用于高浓度污水处理的反渗透装置及反渗透处理系统的制作方法

用于高浓度污水处理的反渗透装置及反渗透处理系统的制作方法
【专利摘要】一种用于高浓度污水处理的反渗透装置及反渗透处理系统，装置包括膜壳和设于膜壳中心的连接杆，膜壳两端密封连接的连接法兰和末端法兰上设有污水进水口、透过液出口和浓缩液出口，连接杆上套设有多层层流盘和滤膜组件，层流盘与连接杆之间设有连通至透过液出口的透过液通道，滤膜组件的内边开口连通至透过液通道，层流盘上靠中心孔处均布有多个长条形分流孔，层流盘表面顺着前述长条形分流孔的辐射方向开设有若干辐条状导流通道。系统包括一低温蒸发高浓度污水的处理装置和上述反渗透装置，处理装置包括污水预热组件、空气预热组件、低温板式蒸发装置和回收组件，本发明具有污水处理效率高、产水率高、出水效果好、能耗低、膜使用寿命长等优点。
【专利说明】用于高浓度污水处理的反渗透装置及反渗透处理系统
【技术领域】
[0001]本发明属于高浓度污水处理领域，具体涉及一种利用流体力学水力学原理进行研发而成的用于高浓度污水处理的反渗透装置及反渗透处理系统。
【背景技术】
[0002]近年来，许多新技术在应用于高浓度污水处理，如垃圾渗滤液处理中取得了迅速的发展。目前应用趋势较好的一类是膜技术的应用，包括微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜等。采用膜技术的优点是出水水质较好，可以达到较高的排放要求。但是现有技术中的碟管式反渗透(DTRO)膜系统，其导流盘表面设置了凸点状结构作为导流结构，如图6所示，该结构易使水力进行爆发性扩散，造成系统能量损耗增大；且其膜片形状为圆形，如图7所示，易造成局部压力过大使膜片被穿透损害。
[0003]总的来说，受不同因素影响，现有技术中的膜处理装置在运营过程中能耗较高、产水率较低、出水效果不稳定、设备使用寿命较短，受这些缺陷的限制，膜处理技术在应用于垃圾渗滤液等高浓度污水的处理时存在一定瓶颈。因此，寻找一种处理效率更高、产水率高、出水效果好、能耗低、膜片使用寿命更长的高浓度污水处理装置显得尤为迫切。

【发明内容】

[0004]本发明所要解决的技术问题是:针对现有技术的不足，提供一种结构简单紧凑、污水处理效率高、产水率高、出水效果好、能耗低、过滤膜使用寿命长的用于高浓度污水处理的反渗透装置及反渗透处理系统。
[0005]为解决上述技术问题，`本发明采用以下技术方案来实现:
[0006]一种用于高浓度污水处理的反渗透装置，包括筒状膜壳和设于膜壳中心的连接杆，膜壳两端密封连接有连接法兰和末端法兰，连接法兰上开设有污水进水口、透过液出口和浓缩液出口，膜壳内腔于连接杆上套设有多层层流盘，相邻层流盘之间密封连接有滤膜组件，多层层流盘与连接杆之间设有连通至透过液出口的透过液通道，污水进水口通过层流盘外周与膜壳之间的间隙通道与膜壳内底部连通，所述滤膜组件的外边缘闭合，且内边缘呈开口状连通至透过液通道，所述滤膜组件与各层流盘之间形成污水层流通道，所述层流盘上靠近其中心孔处沿周向均布有多个将污水层流通道连通的长条形分流孔，所述层流盘表面顺着前述长条形分流孔的辐射方向开设有若干辐条状导流通道。
[0007]作为对本发明反渗透装置的进一步改进:所述辐条状导流通道内靠近层流盘外边缘的位置设有一分流挡板，所述分流挡板沿层流盘径向的长度为层流盘半径长度的1/4~1/2，所述分流挡板将辐条状导流通道的过流面积基本平分。
[0008]上述的反渗透装置中，优选的，所述滤膜组件为三层夹芯环形结构，包括两层同心设置的反渗透膜以及夹设于其间的丝状支架，所述丝状支架更优选为绒头织物片。所述反渗透膜和丝状支架的外边缘焊接成一体。所述滤膜组件的外轮廓优选呈八边形。
[0009]上述的反渗透装置中，优选的，所述层流盘的中心孔边缘处开设有多个径向缺口，各层流盘上的径向缺口相互连通形成所述的透过液通道；所述连接杆上于连接法兰上方装设有中空的透过液收集器并通过连接杆上的螺母紧固，所述透过液出口开设于所述透过液收集器一侧。
[0010]上述的反渗透装置中，优选的，所述多层层流盘相互叠加后在膜壳内腔形成筒状层流盘组件，层流盘组件与膜壳内壁之间设有一与所述污水进水口连通的竖向进液通道；层流盘组件的上端固接于连接法兰，下端与末端法兰间隔开形成底部进液通道，所述滤膜组件插入与各层流盘之间形成的污水层流通道内使污水以S形路线自下而上经过各污水层流通道。更优选的，相邻两层流盘的上、下表面的间距为h，h优选为3mm。
[0011]上述的反渗透装置中，优选的，所述连接杆上于末端法兰上方装设有用于支撑底部层流盘的密封套管，连接杆上于末端法兰下方装设有连接杆垫片并通过连接杆上的螺母紧固。所述连接法兰、末端法兰与膜壳之间通过唇形密封圈密封连接；所述层流盘与过滤膜组件之间均通过O形密封圈密封连接。
[0012]作为一个总的技术构思，本发明还提供一种用于高浓度污水处理的反渗透处理系统，包括一低温蒸发高浓度污水的处理装置和上述的反渗透装置，所述低温蒸发高浓度污水的处理装置包括污水预热组件、空气预热组件、低温板式蒸发装置和回收组件，所述污水预热组件、空气预热组件分别连通至低温板式蒸发装置的污水进口端和热空气进口端；所述低温板式蒸发装置为多层板式结构，且主要由多层蒸发板层叠而成，通过污水预热组件中的流量控制部件使进入低温板式蒸发装置中的污水在多层蒸发板上自上而下形成连续层流状液膜，通过空气预热组件使进入低温板式蒸发装置中的热空气在多层蒸发板间自下而上形成连续上升气流，所述连续上升气流与连续层流状液膜逆流接触，所述低温板式蒸发装置顶部设有与回收组件连通的热空气出口，所述低温板式蒸发装置底部设有污水出口 ；所述回收组件通过管道与低温板式蒸发装置的底部连通形成循环；所述反渗透装置的浓缩液出口与所述污水 预热组件的进口端连通。
[0013]上述的反渗透处理系统中，优选的，所述多层蒸发板设置成促使连续层流状液膜以S形方式下行的导向布置方式；所述连续上升气流则以S形方式上升与连续层流状液膜逆流接触。
[0014]上述的反渗透处理系统中，优选的，所述多层蒸发板中每一层蒸发板的下表面设置成可促使连续上升气流形成局部漩涡湍流的凹凸式齿状或波浪状结构。
[0015]上述的反渗透处理系统中，优选的，所述多层蒸发板中每一层蒸发板的一端为固定端，另一端为溢流端，所述溢流端设有一溢流挡板，通过控制溢流挡板的高度或溢流挡板上开设的溢流孔的高度，使连续层流状液膜在每一层蒸发板上的液膜厚度呈现自上往下逐级递减的形式。
[0016]上述的反渗透处理系统中，优选的，所述多层蒸发板设置成抽屉式组合模块结构，每一个抽屉为一个可自由组装拆卸的组合模块，每一个抽屉由至少一层蒸发板组成，多个抽屉上下叠加构成所述多层蒸发板的主体结构。
[0017]上述的反渗透处理系统中，优选的，所述低温板式蒸发装置内的容腔被分隔成蒸发腔和冷凝回收腔，且蒸发腔设于中部，冷凝回收腔设于蒸发腔的外围，所述污水进口端直接连通至蒸发腔的顶部；所述低温板式蒸发装置顶部设有将冷凝液导流至冷凝回收腔中的冷凝器。[0018]上述的反渗透处理系统中，优选的，所述低温板式蒸发装置顶部的内表面设置成圆锥状，所述冷凝器为水冷式冷凝器，该水冷式冷凝器设于圆锥状的内表面与低温板式蒸发装置的外壁之间，冷凝回收腔的底部开设有冷凝液出口，冷凝液出口通过管道连通至一冷凝液储液池。更优选的，所述冷凝液储液池主要由回水池和回水降温后的出水池两部分构成，所述出水池通过管道连通至所述水冷式冷凝器的进水口，水冷式冷凝器的出水口及冷凝液出口均通过管道连通至前述回水池。
[0019]上述的反渗透处理系统中，优选的，所述污水预热组件和空气预热组件共用一套热源供给系统，所述热源供给系统包括加热装置和加热管路，加热管路中填充传热介质；所述污水预热组件包括污水预热池，加热管路延伸至污水预热池中供热，所述加热管路还延伸至一加热水池，所述空气预热组件包括鼓风机、空气输送管路和空气流量控制器，空气输送管路延伸至所述加热水池中给空气预热。
[0020]上述的反渗透处理系统中，优选的，所述回收组件包括汽水分离罐、引风机和尾气净化装置(优选光催化氧化除臭装置)，且所述热空气出口通过管道串联上汽水分离罐和引风机后连通至尾气净化装置，所述回收组件与低温板式蒸发装置连通形成循环。
[0021]与现有技术相比，本发明的用于高浓度污水处理的反渗透装置具有以下显著的优
占-
^ \\\.[0022]1、最低程度的膜结垢和污染现象:本发明中具备较宽的(3mm以上)开放式宽流道及独特的带辐条状导流通道的层流盘，料液在组件中形成湍流状态，最大程度上减少了膜表面结垢、污染及浓差极化现象的产生。
[0023]2、膜使用寿命 长:本发明可有效避免滤膜组件的结垢，膜污染减轻，使过滤膜的寿命延长。特殊的结构及水力学设计使膜组易于清洗，清洗后通量恢复性非常好，从而延长了膜片寿命。
[0024]3、组件易于维护:本发明中的滤膜组件采用标准化设计，组件易于拆卸维护，打开组件可以轻松检查维护任何一片过滤膜及其它部件，维修简单，当零部件数量不够时，组件允许少装一些过滤膜及层流盘而不影响滤膜组件的使用，这是其它形式膜组件所无法达到的。由于本发明的装置内部任何单个部件均允许单独更换，过滤部分由多个滤膜组件及层流盘装配而成，当滤膜组件需更换时可进行单个更换，对于过滤性能好的膜片仍可继续使用，这在最大程序上减少了换膜成本，这是卷式、中空纤维等其它形式膜组件所无法达到的。
[0025]4、利用本发明处理高浓度污水时，其相对传统的生化工艺不仅出水水质好，对各项污染物都具有极高的去除率；而且出水稳定，受外界因素影响小，由于影响膜系统截留率的因素较少，所以系统出水水质很稳定，不受可生化性、炭氮比等因素的影响。
[0026]总的来说，本发明的用于高浓度污水处理的反渗透装置，结构简单紧凑，仅在现有碟管式反渗透基础上对层流盘和滤膜组件的结构和形状进行改变，形成具有辐条状的导流通道。当污水在过滤组件中流动时可形成湍流，最大程度减少膜表面结垢、污染及浓差极化现象的产生，使滤膜组件易于清洗，清洗后通量恢复性非常好，大大延长了滤膜的使用寿命；该装置中的滤膜组件采用标准化设计，易于拆卸维护，单个部件均允许单独更换，更换费用和运行费用低；且本发明中的反渗透膜对各项污染物都具有极高的去除率，出水水质好，水质稳定；该装置占地面积小、建设周期短、自动化程度高，操作十分灵活，可以连续运行，也可间歇运行，还可以调整系统的串并联方式，来适应水质水量的要求。
[0027]另外，本发明的用于高浓度污水处理的反渗透系统中主要利用了低温高效蒸发技术，其模拟“台风效应”，利用饱和水蒸气遇冷凝结放热在低温板式蒸发装置上方局部区域形成负压，进而产生一种自然的拉力使低温板式蒸发装置底部的热空气源源不断上升；再通过回收组件的连接，可使热空气在低温板式蒸发装置与回收组件之间形成闭环回路，循环往复，从而高效利用空气余热，实现低温高效蒸发污水中的水分。该反渗透系统节能环保，通过利用“海水晒盐”原理，可以在低温(40°C~60°C )状态下蒸发污水，与传统的高温(100°c~120°C )蒸馏方法相比，不仅节能，而且环保，冷凝水中有害物质的含量低，符合国家一级排放标准，不需再次处理即可排放。
[0028]本发明的用于高浓度污水处理的反渗透系统中，不仅蒸发效率高，通过在优选的技术方案中利用抽屉式蒸发板底部的凹凸式齿状或波浪状结构，使上升气流遇到阻力而形成局部漩涡式小循环，迫使上升气流与液膜多次接触，显著提高低温状态下的蒸发效率；通过采用模块式设计，使污水预热组件、空气预热组件、低温板式蒸发装置和回收组件等均设置开放式接口，不仅便于各个组件模块之间的组装连接，而且有利于各个组件模块之间的单独升级换代。而低温板式蒸发装置可进一步设计成优选的组合模块结构，即单个低温板式蒸发装置可根据污水处理量和工艺流程时间长短，以增加或减少抽屉式组合模块的数量，另外还可将多个低温板式蒸发装置进行并联，同时分别独立地进行污水处理，多个低温板式蒸发装置并联后可迅速增加处理量，提高效率，且当其中一台低温板式蒸发装置在进行结晶物的清理时，另外的低温板式蒸发装置可同时运行，以保证污水处理的连续性，即使单个模块出现故障也不影响整个处理装置的运行。
[0029]本发明的用于高浓度污水处理的反渗透系统中的污水预热组件、空气预热组件等使用的热源均可采用清洁能源，例如主要是利用生活垃圾填埋场自身产生的沼气能，开发使用成本低，且能够减少温室气体直接排放。如果本发明处理装置用于工业废水处理领域，则可以利用太阳能或者空气能作为主要能源。沼气能源或者太阳能、空气能均属于清洁能源领域，符合国家政策导向，且有利于环境保护。
[0030]总的来说，本发明的`整个反渗透处理系统不仅运行灵活(可以连续运行，也可间歇运行，还可以调整系统的串并联方式，来适应水质水量的要求)，且整个系统建设周期短，调试、启动迅速，设备运抵现场后只需两周左右的时间安装调试工作就可完成；整个系统自动化程度高，操作运行简便，本发明的处理系统可设计为全自动式，整个系统设有完善的监测、控制系统，PLC可以根据传感器参数自动调节，适时发出报警信号，对系统形成保护，操作人员只需根据操作手册查找错误代码排除故障，对操作人员的经验没有过高的要求。本发明的处理系统为集成式安装，附属构筑物及设施也是一些小型构筑物，占地面积很小。整个反渗透系统的工艺处理过程简单、投资成本低，能耗低，维护运营简单方便，经济效益较好，处理的污水最终产物是约97%的清水和约3%的结晶物，可实现污染物“零”排放。
【专利附图】

【附图说明】
[0031]图1是本发明反渗透装置的剖面结构示意图。
[0032]图2是本发明反渗透装置的水流向示意图。
[0033]图3是本发明反渗透装置中层流盘的俯视结构示意图。[0034]图4是本发明反渗透装置中层流盘和滤膜组件组合的俯视结构示意图。
[0035]图5是本发明反渗透装置中过滤膜的结构示意图。
[0036]图6是普通碟管式反渗透装置中导流盘的结构示意图。
[0037]图7是普通碟管式反渗透装置中膜片的结构示意图。
[0038]图8为本发明反渗透处理系统中低温蒸发高浓度污水的处理装置的结构示意图。
[0039]图9为本发明反渗透处理系统实施例中低温板式蒸发装置的结构示意图(省略了部分蒸发板)。
[0040]图10为本发明反渗透处理系统实施例中低温板式蒸发装置的气流大循环原理图。
[0041]图11为本发明反渗透处理系统实施例中低温板式蒸发装置的蒸发板局部放大图(气流小循环原理图)。
[0042]图12为本发明反渗透处理系统实施例中低温板式蒸发装置的溢流挡板的局部放大图(侧视)。
[0043]图13为本发明反渗透处理系统实施例中低温蒸发高浓度污水的处理装置运营时的工艺原理图。
[0044]图例说明:
[0045]1、低温板式蒸发装置；11、浓缩液进口端；12、热空气进口端；13、蒸发板；131、固定端；132、溢流端；133、溢流孔；134、溢流挡板；135、凹凸式齿状；14、热空气出口 ；15、浓缩液出口 ；16、蒸发腔；17、冷凝回收腔；18、冷凝器；2、加热装置；21、加热管路；3、浓缩液预热池；31、浓缩液输送泵；32、浓缩液输送管道；33、流量控制部件；4、加热水池；41、鼓风机；42、空气输送管路；43、空气流量控制器；44、空气加热导管；5、冷凝液储液池；51、回水池；52、出水池；53、冷凝器补水管道；6、汽水分离罐；61、引风机；62、光催化氧化除臭装置；63、热空气分流阀；7、反渗透膜；71、层流盘；72、滤膜组件；73、O型密封圈；74、末端法兰；
75、唇形密封圈；76、连接法兰；78、连接杆垫片；79、螺母；80、污水进水孔；81、连接杆；82、透过液出口 ；83、透过液收集器；84、浓缩液排出口 ；85、膜壳；86、绒头织物片；87、焊接边；88、辐条状导流通道；89、长条形分流孔；9、径向缺口 ；91、分流挡板。
【具体实施方式】
[0046]为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
[0047]需要特别说明的是，当某一元件被描述为“固定于或连接于”另一元件上时，它可以是直接固定或连接在另一元件上，也可以是通过其他中间连接件间接固定或连接在另一元件上。
[0048]除非 另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
[0049]如图1至图5所示，一种本发明的用于高浓度污水(本实施例是指垃圾渗滤液)处理的反渗透装置，包括筒状膜壳85，膜壳85两端密封连接有连接法兰76和末端法兰74，膜壳85的中心装设有两端带螺纹的连接杆81，连接杆81穿过连接法兰76和末端法兰74，连接杆81的中部穿设有由多层层流盘71和密封连接于相邻层流盘71之间的滤膜组件72组成的过滤组件，滤膜组件72与层流盘71之间形成污水层流通道。连接杆81上于连接法兰76上方装设有中空的透过液收集器83，并通过连接杆81上的螺母79紧固；连接杆81下端于末端法兰74上方装设有用于支撑底部层流盘71的密封套管，于末端法兰74下方装设有连接杆垫片78并通过连接杆81上的螺母79紧固。透过液收集器83的一侧开设透过液出口 82。连接法兰76上设有污水进水孔80和浓缩液排出口 84，污水进水孔80通过层流盘71与膜壳85内表面之间的缝隙与膜壳85内底部连通，多层层流盘71与连接杆81之间设有连通至透过液出口 82的透过液通道，浓缩液排出口 84与膜壳85的内腔连通。滤膜组件72为外周呈正八边形的三层夹芯环形结构，包括两层同心设置的反渗透膜7以及夹设于其间的丝状支架。这三层环状材料的外周边缘用超声波技术焊接形成一焊接边87，内边缘呈开口状形成净水出口连通至透过液通道。层流盘71上靠近其中心孔处沿周向均布有多个长条形分流孔89，将各层污水层流通道连通。中心孔边缘处设有6个径向缺口 9，所有层流盘71上的径向缺口 9相互连通形成上述的透过液通道，层流盘71的表面顺着前述的长条形分流孔89的辐射方向开设有若干辐条状导流通道88。辐条状导流通道88内靠近层流盘71外边缘的位置设有一分流挡板91，分流挡板91沿层流盘71径向的长度为层流盘71半径长度的1/4~1/2，分流挡板91将辐条状导流通道88的过流面积基本平分。相邻两层流盘71的上、下表面的间距为h, h=3mm。
[0050]相比传统的碟管式反渗透(DTRO)膜系统而言，本发明中将DTRO中层流盘表面的凸点状结构(参见图6所示)改变为辐条状通道，是根据水流和水力的方向进行设计，既可使处理液在压力作用下流经滤膜组件表面遇辐条状导流通道碰撞时形成湍流，增加透过速率和自清洗功能，有效地避免膜堵塞和浓度极化现象，易于清洗，大大延长滤膜组件的使用寿命；且适用于处理高浑浊度和高含砂系数的废水以及更恶劣的进水条件；也可避免凸点状结构易使水力进行爆发性扩散，造成系统能量损耗的缺陷，以有效降低能量的损耗，减轻系统压力，提高系统的能量利用率。本发明中八边形滤膜组件与层流盘之间存在间隙，降低了底部滤膜组件的压力，使整个装置中压力更均衡，有助于解决现有DTRO系统膜柱中使用圆形膜片(参见图7所示)局部压力过`大造成膜片的穿透损害的问题，且可避免层流盘变形，使装置的使用寿命延长。
[0051]本实施例中，丝状支架为绒头织物片86。中间设置绒头织物片86可使通过反渗透膜?的净水快速流向连接杆81外围的透过液通道，透过液从滤膜组件72到中心的距离非常短，且对于组件内所有的滤膜组件均相等。
[0052]本实施例中，连接法兰76、末端法兰74与膜壳85之间通过唇形密封圈75密封连接。保证由层流盘71与滤膜组件72组成的过滤组件在工作过程中的压力减少损失及水不外泄。层流盘I与滤膜组件2之间、透过液收集器83与连接杆81以及连接法兰76之间均通过O型密封圈73密封连接。层流盘71上的O型密封圈73可防止原水进入透过液通道。
[0053]一种本发明的用于高浓度污水处理的反渗透处理系统，包括如图8所示的低温蒸发垃圾渗滤液浓缩液的处理装置和上述本实施例的反渗透装置，该低温蒸发高浓度污水的处理装置包括浓缩液预热组件、空气预热组件、低温板式蒸发装置I和回收组件，浓缩液预热组件、空气预热组件分别连通至低温板式蒸发装置I的浓缩液进口端11和热空气进口端12，回收组件通过一热空气分流阀63及分流管道与低温板式蒸发装置I的底部连通形成循环。反渗透装置的浓缩液排出口 84与污水预热组件的进口端连通。
[0054]如图8所示，本实施例中的浓缩液预热组件和空气预热组件共用一套热源供给系统，本实施例的热源供给系统包括加热装置2和加热管路21，加热管路21中填充传热介质，传热介质可采用清水或者导热油等，加热管路21 —般采用不锈钢管道；本实施例中的加热装置2为一沼气焚烧锅炉，该沼气焚烧锅炉可直接收集生活垃圾填埋场的沼气，如果本发明的处理装置是用于处理高浓度工业废水，则加热装置2可以采用太阳能加热装置或者空气能加热装置。
[0055]本实施例中的浓缩液预热组件包括浓缩液预热池3，加热管路21延伸至浓缩液预热池3中供热，浓缩液预热池3经浓缩液输送泵31和浓缩液输送管道32连通至低温板式蒸发装置I的浓缩液进口端11，浓缩液输送管道32上还设有流量控制部件33 (例如流量泵)。加热管路21还延伸至一加热水池4，空气预热组件包括鼓风机41和空气输送管路42，空气输送管路42前段设有延伸至加热水池4中给空气预热的空气加热导管44，空气输送管路42后段设有空气流量控制器43，空气输送管路42最终连通至低温板式蒸发装置I的热空气进口端12，热空气进口端12处设有喷嘴。
[0056]如图9~图11所示，本实施例中的低温板式蒸发装置I为多层板式结构，主体材料全部采用不锈钢制作，且主要由多层蒸发板13层叠而成。通过浓缩液预热组件中的流量控制部件33使进入低温板式蒸发装置I中的浓缩液在多层蒸发板13上自上而下形成连续层流状液膜，通过空气预热组件使进入低温板式蒸发装置I中的热空气在多层蒸发板13间自下而上形成连续上升气流，连续上升气流与连续层流状液膜逆流接触以实现浓缩液中水分的低温蒸发。
[0057]本实施例的低温板式蒸发装置I中，多层蒸发板13设置成抽屉式组合模块结构，每一个抽屉为一个可自由组装拆卸的组合模块，在本实施例中，每一个抽屉由一层蒸发板13组成，多个抽屉上下叠加构成多层蒸发板13的主体结构。如图8所示，实现部分为实际设置的蒸发板13，虚线部分则表示可以通过抽屉式组合模块结构增加的蒸发板，如此一来，则可通过调节抽屉数量调节蒸发板13的数量，进而调节连续层流状液膜与连续上升气流逆流接触的时间。
[0058]如图12所示，本实施例的低温板式蒸发装置I中，每一层蒸发板13的一端为固定端131，另一端为溢流端132，溢流端132设有一溢流挡板134，通过控制溢流挡板134的高度或溢流挡板134上开设的溢流孔133的高度，可调节相应蒸发板13上方连续层流状液膜的厚度，使连续层流状液膜在每一层蒸发板13上的液膜厚度呈现自上往下逐级递减的形式；至最底层的抽屉式蒸发板13上的液膜厚度则以能够完全蒸发形成结晶体为限。
[0059]本实施例的低温板式蒸发装置I中，多层蒸发板13设置成促使连续层流状液膜以S形方式下行的导向布置方式；即上下相邻两层蒸发板13的固定端131和溢流端132的位置交替变化，在此结构设置下，连续上升气流则以S形方式上升并与下行的连续层流状液膜保持逆流接触。
[0060]如图11所示，本实施例的低 温板式蒸发装置I中，多层蒸发板中每一层蒸发板13的下表面设置成可促使连续上升气流形成局部漩涡湍流的凹凸式齿状135 (或波浪状结构)。
[0061]本实施例的低温板式蒸发装置顶部设有与回收组件连通的热空气出口 14，低温板式蒸发装置I的底部设有浓缩液出口 15。低温板式蒸发装置I内的容腔被分隔成蒸发腔16和冷凝回收腔17，且蒸发腔16设于低温板式蒸发装置I的中部，冷凝回收腔17设于蒸发腔16的外围，浓缩液进口端11直接连通至蒸发腔16的顶部。
[0062]本实施例的低温板式蒸发装置I的顶部设有将冷凝液导流至冷凝回收腔17中的冷凝器18。低温板式蒸发装置I顶部的内表面设置成圆锥状，冷凝器18为水冷式冷凝器，该水冷式冷凝器设于圆锥状的内表面与低温板式蒸发装置I的外壁之间，冷凝回收腔17的底部开设有冷凝液出口，冷凝液出口通过管道连通至一冷凝液储液池5，冷凝液储液池5包括回水池51和出水池52，冷凝液储液池5的出水池52另通过冷凝器补水管道53连通至冷凝器18的进水口。
[0063]本实施例的低温蒸发垃圾渗滤液浓缩液的处理装置中，回收组件包括汽水分离罐
6、引风机61和光催化氧化除臭装置62，且热空气出口 14通过管道串联上汽水分离罐6和引风机61后连通至光催化氧化除臭装置62 (内设紫外灯管和催化剂网板)。汽水分离罐6的底部设有冷凝水排放口。
[0064]本实施例的低温蒸发垃圾渗滤液浓缩液的处理装置中，设置有多个兼容接口，以便根据日处理规模来增减低温板式蒸发装置I数量；一种优选的实施方式是设置两组并联的低温板式蒸发装置1，以便在其中一组低温板式蒸发装置I进行检修或清理结晶体时，另一组低温板式蒸发装置I可以继续工作，以保证浓缩液的连续处理。
[0065]本实施例中垃圾渗滤液的处理系统运行原理如下:
[0066]先如图2中 箭头所示，本发明采用3mm的开放式流道，垃圾渗滤液先由污水进水孔80进入，从层流盘71与膜壳85之间的缝隙通道进入到装置底部，在末端法兰74处通过底部层流盘71 (设为一级)上的长条形分流孔89进入一级污水层流通道，被处理的渗滤液以最短的距离快速流经一级滤膜组件72，然后180ο逆转到一级滤膜组件72的另一面，从二级层流盘71中心的长条形分流孔89流入到二级污水层流通道，依次类推，从而在滤膜组件72表面形成由层流盘71圆周到圆中心，再到圆周，再到圆中心的双“S”形路线。在此过程中，清水透过各级滤膜组件72并被内部的绒头织物片86输送至透过液通道中由透过液出口 72排出，浓缩液最后从浓缩液排出口 84排出。相比传统的装置，本发明的结构使得渗滤液处理效率更高、产水率更高、出水效果更好、能耗更低、过滤膜使用寿命更长。从浓缩液排出口 84排出的垃圾渗滤液浓缩液再经由后续的低温蒸发垃圾渗滤液浓缩液的处理装置进行处理。如图13所示，后续对浓缩液的处理过程主要包括以下步骤:
[0067](I)收集垃圾填埋场的沼气，利用加热装置2 (即沼气焚烧锅炉)预热传热介质，以清水或者导热油作为传热介质；预热后的传热介质在加热管路21内循环，加热管路21在浓缩液预热池3中将热量传递给渗滤液浓缩液，渗滤液浓缩液被加热至50°C左右(优选40°C~60°C)，被预热后的浓缩液通过流量控制部件33送入低温板式蒸发装置I的浓缩液进口端11。
[0068](2)空气预热组件同时开始运作，空气预热组件的热源同样取自加热装置2预热后的加热水池4，外部的空气先经过鼓风机41进入空气输送管路42，空气输送管路42前段设有延伸至加热水池4中给空气预热的空气加热导管44，经空气加热导管44预热后的热空气(30°C左右)再通过一引风机被送入低温板式蒸发装置I的热空气进口端12，热空气进口端12设于低温板式蒸发装置I的底部区域(即图8中的I区)。[0069](3)低温板式蒸发装置I为密闭的抽屉式多层板式结构；其模拟“海水晒盐”的原理蒸发浓缩液；通过流量控制部件33使浓缩液在多层蒸发板13上自上而下形成连续层流状液膜，由于本实施例处理装置中多层蒸发板13的特殊结构设计，使得连续层流状液膜以“S”形方式下行，且液膜的厚度由上往下逐级减小，至最底层的抽屉式蒸发板13的液膜厚度以刚好蒸发完毕为限；与此同时，从热空气进口端12进入的热空气在低温板式蒸发装置I内自下而上徐徐吹拂各层蒸发板13里的层流状液膜；由于蒸发板13下表面的特殊结构设计(凹凸式齿状)，使得上升气流在经过各层蒸发板13时会遇到阻力而形成局部漩涡湍流(参见图11)，迫使热空气与液膜反复多次地接触，热空气在蒸发板13液膜上方会形成多个漩涡式小循环，连续上升气流经过多层蒸发板13后最终形成饱和水蒸汽汽流到达低温板式蒸发装置I的顶部区域(即图8的II区)。
[0070](4)低温板式蒸发装置I进一步模拟“台风”效应，在其顶部装设有一冷凝器18，冷凝器18使到达装置内顶部区域(II区)的饱和水蒸气遇冷凝结，凝结的过程中释放热量，进而在低温板式蒸发装置I顶部区域形成负压，使该区域产生一种促使热空气向上升腾的拉力，以带动低温板式蒸发装置I底部的热空气不断上升。在热空气的徐徐吹拂下，低温板式蒸发装置I内浓缩液的水分不断被蒸发；浓缩液的浓度越来越高，当蒸发达到浓缩液中溶质的饱和浓度后，无机盐离子会以晶体的形式在蒸发板13上析出；连续运行一段时间，当蒸发板13内结晶物增加至预期厚度时，切断低温板式蒸发装置I中浓缩液的进水，继续通入热空气进行蒸发；待低温板式蒸发装置I内的剩余水分被完全蒸发后，用卸板铲除蒸发板内的结晶粉末物质，收集结晶粉末物质进行资源化利用，或者暂作固化处理后单独分区防渗填埋，待以后开发利用。低温板式蒸发装置I的底部设置浓缩液出口 15作为导流孔，使未蒸发完毕的液体或者因为操作失误溢流的液体能够回流至渗滤液调节池。
[0071](5)低温板式蒸发装置I的顶部设置热空气出口 14作为导气孔，热空气出口 14通过管道串联上汽水分离罐6和引风机61后连通至光催化氧化除臭装置62，同时还通过管道连通与低温板式蒸发装 置I的底部形成一个热空气环流回路(大循环)，带有余热的热空气通过汽水分离罐6的汽水分离处理后可以在低温板式蒸发装置I内形成循环；实现汽水分离后的冷凝水可达标排放；在实现低温板式蒸发装置I内气流的自然循环(大循环)后，可以视情况减少或者停止鼓风机41和引风机61的工作，以降低能耗；通过空气流量控制器43可平衡大循环管道内的气流量，多余的空气通过光催化氧化除臭装置62进行净化后达标排放，光催化氧化装置主要利用紫外线照射，在二氧化钛催化作用下，将热尾气中的污染物催化氧化成无机物、二氧化碳，水处理后通过引风机达标排放。
[0072](6)低温板式蒸发装置I顶部设置的冷凝器18使饱和水蒸汽气流遇冷后形成冷凝水，冷凝水将沿圆锥状的顶部流至低温板式蒸发装置I的冷凝回收腔17中，再通过冷凝液出口，最后被收集到冷凝液储液池5中，冷凝液储液池5包括回水池51和出水池52，部分冷凝水作为冷凝器18循环用水由出水池52通过水泵推送流向冷凝器18的进水口，再利用虹吸原理可将冷凝器18内受热后的水引流至回水池51，使之循环利用；冷凝液储液池5中多余的冷凝水可达标排放。
[0073]—般来说，经过上述本发明处理装置的处理后，垃圾渗滤液浓缩液最终变成约97%的清水和约3%的结晶粉末物质。
[0074]在设计上述处理装置中多层蒸发板的面积和整体层高时，我们是以日处理15吨浓缩液为标准；由于本实施例中的处理装置设置有多个兼容接口，因此我们可以根据现实中日处理规模来增减低温板式蒸发装置I的数量；比如，在本实施例中按浓缩液的处理规模为30吨/日计算，则设置两组并联的低温板式蒸发装置I即可解决，同时还可保证浓缩液处理的连续性，即当第一套低温板式蒸发装置连续运行一段时间后，切断进水，继续鼓入热空气，将蒸发板槽内的剩余液体完全蒸发后，卸板铲除结晶物；在切断第一套低温板式蒸发装置进水的同时，保持第二套低温板式蒸发装置的进水阀开启，如此循环操作，可保持不间断的运行。
[0075]实践工程表明，在垃圾渗滤液的原液处理中，一级过滤膜寿命可长达3年，甚至更长，二级过滤膜寿命长达5年以上，这是一般的反渗透处理系统无法达到的。本发明中的滤膜组件对各项污染物都具有极高的去除率，出水水质好。在达到高水平的排放标准的前提下，相对于其它工艺，投资省、运行费用低。在同样可以达到一级标准的处理工艺中，两级本发明装置的投资及运行费用要远低于其它处理工艺。
[0076]以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明 范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【权利要求】
1.一种用于高浓度污水处理的反渗透装置，包括筒状膜壳和设于膜壳中心的连接杆，膜壳两端密封连接有连接法兰和末端法兰，连接法兰上开设有污水进水口、透过液出口和浓缩液出口，膜壳内腔于连接杆上套设有多层层流盘，相邻层流盘之间密封连接有滤膜组件，多层层流盘与连接杆之间设有连通至透过液出口的透过液通道，其特征在于:所述滤膜组件的外边缘闭合，且内边缘呈开口状连通至透过液通道，所述滤膜组件与各层流盘之间形成污水层流通道，所述层流盘上靠近其中心孔处沿周向均布有多个将污水层流通道连通的长条形分流孔，所述层流盘表面顺着前述长条形分流孔的辐射方向开设有若干辐条状导流通道。
2.根据权利要求1所述的用于高浓度污水处理的反渗透装置，其特征在于:所述辐条状导流通道内靠近层流盘外边缘的位置设有一分流挡板，所述分流挡板沿层流盘径向的长度为层流盘半径长度的1/4~1/2，所述分流挡板将辐条状导流通道的过流面积基本平分。
3.根据权利要求2所述的用于高浓度污水处理的反渗透装置，其特征在于:所述滤膜组件为三层夹芯环形结构，包括两层同心设置的反渗透膜以及夹设于其间的丝状支架，所述丝状支架为绒头织物片；反渗透膜和丝状支架的外边缘焊接成一体；所述滤膜组件的外轮廓呈八边形。
4.根据权利要求1、2或3所述的用于高浓度污水处理的反渗透装置，其特征在于:所述层流盘的中心孔边缘处开设有多个径向缺口，各层流盘上的径向缺口相互连通形成所述的透过液通道；所述连接杆上于连接法兰上方装设有中空的透过液收集器并通过连接杆上的螺母紧固，所述透过液出口开设于所述透过液收集器一侧。
5.根据权利要求1、2或3所述的用于高浓度污水处理的反渗透装置，其特征在于:所述多层层流盘相互叠加后在膜壳内腔形成筒状层流盘组件，层流盘组件与膜壳内壁之间设有一与所述污水进水口连通的竖向进液通道；层流盘组件的上端固接于连接法兰，下端与末端法兰间隔开形成底部进液通道，所述滤膜组件插入与各层流盘之间形成的污水层流通道内使污水以S形路线自下而上经·过各污水层流通道。
6.根据权利要求1、2或3所述的用于高浓度污水处理的反渗透装置，其特征在于:所述连接杆上于末端法兰上方装设有密封套管，连接杆上于末端法兰下方装设有连接杆垫片并通过连接杆上的螺母紧固；所述连接法兰、末端法兰与膜壳之间通过唇形密封圈密封连接；所述层流盘与滤膜组件之间均通过O形密封圈密封连接。
7.一种用于高浓度污水处理的反渗透处理系统，其特征在于:包括一低温蒸发高浓度污水的处理装置和权利要求1~6中任一项所述的反渗透装置，所述低温蒸发高浓度污水的处理装置包括污水预热组件、空气预热组件、低温板式蒸发装置和回收组件，所述污水预热组件、空气预热组件分别连通至低温板式蒸发装置的污水进口端和热空气进口端；所述低温板式蒸发装置为多层板式结构，且主要由多层蒸发板层叠而成，通过污水预热组件中的流量控制部件使进入低温板式蒸发装置中的污水在多层蒸发板上自上而下形成连续层流状液膜，通过空气预热组件使进入低温板式蒸发装置中的热空气在多层蒸发板间自下而上形成连续上升气流，所述连续上升气流与连续层流状液膜逆流接触，所述低温板式蒸发装置顶部设有与回收组件连通的热空气出口，所述低温板式蒸发装置底部设有污水出口 ；所述回收组件通过管道与低温板式蒸发装置的底部连通形成循环；所述反渗透装置的浓缩液出口与所述污水预热组件的进口端连通。
8.根据权利要求7所述的用于高浓度污水处理的反渗透处理系统，其特征在于:所述多层蒸发板设置成促使连续层流状液膜以S形方式下行的导向布置方式；所述连续上升气流则以S形方式上升与连续层流状液膜逆流接触；所述多层蒸发板中每一层蒸发板的下表面设置成可促使连续上升气流形成局部漩涡湍流的凹凸式齿状或波浪状结构。
9.根据权利要求7或8所述的用于高浓度污水处理的反渗透处理系统，其特征在于:所述多层蒸发板中每一层蒸发板的一端为固定端，另一端为溢流端，所述溢流端设有一溢流挡板，通过控制溢流挡板的高度或溢流挡板上开设的溢流孔的高度，使连续层流状液膜在每一层蒸发板上的液膜厚度呈现自上往下逐级递减的形式:所述多层蒸发板设置成抽屉式组合模块结构，每一个抽屉为一个可自由组装拆卸的组合模块，每一个抽屉由至少一层蒸发板组成，多个抽屉上下叠加构成所述多层蒸发板的主体结构。
10.根据权利要求7或8所述的用于高浓度污水处理的反渗透处理系统，其特征在于:所述低温板式蒸发装置内的容腔被分隔成蒸发腔和冷凝回收腔，且蒸发腔设于中部，冷凝回收腔设于蒸发腔的外围，所述污水进口端直接连通至蒸发腔的顶部；所述低温板式蒸发装置顶部设有将冷凝液导流至冷凝回收腔中的冷凝器；所述低温板式蒸发装置顶部的内表面设置成圆锥状，所述冷凝器为水冷式冷凝器，该水冷式冷凝器设于圆锥状的内表面与低温板式蒸发装置的外壁之间，冷凝回收腔的底部开设有冷凝液出口，冷凝液出口通过管道连通至一冷凝液 液池。
【文档编号】B01D61/08GK103848479SQ201410071852
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2014年2月28日 优先权日:2014年2月28日
【发明者】舒淼, 高青松, 刘阳 申请人:长沙威保特环保科技有限公司