一种基于正渗透和膜蒸馏的废水处理方法及装置的制作方法

专利名称：一种基于正渗透和膜蒸馏的废水处理方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明属于污水处理领域，具体涉及一种基于正渗透和膜蒸馏的废水处理方法及
>J-U装直。
背景技术：
目前高含盐废水是一种工业生产面临的很难有效处理达标排放的废水，主要代表性废水包括页岩气压裂废水，草甘膦工业废水，硝酸银废水，二氧化钛废水，硫酸铜工业废水，制药废水，印染废水，油田废水等，这些废水不仅具有很高的含盐量，常常也含有很高的化学耗氧量C0D，且具有很低的可生化性。针对高含盐高COD浓度的废水的处理还没有一个具有较广范适用范围的经济高效的处理技术方法。目前高含盐废水的主要处理方法包括化学药剂进行处理，调节废水的酸碱性，蒸馏，或沉淀、离子交换，电渗析以及多效蒸发，反渗透，膜生物反应器等联合使用，多步骤出去废水中的盐度，达到排放的标准。这些处理方法投资大、工艺复杂、能耗高，处理成本高。例如中国专利CN101798150A “高含盐废水的处理方法及其处理装置”公布了一种以RO处理方法为核心的处理方法，为了达到RO系统进水要求，采用加酸调节pH值及碳酸盐硬度，采用钠离子交换器去除永久硬度、采用弱酸离子交换器去除碳酸盐硬度、去除溶解性的CO2的方法来满足RO的进水指标要求，该方法在处理较高含量溶解性盐类废水时离子交换的成本太高，也不适应于高COD含量的废水，应用范围窄，而且处理成本高。专利CNlO 1857321 “反渗透浓水和高含盐复杂废水处理与回用方法及设备”公布了采用管式膜分离再经过RO装置处理的方法，该方法需要大量化学药剂，处理成本高，不适用于重金属离子较低的高含盐废水和高C OD废水。专利CN102001776公布了一种“高含盐有机废水的回用处理方法和装置”，采用加入化学药剂沉淀过滤的方法去除水中重金属离子，采用电吸附脱盐、电解氯技术降低水中盐浓度的方法，该方法处理成本高、能耗高，而且同样应用范围较窄；专利CN102583876公布了一种“高含盐污水的处理装置及其处理方法”，采用电渗析的方法降低盐浓度，采用生化池降低废水中的COD，该方法在废水中盐浓度很高时电渗析成本很高，脱盐效率降低，在废水可生化性较低时去除COD的效果很差，同样具有很多的局限性；专利CN102092887 “高浓度高含盐工业废水处理系统与方法”中，采用调节池、中和池、沉淀池、电凝聚、A/0生物接触氧化池、沉淀迟、活性炭过滤消毒等一系列处理工艺，工艺流程复杂，占地大，投资和运行成本高，也不适合于可生化性较差的高含盐高COD废水的处理；专利CN102616973“高含盐有机废水的处理方法及其处理装置”中，采用多效蒸发与MVR系统结合的工艺技术，相对于一般多效蒸发可以有效降低能耗，但对于腐蚀性高的高含盐废水，设备投资高昂，能耗仍然很高；专利CN102390902 “高含盐浓水干化处理系统”中，采用多效蒸发结晶的处理工艺，设备投资高，运行能耗高，适用范围小；专利CN102616996 “一种处理高含盐量的混合废水的方法和专用系统”中，采用A2/0生化处理工艺后再经过超滤膜过滤后采用RO处理的工艺，设备投资较高，占地面积大，对于可生化性低的高含盐废水无法有效运行；专利CN102642947 “高含盐有机废水的超临界水氧化处理系统”、专利CN102249461 “高含盐高含氯有机废水的超临界水氧化处理系统”中，采用超临界水氧化处理系统(SCWO)与蒸发相结合的处理技术，设备投资高，运行能耗高；专利CN102363546 “一种高含盐制药废水的处理系统”中，采用催化微电解+双氧水催化氧化+光合菌厌氧系统+光合菌好氧系统+混凝脱色池的处理工艺，主要针对的制药行业特定的某些具有一定含盐量的高COD废水的处理；专利CN101402509 “处理高含盐废水的污水处理系统及处理方法”中，采用生化处理系统与盐结晶系统相结合，其中盐结晶系统采用膜生物反应器(MBR) +超滤+ 二级反渗透的工艺，整体工艺流程长，占地面积大，投资及运行费用高，而且对于盐含量超过5%的废水或可生化性差的废水处理效果差。总体来看，以上方法分别存在处理成本高、投资大、RO膜污染严重、处理水源盐浓度偏低等缺点，对于可生化性差的废水效果差等不足，在高含盐高COD浓度废水的处理上不能得到大范围的推广。特别是反渗透过程已经广泛应用于海水淡化，锅炉水处理，由于其大规模应用，成本逐年降低。但是反渗透过程必须克服废水的高渗透压，所以直接利用反渗透过程处理高含盐废水无论从实践和能耗上均是不可行的。另外反渗透的浓水排放问题已经越来越引起关注，因为该类浓排水已经成为新一类的污染源。因此，寻找反渗透的替代方法已经成为新的研究方向。正渗透和膜蒸馏过程膜法水处理技术的新研究成果。相比于反渗透，正渗透和膜蒸馏被誉为新一代、低能耗海水淡化技术。

正渗透的原理为利用选择性半透膜为分离介质，以膜两侧的溶液的渗透压差为推动力，在不需外加压力的作用下，水分子自动从进料侧渗透到高渗透压侧(驱动液侧)。在此过程中，进料液被浓缩，驱动液被稀释。由于过程自发，选择适当的驱动溶液就可以实现对进料的浓缩处理，因而该过程与反渗透过程相比，具有能耗低，环境友好的优势。而膜蒸馏则是以疏水膜为分离介质，在远离水的沸点的情况下，利用膜两侧的蒸汽分压差为推动力，实现对废水的浓缩和回用。膜蒸馏采用疏水性的膜材料，只能允许气体透过膜，而水则不能透过膜，其分离驱动力为膜两侧的气体分压差，膜蒸馏原料侧溶液一般需要较高的温度提供较高的气体分压，而另一侧采用较低温度的液体或抽真空的方式降低气体分压，因此膜蒸馏技术又分为直接接触式膜蒸馏(DCMD)技术和真空膜蒸馏(VMD)技术，另外采用气体吹扫的方法也可以有效降低产水侧的气体分压。由于膜蒸馏膜只能允许蒸汽透过，所有具有较高的截留率，可以处理高浓度的水溶液。可用于生物制品浓缩，食品加工，以及高含盐废水的处理。从理论上讲，膜蒸馏是唯一一个一步就可以得到纯净水的膜过程。同时，膜蒸懼技术相对于一般蒸懼技术，其膜材料一般为高分子材料，具有很好的耐腐蚀性能，节省了蒸馏设备昂贵的造价，同时膜蒸馏膜提供了普通蒸馏所不具有的高比表面积，在较低的操作温度下水蒸汽透量即可满足要求，一般可以利用低品位的热源(如废热、太阳能、地热等)，具有很好的经济性能。膜蒸馏过程与反渗透相比，具有能耗低，可处理水的适用范围广的特点。但是，膜蒸馏过程的膜污染问题是影响膜蒸馏应用的瓶颈。膜蒸馏过程的污染的产生包括溶液中有机物、微生物、以及一些易结构盐类的存在导致膜的疏水性降低，甚至膜润湿因而运行失败。因此膜污染导致膜蒸馏过程的适用性大大降低。如果使用组分确定、组成相对单一、不易结垢和不易污染膜的进料液将提高膜蒸馏的运行稳定性，但是实际应该中的水质去非常复杂，所以直接用膜蒸馏发出利很多废水都无法解决膜污染问题。
与此相对应，正渗透过程利用高渗透压，且组分确定的驱动液对进料进行浓缩，运行过程中驱动液被稀释，而驱动液的有效、低能耗回收是正渗透应用的关键。有鉴于正渗透的驱动液回收问题和膜蒸馏的污染问题，本发明将结合正渗透和膜蒸馏的优势，利用正渗透过程对高含盐废水进行处理，利用膜蒸馏技术对正渗透驱动液进行回收，实现高含盐废水的低能耗处理和回用。

发明内容
本发明的目的在于提供一种处理农药生产废水、工业废水等高含盐高COD浓度的废水处理方法及装置。本发明首先公开了一种基于正渗透和膜蒸馏的废水处理方法，包括废水浓缩工艺和驱动液循环工艺；其中，所述废水浓缩工艺为采用正渗透技术，通过驱动液对高含盐高COD浓度废水进行浓缩，获得浓缩后的废水和稀释后的驱动液，所述驱动液的渗透压高于高含盐高COD浓度废水的渗透压；所述驱动液循环工艺为采用膜蒸馏技术对稀释后的驱动液进行脱水，获得纯化后的水(纯化水)，以及再生驱动液；所述再生驱动液重复利用于废水浓缩工艺，继续用于对废水进行浓缩。较优的，所述基于正渗透和膜蒸馏的废水处理方法，其步骤如下:I)废水浓缩工艺:首先对高含盐高COD浓度废水进行预处理，除去废水中的悬浮物和/或固体物质；预处理后的废水进入正渗透组件，在渗透压的作用下，废水中的水透过正渗透组件的正渗透膜进入驱动液，通过正渗透组件后，分别获得浓缩后的废水和稀释后的驱动液；浓缩后的废水进一步处理后排放；2)驱动液循环工艺:稀释后的驱动液从正渗透组件中流出，加热升温至40 65°C，获得热驱动液；所述热驱动液进入膜蒸馏组件；在水蒸气分压差的驱动下，热驱动液中的水以水蒸气的形式透过膜蒸馏组件的疏水微孔膜进入产水侧；进入产水侧的水蒸气冷凝回收后获得纯化水，热驱动液失水浓缩，获得再生驱动液；3)将驱动液循环工艺获得的再生驱动液重新应用于废水浓缩工艺，实现驱动液的循环利用，以及高含盐高COD浓度废水的持续处理。本发明所述高含盐高COD浓度废水为总溶解性固体含量在100000 200000mg/l，COD含量小于等于2000mg/l的废水。进一步的，本发明所述高含盐高COD浓度废水包括页岩气压裂废水，草甘膦工业废水，硝酸银废水，二氧化钛废水，硫酸铜工业废水，制药废水，印染废水，油田废水等。本发明中待处理的高含盐高COD浓度废水，以及驱动液浓度均未达到饱和结晶浓度。驱动液的渗透压高于待处理废水的渗透压。采用正渗透法处对废水进行浓缩时，正渗透膜驱动液侧，驱动液的温度范围为5 95°C ;优选为10 45°C ;最优的为15 40°C。本发明所述高含盐高COD浓度废水的预处理为现有技术，其目的为除去废水中的悬浮物、固体物质及部分COD等，便于后续废水的进一步处理。较优的，步骤I)所述预处理为采用混凝沉降法去除水中悬 浮物和部分C0D，采用多介质过滤器和活性炭过滤器进行过滤处理，或者采用保安过滤器进行过滤，去除水中较大的固体物质。本发明的正渗透膜的材料和结构为现有技术。较优的，步骤I)所述正渗透膜材料选自三醋酸纤维素、醋酸纤维素、聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈、磺化聚醚醚酮、聚偏氟乙烯、聚酰亚胺中的一种或两种以上的组合。正渗透膜的膜结构包括对称双皮层结构，非对称单皮层结构复合膜，以及界面聚合膜。优选的，本发明的正渗透膜NaCl的截流率不低于90%。以
0.5M的NaCl水溶液为驱动溶液，纯净水为进料，其水通量在致密皮层面对驱动液的前提下，其反向盐透过速率与水通量的比值低于3g / L0本发明驱动液的渗透压应高于高含盐高COD浓度废水的渗透压，才能在渗透压的驱动作用下，使废水中的水透过正渗透膜进入驱动液。由于膜材料两侧液体渗透压的不同，废水侧的渗透压低于驱动液侧的渗透压，水从废水侧在渗透压的驱动下进入驱动液侧，废水中的以离子或络合物形态存在的盐类和有机物被FO膜(正渗透膜)截留在原料侧，在正渗透膜的出口处，废水被提浓至接近结晶浓度，从而达到一次性地将污染物浓缩分离的目的。步骤I)中浓缩后的废水的进一步处理选自冷却结晶，蒸发或再一次通过正渗透组件进一步浓缩。经过浓缩后废水的体积大大减少，可以以较低成本的工艺进一步处理后排放。本发明所采用的驱动液可采用现有技术的驱动液。较优的，所述驱动液溶质选自无机盐类、有机小分子、有机小分子盐类、高分子聚电解质、蛋白质、微细粒子中的任一种，所述驱动液溶剂为水。更优的，所述无机盐类选自NaCl、KCl、MgCl2、KNO3、NaNO3、NH4HCO3、Na2SO4、K2SO4、Ca(NO3) 2、(NH4)2HPO4, (NH4)3PO4, Na3PO4中的一种或两种以上的组合；所述有机小分子选自维生素C、葡萄糖、蔗糖、果糖、甘油、乙二醇及其寡聚物，氨基酸中的一种或两种以上的组合；所述有机小分子盐类选自乙二胺、EDTA、DTPA、乙酸镁、乙酸钠中的一种或两种以上的组合；所述高分子聚电解质选自聚乙烯胺、聚丙烯酸、聚酰胺基胺盐酸盐、硫酸盐、磺化聚苯乙烯中的一种或两种以上的组合；所述蛋白质选自牛血清蛋白、磁性储铁蛋白中的一种或两者的组合；所述微细粒子选自改性磁性纳米粒子、改性金纳米粒、树枝状高分子聚酰胺基胺、温度敏感高分子凝胶中的一种或两种以上的组合。

较优的，步骤2)所述膜蒸馏技术(MD)选自直接接触膜蒸馏工艺(DCMD)、真空膜蒸馏工艺(VMD)或吹扫气膜蒸馏工艺。更优的，采用直接接触膜蒸馏工艺(DCMD)处理稀释后的驱动液时，使外源纯水进入膜蒸馏组件的产水侧，透过疏水微孔膜的水蒸汽被外源纯水冷却吸收后，随外源纯水离开膜蒸馏组件，冷却，获得纯化水。本工艺的优点是工艺简单，对设备要求较低，缺点是热效率较低。更优的，采用真空膜蒸馏工艺(VMD)处理稀释后的驱动液时，疏水微孔膜产水侧采用真空泵抽取透过膜蒸馏膜进入产水侧的水蒸气，然后水蒸气冷凝，获得纯化水。该方法中，未冷凝的水蒸气和不凝气被真空泵抽吸排放，该工艺的优点是可以有效提高膜蒸馏膜两侧水蒸汽分压差，热效率能得到较好的利用，缺点是对设备要求较高。更优的，采用吹扫气膜蒸馏工艺处理稀释后的驱动液时，膜蒸馏产水侧有进气口和出气口，出气口采用真空泵抽吸，进气口与大气相通，通过真空泵抽吸将空气吸入膜蒸馏元件，对透过疏水微孔膜的水蒸气吹扫收集，冷凝后获得纯化水。该方法能有效降低产水侧的水蒸气分压，并降低了产水侧温度，从而提高膜两侧水蒸气压差，这种工艺优点是减少了膜蒸馏系统部分的投资，不需要专门的冷源，适合在余热资源丰富和水资源不紧缺的条件下应用。本发明采用膜蒸馏工艺对稀释后的驱动液进行浓缩脱水，相对于直接蒸发浓缩技术或多效蒸发浓缩技术来讲，其优点主要为膜蒸馏的工作温度范围为相对较低，一般工作范围为10-100°c，推荐工作温度范围为30-80°C，更优选40-65°C，在这个温度范围内可以采用工厂废热，太阳能，地热等低品位的热源，而不需要高品质高价值的热源，达到降低成本的目的。在驱动液循环工艺中，驱动液升温至40 65°C后，热驱动液进入膜蒸馏组件原料侧，膜蒸馏的膜材料采用高疏水的材料制成，因此液态的水不能透过膜，只有水蒸气等气体可以透过膜进入产水侧，由于驱动液温度较高，其水蒸气高于产水侧水蒸汽分压，在膜两侧水蒸气分压差的驱动下，水蒸汽从驱动液侧进入产水侧，驱动液失去水分被浓缩，最后作为再生驱动液回到正渗透系统，从而达到了驱动液循环利用的目的。本发明步骤2)的加热升温可以采用现有的加热方法对驱动液进行加热升温；优选的，可以采用工厂废热，太阳能或地热等热源。最优的，可以采用废水处理系统内自身的热能。较优的，本发明所述废水处理方法还包括热量循环利用工艺，所述热量循环利用工艺为采用再生驱动液的余热加 热升温步骤2)稀释后的驱动液，获得热驱动液；和/或采用产水侧纯化水的余热加热升温步骤2)稀释后的驱动液，获得热驱动液。再生驱动液余热:由于从膜蒸馏组件原料侧出来的再生驱动液还有一定的温度，在进入正渗透膜组件前需要进行冷却，为了有效利用其中的热能，采用热量交换的方法，与从正渗透膜组件流出的温度较低的稀释后的驱动液进行热交换，既利用了热能，又减少了需要的冷却负荷。更优的，当采用再生驱动液的余热时，所述热量循环利用工艺为:将从膜蒸馏组件中流出的带有余热的再生驱动液输送到换热器，通过直接换热的方法，与从正渗透组件流出的稀释后的驱动液进行热交换；或者将从膜蒸馏组件中流出的带有余热的再生驱动液输送到热泵装置的蒸发器，再经热泵装置的换热器与从正渗透组件出口流出的稀释后的驱动液进行热交换。通过热泵技术可以使带有余热的再生驱动液转化成温度更高(品位更高)的热能，用于后续的热量交换。—方面，驱动液余热加热技术可以采用驱动液直接经过换热器进行热量交换，工艺流程示意图见图4，从膜蒸馏组件原料侧出来的再生驱动液还有一定的温度，在进入正渗透膜元件前需要进行冷却，为了有效利用其中的热能，采用直接换热的技术，进入换热器与从正渗透膜元件出口的冷驱动液进行热交换，既利用了热能，又减少了需要的冷却负荷。另一方面，驱动液余热加热技术还可以采用热泵技术，工艺流程示意图见图5，从膜蒸馏组件出来的带余热的再生驱动液进入热泵装置中的蒸发器，加热热泵换热介质，驱动液温度被冷却到常温，然后进入正渗透膜组件中，而热泵将换热介质升温后压缩，温度进一步上升，进入换热器加热从正渗透膜组件出来的冷驱动液，这样达到了余热高效利用的目的。产水侧纯化水余热当步骤2)采用直接接触式膜蒸馏工艺(DCMD)处理稀释后的驱动液时，产水侧纯化水余热的利用可以采用热水直接换热技术和/或热水热泵技术；当步骤2)采用真空膜蒸馏工艺(VMD)或吹扫气膜蒸馏工艺处理稀释后的驱动液时，产水侧纯化水余热的利用可以采用蒸汽直接加热技术、蒸汽热泵技术和/或蒸汽再压缩升温加热技术。更优的，所述热水直接换热技术为:使从膜蒸馏组件中流出的带有余热的产水侧纯化水流经换热器，通过直接换热的方法，与从正渗透组件流出的稀释后的驱动液进行热交换。热水直接换热技术该技术流程简单，投资省，但热能利用率较低，见图6，膜蒸馏采用直接接触式DCMD工艺，即产水侧利用外源纯水循环吸收透过膜的水蒸气，水在吸收水蒸气后温度升高，这部分水离开膜蒸馏组件后进入换热器，预热从正渗透组件中出来的冷驱动液，同时热水也达到了冷却的目的。更优的，所述热水热泵技术为:将从膜蒸馏组件中流出的带有余热的产水侧纯化水输送到热泵装置的蒸发器，再经热泵装置的换热器与从正渗透组件流出的稀释后的驱动液进行热交换。产水侧纯化水流经热泵装置的蒸发器时，能够将低品位热能转化成高品位热能，用于后续的热量交换。本发明采用热水热泵技术的目的是为了提高热水直接换热技术的热能利用效率，其工艺流程示意图见说明书附图7。在膜蒸馏组件的产水侧，外源纯水在膜蒸馏组件内吸收透过膜的水蒸气后温度升高，离开膜蒸馏组件后进入热泵系统内蒸发器，加热热泵换热介质，热水自身得到冷却，热泵换热介质温度升高后经过压缩温度进一步升高进入换热器，加热从正渗透膜组件出来的低温驱动液，这样提高了换热温差，热能得到更好的利用。更优的，所述蒸汽直接加热技术为:抽吸透过疏水微孔膜的水蒸气，通过换热器与从正渗透组件流出的稀释后驱动液进行热交换。

膜蒸馏采用真空膜蒸馏(VMD)工艺时，透过膜蒸馏膜的水蒸气通过真空泵或压缩机抽取，这部分水蒸气的热能的利用可以采用直接换热技术利用，见图8，与热水换热技术工艺类似，该工艺流程简单，投资省，但热能利用稍低，但比热水直接换热技术稍好。具体过程为透过膜蒸馏膜的热蒸汽被抽吸离开膜蒸馏组件直接进入换热器加热从正渗透组件出来的低温驱动液，热蒸汽被冷却成水离开换热器。更优的，所述蒸汽热泵技术为:抽吸透过疏水微孔膜的水蒸气，将其输送到热泵装置的蒸发器，再经热泵装置的换热器与从正渗透组件流出的稀释后的驱动液进行热交换。采用蒸汽热泵技术的目的是为了提高蒸汽直接换热技术的热效率，其工艺流程示意图见说明书附9，透过疏水微孔膜的热水蒸气被抽吸离开膜蒸馏组件后进入热泵系统蒸发器，加热热泵换热介质，水蒸气被冷却成水，热泵换热介质被加热并压缩后温度进一步升高，进入热泵装置的换热器加热从正渗透组件出来的冷驱动液，这样提高了换热温差，热能得到更好的利用。这个工艺的优点是低品位的热能得到更好的利用，缺点是热泵投资较高，适合较大规模的系统。更优的，所述蒸汽再压缩升温加热技术为:抽吸透过疏水微孔膜的水蒸气，首先通过压缩风机压缩、然后经换热器与从正渗透组件流出的稀释后的驱动液进行热交换。蒸汽压缩加热技术工艺流程示意图见图10，具体过程为透过疏水微孔膜的水蒸汽经过压缩机抽吸后离开膜蒸馏组件进入压缩风机压缩后压力温度升高，这部分热蒸汽温度较高，温差比蒸汽直接加热技术温差加大，进入换热器加热从正渗透组件流出的冷驱动液，热蒸汽被冷凝成热水，提高了换热效率，该技术相对于蒸汽直接换热技术提高了热能利用效率，相对于蒸汽热泵技术，工艺流程较简单，减少了投资。热能资源的充分利用系统关系到本发明的经济性。本发明采用再生驱动液余热利用技术、产水侧纯化水或产水侧水蒸汽余热利用技术及其组合技术来达到热能充分利用的目的，减少新增能源需求，实现优越的经济性能。本发明第二方面公开了一种采用前述方法处理高含盐高COD浓度废水的装置，包括废水浓缩系统、驱动液循环系统以及纯水收集系统；a所述废水浓缩系统包括废料罐、废水进料泵、预处理设备、过滤器和正渗透组件，所述正渗透组件包括废液入口，废液出口，驱动液入口以及驱动液出口 ；b所述驱动液循环系统包括驱动液槽、驱动液进料泵、换热器、循环泵以及膜蒸馏组件；所述膜蒸馏组件包括原料液入口，原料液出口，产水侧入口以及产水侧出口 ；c所述纯水收集系统包括换热器和集水箱；所述废料罐、废水进料泵、预处理设备、过滤器以及正渗透组件的废料入口通过管道依次连接；所述驱动液槽、驱动液进料泵以及正渗透组件的驱动液入口通过管道依次连接，所述正渗透组件的驱动液出口与循环泵、驱动液循环系统的换热器、膜蒸馏组件的原料液入口通过管道依次连接，所述膜蒸馏组件的原料液出口通过管道与正渗透组件的驱动液入口连接；所述膜蒸馏组件的产水侧出口通过管道依次与纯水收集系统的换热器和集水箱连接。更优的，所述正渗透组件的驱动液出口通过回流管道与驱动液槽连通；所述驱动液循环系统还包括缓冲槽和缓冲槽进料泵，所述膜蒸馏组件的原料液出口通过回流管道与缓冲槽的入口连通，所述缓冲槽的出口与缓冲槽进料泵连接，并通过管道与膜蒸馏组件的原料液入口连通。更优的，在采用直接接触膜蒸馏工艺时，所述纯水收集系统还包括集水箱进料泵，所述集水箱、集水箱进料泵以及膜蒸馏组件产水侧入口通过管道依次连接。当利用产水侧纯化水的余热加热升温稀释后的驱动液时，驱动液循环系统与纯水收集系统可采用同一换热器。本发明的废水处理方法和设备可处理不同来源和领域的废水，并且循环利用驱动液，收集纯化水，具有废水的广泛适用性，运行稳定、处理成本低等优点。


图1:F0-DCMD耦合工艺流程2 =FO-VMD耦合工艺流程3:F0-吹扫气膜蒸馏工艺流程示意4:驱动液余热直接换热流程示意5:热泵技术利用驱动液余热流程示意6 =DCMD产水余热直接换热流程示意图

图7:热泵技术利用DCMD产水余热流程示意8 =VMD产水侧蒸汽直接换热流程示意图
图9:热泵技术利用VMD产水侧蒸汽余热流程示意10:VMD产水侧蒸汽再压缩后换热流程示意图1.废料罐2.废水进料泵3.预处理设备4.过滤器5.正渗透组件6.驱动液槽7.驱动液进料泵8.循环泵9.换热器10.膜蒸馏组件11.压缩风机12.集水箱进料泵14.集水箱15.热泵16.缓冲罐17.真空泵18.缓冲槽19.缓冲槽进料泵
具体实施例方式实施例1:F0-MD耦合工艺处理页岩气压裂废水页岩气压裂废水指标如表I所示:表1:页岩气压裂废水指标
权利要求
1.一种废水处理方法，其特征在于，包括废水浓缩工艺和驱动液循环工艺；其中，所述废水浓缩工艺为采用正渗透技术，通过驱动液对高含盐高COD浓度废水进行浓缩，获得浓缩后的废水和稀释后的驱动液，所述驱动液的渗透压高于高含盐高COD浓度废水的渗透压；所述驱动液循环工艺为采用膜蒸馏技术对稀释后的驱动液进行脱水，获得纯化水，以及再生驱动液；所述再生驱动液重复利用于废水浓缩工艺，继续用于对废水进行浓缩。
2.如权利要求1所述的废水处理方法，其特征在于，步骤如下: 1)废水浓缩工艺:首先对高含盐高COD浓度废水进行预处理，除去废水中的悬浮物和/或固体物质；预处理后的废水进入正渗透组件，在渗透压的作用下，废水中的水透过正渗透组件的正渗透膜进入驱动液；通过正渗透组件后，分别获得浓缩后的废水和稀释后的驱动液；浓缩后的废水进一步处理后排放； 2)驱动液循环工艺:稀释后的驱动液从正渗透组件中流出，加热升温至40 65°C，获得热驱动液；所述热驱动液进入膜蒸馏组件；在水蒸气分压差的驱动下，热驱动液中的水以水蒸气的形式透过膜蒸馏组件的疏水微孔膜进入产水侧；进入产水侧的水蒸气冷凝回收后获得纯化水，热驱动液失水浓缩，获得再生驱动液； 3)将驱动液循环工艺获得的再生驱动液重新应用于废水浓缩工艺，实现驱动液的循环利用，以及高含盐高COD浓度废水的持续处理。
3.权利要求2所述的废水处理方法，其特征在于，步骤I)所述预处理为采用混凝沉降法去除水中悬浮物和部分C0D，采用多介质过滤器和活性炭过滤器进行过滤处理，和/或采用保安过滤器进行过滤。
4.权利要求1或2任一权利要求所述的废水处理方法，其特征在于，所述驱动液的溶质选自无机盐类、有机小分子、有机小分子盐类、高分子聚电解质、蛋白质、微细粒子中的任一种；驱动液的溶剂为水。
5.权利要求4所述的废水处理方法，其特征在于，所述无机盐类选自NaCl、KCl、MgCl2、KN03>NaNO3>NH4HCO3>Na2SO4,K2SO4, Ca (NO3) 2、(NH4)2HPO4' (NH4) 3P04、Na3PO4 中的一种或两种以上的组合；所述有机小分子选自维生素C、葡萄糖、蔗糖、果糖、甘油、乙二醇及其寡聚物，氨基酸中的一种或两种以上的组合；所述有机小分子盐类选自乙二胺、EDTA、DTPA、乙酸镁、乙酸钠中的一种或两种以上的组合；所述高分子聚电解质选自聚乙烯胺、聚丙烯酸、聚酰胺基胺盐酸盐、硫酸盐、磺化聚苯乙烯中的一种或两种以上的组合；所述蛋白质选自牛血清蛋白、磁性储铁蛋白中的一种或两者的组合；所述微细粒子选自改性磁性纳米粒子、改性金纳米粒、树枝状高分子聚酰胺基胺、温度敏感高分子凝胶中的一种或两种以上的组合。
6.权利要求1或2任一权利要求所述的废水处理方法，其特征在于，所述膜蒸馏技术选自直接接触膜蒸馏工艺、真空膜蒸馏工艺或吹扫气膜蒸馏工艺。
7.权利要求1或2任一权利要求所述的废水处理方法，其特征在于，所述废水处理方法还包括热量循环利用工艺，所述热量循环利用工艺为利用再生驱动液的余热，通过换热器加热升温步骤2)稀释后的驱动液，获得热驱动液，和/或利用产水侧纯化水的余热，通过换热器加热升温步骤2)稀释后的驱动液，获得热驱动液。
8.一种采用权利要求1-7任一权利要求所述废水处理方法处理高含盐高COD浓度废水的装置，包括废水浓缩系统、驱动液循环系统以及纯水收集系统；其中， I)所述废水浓缩系统包括废料罐、废水进料泵、预处理设备、过滤器和正渗透组件，所述正渗透组件包括废液入口，废液出口，驱动液入口以及驱动液出口 ； 2)所述驱动液循环系统包括驱动液槽、驱动液进料泵、换热器、循环泵以及膜蒸馏组件；所述膜蒸馏组件包括原料液入口，原料液出口，产水侧入口以及产水侧出口 ； 3)所述纯水收集系统包括换热器和集水箱；所述废料罐、废水进料泵、预处理设备、过滤器以及正渗透组件的废料入口通过管道依次连接；所述驱动液槽、驱动液进料泵以及正渗透组件的驱动液入口通过管道依次连接，所述正渗透组件的驱动液出口与循环泵、驱动液循环系统的换热器、膜蒸馏组件的原料液入口通过管道依次连接，所述膜蒸馏组件的原料液出口通过管道与正渗透组件的驱动液入口连接；所述膜蒸馏组件的产水侧出口通过管道依次与纯水收集系统的换热器和集水箱连接。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述正渗透组件的驱动液出口通过回流管道与驱动液槽连通；所述驱动液循环系统还包括缓冲槽和缓冲槽进料泵，所述膜蒸馏组件的原料液出口通过回流管道与缓冲槽的入口连通，所述缓冲槽的出口与缓冲槽进料泵连接，并通过管道与膜蒸馏组件的原料液入口连接。
10.权利要求1-7任一权利要求所述的废水处理方法，以及权利要求8或9所述装置在高含盐高COD浓度废水处理中的应`用。
全文摘要
本发明属于污水处理领域，具体涉及一种基于正渗透和膜蒸馏的废水处理方法和装置。本发明的基于正渗透和膜蒸馏的废水处理方法，包括废水浓缩工艺和驱动液循环工艺；其中，所述废水浓缩工艺为采用正渗透技术，通过驱动液对高含盐高COD浓度废水进行浓缩，获得浓缩后的废水和稀释后的驱动液；所述驱动液循环工艺为采用膜蒸馏技术对稀释后的驱动液进行脱水，获得纯化后的水，以及再生驱动液；所述再生驱动液重复利用于废水浓缩工艺，继续用于对废水进行浓缩。本发明的高含盐高COD浓度废水处理方法和设备可处理不同来源和领域的废水，具有废水的广泛适用性，运行稳定、处理成本低等优点。
文档编号C02F1/08GK103073146SQ201310047940
公开日2013年5月1日 申请日期2013年2月6日 优先权日2013年2月6日
发明者何涛, 赵宝龙, 李雪梅, 王周为, 宋健峰, 李刚, 陈刚, 肖佩佩, 曾楚怡, 殷勇, 李春霞, 孔丁峰, 朱黎澜 申请人:上海中科高等研究院