专利名称：：一种反渗透浓水余压喷雾脱盐方法
技术领域：
：本发明属于水处理
技术领域：
，涉及工业水处理、环境污染治理、海水及苦咸盐水淡化等领域中反渗透系统的浓水净化。更具体的说是一种反渗透浓水余压喷雾脱盐方法。
背景技术：
：反渗透技术利用外力(克服渗透压)并借助膜的选择截留作用，将溶液中的溶质与溶剂分离，从而达到纯净水质的目的。该技术现已广泛应用在工业水处理、环境污染治理、海水及苦咸盐水淡化等领域，但在处理过程中，受膜的材质、水质种类等因素的影响，脱盐精水产生的同时伴有大量的浓盐水排出，约占进水水量的1/3左右。反渗透浓盐水具有含盐高、含难降解污染物高等特点，因此现有的常规方法很难进行有效的处理。就目前除盐方法而言，可主要分为热力法(多效蒸馏、多级闪蒸、太阳能蒸馏、冷冻法等)、化学法(离子交换法、溶剂萃取法、水合物法、化学沉淀法)、电_膜法(电去离子法、电渗析法)、电吸附法、压力_膜法(多级反渗透、纳滤法)等5类。其中化学法脱盐种类少，除盐程度低，只能去除那些可以转换成难溶物质的盐类，即钙、镁、铁、锰等阳离子组成的盐。而对于钠、钾等阳离子组成的盐则无能为力。特别是在原水中氯离子浓度较高时，其沉淀效果大打折扣，适用范围大受约束；电-膜法(电去离子法、电渗析法)与电吸附等技术初期设备投资大，预处理工艺复杂，管理及运行繁琐，对于反渗透浓水的处理会有较高的制水成本；在热力法中，太阳能蒸馏、冷冻法受自然条件所限，蒸发与结晶速率较低，很难适应工业领域大水量处理的要求。多效蒸馏(MED)、多级闪蒸(MSF)等方法都是利用低品位余热能在多个有序排列的容器内，将高浓盐水加热蒸发产生水蒸汽，蒸汽冷凝后得到高品质淡水。多级闪蒸(MSF)采取降压扩容闪蒸的方法蒸发海水，而多效蒸馏(MED)则是用蒸汽直接加热海水蒸发出蒸汽，由于二者工艺过程的特点，MSF系统的级数要多于MED系统的效数。为提高能源利用率、降低成本，寻找高效的热泵仍是未能解决的难题。压力-膜法(多级反渗透、纳滤法)对自20世纪70年代投入应用以来，一直都在寻找处理浓水、降低相关操作费用的方法，但仅依靠发展多级串联的膜技术来解决浓水问题还不够，还需要其他方法降低成本。令人遗憾的是大量的能量用于为该类系统提供高压，而这部分压力大部分却被白白损失掉了，如果按照通常40%的回收率计算，浓盐水中约占60%的进料压力能量。由于目前尚未有效方法处理浓水问题，增加了反渗透装置处理时的制水成本，同时浪费了大量的能源，浓盐水对环境污染仍是无法有效解决的难题。
发明内容本发明主要目的是建立一套用于处理反渗透系统高浓盐水的技术及装置，该方法主要是利用反渗透系统在制水过程中自身产生的浓水余压形成高盐水雾，节省常规雾化所需动力，细小水滴在流动的空气中迅速蒸发，水和盐分等杂质分离，同时水中所含的有机物被氧化为二氧化碳，水蒸气输入凝结室成为纯水，而盐分及高倍浓縮的尾水则落在分离室的底部，尾水与初始进水混合循环后，继续雾化浓縮至饱和状态，所含盐分经换热冷凝后结晶析出，最终实现反渗透浓水水质净化与盐度脱除。该发明改变了现有反渗透装置的运行及其浓水处理方法，节约制水成本，可大幅减少反渗透产生的高浓盐水的排放量，降低浓盐水排放对周边环境所带来的负面影响，适用于各类反渗透系统所产出的浓水净化。本发明的技术方案如下—种反渗透浓水余压喷雾脱盐方法，其特征在于按如下的步骤进行1)废水在高压下经反渗透装置(1)将废水分离为浓水；2)该浓水经换热系统(2)预热后，通过混合交换器(3)直接进入雾化浓縮室(4)，利用浓水中的能量通过压力旋转式雾化器，将水喷入喷嘴内圆盘的前端，依靠高速旋转的圆盘将浓水展成薄膜，由"离心力喷雾"和"速度喷雾"的综合作用而雾化水滴；3)雾化后的浓水液滴经与控温加热系统(5)处理过的热空气流接触，形成水蒸气并制备成浓縮尾水；4)由引风机(7)将水蒸气和空气流带出蒸发室进入气粉分离器(8)，除去空气中夹带的盐类物质粉末，再经冷凝水收集器(9)冷凝为淡水并予以回收；5)浓縮后尾水进入尾水调配系统(11)，通过对盐分和温度的在线监控，进行信息反馈当尾水中盐度接近或达到饱和时，尾水进入结晶尾水收集器(10)冷却结晶，实现脱盐；对未达到饱和的尾水，直接回流至混合交换器(3)与浓水混合后重新进入雾化浓縮室(4)循环蒸发;6)结晶析出的盐渣尾料进入盐渣尾料收集器(12)储存后集中处理。本发明所述的反渗透浓水余压喷雾脱盐方法，其中步骤3)中所述的控温加热系统的热空气由鼓风机(6)吹入雾化浓縮室，气源可为空气和低品热蒸汽，操作温度为50IO(TC。本发明所述的反渗透浓水余压喷雾脱盐方法，其中步骤1)中所述的废水指的是工业废水、环境污染治理所产生的废水、海水及苦咸盐水。本发明所述的反渗透浓水余压喷雾脱盐方法，其中步骤l)中所述的反渗透装置排放时压力为1.520MPa。本发明所述的反渗透浓水余压喷雾脱盐方法，其中步骤1)中所述的盐渣尾料收集器(12)是采用耐腐蚀的聚四氟乙烯材料加工而成，收集器呈矩形箱体结构。本发明所述的反渗透浓水余压喷雾脱盐方法的发明原理反渗透系统利用高压将进水分离为脱盐精水和废浓盐水(以下简称浓水)，其中浓水从膜反应器排放时压力高达1.520MPa。本发明将该浓水经换热系统预热后，直接进入雾化浓縮室，利用浓水中的能量通过压力式旋转雾化器，呈雾状喷入雾化浓縮室内，并进行螺旋型轨迹运动。同时雾化浓縮室内有空气流通，悬浮在气流中的水滴体积很小，直径一般在100iim以内，比表面积很大，便于与周围空气进行热量传递，雾化后的浓水液滴和热空气流接触后，浓水中的水分迅速蒸发成为水蒸气，浓水中部分有机物被氧化或挥发，该浓水由此被高倍浓縮为尾水。蒸发过程结束以后，由引风机将水蒸气和空气流带出蒸发室进入气粉分离器，除去空气中夹带的盐类物质粉末，随后再经换热系统冷凝为淡水并予以回收。浓縮后尾水进入尾水调配系统，通过对盐分和温度的在线监控，进行信息反馈与智能决策当尾水中盐度接近或达到饱和时，尾水将进入换热系统冷却结晶，实现脱盐；对未达到饱和的尾水，直接回流至混合交换器，与浓水进行热量、能量和物质含量的混合后，进入雾4化浓縮室循环蒸发。本发明中热蒸汽由鼓风机吹入雾化浓縮室，气源可为空气和低品热蒸汽，操作温度一般在509(TC，也可根据实际需要，在控温加热系统中提高进气温度，增强脱盐和氧化水中有机物的效果。本发明所述的反渗透浓水余压喷雾脱盐方法的详细步骤如下(1)根据所需的蒸发水量，调节入流气体流量和温度，将气体通入雾化浓縮室。该操作主要在空气流通系统进行，空气流通系统由鼓风机、控温加热器组成，气源可为空气和低品热蒸气，由鼓风机使气体进入控温加热器，该加热器根据实际情况，将入流气体的操作温度一般在509(TC，也可根据最后的处理要求，升高进气温度，增强脱盐效率和提高氧化水雾中有机物的效果。入流气体达到温度要求后，进入雾化浓縮室，在室内结构与引风机抽吸作用下整体呈盘旋运动。(2)将反渗透排放的浓水经换热系统预热。该操作步骤主要是在换热系统中进行，目的是提高雾化时浓水的温度，縮短雾化蒸发时间。换热系统主要是将雾化后的水蒸汽、浓縮后的尾水以及反渗透浓水间进行热量交换，将水蒸汽、浓縮后的尾水中的热量传递给反渗透浓水。其中水蒸汽与浓水间的热交换采用内嵌式汽水换热器进行，浓縮后的尾水与浓水则依靠热管换热器实现热量传递。(3)预热后的浓水在雾化浓縮室雾化。该操作在雾化浓縮室中进行，浓水首先进入压力旋转式雾化器，通过该装置，将浓水喷入喷嘴内圆盘的前端，依靠高速旋转的圆盘将浓水展成薄膜，由"离心力喷雾"和"速度喷雾"的综合作用而雾化水滴；该装置可使雾化液滴粒径分布更窄、更均匀，利用反渗透产生浓水时的余压将浓水雾化成直径在100iim以内的水滴，并由旋转喷嘴将其喷洒至浓縮室内顶部的气流中，水雾依靠喷出时的离心作用悬浮在雾化浓縮室的顶部气流中呈螺旋状态运动，此运动轨迹延长了水滴沉降过程的时间，同时提高了雾化水滴的蒸发效果。(4)浓水雾化液滴与入流空气混合接触、蒸发浓縮。该过程在雾化浓縮室中进行，入流空气进入雾化浓縮室后，在内壁导流与风机引流的作用下以反螺旋状态流动，与顶部浓水雾气构成双螺旋绕流的运动结构，由于悬浮在气流中的雾化浓水液滴体积很小，比表面积很大，便于与入流空气进行热量传递，因此浓水中绝大部分的水分迅速蒸发成为水蒸气，形成细小的盐粉和高倍浓縮的尾水，粒径微小的盐粉尘漂浮在气流中，而浓縮后的雾滴沉降在浓縮室的底部形成尾水。此外，在接触蒸发过程中原浓水液滴所含的有机物被氧化和挥发。(5)热蒸汽的除尘与冷凝。蒸发过程结束以后，由引风机将步骤(4)中水蒸气和空气流带出蒸发室进入气粉分离器，通过分离器除去空气中夹带的盐类物质粉末，盐粉等杂质收集后可用于搪炉膛、冬季融雪等使用，净化后的混合气体进入换热系统，依靠内嵌式汽水换热器实现气体的冷凝和反渗透浓水的预热，蒸汽冷凝为水淡进入收集器并予以回收，其他气体则排入空气。(6)浓縮尾水的调控与处理。该过程主要是在尾水调控系统、换热系统与混合交换器中进行，可分为以下三个子步骤①浓縮尾水的调控。步骤(4)中高倍浓縮的尾水被引流至尾水调配系统，该系统可对尾水中盐分浓度和温度进行在线测试与监控，根据系统反馈的信息进行智能决策，决策时首先根据尾水温度，评估尾水此温度条件下盐份饱和时的溶解度，结合所监测的含盐量判断进入系统的尾水是否达到或接近饱和，当尾水中盐度接近或达到饱和时，尾水将被调配至换热系统；对未达到饱和的尾水，则直接与浓水混合后，重新进入雾化浓縮室循环蒸发。②接近或达到饱和尾水的冷凝析晶。饱和尾水被调配至换热系统后，通过换热管实现对反渗透排放初始浓水的预热，当温度降低至所设定的饱和溶解度对应温度以下时，尾水将被排放至收集器中大量冷凝析晶，实现对盐分的二次脱除。③非饱和尾水的循环浓縮对非饱和尾水直接回流至混合交换器，在混合交换器中实现与浓水热量、能量和物质含量的混合，然后重新进入雾化浓縮室循环蒸发。反渗透浓水余压喷雾脱盐效果对比表1<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>本发明进一步公开了反渗透浓水余压喷雾脱盐方法在制备各类反渗透系统废浓盐水方面的应用，不受浓水水质和反渗透装置类别的限制，并可与其他处理方法联合使用。包括制备分离工业废水、环境污染治理所产生的废水、海水及苦咸盐水方面的应用。本发明公开的反渗透浓水余压喷雾脱盐方法与现有技术相比所具有的技术特点与积极效果在于(1)利用反渗透浓水的余压进行雾化，节省雾化用动力，结构简单，制造成本低。(2)不受浓水水质和反渗透装置类别的限制，处理范围广，易于实现和推广应用，可以方便地与传统淡化方法实现耦合，提高整体脱盐淡化过程的经济效益。(3)装置规模灵活，便于分散使用，除喷头部件外，操作压力多为常压，操作温度一般在509(TC，容易使用低位热能作为能源，便于使用价廉易得的高分子材料制作设备。(4)理论上可以将99%以上的浓盐水蒸发处理，转化为淡水且浓縮尾水的排放量相当小，减小环境的二次污染，产出的盐浆尾水可用于化工、建材等行业。(5)气化过程在气_液界面而非设备壁面进行，因此设备的结垢倾向小，进料预处理要求低，操作简便，更换和检修方便。附图为本发明提供的测量装置结构示意图。在附图中，l-反渗透装置、2-换热系统、3-混合交换器、4-雾化浓縮室、5-控温加热系统、6-鼓风机、7-引风机、8-粉气分离器、9_冷凝水收集器、10-结晶尾水收集器、11-浓縮尾水调配系统、12-盐渣尾料收集器。具体实施例方式以下实施例用来帮助理解本发明，并且不用于也不应被解释为以任何方式对所列出的权利要求中发明的限制。实施例11)废水在高压下经反渗透装置(1)将废水分离为浓水；气源(可为空气和低品热蒸气)由鼓风机(6)进入控温加热器(5)，该加热器根据所需蒸发的浓水量及温度等实际情况，使入流气体控制在一般操作温度(5090°C)，依靠引风机(7)抽吸作用进入雾化浓縮室；2)该浓水经换热系统(2)预热，换热系统(2)主要是将雾化后的水蒸汽、浓縮后的尾水以及反渗透浓水间进行热量交换，将水蒸汽、浓縮后的尾水中的热量传递给反渗透浓水。其中水蒸汽与浓水间的热交换采用内嵌式汽水换热器进行，浓縮后的尾水与浓水则依靠热管换热器实现热量传递。3)通过混合交换器(3)直接进入雾化浓縮室(4)，利用浓水中的能量通过压力旋转式雾化器，将水喷入圆盘的前端，依靠高速旋转的圆盘将浓水展成薄膜，由"离心力喷雾"和"速度喷雾"的综合作用而雾化水滴；4)雾化后的浓水液滴经与控温加热系统(5)处理过的热空气流接触，在内壁导流与风机引流的作用下以反螺旋状态流动，与顶部浓水雾气构成双螺旋绕流的运动结构，形成水蒸气并制备成浓縮尾水；5)由引风机(7)将水蒸气和空气流带出蒸发室进入气粉分离器(8)，除去空气中夹带的盐类物质粉末，再经冷凝水收集器(9)冷凝为淡水并予以回收；6)浓縮后尾水进入尾水调配系统(11)，通过对盐分和温度的在线监控，进行信息反馈当尾水中盐度接近或达到饱和时，尾水进入结晶尾水收集器(10)冷却结晶，实现脱盐；对未达到饱和的尾水，直接回流至混合交换器(3)与浓水混合后重新进入雾化浓縮室(4)循环蒸发;77)雾化蒸发过程中，结晶析出的盐渣尾料进入盐渣尾料收集器(12)储存后集中处理。实施例21)废水在高压2.5MPa下经反渗透装置(1)将废水分离为脱盐精水和废浓盐水(浓水)；2)该浓水经换热系统(2)预热后(40°C)，通过混合交换器(3)直接进入雾化浓縮室(4)，利用浓水中的能量通过改进的压力式旋转雾化器；3)雾化后的浓水液滴经与控温加热系统(90°C)处理过的热空气流接触，形成水蒸气并制备成浓縮尾水；4)由引风机(7)将水蒸气和空气流带出蒸发室进入气粉分离器(8)，除去空气中夹带的盐类物质粉末，再经冷凝水收集器(9)冷凝为淡水并予以回收；5)浓縮后尾水进入尾水调配系统(11)，通过对盐分和温度的在线监控，进行信息反馈当尾水中盐度接近或达到饱和时，尾水进入结晶尾水收集器(10)冷却结晶，实现脱盐；对未达到饱和的尾水，直接回流至混合交换器(3)与浓水混合后重新进入雾化浓縮室(4)循环蒸发;6)雾化蒸发过程中，结晶析出的盐渣尾料进入收集器储存后集中处理。实施例31)废水在高压7MPa下经反渗透装置(1)将废水分离为脱盐精水和废浓盐水(浓水)；2)该浓水经换热系统(2)预热后(40°C)，通过混合交换器(3)直接进入雾化浓縮室(4)，利用浓水中的能量通过改进的压力式旋转雾化器；3)雾化后的浓水液滴经与控温加热系统(90°C)处理过的干燥热空气流接触，形成水蒸气并制备成浓縮尾水；4)由引风机(7)将水蒸气和空气流带出蒸发室进入气粉分离器(8)，除去空气中夹带的盐类物质粉术，再经冷凝水收集器(9)冷凝为淡水并予以回收；5)浓縮后尾水进入尾水调配系统(11)，通过对盐分和温度的在线监控，进行信息反馈当尾水中盐度接近或达到饱和时，尾水进入结晶尾水收集器(10)冷却结晶，实现脱盐；对未达到饱和的尾水，直接回流至混合交换器(3)与浓水混合后重新进入雾化浓縮室(4)循环蒸发;6)雾化蒸发过程中，结晶析出的盐渣尾料进入收集器储存后集中处理。实施例4(钢铁废水再生回用实例)某钢铁集团内部无常规供水水源，因此采取将生产废水、生活污水以及雨水等多水源集中处理与再生回用的方法为企业提供生产使用循环水与补充水，废水经物化处理、生化处理及微滤处理后进入反渗透(R0)系统，所产生的高浓盐水经本发明系统进行如下处理1)废水在1.6MPa的高压下经反渗透装置(1)分离为脱盐精水和废浓盐水(浓水)，浓水出水压力达到1.54Mpa左右；2)该浓水进入换热系统(2)，与雾化后的水蒸汽、浓縮后的尾水进行热量交换，水蒸汽与浓縮后的尾水将热量传递给反渗透浓水，经预热后至5(TC左右，通过混合交换器(3)直接进入雾化浓縮室(4)，利用浓水自身的余能，通过压力式旋转雾化器进行雾化；3)雾化后的浓水液滴经与控温加热系统(90°C)处理过的干燥热空气流相接触，形成水蒸气并制备成浓縮尾水；4)由引风机(7)将水蒸气和空气流带出蒸发室进入气粉分离器(8)，除去空气中夹带的盐类物质粉末，再经冷凝水收集器(9)冷凝为淡水并予以回收；5)浓縮后尾水进入尾水调配系统(11)，通过对盐分和温度的在线监控，进行信息反馈当尾水中盐度接近或达到饱和时，尾水进入结晶尾水收集器(10)冷却结晶，实现脱盐；对未达到饱和的尾水，直接回流至混合交换器(3)与浓水混合后重新进入雾化浓縮室(4)循环蒸发;6)雾化蒸发过程中，结晶析出的盐渣尾料进入收集器储存后集中处理；7)浓水及雾化处理所得淡水的水质见表2钢铁废水经反渗透后所得浓水经余压喷雾脱盐效果对比表2<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>在详细说明的较佳实施例之后，熟悉该项技术人士可清楚地了解，在不脱离上述申请专利范围与精神下可进行各种变化与修改，凡依据本发明的技术实质对以上实施例所作任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围。且本发明亦不受说明书中所举实例实施方式的限制。权利要求一种反渗透浓水余压喷雾脱盐方法，其特征在于按如下的步骤进行1)废水在高压下经反渗透装置(1)将废水分离为浓水；2)该浓水经换热系统(2)预热后，通过混合交换器(3)直接进入雾化浓缩室(4)，利用浓水中的能量通过压力旋转式雾化器，将水喷入喷嘴内圆盘的前端，依靠高速旋转的圆盘将浓水展成薄膜，由“离心力喷雾”和“速度喷雾”的综合作用而雾化水滴；3)雾化后的浓水液滴经与控温加热系统(5)处理过的热空气流接触，制备成浓缩尾水；4)由引风机(7)将水蒸气和空气流带出蒸发室进入气粉分离器(8)，除去空气中夹带的盐类物质粉末，再经冷凝水收集器(9)冷凝为淡水并予以回收；5)浓缩后尾水进入尾水调配系统(11)，通过对盐分和温度的在线监控，进行信息反馈当尾水中盐度接近或达到饱和时，尾水进入结晶尾水收集器(10)冷却结晶，实现脱盐；对未达到饱和的尾水，直接回流至混合交换器(3)与浓水混合后重新进入雾化浓缩室(4)循环蒸发；6)结晶析出的盐渣尾料进入盐渣尾料收集器(12)储存后集中处理。2.权利要求1所述的反渗透浓水余压喷雾脱盐方法，其中步骤3)中所述的控温加热系统的热空气由鼓风机(6)吹入雾化浓縮室，气源可为空气和低品热蒸汽，操作温度为50IO(TC。3.权利要求l所述的反渗透浓水余压喷雾脱盐方法，其中步骤l)中所述的废水指的是工业废水、环境污染治理所产生的废水、海水及苦咸盐水。4.权利要求l所述的反渗透浓水余压喷雾脱盐方法，其中步骤l)中所述的浓水指的是将废水分离为脱盐精水和废浓盐水。5.权利要求l所述的反渗透浓水余压喷雾脱盐方法，其中步骤l)中所述的反渗透装置排放时压力为1.520MPa。6.权利要求l-5任一项所述的反渗透浓水余压喷雾脱盐方法在制备各类反渗透系统废浓盐水方面的应用。7.权利要求6所述的应用包括制备分离工业废水、环境污染治理所产生的废水、海水及苦咸盐水方面的应用。8.权利要求l所述的反渗透浓水余压喷雾脱盐方法，其中步骤l)中所述的盐渣尾料收集器(12)是采用耐腐蚀的聚四氟乙烯材料加工而成，收集器呈矩形箱体结构。全文摘要本发明是建立一套用于处理反渗透系统废浓盐水的方法，该方法主要是利用反渗透系统在制水过程中自身产生的浓水余压形成高盐水雾，节省常规雾化所需动力，细小水滴在流动的空气中迅速蒸发，使水和盐分等杂质分离，同时水中所含的有机物被氧化为二氧化碳，水蒸气输入凝结室成为纯水，而盐分及高倍浓缩的尾水则落在分离室的底部，尾水与初始进水混合循环后，继续雾化浓缩至饱和状态，所含盐分经换热冷凝后结晶析出，最终实现反渗透浓水水质净化与盐度脱除。本发明提出的反渗透浓水脱盐降污方法适合于各类反渗透系统产生的废浓盐水的分离。文档编号C02F1/44GK101712521SQ20091007116公开日2010年5月26日申请日期2009年11月5日优先权日2009年11月5日发明者刘红磊,唐运平,张志扬,张维,石岩,袁敏,许丹宇申请人:天津市环境保护科学研究院