一种含油水体的处理方法及系统与流程

本发明涉及水处理技术领域，具体涉及一种含油水体的处理方法及系统。

背景技术：

目前随着膜科学的不断发展和完善，将膜蒸馏技术与其它水处理技术相结合的技术越来越受到研究人员的关注。膜蒸馏技术（md）作为代表性的高效节能膜处理工艺，是膜分离与蒸馏工艺相结合的新型膜分离技术。传统的蒸馏工艺，需将进料液加热到沸点需要消耗很多的能量。膜蒸馏工艺这种可利用低品位废热对高盐水进行脱盐淡化处理的特征，使其同时具备了高效节水和节约能源的优点，在洁净水的可持续生产以及能源回收利用领域具备显著的竞争优势，大幅提高了水的可持续生产，这是水-能源关系的一个关键方面。此外，膜蒸馏整个过程几乎在常压下进行，并且设备简单、操作方便，在技术力量较薄弱的地区也具备一定的应用前景，已成为21世纪最具前景的污水深度处理和海水淡化工艺之一。

含油废水的处理是一个重点问题，油类物质对环境的影响是多方面的，如污染水体，在水面上形成油膜，能阻碍水体复氧作用，水体中由于溶解氧减少，藻类光合作用受到限制，影响水生生物的正常生长，使水生动植物有油味或毒性，甚至使水体变臭，破坏水资源的利用价值。

在含油废水处理方面，现有的技术是如采用破乳去除法，其出水难以达标，而利用膜技术分离含油废水，则会产生膜污染等问题，会进一步影响膜的通透率导致分离过程速度下降。同时以往的方法能耗问题比较严重，亟待解决。缓解膜污染问题已经是现在的重点问题。若采用传统的膜蒸馏技术，油类物质易与疏水膜面产生化学作用，润湿疏水膜面，极大程度降低膜的分离性能。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种含油水体的处理方法及系统，以解决现有技术中导致的膜蒸馏技术会产生膜污染，膜污染会引起显著的膜通量下降的问题。

本发明提出了混凝-膜蒸馏的油类废水处理新技术，其中混凝法即就是向废水中投放混凝剂，使其中的胶体粒子和细微悬浮物脱稳，并聚集为数百微米以至数毫米的矾花，进而可以通过气浮法手段予以去除的废水处理技术。而膜蒸馏技术采用了新型的电阻-气隙式膜蒸馏系统，气隙式膜蒸馏中引入了空气间隙，可有效的避免渗透液与冷却液的混合，提高传质传热效率，而电阻式运行方式的引入可有效减缓膜面的温差极化现象。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

一种含油水体的处理方法，包括如下步骤：步骤1、对含油水体进行混凝，获取混凝后的含油水体；步骤2、将混凝后的所述含油水体送入疏水多孔滤膜上带有石墨烯涂层的一侧；步骤3、向疏水多孔滤膜无涂层的一侧通入空气，所述空气在所述疏水多孔滤膜和冷凝层之间形成空气间隙；步骤4、电加热所述石墨烯涂层，所述含油水体中的水分子透过所述疏水多孔滤膜带有石墨烯涂层的一侧，穿过过水通道进入到所述疏水多孔滤膜和冷凝层之间；步骤5、收集在冷凝层上凝结的水。

进一步的，所述电加热石墨烯涂层采用的是直流电，其中，源电压为10—30v，为安全电压。

进一步的，所述石墨烯涂层的厚度为10um—100um，石墨烯涂层可以有效地阻止油透过，并具有亲水性。

进一步的，所述疏水多孔滤膜的孔径为0.10-0.45μm。可实现较高的出水通量，而且能保证膜蒸馏工序的正常运行，提高膜蒸馏的出水水质。

本发明还包括一种含油水体的处理系统，包括：

混凝装置，用于对含油水体进行混凝，获取混凝后的含油水体；

进水装置，用于将混凝后的所述含油水体送入疏水多孔滤膜上带有石墨烯涂层的一侧；

充气装置，用于向疏水多孔滤膜无涂层的一侧通入空气，所述空气在所述疏水多孔滤膜和冷凝层之间形成空气间隙；

处理装置，用于电加热所述石墨烯涂层，所述含油水体中的水分子透过所述疏水多孔滤膜带有石墨烯涂层的一侧进入到所述疏水多孔滤膜和冷凝层之间；

集水装置，用于收集在冷凝层上凝结的水。

本发明的优点在于：

1、本发明采用了混凝法处理和电阻-气隙式膜蒸馏处理共同进行的方法，采用混凝法对于含有水体进行预先处理可以提升整体的除油效率以及减缓膜污染、膜润湿效果；

2、本发明在膜上涂抹了一层石墨烯，可阻碍油污染物的通过；通过石墨烯涂层的设置缓解了传统膜蒸馏技术会出现的膜污染、膜润湿速率快的问题；

3、本发明给疏水多孔滤膜通上10~30v的直流电进行加热，能有效减少冷侧水对热侧水温度的影响，提高水处理效率；可以提高分离效率以及抑制膜污染。

4、本发明将应用在含有油水的处理上，具有操作简单、安装方便等众多优点。

附图说明

图1为本发明具体实施方式处理方法及系统的整体结构示意图。

其中：1、进水箱；2、热侧；3、ptfe过滤膜；4、直流电源；5、石墨烯涂层；6、过水通道；7、冷凝层，8、冷侧；9、出水箱。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1所示，一种含油水体的处理方法包括如下步骤：步骤1、向进水箱1内的含油水体中加入混凝剂，如pfs混凝剂，破坏水中乳化油的稳定结构，并运用气浮法获取混凝后的含油水体。混凝除油技术成熟，有多种混凝剂可供选择，方法简便易操作，除油率高。

步骤2、通过进水管将混凝后的含油水体送入热侧2，如图1所示，热侧即和含油水体连通的一侧，即疏水多孔滤膜上带有石墨烯涂层5的一侧。

步骤3、向疏水多孔滤膜上无涂层一侧通入空气，空气在疏水多孔滤膜和冷凝层7之间形成空气间隙。

步骤4、电加热石墨烯涂层5，使疏水多孔滤膜的两侧产生蒸气压差，含油水体中的水蒸气穿过疏水多孔滤膜带有石墨烯涂层5的一侧进入到所述空气间隙中，并于冷凝层7表面凝结。石墨烯涂层5有效阻止油通过，并且水溶液可以通过，在疏水多孔滤膜的两侧蒸汽压差的作用下，油污染水源中的水分以蒸汽形式透过疏水多孔滤膜的膜孔进入空气间隙的冷凝层7进行凝结，非挥发性组分则被截留在疏水多孔滤膜热侧2，从而实现混合物分离或提纯的目的。

步骤5、水蒸气通过疏水多孔滤膜进入到冷凝层7和疏水多孔滤膜之间，此侧为冷侧8，空气间隙则在冷侧8中，冷凝层7的另一侧连通有循环冷凝水，循环冷凝水使冷凝层7冷凝，使进入到冷侧8空气间隙中的水蒸气冷凝为水，对水进行收集。本方法中疏水多孔滤膜为ptfe过滤膜3。

在本实施例中，含油水体包括油污染水源水和含油废水等。通过混凝剂的投放破坏乳化油的稳定结构，从而去除废水中的油类物质，有多种混凝剂可供选择，如pac混凝剂。此方法简便易操作，除油率高。本实施例中的石墨烯涂层5也可以换成c3n4涂层。含油水体为含油废水或被油污染后的水源。

在本实施例中，给石墨烯涂层5加热可以防止冷侧水对热侧水温度的影响，ptfe过滤膜3热侧温度设置为50-80℃，冷凝水的温度为15℃，调节膜两侧的错流速度为5-20mm/s，并选用孔径为0.10-0.30μm的ptfe过滤膜3，既可实现较高的出水通量，又能保证膜蒸馏的正常运行，提高膜蒸馏的出水水质。直流电电源4和石墨烯涂层5电性连接，用于加热石墨烯涂层5，外部直流电源4的电压范围在10—30v，为安全电压。

如图1所示，一种含油水体的处理系统，包括：混凝装置、进水装置、充气装置、处理装置和集水装置。混凝装置用于对含油水体进行混凝，获取混凝后的含油水体；获取含油水体的方法为气浮法，气浮法具体是利用高度分散的微小气泡作为载体粘附于废水中污染物上，使其浮力大于重力和上浮阻力，从而使污染物上浮至水面，形成泡沫，然后用刮渣设备自水面刮除泡沫，实现固液或液液分离的过程。进水装置用于将混凝后的所述含油水体送入疏水多孔滤膜上带有石墨烯涂层5的一侧；充气装置，用于向疏水多孔滤膜无涂层的一侧通入空气，所述空气在所述疏水多孔滤膜和冷凝层7之间形成空气间隙。处理装置，用于电加热所述石墨烯涂层5，所述含油水体中的水分子透过所述疏水多孔滤膜带有石墨烯涂层的一侧进入到所述疏水多孔滤膜和冷凝层之间；集水装置，用于收集在冷凝层上凝结的水。本系统中疏水多孔滤膜为ptfe过滤膜3。

本系统还包括冷凝水循环装置，冷凝水循环装置包括出水箱9和循环水管，所述循环水管的一端和所述出水箱9相连接，另一端连接到所述冷凝层7的一侧。出水箱9中装有冷凝水，循环水管有两个，两个循环水管构成循环水路，使出水箱9中的冷凝水在出水箱9和冷凝层7的一侧循环流通。冷凝水使冷凝层7保持低温，使进入到冷侧8的水蒸气冷凝成水，从而进行收集。冷侧冷凝层7和ptfe过滤膜3之间设有过水通道6，作用是提供水和气的通道，过水通道6的设置是为了防止ptfe过滤膜3贴到冷凝层7上。

在本实施例中，进水系统包括进水箱1和进水管，进水管的一端和进水箱1相连接，另一端连通到ptfe过滤膜3上带有石墨烯涂层5的一侧。进水箱1中还设有加热装置，电热装置可以电加热，具体是电热板加热。加热装置用于对进水箱1中的液体进行加热。其中加热温度为40-75℃。

在本实施例中还包括集水装置，集水装置包括集水箱和集水管，集水管的一端连通在ptfe过滤膜3和冷凝层7之间，另一端和所述集水箱相连通。在冷侧8冷凝后的水通过集水管进入到集水箱中，对冷凝后的水进行收集。

使用的大致过程为：向盛放有含油废水的进水箱1中加入混凝剂对含油水体混凝，通过进水管将混凝后的含油水体送入ptfe过滤膜3热侧，即带有石墨烯涂层5的一侧。进水管有两根，构成循环水路，实现含油水体在进水箱1和ptfe过滤膜3和热侧之间循环流动。电加热石墨烯涂层5，含油水体中的水分子进入到空气间隙，并于冷凝层7表面凝结。冷凝水通过集水管进入到集水箱中，完成净化及收集。本发明在ptfe过滤膜3上涂抹了石墨烯层5，可阻碍油污染物的通过；通过石墨烯涂层的设置缓解了传统膜蒸馏技术会出现的膜污染速率快的问题。本发明采用对电阻-气隙式膜蒸馏法，不仅仅提高分离效率，还可以抑制膜污染问题。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。