一种高浓盐水深度浓缩的工艺的制作方法

本发明属于水处理技术领域，尤其是涉及一种高浓盐水深度浓缩的工艺。

背景技术：

高浓盐水的盐含量高，并且含有有机物，如果直接排放到自然环境中，会严重破坏地上水和地下水的水质，同时会破坏土壤，造成土地酸碱度大幅提升，破坏地表植被生长。因此，选择合适的水处理方法，对高盐废水进行浓缩、回用和零排放处理，具有非常重要的现实意义。

高浓盐水零排放处理通常采用“预处理技术-减量化技术-蒸发结晶”的组合工艺。预处理技术主要是去除高浓盐水中的硬度、悬浮物、碱度、二氧化硅、有机物和胶体等杂质，以降低污染物在后续工艺中对设备的腐蚀和结垢堵塞等。减量化技术主要是对含盐废水进行浓缩，回收大量的水资源，减少后续浓液处理的处理量。经过减量化处理后，盐的质量浓度达到5％-10％，以及其他被浓缩的污染物，再采用蒸发结晶技术进行处理，以实现高浓盐水“零排放”要求。但是蒸发结晶设备材料强度要求高，蒸发结晶处理的能耗大，运行成本高，所以目前高浓盐水零排放工艺主要通过减量化技术中提高盐水浓缩倍数，减少蒸发结晶的水量，以减少高浓盐水零排放处理的成本。

目前常规高浓盐水的碱量化技术，主要采用反渗透、超高压反渗透(dtro、stro)和电渗析(ed)、多效蒸发等工艺。反渗透工艺一般作为初级浓缩，将盐水浓缩至质量浓度5-6％的含盐量，再进入深度浓缩工艺，反渗透作为初步浓缩，其投资成本和运行成本比较低。dtro、stro和ed及多效蒸发等装置，都可以对反渗透的浓水进一步浓缩，但普遍的投资成本和运行成本都很高。

反渗透技术是利用渗透膜两侧的压力差为动力，对浓溶液进行浓缩和淡化分离的一种水处理技术，其原理为利用反渗透膜片允许水分子自由通过，而将绝大部分的离子截留在浓水侧的特性，进行盐水的分离，制取淡水同时浓缩盐分。采用反渗透技术进行除盐处理时，外加机械压力必须大于膜两侧的渗透压差。常规反渗透膜浓缩工艺将盐水浓缩到80000mg/l以上时，膜两侧渗透压很高，必须施加70bar以上的外加压力才能克服膜两侧的渗透压，而目前常见的反渗透膜本身耐压的上限为80bar，因此无法进一步提浓盐水。

技术实现要素：

鉴于现有技术的发展现状，本发明专利提出了一种高浓盐水深度浓缩的工艺，简称kfro工艺。

一种高浓盐水深度浓缩的工艺，基于kfro膜装置实现，

所述kfro膜装置包括中心管与膜袋，所述膜袋螺旋缠绕在所述中心管上，所述膜袋内部通过中心管上的孔与中心管内部相通，所述kfro膜装置设置两进两出4个接口，所述中心管一端为高盐水进口，另一端为稀盐水出口，kfro膜装置的进水侧与稀盐水出口位于kfro膜装置的同一侧，kfro膜装置的浓水侧与高盐水进口位于kfro膜装置的同一侧，

利用kfro膜装置在膜袋外侧和内侧同时进入一定浓度的盐水，从而使膜袋两侧获得较低的渗透压差，实现较低压力下将浓盐水进一步提浓的目的。

具体而言，本发明的工艺可以在≤70bar的较低压力下，可将质量浓度5-10％的浓盐水进一步提浓至20％以上，且运行能耗远远低于目前的上述常见的工艺，使盐水浓缩实现突破式的节能，提供用户用得起的零排放技术。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明提供一种高浓盐水深度浓缩的工艺，基于kfro膜装置和卷式膜装置实现，

包括以下步骤：

待处理的含盐废水从kfro膜装置的进水侧进入，流经膜袋外侧，在机械压力的推动下，水分子克服渗透压差进入到膜袋内侧并汇集在膜中心管中，剩余含盐废水从kfro膜装置的浓水侧收集，得到浓缩盐水；

同时，高盐水从与含盐废水相对的方向进入到kfro膜装置中心管，进入膜袋内部，并与透过膜袋的水分子混合形成稀盐水，从kfro膜的中心管另一端流出；

稀盐水通过卷式膜装置浓缩后得到浓缩液与产水；

所述含盐废水与高盐水采用逆流进料，两进两出的运行方式；

所述含盐废水为满足反渗透进水条件的待处理高浓盐水，所述浓缩盐水为经kfro工艺后得到的浓缩料液；

卷式膜装置的产水为kfro工艺的产水，可直接回用至用户，卷式膜装置的浓缩液可作为高盐水回用于kfro膜装置，实现内部循环。

本发明工艺运行时，在高盐水流经膜袋内部的过程中，膜袋外侧的含盐废水与膜袋内部的高盐水浓度差值(渗透压差值)大大降低，因此只要给予较低的机械压力，含盐废水中的水分子即可克服渗透压差，透过膜片进入膜袋内部，与高盐水混合成为稀释盐水。

本发明中，所述kfro膜装置是一种改进的卷式膜，包含但不仅限于反渗透膜或者疏松的反渗透膜。kfro膜装置的膜材质与传统卷式膜的材质相同，但结构不同。kfro膜装置的结构，允许可以在kfro膜的两侧同时逆向进料，并产出浓缩盐水和稀盐水，即共设置两进两出4个接口。

本发明所述kfro膜装置，包括中心管、膜袋及进水格网，所述中心管上设有中心管收集孔，所述膜袋由膜片与透过液导流网组成，所述透过液导流网位于折叠的膜片之间，所述膜片与透过液导流网组成的整体即为膜袋，折叠的膜片之间为膜袋的内部，所述膜袋内部通过中心管收集孔与中心管内部相通，所述膜袋螺旋缠绕在所述中心管上，所述进水格网螺旋缠绕在所述中心管上，且所述进水格网与所述膜袋间隔设置，所述中心管一端为高盐水进口，另一端为稀盐水出口，与稀盐水出口同一侧的膜装置端部设置含盐废水进口，与高盐水进口同一侧的膜装置端部设置浓缩盐水出口，所述含盐废水进口与高盐水进口为位于所述膜装置两端的两个逆向进水口，所述浓缩盐水出口与稀盐水出口位于所述膜装置两端的两个逆向出水口。

所述kfro膜装置的主要原理区别于传统的卷式膜，kfro膜利用膜袋外侧和内侧同时进入一定浓度的盐水，两股水相向流动，从而获得较低的渗透压差，在进水侧提供一定的机械压力(机械压力的大小根据具体水的性质确定)，在浓水侧提供一定的机械压力保证流体的稳定流动，并保证所进水侧提供的机械压力高于进水侧-浓水侧的浓度差所产生的渗透压，从而使进水侧的淡水大量通过膜片进入膜中心管，实现较低压力下将浓盐水进一步提浓的目的。

进一步地，为使高盐水在膜袋内部尽可能的均匀分布，从而起到降低膜袋内外侧渗透压差的效果，所述中心管中与中心管轴向方向相垂直的方向设置封闭结构，所述封闭结构可以让高盐水多次流经膜袋内部。

封闭结构的形式不限，封闭结构使得高盐水必须一次或多次流经膜袋内部，才能从膜中心管的另一端流出。

进一步地，所述封闭结构设置一个或者多个。

进一步地，所述浓缩盐水全部或部分进行蒸发结晶。

进一步地，所述卷式膜装置的浓缩液与含盐废水混合后从kfro膜装置的进水侧进入。

进一步地，所述高盐水为干净盐水，其来源可以采用上述kfro装置的浓缩盐水或者卷式膜装置的浓缩液，其用途为降低膜袋内外需要克服的渗透压差值。

进一步地，所述kfro膜装置设置一级或多级。

进一步地，所述卷式膜装置设置一级或多级。

进一步地，所述卷式膜装置包括但不仅限于反渗透膜装置或者纳滤膜装置。

进一步地，提供所述高浓盐水深度浓缩的工艺，具体形式为：

含盐废水(经预处理后)从kfro膜装置的进水侧进入，流经膜袋外侧，在机械压力下，水分子进入到膜袋内侧收集在中心管，在kfro膜装置的浓水侧得到浓缩盐水，浓缩盐水可进一步进入零排放系统末端的结晶装置产出结晶盐；高盐水从与含盐废水相对的方向进入到kfro膜装置中心管，流经膜袋，稀盐水从膜kfro膜装置中心管的另一端流出；

所述高盐水为洁净盐水，其来源可以采用上述kfro装置的浓缩盐水或者卷式膜装置的浓缩液；

部分浓缩盐水蒸发结晶，部分浓缩盐水从与含盐废水相对的方向进入到kfro膜装置中心管，流经膜袋，稀盐水从膜kfro膜装置中心管的另一端流出；稀盐水通过卷式膜装置浓缩后得到浓缩液与产水；产水回用，浓缩液与kfro膜装置进水侧的含盐废水混合后进入kfro膜装置继续浓缩；

所述含盐废水与部分浓缩盐水采用逆流方式运行，

所述含盐废水为满足反渗透进水条件的待处理高浓盐水。

进一步，针对此工艺，本发明提供一种具体的实现方式：

盐水箱中为含有少量污染物的盐水，即含盐废水，经预处理软化除硬除硅除浊后，其tds在30000mg/l-100000mg/l左右，经过含盐废水给水泵进入到kfro膜装置的进水侧，运行压力50-70bar(具体压力根据水的特性确定)，kfro膜装置浓水侧得到浓缩盐水，浓缩可以经过一级或者多级kfro膜装置，浓缩盐水tds达到200000mg/l左右(以氯化钠计)或者300000mg/l左右(以硫酸钠计)，浓缩盐水收集在浓缩盐水箱中，输送至浓缩盐水结晶装置，或少部分浓缩盐水作为洁净的高盐水从与含盐废水相对的方向进入kfro膜装置中心管。

本发明的工艺中，含盐废水和高盐水分别从kfro膜装置的进水侧和浓水侧进入。含盐废水经过kfro膜后盐浓度提高，可以经过一级或者多级kfro膜浓缩，浓缩盐水蒸发结晶；高盐水经过kfro膜后盐浓度降低，可以经过一级或者多级kfro膜，稀盐水再进入卷式膜装置浓缩，卷式膜装置可以是一级或者多级，含盐废水和高盐水采用逆流的方式进入到kfro膜，降低了膜两侧的渗透压，减小了盐水浓缩所需的机械压力。

与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在以下方面：

1.kfro膜装置是卷式膜装置，包含但不仅限于反渗透膜或者疏松的反渗透膜。反渗透膜主要为中空纤维、卷式、板框式和管式，目前应用最广泛的是中空纤维和卷式膜。卷式膜装填密度大、设备造价便宜、使用操作方便、工程应用较广泛。中空纤维反渗透膜制造技术要求高，密封困难，抗污染能力差，通量远低于卷式膜。

2.kfro膜装置区别于传统膜装置，kfro膜装置的结构允许在kfro膜的两侧同时逆向进料，并同时产出浓缩盐水和稀盐水，即共设置两进两出4个接口。kfro膜中心管内部优选设置封闭式结构，盐水从膜中心管的一端进入，膜的中心管设置一个或者多个封闭式结构(结构的形式不限)，盐水必须一次或多次流经膜袋内部，才能从膜中心管的另一端流出。

3.kfro膜装置利用膜袋外侧和内侧同时进入一定的盐水，两股盐水采用逆流的方式运行，膜两侧盐水的渗透压差值大大降低，因此只要提供较低的机械压力，含盐废水中的水分子即可克服渗透压差，透过膜片进入膜袋内部。与传统膜相比，提供同样的机械压力，盐水可以达到更高的浓缩倍数。

4.kfro膜装置利用膜袋内侧和外侧同时进入一定浓度的盐水，利用膜两侧较低的渗透压差，在较低的机械压力(≤70bar)下可以得到高浓盐水与常规盐水的膜浓缩工艺相比，能耗较低。

5.基于kfro膜装置的浓缩工艺与常规膜浓缩工艺相比，盐水可以达到更高的浓缩倍数。若盐水主要成分为氯化钠，浓缩盐水tds可以达到200000mg/l。若盐水主要成分为硫酸钠，浓缩盐水tds可以达到300000mg/l。

6.基于kfro膜装置的浓缩工艺与常规膜浓缩工艺相比，得到更高浓度的盐水，减少了后续蒸发结晶的水量，减少了高浓盐水零排放处理的费用。

附图说明

图1为实施方式中所用kfro膜装置的整体结构示意图；

图2为实施方式中所用kfro膜装置的截面结构示意图；

图3为实施方式中所用kfro膜装置使用时内部液体流动示意图(注：为简化起见，图2中仅示出了一个膜袋在中心管一侧的流动路径)；

图4为实施方式中高浓盐水深度浓缩的第一种工艺流程示意图；

图5为实施方式中高浓盐水深度浓缩的第二种工艺流程示意图。

图1、2中，31、中心管；32、膜袋，33、进水格网；34、膜片；35、透过液导流网；36、中心管收集孔；封闭结构37；

w：进水；s：浓液；f：滤液；w1：含盐废水；s1：浓缩盐水；w2：高盐水；s2：稀盐水；

图中箭头代表水流方向。

具体实施方式

参考图1、图2，本发明实施方式中提供了一种述kfro膜装置。所述kfro膜装置是一种改进的卷式膜，包含但不仅限于反渗透膜或者疏松的反渗透膜。kfro膜装置的膜材质与传统卷式膜的材质相同，但结构不同。kfro膜装置的结构，允许可以在kfro膜的两侧同时逆向进料，并产出浓缩盐水和稀盐水，即共设置两进两出4个接口。

本发明实施方式中kfro膜装置，包括中心管31、膜袋32及进水格网33，所述中心管31上设有中心管收集孔36，所述膜袋32由膜片34与透过液导流网35组成，所述透过液导流网35位于折叠的膜片34之间，所述膜片34与透过液导流网35组成的整体即为膜袋32，折叠的膜片34之间为膜袋32的内部，所述膜袋32内部通过中心管收集孔36与中心管31内部相通，所述膜袋32螺旋缠绕在所述中心管31上，所述进水格网33螺旋缠绕在所述中心管31上，且所述进水格网33与所述膜袋32间隔设置，所述中心管31一端为高盐水w2进口，另一端为稀盐水s2出口，与稀盐水s2出口同一侧的膜元件端部设置含盐废水w1进口，与高盐水w2进口同一侧的膜元件端部设置浓缩盐水s1出口，所述含盐废水w1进口与高盐水w2进口为位于所述膜元件两端的两个逆向进水口，所述浓缩盐水s1出口与稀盐水s2出口位于所述膜元件两端的两个逆向出水口。

所述kfro膜装置的主要原理区别于传统的卷式膜，kfro膜利用膜袋外侧和内侧同时进入一定浓度的盐水，两股水相向流动，从而获得较低的渗透压差，在进水侧提供一定的机械压力(机械压力的大小根据具体水的性质确定)，在浓水侧提供一定的机械压力保证流体的稳定流动，并保证所进水侧提供的机械压力高于进水侧-浓水侧的浓度差所产生的渗透压，从而使进水侧的淡水大量通过膜片进入膜中心管，实现较低压力下将浓盐水进一步提浓的目的。

参考图3，为使高盐水在膜袋内部尽可能的均匀分布，从而起到降低膜袋内外侧渗透压差的效果，所述中心管中与中心管轴向方向相垂直的方向设置封闭结构37，所述封闭结构37可以让高盐水多次流经膜袋内部。封闭结构的形式不限，封闭结构使得高盐水必须一次或多次流经膜袋内部，才能从膜中心管的另一端流出。

高浓盐水深度浓缩的第一种工艺，参考图4，盐水箱1中为含有少量污染物的盐水，即含盐废水q1，q1的tds在30000mg/l-100000mg/l左右，经过盐水给水泵2进入到kfro膜装置3的进水侧，运行压力50-70bar(具体压力根据水的特性确定)，kfro膜装置3浓水侧得到浓缩盐水q2，浓缩可以经过一级或者多级kfro膜装置3，浓缩盐水q2的tds达到200000mg/l左右(以氯化钠计)或者300000mg/l左右(以硫酸钠计)，浓缩盐水q2收集在浓缩盐水箱5中。一部分浓缩盐水蒸发结晶，一部分浓缩盐水作为高盐水经过浓盐水给水泵4从kfro膜装置3浓水侧进入kfro膜装置3，kfro膜装置3进水侧得到稀盐水，稀盐水收集在盐水产水箱9中。稀盐水经过盐水产水输送泵8进入到卷式膜装置6，卷式膜装置6包含但不仅限于反渗透膜装置或者纳滤膜装置，卷式膜装置6的滤出液q3收集在淡水收集箱7中回用，卷式膜装置6的浓缩液与kfro膜装置进水侧的含盐废水混合后进入kfro膜装置继续浓缩。

高浓盐水深度浓缩的第二种工艺，参考图5，盐水箱1中为含有少量污染物的盐水，即含盐废水q1，q1的tds在30000mg/l-100000mg/l左右，经过盐水给水泵2进入到kfro膜装置3的进水侧，运行压力50-70bar(具体压力根据水的特性确定)，kfro膜装置3的浓水侧得到浓缩盐水q2，浓缩可以经过一级或者多级kfro膜装置3，浓缩盐水q2的tds达到200000mg/l左右(以氯化钠计)或者300000mg/l左右(以硫酸钠计)，浓缩盐水q2蒸发结晶。卷式膜装置6的浓缩液收集在浓缩盐水箱5中，浓缩液作为高压水经过浓盐水给水泵4从kfro膜装置3浓水侧进入kfro膜装置3，kfro膜装置3进水侧得到稀盐水，稀盐水收集在盐水产水箱9中。稀盐水经过盐水产水输送泵8进入到卷式膜装置6，卷式膜装置6可以是一级或者多级，卷式膜装置6包含但不仅限于反渗透膜装置或者纳滤膜装置，卷式膜装置6的滤出液q3收集在淡水收集箱7中回用。卷式膜装置6的浓缩液中含有极少的有机物，卷式膜装置6的浓缩液收集在浓缩盐水箱5中，利用其得到的浓缩液作为高盐水进入到kfro膜装置浓水侧可以减少盐浓缩过程中膜组件的污染。

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

kfro膜的进水侧tds为30000mg/l的盐水，主要成分为氯化钠并含有少量的污染物，运行压力60bar。(常规的膜浓缩工艺，tds可以浓缩到120000mg/l。)经过kfro膜，可以是一级或者多级kfro膜，得到tds为200000mg/l的浓盐水，浓盐水收集后一部分蒸发结晶，一部分从kfro膜的浓水侧进入到kfro膜，得到稀盐水。稀盐水进入到反渗透膜，可以是一级或者多级反渗透，滤液可以回用，浓液与tds为30000mg/l的盐水混合后进入到kfro膜继续浓缩。

实施例2.

kfro膜进水侧tds为70000mg/l的盐水，主要成分为硫酸钠并含有少量的污染物，运行压力65bar。经过kfro膜，得到tds为300000mg/l的浓盐水，浓盐水收集后一部分蒸发结晶，一部分与稀盐水混合后tds为120000mg/l从kfro膜的浓水侧进入到kfro膜，得到的稀盐水后进入到纳滤膜，可以是一级或者多级纳滤，滤液回用，浓液与tds为70000mg/l的盐水混合后进入到kfro膜继续浓缩。

实施例3.

kfro膜进水侧tds为100000mg/l的盐水，运行压力70bar。经过kfro膜，得到tds为200000mg/l的浓盐水，浓盐水收集后蒸发结晶。反渗透膜浓缩的盐水从kfro膜的浓水侧进入到kfro膜，得到的稀盐水进入到反渗透膜，滤液回用。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。