专利名称：一种反渗透浓水的溶气式真空膜蒸馏水处理方法
技术领域：
本发明涉及水处理和膜分离技术领域，具体地说，本发明涉及一种反渗透浓水的溶气式真空膜蒸馏处理方法，更具体地说，本发明涉及一种烯烃聚合催化剂生产废水的反渗透浓水的溶气式真空膜蒸馏深度处理回用方法。
背景技术：
烯烃聚合催化剂生产过程中会产生大量废水，废水中含有石油类、苯系物等多种污染物，其COD浓度高于10000mg/L。目前，该股废水经过专利CN1257851C所述的方法(隔油沉渣+pH调节+絮凝气浮+酸化水解+接触氧化)处理后，基本可达到排放标准。近年来，为了响应国家节能减排的号召，通过采用超滤/反渗透双膜工艺对该股废水进行深度处理后回用，基本满足了上游生产工艺的用水需求。然而，由此产生的反渗透浓水成为一个处理难题，该股废水既不能排放也不能回用，给各企业带来极大的困扰。膜蒸馏由于能够脱除更高浓度的盐分以及更高的脱盐率而逐渐受到各国专家重视并展开了广泛研究，它可以算是迄今为止脱盐效率最高的膜技术，脱盐率高达99%以上。膜蒸馏是上世纪80年代为海水脱盐而研发的疏水膜技术，它是采用微孔疏水膜，以膜两侧蒸汽压差为驱动力的一种新型膜分离过程。膜蒸馏所用的膜为不被待处理溶液润湿的疏水微孔膜，即只有蒸汽能够进入膜孔，液体不能透过膜孔。根据蒸汽扩散到膜冷侧冷凝方式的不同，膜蒸馏一般可分为四种类型:直接接触式膜蒸馏(DCMD)、气隙式膜蒸馏(AGMD)、真空式膜蒸馏(VMD)、气扫式膜蒸馏(SGMD)。其中VMD是恒温的膜过 程，膜透过侧用真空泵抽真空，以造成膜两侧更大的蒸汽压差，挥发组份从冷侧引出后冷凝，这种膜蒸馏过程的热传导损失较小，基本可以忽略。在VMD过程的进料液中混入气体是近几年本领域较受关注的方法。专利CN101659451A涉及一种气提式膜蒸馏高盐水处理方法，该方法采用中空纤维膜组件的直接接触式膜蒸馏，污水在原水箱加热后经热液循环泵与空压机或风机产生的空气形成气液两相流进入膜高温侧，膜透过侧采用循环泵循环流动冷凝水将透过膜的蒸汽和气体冷凝并输送到产水箱，未透过膜的浓水回流至原水箱。供气方式为通过电磁阀的间开间停脉冲进气，这种进气方式的缺点是，对膜本身的冲击较大，并且导致汽水混合不均和汽提作用不连续，同时，对真空侧的操作也造成冲击。专利CN101664642A和文献“鼓气减压膜蒸馏过程研究”(水处理技术，2009，35 (12)，34 37)，也涉及一种鼓气真空膜蒸馏装置和方法，是采用中空纤维膜组件的真空膜蒸馏，抽真空方式为内压式，即管程抽真空，污水走中空纤维膜孔内。该方法也在中空纤维膜组件进口处鼓入低压压缩空气与污水形成气液两相流，原水不包括化工废水，且未限定操作条件。此外，专利CN1526650涉及一种高效率低成本的膜蒸馏海水淡化系统，该专利是在饲水回路连接一结构较为复杂的泡沫发生器，用作微细气泡化装置，在该装置之前设有加压气体供应器，该装置提供的预热加压气体与海水混合成带有高温的工作液体，该工作液体通过微细气泡化装置进行碎解乳化，其中的水分子因为大量曝气而变得微细化，相对的所产生的蒸汽量增加。该专利需用设备较多，结构较为复杂，操作过程繁复，生产成本较高，能耗较大，且所采用的膜材料孔径大小为0.0Ol 0.005 μ m。并且，专利CN1526650给出的膜蒸馏处理体系为海水。上述真空膜蒸馏技术，有的运行过程中热传导损失较大；有的采用空压机或风机鼓入空气，空压机或风机产生的气泡较大，与污水在管路中混合后进入膜组件，由于管路限制，可能会造成气体在水中的分散性不好，汽水混和不均匀等问题；还有的技术所需用设备较多，结构复杂，成本较高，能耗较大，且操作过程繁复。因此，针对目前存在的问题，急需开发一种所需设备简单，气液混合均匀，膜污染小，运行周期长，操作简便，且可用于处理反渗透浓水的真空膜蒸馏技术。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种反渗透浓水的溶气式真空膜蒸馏处理方法。该方法采用溶气泵在热侧废水中溶入气体，通过真空膜蒸馏有效地去除浓水中的污染物，实现浓水中污染物的分离和浓缩。该方法所需设备简单，气液混合均匀，操作简便，膜污染小，运行周期长，膜的运行通量大。用于处理烯烃聚合催化剂生产废水的反渗透浓水，可有效去除废水中的大量盐分、少量COD及其它污染物，降低污水排放量，实现了水资源的高效利用。为此，本发明提供了一种反渗透浓水的溶气式真空膜蒸馏水处理方法，包括:步骤A，反渗透浓水进入加热水箱，加热到预定温度获得预定温度的进水；步骤B，气体与预定温度的进水混合形成预定温度的进水气液混合物；步骤C，预定温度的进水气液混合物从膜蒸馏组件的热侧进入膜蒸馏组件；步骤D，在膜蒸馏组件的透过侧抽真空形成负压；步骤E，在透过侧抽真空作用下，预定温度的进水气液混合物中的气体、水蒸汽透过膜蒸馏组件的膜孔，并在透过侧冷凝形成膜蒸馏产水；其中，步骤B通过溶气泵将气体溶入预定温度的进水形成预定温度的进水气液混合物。根据本发明方法，步骤B中所述气体为氮气、氧气或空气中的一种或二种。所述进水气液混合物中气体与液体的体积比为0.01: I 0.5: I。优选所述进水气液混合物中气体与液体的体积比为0.08:1 0.2:1。根据本发明方法，步骤A中所述反渗透浓水的pH为6.5 8.5，优选所述反渗透浓水的pH为7 8。根据本发明方法，步骤A中所述进水的预定温度为45 95°C。优选所述进水的预定温度为65 85°C。根据本发明方法，步骤C中所述进水气液混合物通过溶气泵进入膜蒸馏组件，所述进水气液混合物的流速为0.3 1.3m/so优选所述进水气液混合物的流速为0.6
1.0m/sο根据本发明方法， 步骤C中所述膜蒸馏组件包括内压式中空纤维膜组件或外压式中空纤维膜组件。所述膜蒸馏组件的膜材料为聚偏氟乙烯或聚丙烯微孔膜材料。所述微孔膜材料的孔径范围为0.1 0.5 μ m，优选所述微孔膜材料的孔径范围为0.15 0.22 μ m。根据本发明方法，步骤D中所述膜蒸馏组件的透过侧为中空纤维膜组件孔内或中空纤维膜组件管程，其中，所述膜蒸馏组件的透过侧压力为-0.01 -0.1MPa0优选所述膜蒸馏组件的透过侧压力为-0.085 -0.1MPa0根据本发明方法，步骤E中所述预定温度的进水气液混合物中的气体、水蒸汽透过膜蒸馏组件的膜孔后，在透过侧冷凝器作用下冷凝形成膜蒸馏产水。根据本发明方法，步骤E中所述膜蒸馏过程产生的膜蒸馏浓水可以作为进水的一部分循环回到加热水箱，或者定期排放进行集中处理。本发明中膜蒸馏系统的热源可以采用工厂低温废热、废蒸汽加热或电加热，或为了降低能耗，充分利用周边废热。根据本发明，所述真空膜蒸馏系统的浓缩倍数控制在5 7倍左右。采用根据本发明方法的溶气式膜蒸馏系统处理反渗透浓水，膜蒸馏的运行通量范围为5 30L/m2.h，膜蒸馏脱盐率高于99%。本发明在常规真空膜蒸馏的基础上，采用溶气泵在热侧废水中溶入气体，气体通过溶气泵可形成较小、较均匀的气泡，溶气泵产生的微细气泡粒径约为20 40 μ m，气体与液体溶解效率高达80 100%，因此，气泡在污水中具有很好的分散性，致使热侧气液混合均匀；气液两相的充分接触，共同连续进入膜蒸馏组件，降低了汽-液界面处的水蒸汽分压和温差极化的影响，提高了膜蒸馏通量；气体均匀的溶入进料浓水，使得热侧膜表面更容易形成一层汽膜，减弱了水和有机溶剂对疏水膜的润湿影响，降低了膜污染，并增强了废水中的扰动作用，同时减少了蒸汽在膜孔内的凝结，延长了膜的清洗周期和使用寿命，并由此延长了膜组件的运行周期，提高了膜蒸馏系统的回收率。采用本发明方法对反渗透浓水进行深度膜蒸馏处理，可以充分利用系统周边的低品位热能，实现反渗透浓水的高度回收利用，最大限度地回收水资源；因此，特别优选的，本发明方法的处理对象主要为烯烃聚合催化剂生产废水的反渗透浓水，其水质情况见表I。
表I烯烃聚合催化剂生产废水的反渗透浓水水质
权利要求
1.一种反渗透浓水的溶气式真空膜蒸馏水处理方法，包括: 步骤A，反渗透浓水进入加热水箱，加热到预定温度获得预定温度的进水； 步骤B，气体与预定温度的进水混合形成预定温度的进水气液混合物； 步骤C，预定温度的进水气液混合物从膜蒸馏组件的热侧进入膜蒸馏组件； 步骤D，在膜蒸馏组件的透过侧抽真空形成负压； 步骤E，在透过侧抽真空作用下，预定温度的进水气液混合物中的气体、水蒸汽透过膜蒸馏组件的膜孔，并在透过侧冷凝形成膜蒸馏产水； 其中，步骤B通过溶气泵将气体溶入预定温度的进水形成预定温度的进水气液混合物。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:步骤B中所述气体为氮气、氧气或空气中的一种或二种；所 述进水气液混合物中气体与液体的体积比为0.0l:1 0.5:1。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于:所述进水气液混合物中气体与液体的体积比为0.08: I 0.2: I。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:步骤A中所述进水的预定温度为45 95。。。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于:所述进水的预定温度为65 85°C。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:步骤C中所述进水气液混合物通过溶气泵进入膜蒸馏组件，所述进水气液混合物的流速为0.3 1.3m/s。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于:所述进水气液混合物的流速为0.6 1.0m/sο
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于:步骤C中所述膜蒸馏组件包括内压式中空纤维膜组件或外压式中空纤维膜组件；所述膜蒸馏组件的膜材料为聚偏氟乙烯或聚丙烯微孔膜材料；所述微孔膜材料的孔径范围为0.1 0.5 μ m，优选所述微孔膜材料的孔径范围为 0.15 0.22 μ mo
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:步骤D中所述膜蒸馏组件的透过侧为中空纤维膜组件孔内或中空纤维膜组件管程，其中，所述膜蒸馏组件的透过侧压力为-0.01 -0.1MPa。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于:所述膜蒸馏组件的透过侧压力为-0.085 -0.1MPa0
全文摘要
本发明涉及一种反渗透浓水的溶气式真空膜蒸馏水处理方法。该方法采用溶气泵在进料端进水中溶入气体，通过真空膜蒸馏有效地去除进水中的污染物，实现进水中污染物的分离和浓缩。该方法所需设备简单，气液混合均匀，能耗及成本较低，操作简便，膜污染小，运行周期长，膜的运行通量大。用于处理烯烃聚合催化剂生产废水的反渗透浓水，可有效去除废水中的大量盐分、少量COD及其它污染物，降低污水排放量，实现了水资源的高效利用。
文档编号C02F1/44GK103193286SQ20121000399
公开日2013年7月10日 申请日期2012年1月6日 优先权日2012年1月6日
发明者张新妙, 杨永强, 赵鹏, 彭海珠 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司北京化工研究院