一种循环式正渗透与渗透汽化一体化的水处理方法
【专利摘要】一种循环式正渗透与渗透汽化一体化的水处理方法，它涉及一种水处理的方法。本发明是要解决现有水处理膜过程中膜污染严重、浓盐水难处理的问题。方法：一、原水进入正渗透单元，通过汲取液的渗透压作用完成污染物或/和盐分与水的分离，汲取液被同步稀释；二、被稀释汲取液进入渗透汽化单元，通过膜两侧蒸汽压差作用完成汲取剂与水蒸汽的分离，水蒸汽冷凝，汲取液被同步浓缩；三、步骤二中被浓缩汲取液重新进入正渗透单元，通过步骤一得到二次稀释的汲取液，继而再次进入步骤二，实现正渗透与渗透汽化一体化。本发明用于饮用水处理、海水淡化。
【专利说明】一种循环式正渗透与渗透汽化一体化的水处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种水处理的方法。
【背景技术】
[0002]全球水资源短缺已成为共识，寻求高效水处理技术成为研究难点与热点。膜分离技术以其分离效率高、占地面积小、自动化程度高、化学药剂少等优势占据水处理领域中的重要一席，成为水厂常规处理工艺的有益补充。近年来，超滤膜水厂、反渗透海水淡化厂在我国天津、东营等地相继建立，膜技术在水处理领域发展迅速。
[0003]常规膜分离技术采用膜两侧压力差实现污染物与水的分离，表现出能耗高、易污染等缺点，据其分离尺寸大小可分为微滤、超滤、纳滤、反渗透；随着分离半径逐渐变小，过滤阻力逐渐变大，原水逐渐浓缩，易形成压力式膜污染和产生反渗透浓盐水，需采取二次处理。解决膜污染与浓盐水问题成为膜技术发展瓶颈。
【发明内容】
[0004]本发明是要解决现有水处理膜过程中膜污染严重、浓盐水难处理的问题，而提供一种循环式正渗透与渗透汽化一体化的水处理方法。
[0005]本发明一种循环式正渗透与渗透汽化一体化的水处理方法是按以下步骤进行:
[0006]一、将原水经加热后通过正渗透组件低渗透压侧，同时在正渗透组件高渗透压侧通入汲取液，原水与汲取液在正渗透膜两侧形成错流，原水与汲取液的相对错流速度为6cm/s~24cm/s，通过渗透作用完成水处理，同时得到稀释的汲取液；正渗透产水速率为0.5L/m2Xh ~100L/m2Xh ；
[0007]所述原水为 受污染的水源水和海水；其中受污染的水源水和海水中污染物为天然腐殖质、蛋白质类、多聚糖类、内分泌干扰物、新型微污染、重金属或盐分中的一种或其中几种的混合物；所述正渗透组件包含正渗透膜，所述正渗透膜是材料为醋酸纤维素、聚酰胺、聚乙烯醇、聚哌嗪、聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈或聚醚醚酮中的一种或其中几种的混合的致密性亲水膜，正渗透膜的形式为单层膜或复合膜，正渗透组件为平板膜、中空纤维膜、管式膜或卷式膜；所述汲取液为海水、反渗透浓盐水、氯化镁、氯化钠、多糖或聚合电解质中的一种或其中几种的混合物；所述正渗透产水速率为单位时间内原水经单位面积正渗透膜透过而在高渗透压侧得到的纯水产出量；
[0008]二、将步骤一得到的稀释后的汲取液进行加热，待温度升至35°C~105°C后，通入到渗透汽化组件的料液侧，同时在渗透汽化组件的蒸汽冷凝侧通入温度为10°c~25°C的冷凝水，稀释后的汲取液与冷凝水在渗透汽化膜两侧形成错流，得到浓缩后的汲取液；渗透汽化产水速率为0.5L/m2Xh~100L/m2Xh ；
[0009]所述渗透汽化组件包含渗透汽化膜，所述渗透汽化膜是材料为醋酸纤维素、聚酰胺、聚乙烯醇、聚哌嗪、聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈或聚醚醚酮中的一种或其中几种的混合物的致密性的水蒸气优先透过膜或水溶液不透过膜，渗透汽化膜的形式为单层膜或复合膜，渗透汽化组件为平板膜、中空纤维膜、管式膜或卷式膜；所述渗透汽化产水速率为单位时间内稀释后的汲取液经单位面积渗透汽化膜透过而在蒸汽冷凝侧得到的纯水产
出量;
[0010]三、将步骤二得到的浓缩后的汲取液，再次通入到步骤一所述正渗透组件高渗透压侧，重复步骤一和步骤二，完成循环式正渗透与渗透汽化一体化水处理。
[0011]本发明的有益效果是:
[0012]1、本发明将渗透压驱动过程、蒸汽压驱动过程优势互补而循环利用，实现水体污染物低压去除、膜低污染、汲取液循环再生，其系统效率优于单独渗透压驱动过程或蒸汽压驱动过程，更优于其他压力式膜处理技术、水处理技术。渗透汽化作为正渗透汲取液循环利用单元，二者一体化共同产出饮用水，达到国家《生活饮用水卫生标准》。具有除污脱盐效率高、膜污染低、运行周期长、操作自动化等优点。
[0013]2、本发明中渗透汽化技术能够高效浓缩正渗透汲取液，实现正渗透汲取液的循环利用。正渗透膜以膜两侧溶液的渗透压差为驱动力，实现水从低渗液向高渗液的自发流动，因其无压或低压运行工况，正渗透技术能够很好地减轻膜污染；另一方面，反渗透浓盐水可以用作正渗透汲取液，同步实现受污水源水与浓盐水的处理。对水源水和海水中天然腐殖质、蛋白质类、多聚糖类、内分泌干扰物、新型微污染物、重金属、盐分等污染物的去除率达到95%以上。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为循环式正渗 透与渗透汽化一体化的水处理方法工艺流程图；
[0015]其中I为原料液槽、2为阀门、3为水泵、4为加热器、5为温度表、6为正渗透组件、7为流量计、8为汲取液槽、9为渗透汽化组件、10为冷凝器、11为冷凝水槽；
[0016]图2为试验二中正渗透产水速率与渗透汽化产水速率随时间变化曲线；其中?表示正渗透产水速率，渗透汽化产水速率；
[0017]图3为试验三中正渗透产水速率与渗透汽化产水速率随时间变化曲线；其中?表示正渗透产水速率，渗透汽化产水速率。
【具体实施方式】
[0018]【具体实施方式】一:本实施方式一种循环式正渗透与渗透汽化一体化的水处理方法是按以下步骤进行:
[0019]一、将原水经加热后通过正渗透组件低渗透压侧，同时在正渗透组件高渗透压侧通入汲取液，原水与汲取液在正渗透膜两侧形成错流，原水与汲取液的相对错流速度为6cm/s~24cm/s，通过渗透作用完成水处理，同时得到稀释的汲取液；正渗透产水速率为
0.5L/m2Xh ~100L/m2Xh ；
[0020]所述原水为受污染的水源水和海水；其中受污染的水源水和海水中污染物为天然腐殖质、蛋白质类、多聚糖类、内分泌干扰物、新型微污染、重金属或盐分中的一种或其中几种的混合物，为混合物时按任意比混合；所述正渗透组件包含正渗透膜，所述正渗透膜是材料为醋酸纤维素、聚酰胺、聚乙烯醇、聚哌嗪、聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈或聚醚醚酮中的一种或其中几种的混合的致密性亲水膜，正渗透膜的形式为单层膜或复合膜，正渗透组件为平板膜、中空纤维膜、管式膜或卷式膜；所述汲取液为海水、反渗透浓盐水、氯化镁、氯化钠、多糖或聚合电解质中的一种或其中几种的混合物，为混合物时按任意比混合；所述正渗透产水速率为单位时间内原水经单位面积正渗透膜透过而在高渗透压侧得到的纯水产出量，其效果等同于汲取液稀释速率；
[0021]二、将步骤一得到的稀释后的汲取液进行加热，待温度升至35°C~105°C后，通入到渗透汽化组件的料液侧，同时在渗透汽化组件的蒸汽冷凝侧通入温度为10°c~25°C的冷凝水，稀释后的汲取液与冷凝水在渗透汽化膜两侧形成错流，得到浓缩后的汲取液；渗透汽化产水速率为0.5L/m2Xh~100L/m2Xh ；
[0022]所述渗透汽化组件包含渗透汽化膜，所述渗透汽化膜是材料为醋酸纤维素、聚酰胺、聚乙烯醇、聚哌嗪、聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈或聚醚醚酮中的一种或其中几种的混合物的致密性的水蒸气优先透过膜或水溶液不透过膜，渗透汽化膜的形式为单层膜或复合膜，渗透汽化组件为平板膜、中空纤维膜、管式膜或卷式膜；所述渗透汽化产水速率为单位时间内稀释后的汲取液经单位面积渗透汽化膜透过而在蒸汽冷凝侧得到的纯水产出量，其效果等同于汲取液浓缩速率；
[0023]三、将步骤二得到的浓缩后的汲取液，再次通入到步骤一所述正渗透组件高渗透压侧，重复步骤一和步骤二，完成循环式正渗透与渗透汽化一体化水处理。
[0024]【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:步骤一原水与汲取液的相对错流速度为12cm/s。其 它与【具体实施方式】一相同。
[0025]【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】一或二不同的是:步骤一所述的正渗透膜是材料为醋酸纤维素的致密性亲水膜。其它与【具体实施方式】一或二相同。
[0026]【具体实施方式】四:本实施方式与【具体实施方式】一或三不同的是:步骤一所述的汲取液为40wt%。~60wt%。反渗透浓盐水。其它与【具体实施方式】一或三相同。
[0027]【具体实施方式】五:本实施方式与【具体实施方式】一至四之一不同的是:步骤一所述正渗透产水速率为10L/m2Xh~90L/m2Xh。其它与【具体实施方式】一至四之一相同。
[0028]【具体实施方式】六:本实施方式与【具体实施方式】一至五之一不同的是:步骤一所述正渗透产水速率为20L/m2Xh~50L/m2Xh。其它与【具体实施方式】一至五之一相同。
[0029]【具体实施方式】七:本实施方式与【具体实施方式】一至六之一不同的是:步骤二所述渗透汽化产水速率为10L/m2Xh~90L/m2Xh。其它与【具体实施方式】一至六之一相同。
[0030]【具体实施方式】八:本实施方式与【具体实施方式】一至七之一不同的是:步骤二所述渗透汽化产水速率为20L/m2Xh~50L/m2Xh。其它与【具体实施方式】一至七之一相同。
[0031]【具体实施方式】九:本实施方式与【具体实施方式】一至八之一不同的是:步骤二所述渗透汽化膜为聚偏氟乙烯膜。其它与【具体实施方式】一至八之一相同。
[0032]【具体实施方式】十:本实施方式与【具体实施方式】一至九之一不同的是:步骤一所述正渗透产水速率与步骤二所述渗透汽化产水速率的比为I ;1。如此设置，水处理效率最高，符合实际需要。其它与【具体实施方式】一至九之一相同。
[0033]通过以下试验验证本发明的有益效果:
[0034]试验一:一种循环式正渗透与渗透汽化一体化的水处理方法是按以下步骤进行:
[0035]一、将原水经加热后通过正渗透组件低渗透压侧，同时在正渗透组件高渗透压侧通入汲取液，原水与汲取液在正渗透膜两侧形成错流，原水与汲取液的相对错流速度为12cm/s，通过渗透作用完成水处理，同时得到稀释的汲取液；正渗透产水速率为5L/m2Xh~50L/m2Xh ；
[0036]所述原水中的污染物为20mg/L~200mg/L天然腐殖质，所述正渗透组件包含正渗透膜，所述正渗透膜是三醋酸纤维素膜，所述汲取液为40wt%。~60wt%。反渗透浓盐水；
[0037]二、将步骤一得到的稀释后的汲取液进行加热，待温度升至90°C后，通入到渗透汽化组件的料液侧，同时在渗透汽化组件的蒸汽冷凝侧通入温度为25°C的冷凝水，稀释后的汲取液与冷凝水在渗透汽化膜两侧形成错流，得到浓缩后的汲取液；渗透汽化产水速率为5L/m2Xh ~50L/m2Xh ； [0038]所述渗透汽化组件包含渗透汽化膜，所述渗透汽化膜是聚四氟乙烯膜；
[0039]三、将步骤二得到的浓缩后的汲取液，再次通入到步骤一所述正渗透组件高渗透压侧，重复步骤一和步骤二，完成循环式正渗透与渗透汽化一体化水处理。
[0040]以此循环步骤一所述正渗透产水速率与步骤二所述渗透汽化产水速率趋同为32L/m2Xh。
[0041]天然腐殖质截留率为95%以上，盐分截留率为95%以上。
[0042]试验二:一种循环式正渗透与渗透汽化一体化的水处理方法是按以下步骤进行:
[0043]一、将原水经加热后通过正渗透组件低渗透压侧，同时在正渗透组件高渗透压侧通入汲取液，原水与汲取液在正渗透膜两侧形成错流，原水与汲取液的相对错流速度为12cm/s，通过渗透作用完成水处理，同时得到稀释的汲取液；正渗透产水速率为5L/m2Xh~50L/m2Xh ；
[0044]所述原水中的污染物为50 μ g/L雌激素EE2，所述正渗透组件包含正渗透膜，所述正渗透膜是聚酰胺膜，所述汲取液为35wt%。海水；
[0045]二、将步骤一得到的稀释后的汲取液进行加热，待温度升至90°C后，通入到渗透汽化组件的料液侧，同时在渗透汽化组件的蒸汽冷凝侧通入温度为25°C的冷凝水，稀释后的汲取液与冷凝水在渗透汽化膜两侧形成错流，得到浓缩后的汲取液；渗透汽化产水速率为5L/m2Xh ~50L/m2Xh ；
[0046]所述渗透汽化组件包含渗透汽化膜，所述渗透汽化膜是聚偏氟乙烯膜；
[0047]三、将步骤二得到的浓缩后的汲取液，再次通入到步骤一所述正渗透组件高渗透压侧，重复步骤一和步骤二，完成循环式正渗透与渗透汽化一体化水处理。
[0048]以此循环步骤一所述正渗透产水速率与步骤二所述渗透汽化产水速率趋同为32L/m2Xh。
[0049]雌激素EE2截留率为98%以上，海水盐分截留率为98%以上。
[0050]试验三:一种循环式正渗透与渗透汽化一体化的水处理方法是按以下步骤进行:
[0051]一、将原水经加热后通过正渗透组件低渗透压侧，同时在正渗透组件高渗透压侧通入汲取液，原水与汲取液在正渗透膜两侧形成错流，原水与汲取液的相对错流速度为12cm/s，通过渗透作用完成水处理，同时得到稀释的汲取液；正渗透产水速率为5L/m2Xh~40L/m2Xh ；
[0052]所述原水中的污染物为35wt%。海水，所述正渗透组件包含正渗透膜，所述正渗透膜是聚酰胺膜，所述汲取液为40wt%o~ 60wt%。反渗透浓盐水；
[0053]二、将步骤一得到的稀释后的汲取液进行加热，待温度升至90°C后，通入到渗透汽化组件的料液侧，同时在渗透汽化组件的蒸汽冷凝侧通入温度为25°C的冷凝水，稀释后的汲取液与冷凝水在渗透汽化膜两侧形成错流，得到浓缩后的汲取液；渗透汽化产水速率为5L/m2Xh ~40L/m2Xh ；
[0054]所述渗透汽化组件包含渗透汽化膜，所述渗透汽化膜是聚偏氟乙烯膜；
[0055]三、将步骤二得到的浓缩后的汲取液，再次通入到步骤一所述正渗透组件高渗透压侧，重复步骤一和步骤二，完成循环式正渗透与渗透汽化一体化水处理。
[0056]以此循环步骤一所述正渗透产水速率与步骤二所述渗透汽化产水速率趋同为27L/m2Xh。
[0057]海水盐分截留率为98%以上，浓盐水中盐分截留率为98%以上。[0058]试验一、试验二和试验三通过如图1循环式正渗透与渗透汽化一体化的水处理方法工艺流程图所示的工艺流程进行，其正渗透产水速率、渗透汽化产水速率通过计算机在线监测原料液槽、汲取液槽、冷凝水槽质量变化由其各自定义计算而来，雌激素EE2截留率、海水脱盐率分别由高效液相色谱仪、电导率仪测定而得。通过上述工艺得到正渗透产水速率与渗透汽化产水速率随时间变化曲线。图2为试验二中正渗透产水速率与渗透汽化产水速率随时间变化曲线，说明了该工艺运行初始的正渗透产水速率较大程度上高于渗透汽化产水速率，通过调节原料液侧(50 μ g/L雌激素EE2)、汲取液侧(35wt%。海水)、稀释后汲取液侧、冷凝水侧的运行速率，经一段时间后正渗透产水速率、渗透汽化产水速率趋于一致，整个系统效率最大化。图3为试验三中正渗透产水速率与渗透汽化产水速率随时间变化曲线，说明了该工艺运行初始的正渗透产水速率较小程度上高于渗透汽化产水速率，通过调节原料液侧(35wt%。海水)、汲取液侧(40wt%。~60wt%。反渗透浓盐水)、稀释后汲取液侦U、冷凝水侧的运行速率，经一段时间后正渗透产水速率、渗透汽化产水速率趋于一致，整个系统效率最大化。
【权利要求】
1.一种循环式正渗透与渗透汽化一体化的水处理方法，其特征在于循环式正渗透与渗透汽化一体化的水处理方法是按以下步骤进行: 一、将原水经加热后通过正渗透组件低渗透压侧，同时在正渗透组件高渗透压侧通入汲取液，原水与汲取液在正渗透膜两侧形成错流，原水与汲取液的相对错流速度为6cm/s~24cm/s，通过渗透作用完成水处理，同时得到稀释的汲取液；正渗透产水速率为0.5L/m2Xh ~100L/m2Xh ； 所述原水为受污染的水源水和海水；其中受污染的水源水和海水中污染物为天然腐殖质、蛋白质类、多聚糖类、内分泌干扰物、新型微污染、重金属或盐分中的一种或其中几种的混合物；所述正渗透 组件包含正渗透膜，所述正渗透膜是材料为醋酸纤维素、聚酰胺、聚乙烯醇、聚哌嗪、聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈或聚醚醚酮中的一种或其中几种的混合的致密性亲水膜，正渗透膜的形式为单层膜或复合膜，正渗透组件为平板膜、中空纤维膜、管式膜或卷式膜；所述汲取液为海水、反渗透浓盐水、氯化镁、氯化钠、多糖或聚合电解质中的一种或其中几种的混合物；所述正渗透产水速率为单位时间内原水经单位面积正渗透膜透过而在高渗透压侧得到的纯水产出量； 二、将步骤一得到的稀释后的汲取液进行加热，待温度升至35V~105°C后，通入到渗透汽化组件的料液侧，同时在渗透汽化组件的蒸汽冷凝侧通入温度为10°C~25°C的冷凝水，稀释后的汲取液与冷凝水在渗透汽化膜两侧形成错流，得到浓缩后的汲取液；渗透汽化产水速率为 0.5L/m2Xh ~100L/m2Xh ； 所述渗透汽化组件包含渗透汽化膜，所述渗透汽化膜是材料为醋酸纤维素、聚酰胺、聚乙烯醇、聚哌嗪、聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈或聚醚醚酮中的一种或其中几种的混合物的致密性的水蒸气优先透过膜或水溶液不透过膜，渗透汽化膜的形式为单层膜或复合膜，渗透汽化组件为平板膜、中空纤维膜、管式膜或卷式膜；所述渗透汽化产水速率为单位时间内稀释后的汲取液经单位面积渗透汽化膜透过而在蒸汽冷凝侧得到的纯水产出量； 三、将步骤二得到的浓缩后的汲取液，再次通入到步骤一所述正渗透组件高渗透压侧，重复步骤一和步骤二，完成循环式正渗透与渗透汽化一体化水处理。
2.根据权利要求1所述的一种循环式正渗透与渗透汽化一体化的水处理方法，其特征在于步骤一原水与汲取液的相对错流速度为12cm/s。
3.根据权利要求1所述的一种循环式正渗透与渗透汽化一体化的水处理方法，其特征在于步骤一所述的正渗透膜是材料为醋酸纤维素的致密性亲水膜。
4.根据权利要求1所述的一种循环式正渗透与渗透汽化一体化的水处理方法，其特征在于步骤一所述的汲取液为40wt%o~ 60wt%。反渗透浓盐水。
5.根据权利要求1所述的一种循环式正渗透与渗透汽化一体化的水处理方法，其特征在于步骤一所述正渗透产水速率为10L/m2Xh~90L/m2Xh。
6.根据权利要求1所述的一种循环式正渗透与渗透汽化一体化的水处理方法，其特征在于步骤一所述正渗透产水速率为20L/m2Xh~50L/m2Xh。
7.根据权利要求1所述的一种循环式正渗透与渗透汽化一体化的水处理方法，其特征在于步骤二所述渗透汽化产水速率为10L/m2Xh~90L/m2Xh。
8.根据权利要求1所述的一种循环式正渗透与渗透汽化一体化的水处理方法，其特征在于步骤二所述渗透汽化产水速率为20L/m2Xh~50L/m2Xh。
9.根据权利要求1所述的一种循环式正渗透与渗透汽化一体化的水处理方法，其特征在于步骤二所述渗透汽化膜为聚偏氟乙烯膜。
10.根据权利要求1所述的一种循环式正渗透与渗透汽化一体化的水处理方法，其特征在于步骤一所述正渗透产水速率与步骤二所述渗透汽化产水速率的比为1 ;1。
【文档编号】C02F9/10GK103922530SQ201410169367
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年4月25日 优先权日:2014年4月25日
【发明者】马军, 王盼盼 申请人:哈尔滨工业大学