，材质根据水质特性可以选用金属或非金属材料。

设备之间采用管阀件连接。与料液直接接触的所有设备和部件，除原废水槽、清净水槽和浓废水槽外，包括输送泵、管道、阀门、膜、膜壳、混合器、热交换器、冷凝器、汽水分离器应是耐温、耐腐蚀材质，如UPVC材质。

基于上述浓缩减量装置的高盐高浓有机废水的浓缩减量方法，包括以下步骤：

(1)将高盐高浓有机废水通过与低品位废热源热交换后达到工艺所需温度范围得到预热废水；

(2)将步骤(1)中得到的预热废水与加热器7得到的浓缩废水通过混合器4混合均匀，通入渗透汽化膜组件5作为稳定的进料水；进料水在渗透汽化膜组件5中分离出汽化水，实现进料水的浓缩并得到浓缩废水，浓缩废水通过第二输送泵6输送至加热器7加热，达到工艺所需温度后与预热废水混合实现内循环。渗透汽化膜组件5定量排出浓废水至浓废水槽12。

(3)将步骤(2)中分离出的汽化水通入冷凝器8实现冷凝，冷凝后再通入汽水分离器10进行气水分离，气体通过真空泵9抽出排放，液体收集至清净水槽11进行回用；

(4)浓缩水收集：将步骤(3)中排出的浓缩水收集后安全处置。

其中，高盐高浓有机废水的水质范围为pH值介于2-12，水温≤80℃，SS≤20mg/L，TDS≤300000mg/L，CODc≤100000mg/L的各类废水，不包含具有高强氧化性的废水。如原废水中的SS较高，需对原料水进行预处理，将原废水SS降低至水质范围内。

本发明通过浓缩分离采用蒸汽压差驱动的渗透汽化技术进行原料水的水份汽化分离，从而实现进料水的浓缩。高盐高浓有机废水的预热所需温度范围为通过热交换将预热后的原废水温度控制在低于渗透汽化工艺所需工作温度的±5℃范围内，以便通过混合后的进料液温度满足渗透汽化工艺需求。

进料水的加热控制温度，根据进料水的水质、浓缩水的浓缩倍数、清净水的水质的要求不同控制设定温度介于50℃—80℃之间，具体控制温度在工艺设定工作温度的±1℃范围内。

收集至清净水槽11的清净水，回收率根据原水水质情况和工艺参数设定的不同，可达到50％—80％，清净水水质pH6—9，CODcr≤10mg/L，TDS≤100mg/L，优于循环水水质标准，水质较为清洁，可用于生产回用，获取回用价值。

排出的浓缩水可实现原废水浓缩1倍以上，根据原水水质情况和工艺参数设定的不同，最终获得的浓废水体积可达到原废水体积占比的20％-50％。浓缩效果好。收集后该浓废水需进行进一步安全处置。

下面结合实施例，对本发明的工作过程做进一步说明：

实施例1

原废水槽1内原废水为一糖精钠生产企业生产工段排水，常温、pH5.0、CODcr36200mg/L、TDS 125000mg/L、SS＜20mg/L，经第一输送泵2经过换热器3与厂区高温废气进行热交换后升温至53℃-58℃，与加热器7加热出水温度为60℃的循环水在混合器4内混合，混合后的进料水进入渗透汽化膜组件5进行浓缩分离，渗透汽化膜组件5的通过第二输送泵6进行内循环回流，并通过加热器7对循环水进行加热保持进料水温度在60℃，渗透汽化膜组件分离出的汽化水经过冷凝器8与厂区循环冷却水进行热交换后冷凝，真空泵9操作压力为100Pa、冷凝水经汽水分离器10分离并排至清净水槽11，透汽化膜组件5每45min定量排放一次浓废水至浓废水槽12。清净水pH值6.5，CODcr 8mg/L，TDS 80mg/L，收集的浓废水减量至原废水体积的50％以下。

实施例2

原废水槽1内原废水为一工业企业纳滤膜浓水，常温、pH7.5 CODcr 2700mg/L、TDS25000mg/L、SS＜20mg/L，经第一输送泵2经过换热器3与厂区高温废水进行热交换后升温至55℃-58℃，与加热器7加热出水温度为60℃的循环水在混合器4内混合，混合后的进料水进入渗透汽化膜组件5进行浓缩分离，渗透汽化膜组件5的通过第二输送泵6进行内循环回流，并通过加热器7对循环水进行加热保持进料水温度在60℃，渗透汽化膜组件分离出的汽化水经过冷凝器8与厂区循环冷却水进行热交换后冷凝，真空泵9操作压力为80Pa、冷凝水经汽水分离器10分离并排至清净水槽11，透汽化膜组件5每50min定量排放一次浓废水至浓废水槽12。清净水pH值6.5，CODcr 3mg/L，TDS 20mg/L，收集的浓废水减量至原废水体积的35％以下。

实施例3

原废水槽1内原废水为一树脂产品生产企业的车间排水，常温、pH值4.0、CODcr5000mg/L、TDS 64000mg/L、SS＜20mg/L，经第一输送泵2经过换热器3与厂区低品蒸汽进行热交换后升温至58℃-63℃，与加热器7加热出水温度为65℃的循环水在混合器4内混合，混合后的进料水进入渗透汽化膜组件5进行浓缩分离，渗透汽化膜组件5的通过第二输送泵6进行内循环回流，并通过加热器7对循环水进行加热保持进料水温度在65℃，渗透汽化膜组件分离出的汽化水经过冷凝器8与厂区循环冷却水进行热交换后冷凝，真空泵9操作压力为80Pa、冷凝水经汽水分离器10分离并排至清净水槽11，透汽化膜组件5每45min定量排放一次浓废水至浓废水槽12。清净水pH值6.5，CODcr 4.4mg/L，TDS 30mg/L，收集的浓废水减量至原废水体积的40％以下。

Claims (10)

1.一种高盐高浓有机废水的浓缩减量装置，其特征在于，包括原废水槽(1)、第一输送泵(2)、换热器(3)、混合器(4)、渗透汽化膜组件(5)、第二输送泵(6)、加热器(7)、冷凝器(8)、真空泵(9)、汽水分离器(10)、清净水槽(11)、浓废水槽(12)；所述原废水槽(1)通过第一输送泵(2)连接换热器(3)进液口，换热器(3)出液口与加热器(7)的出液口通过混合器(4)连接至渗透汽化膜组件(5)的进液口，渗透汽化膜组件(5)的出液口通过第二输送泵(6)连接加热器(7)的进液口，渗透汽化膜组件(5)的出气口连接冷凝器(8)进料口，冷凝器(8)出料口连接至汽水分离器(10)的进料口，汽水分离器(10)的出料口连接清净水槽(11)的进液口，汽水分离器(10)的出气口与真空泵(9)相连。渗透汽化膜组件(5)的排液口连接浓废水槽的进液口。

2.根据权利要求1所述的一种高盐高浓有机废水的浓缩减量装置，其特征在于，所述的换热器(3)为间壁式热交换器，形式可以为管式或板式交换器。

3.根据权利要求1所述的一种高盐高浓有机废水的浓缩减量装置，其特征在于，所述的渗透汽化膜组件(5)采用亲水性渗透膜，主要特性包括耐高温、亲水性、无孔。

4.根据权利要求1所述的一种高盐高浓有机废水的浓缩减量装置，其特征在于，所述的渗透汽化膜组件(5)的形式为管式或板框式。

5.根据权利要求1所述的一种高盐高浓有机废水的浓缩减量装置，其特征在于，所述的加热器(7)为电加热、电磁加热或红外线加热等形式。

6.根据权利要求1所述的一种高盐高浓有机废水的浓缩减量装置，其特征在于，所述的冷凝器(8)为间壁式热交换器，形式可以为管式或板式交换器。

7.一种权利要求1-6任一项所述高盐高浓有机废水的浓缩减量装置的浓缩减量方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将高盐高浓有机废水通过与低品位废热源热交换后达到工艺所需温度范围得到预热废水；

(2)将步骤(1)中得到的预热废水与加热器(7)得到的浓缩废水通过混合器(4)混合均匀，通入渗透汽化膜组件(5)作为稳定的进料水；进料水在渗透汽化膜组件(5)中分离出汽化水，实现进料水的浓缩并得到浓缩废水，浓缩废水通过第二输送泵(6)输送至加热器(7)加热，达到工艺所需温度后与预热废水混合实现内循环。渗透汽化膜组件(5)定量排出浓废水至浓废水槽(12)。

(3)将步骤(2)中分离出的汽化水通入冷凝器(8)实现冷凝，冷凝后再通入汽水分离器(10)进行汽水分离，气体通过真空泵(9)抽出排放，液体收集至清净水槽(11)进行回用；

(4)浓缩水收集：将步骤(3)中排出的浓缩水收集后安全处置。

8.根据权利要求7所述的一种高盐高浓有机废水的浓缩减量方法，其特征在于，高盐高浓有机废水不包含具有高强氧化性的废水，其水质范围为pH值介于2-12，水温≤80℃，SS≤20mg/L，TDS≤300000mg/L，CODcr≤100000mg/L。

9.根据权利要求7所述的一种高盐高浓有机废水的浓缩减量方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述工艺所需温度范围为渗透汽化单元设定工作温度的±5℃范围内。

10.根据权利要求7所述的一种高盐高浓有机废水的浓缩减量方法，其特征在于，所述步骤(2)中，进料水的温度介于50℃—80℃之间。

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