专利名称：一种含糖冷凝水处理回用的工艺与装置的制作方法
技术领域：
本发明属于水处理、分离与纯化、热能利用与清洁生产领域。特别涉及一 种含糖冷凝水处理回用的工艺与装置。
二、 背景、技术
作为食品行业的基础工业及多种产品的原料工业，制糖工业在国民经济中 占有重要地位，制糖工业也是轻工领域有机污染比较严重的工业之一。目前， 制糖工业在清洁生产和污染防治工作中取得了较大的进展。经过技术改造，已 实现了部分用水循环生产，主要解决了蒸发、煮糖抽真空和蒸汽冷凝用水进 行循环使用； 一效蒸发冷凝水作为锅炉补给水；锅炉除尘及水冲灰用水的循环 使用；汽轮发电机的冷却水作为全厂用水补充，解决了糖厂生产用水量的 50-60%左右，大大减少外源水的用量。但是目前糖厂生产的用水量仍为每吨甘 蔗4 6吨，甘蔗自身水分还没得到充分利用。与先进国家相比，吨成品耗水量 仍有较大差距。
目前，制糖厂水系统主要存在的主要问题之一是，多效蒸发系统的2#冷凝 水因技术、设备等多方面原因含糖份超过50ppm (冷凝水回用于锅炉补给水质 要求为所含糖份小于25ppm以下)，不能全部回锅炉充分利用。目前大多数 企业的二效冷凝水均直接排入循环水系统。二效冷凝水直接排入循环水系统会 造成循环水系统CODg值的升高，循环水的"富营养化"现象加剧，进而影响 整个生产工艺。且该部分水水温较高(一般在6(TC以上)，直排会造成能源损失及循环水系统的蒸发损失加大，浪费水资源。由于该股水仅含糖份，如采用 可行的技术将微糖分分离，将二效冷凝水回用为锅炉补给水，将充分改变现有 用水结构，降耗减排，降低吨蔗耗水比，实现清洁生产。
目前水中微糖分的降低、去除技术的分类及其优缺点如下1、蒸发罐的改 进，1#、 2#蒸发罐捕计器采用高效的波纹捕计器。但通过广泛的市场调研发现 收效甚微；2、传统吸附技术，即采用活性炭等吸附剂除微糖份。存在工艺耦合 困难、劳动强度高、处理费用高、吸附剂再生难等缺点，在现有制糖企业中并 未采用；3、生物处理技术，如生物滤池、接触氧化等。现有微生物处理技术虽 然可去除水中的有机物，但高温环境及严重的C/N比失调不利于生物处理，且 存在冷凝水的微生物污染问题，对高温且仅含糖冷凝水而言并不可取。4、膜过 滤技术。现有微滤、超滤、纳滤、反渗透技术中纳滤及反渗透技术虽然可很好 地截留糖份，但耐高温膜的市场还是空白，且压力过滤方式造成的膜污染将严 重影响膜使用寿命。
本发明提出一种含糖冷凝水处理回用的工艺与装置中采用了膜蒸馏浓縮技术。
膜蒸馏，又称为低温膜蒸馏，是一种采用疏水微孔膜、以膜两侧的蒸汽压 力差为驱动力的膜分离过程。当不同温度的水溶液被疏水膜分隔的时候，由于 膜的疏水性，两侧的水溶液均不能通过膜进入另一侧。但由于高温侧水溶液与 膜界面的水蒸汽压高于低温侧，水蒸汽会从高温侧透过膜孔进入低温侧并冷凝 成为渗出水，这种通过蒸馏的原理获得的渗出水是一种品质很好的纯水；浓水 则留在高温侧成为渗余水。膜蒸馏过程无须将溶液加热到沸点，只要膜两侧维 持适当的温差，该过程就能够进行，因此又被称为低温膜蒸馏。膜蒸馏最初是 为大规模海水脱盐而提出，早在上世纪60年代就开始了较系统的研究。与同为膜法的反渗透工艺相比，膜蒸馏的优点非常显著(1)膜蒸馏的过程几乎在常 压下进行，设备简单，操作方便；(2)在非挥发性水溶液的膜蒸馏过程中，由 于仅有水蒸气能透过膜孔，因此蒸馏液十分纯净；(3)可以处理极高浓度的含
盐水，甚至可以将溶液浓縮到过饱和状态而成为所谓的膜蒸熘结晶技术，因此 膜蒸馏的产水率可以远高于反渗透。关于膜蒸馏技术的应用和研究进展，可以
参考相关文献(l.膜蒸馏技术的回顾与展望，《天津城市建设学院学报》第9 巻第2期ppl00 110; 2.膜蒸馏技术及其应用研究进展，《膜科学与技术》第 23巻第4期pp67 92)。
鉴于膜蒸馏的上述优点，将膜蒸熘浓縮技术应用于制糖厂二效冷凝水的微
糖份的分离将克服现有工艺方法所存在的种种不足。具备如下优势
(1) 、冷凝水自身含有大量的热，而且温度较高，这便为采用该技术提供 了获得较高通量的可能。
(2) 该技术用于汁汽冷凝水有别于脱盐，因冷凝水中除含糖外不含任何杂
质，膜两侧同时获得了两种有价值的产品，低温侧获得了含温纯水，可直接进
锅炉，节能、节水；高温侧获得了浓糖水，可重新煮糖。
(3) 冷凝水中除含糖外不含任何杂质，有利于膜的长周期运行。
(4) 能耗远小于反渗透，因膜两侧不需要高压力泵驱动。
(5) 大量冷凝水中糖份的回收，降低了终端废水处理系统的CODer负荷。 总之， 一种含糖冷凝水处理回用的工艺与装置的发明是对现有制糖行业的
巨大推进。
发明内容
本发明的目的是设计一种含糖冷凝水处理回用的工艺与装置，该装置以糖厂高温二效冷凝水为处理对象，结合疏水膜膜蒸馏技术，实现微糖份二效水的 糖水分离，所产纯水回用作锅炉补给水，浓縮糖水并入制糖生产线回收蔗糖， 降低糖厂循环冷却水COD负荷，节约水资源，实现清洁生产的目的 说明如下
本发明设计的一种含糖冷凝水处理回用的工艺与装置，其特征在于包括 高位二效高温水储箱、低位二效水储箱、膜蒸馏器、冷却器、纯水储箱、二效 水循环泵、纯水液封管、渗漏液液封管以及各部件相互连接的管路组成。分别 构成二效冷凝水热水回路与蒸汽冷却回路。
所说的含糖冷凝水处理回用的工艺与装置，其中的膜组件采用以PE、 PTFE、
PVDF、 PP、 PVC及其复合材料为膜材质的平板或中空纤维疏水膜组件形式，且膜 组件可以采用串联或并联形式进行组合设计。
所说的含糖冷凝水处理回用的工艺与装置，其中二效冷凝水采用高位自流 方式进入膜蒸馏器的热侧。
所说的含糖冷凝水处理回用的工艺与装置，真空冷凝回路上采用纯水液封 管，液封管高度可调，膜组件与低位二效水水箱设有渗漏液液封管，且高度可 调。通过液封管的高度实现系统真空度的调控。
所说的含糖冷凝水处理回用的工艺与装置，其中的冷凝回路上的冷却器可 采用水冷、空冷、冷凝机组冷却等多种方式。
结合附图对本发明提出的方法进行进一步说明。
图1是本发明实施例的工艺流程图。
具体实施例方式
下面结合实施例及附图，详细说明本发明的结构及工作过程。本实施例由高位二效高温水储箱l、低位二效水储箱2、膜蒸馏器3、冷却
器4、纯水储箱5、 二效水循环泵6、纯水液封管7、渗漏液液封管8以及各部
件相互连接的管路组成。
其中，高位二效高温水储箱l、低位二效水储箱2、膜蒸馏器3的热侧、二 效水循环泵6及其相互连接的管路构成了现有的二效冷凝水热水回路(图中以 实线表示)。膜蒸馏器3的冷侧、冷却器4、纯水储箱5、纯水液封管7构成蒸 汽冷却回路(图中以点划线表示)。
本实施例的工作过程为
从糖厂多效蒸发系统出来的高温二效冷凝水进入高位二效高温水储箱1， 高温二效冷凝水靠自生重力流进膜蒸馏器3的热侧，落入低位二效水储箱2, 低位二效水储箱2中的水靠二效水循环泵6实现二效水的循环。浓縮后的二效 冷凝水通过旁路注入糖厂制糖系统回收糖份。二效冷凝水的浓縮倍数可以右旁 路流量控制。二效高温水以蒸汽形式跨膜进入膜蒸馏器3的冷侧，经过冷却器 4冷凝后流经纯水液封管7进入纯水储箱5，再汇入锅炉补给水系统。该真空系 统接入糖厂现有制糖真空系统。纯水液封管7的作用是利用纯水储箱5内水柱 高度维持该真空系统稳定的真空度。膜蒸馏器3中的膜长时间运行会存在膜润 湿现象，并造成含糖二效冷凝水进入膜蒸馏器3的冷侧影响纯水的纯度，利用 低位渗漏液液封管8将渗漏液导入低位二效水储箱2，其中渗漏液液封管8的 作用也是利用低位二效水储箱2内水柱高度维持膜蒸馏器冷侧真空系统的稳 定。
在本实施例中，该装置的纯水产量为lm3，纯水电导率为3昭/cm，使用了 如下材料
膜聚偏氟乙烯(PVDF)疏水膜，膜丝内径0. 8腿，外径1. l鹏，壁厚0. 15腿，微孔孔径0. 18Mm，孔隙率80%，膜丝有效长度为500 mm
膜组件中空纤维膜组件，2个，膜面积为2.4m7组件，并联形式。 实验参数为
进高位二效水箱流量1.05 m7h 浓縮液泵入流速0. 05 mVh 热水循环泵12 m7h，耐腐蚀耐高温泵 二效水温度69 。C 纯水温度28 °C 真空度一0.08MPa 组件内二效水流速0.8 m/s 高、低位二效水箱容积1 m3
浓縮倍数20倍
膜产水率42.6 L/m2.h 原二效水中糖含量500 mg/1
浓縮后二效水中糖含量10 g/1
总之，通过该实施实例可以确定膜蒸馏技术用于微糖份二效冷凝水的浓 縮是完全可行的。
权利要求
1、一种含糖冷凝水处理回用的工艺与装置，其特征在于包括高位二效高温水储箱、低位二效水储箱、膜蒸馏器、冷却器、纯水储箱、二效水循环泵、纯水液封管、渗漏液液封管以及各部件相互连接的管路组成。分别构成二效冷凝水热水回路与蒸汽冷却回路，可以实现糖水分离的目的，达到糖厂清洁生产的目的。
2、 如权利要求l所说的一种利用太阳能热水器制取纯水的方法， 其特征在于二效冷凝水采用高位自流方式进入膜蒸馏器的热侧。
3、 如权利要求l所说的一种含糖冷凝水处理回用的工艺与装置， 其特征在于真空冷凝回路上采用纯水液封管，液封管高度可调，膜 组件与低位二效水水箱设有渗漏液液封管，且高度可调。
4、 如权利要求l所说的一种含糖冷凝水处理回用的工艺与装置，其特征在于膜组件采用以PE、 PTFE、 PVDF、 PP、 PVC及其复合材料为膜材质的平板或中空纤维疏水膜组件形式。且膜组件可以采用串联 或并联形式进行组合设计。
5、 如权利要求l所说的一种含糖冷凝水处理回用的工艺与装置，其特征在于冷凝回路上的冷却器可采用水冷、空冷、冷凝机组冷却等多种方式。
全文摘要
本发明提出了一种含糖冷凝水处理回用的工艺与装置，属于水处理、分离与纯化、热能利用与清洁生产领域。采用膜蒸馏技术实现高温二效水的微糖份分离技术。包括高位二效高温水储箱、低位二效水储箱、膜蒸馏器、冷却器、纯水储箱、二效水循环泵、纯水液封管、渗漏液液封管以及各部件相互连接的管路组成。分别构成二效冷凝水热水回路与蒸汽冷却回路。本发明可以提高糖厂水资源的利用率，大幅降低纯水的生产成本，回收蔗糖，降低糖厂排污水量，减轻排污负荷。
文档编号C02F1/08GK101468824SQ200710304370
公开日2009年7月1日 申请日期2007年12月27日 优先权日2007年12月27日
发明者任晓晶, 侯得印, 彭先佳, 丹 曲, 栾兆坤, 军 王, 王小军, 彬 范, 贾智萍 申请人:中国科学院生态环境研究中心