基于膜蒸馏的兰炭废水净化装置及方法与流程

本发明属于环境工程的废水处理领域，具体而言，涉及一种基于膜蒸馏的兰炭废水净化装置及方法。

背景技术：

1、兰炭废水是煤化工行业的一种高毒性难降解废水，其成分复杂，含有大量的酚类类物质、氨类物质、以及如焦油等的油类物质，其ph通常在8以上，且浊度很高，水温可达80℃，处理十分困难。使用膜蒸馏技术对于分离回收兰炭废水中的油、酚类物质有所帮助，能够使大部分水可以在冷凝侧得到收集利用。

2、对于所述的膜蒸馏，其是一种借助疏水性微孔膜只允许水蒸气等易挥发成分通过膜孔的特点实现液体分离提纯的技术，当膜的两侧存在一定的温度差时，冷热两侧存在蒸汽压力差，热侧水蒸气在蒸汽压力差的作用下穿过膜孔到达冷侧，遇到冷却水或者冷空气凝结成馏出液，从而实现对不易挥发物质和离子组分的净化和分离。膜蒸馏技术兼具蒸发与膜法的优点，是一种在脱盐、浓缩、分离、水处理等领域具有广泛应用前景的技术。

3、如上所述的，虽然通过膜蒸馏技术可以对兰炭废水中不易挥发的油、酚类物质的实现一定程度的分离，但是对于在膜蒸馏过程中，会因加热导致发生挥发的部分物质无法得到妥善且有效的处理，比如废水本身存在的大量的挥发性有机物(vocs)，而这些挥发的物质会在膜蒸馏过程中一并伴随水蒸气穿过膜孔到达冷侧，遇到冷却水或者冷空气凝结进入馏出液，导致无法得到高品质的冷凝水。

4、此外值得一提的是，如前所述的兰炭废水中所述含有的焦油等物质，其本身为具有粘性的物质，利用膜蒸馏技术对兰炭废水进行净化处理的过程中，这些粘性物质很容易使膜堵塞，中断处理进程及处理节奏。

技术实现思路

1、1.要解决的问题

2、基于现有膜蒸馏技术对兰炭废水进行处理的过程易发生堵塞等问题，本发明提供一种基于膜蒸馏的兰炭废水净化装置及方法，在解决所述问题的同时，还可以得到高品质冷凝水。

3、2.技术方案

4、为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

5、本发明第一方面提供了一种基于膜蒸馏的兰炭废水净化装置，所述装置包括水体净化单元，所述水体净化包括：

6、进液组件；

7、加热组件；

8、管式膜组件；

9、以及位于所述管式膜组件两侧的紫外光照组件和冷凝组件；

10、其中，所述管式膜组件通过所述进液组件进液；

11、进入管式膜组件的液体在加热组件的作用下升温气化，并依次穿过第二多孔膜、中间多孔膜以及第一多孔膜，经冷凝组件冷凝；

12、所述紫外光照组件为所述管式膜组件提供紫外光照；

13、其中，所述管式膜组件包括膜管，构成所述膜管的膜包括：

14、第一多孔膜，所述第一多孔膜具有光催化功能；

15、第二多孔膜，所述第三多孔膜具有亲水性表面。

16、根据本发明目的的第一方面的任一实施方案，所述进液组件包括进料管以及进水流量控制器；

17、所述进料管与所述管式膜组件或进液口连通，所述进水流量控制器用于控制所述进料管的进水流量。

18、根据本发明目的的第一方面的任一实施方案，所述进水流量控制器包括设置在所述进料管上的水量控制阀和/或输送泵。

19、根据本发明目的的第一方面的任一实施方案，所述水量控制阀优选自控式流量控制阀。

20、根据本发明目的的第四方面的任一实施方案，所述输送泵为变频水泵。

21、根据本发明目的的第一方面的任一实施方案，构成所述膜管的膜还包括：位于所述第一多孔膜与第二多孔膜之间的中间多孔膜。

22、根据本发明目的的第一方面的任一实施方案，所述第一多孔膜包括第一基体膜，所述第一基体膜选自玻璃纤维膜、聚四氟乙烯纤维膜、聚偏氟乙烯纤维膜中的至少一种；

23、对所述第一基体膜进行光催化剂负载，使其形成所述的第一多孔膜。

24、根据本发明目的的第一方面的任一实施方案，所述第一基体膜的厚度为0.5-2mm，孔径为1-300um。

25、根据本发明目的的第一方面的任一实施方案，所述第一基体膜的厚度为1-2mm，孔径为10-300um。

26、根据本发明目的的第一方面的任一实施方案，所述第一多孔膜的表面具有光催化剂涂层。

27、根据本发明目的的第一方面的任一实施方案，所述第二多孔膜包括第二基体膜，所述第二基体膜选自聚丙烯纤维膜、聚酯纤维膜中的至少一种；

28、对所述第二基体膜进行亲水性处理，使其形成所述的第二多孔膜。

29、根据本发明目的的第一方面的任一实施方案，所述第二基体膜的厚度为0.1-2mm，孔径为1-300um。

30、根据本发明目的的第一方面的任一实施方案，所述第二基体膜的厚度为1-2mm，孔径为10-300um。

31、根据本发明目的的第一方面的任一实施方案，所述第二多孔膜的表面具有亲水性涂层。

32、根据本发明目的的第一方面的任一实施方案，所述亲水性涂层的材质分别独立的选自氯化钙涂层、羧化纤维素钠涂层、壳聚糖涂层中的至少一种。

33、根据本发明目的的第一方面的任一实施方案，所述中间多孔膜选自聚乙烯膜、聚四氟乙烯膜、聚偏氟乙烯膜、聚酯膜中的至少一种。

34、根据本发明目的的第一方面的任一实施方案，所述中间多孔膜的厚度为0.1-1mm，孔径为0.05-0.25um。

35、根据本发明目的的第一方面的任一实施方案，所述管式膜组件包括若干数量的膜管；

36、所述膜管之间以并联和/或串联的方式连接。

37、根据本发明目的的第一方面的任一实施方案，所述管式膜组件包括若干数量的、串联的膜管；

38、两串联的膜管之间，设置有进液口。

39、根据本发明目的的第一方面的任一实施方案，所述膜管满足公式(1)所示的长径比：

40、

41、式中：

42、l表示膜管长度，cm；

43、d表示膜管直径，cm；

44、t表示管式膜组件设计蒸发的液体温度，℃；

45、c表示进液的cod，mg/l；

46、z表示进液的悬浮物浓度，mg/l；

47、k1表示经验系数，在0.5～10之间取值；

48、ε1表示调整量，由试验确定，在-5～5之间取值。

49、根据本发明目的的第一方面的任一实施方案，所述进液组件包括进料管以及输送泵；

50、所述输送泵通过进料管与所述管式膜组件或进液口连通。

51、根据本发明目的的第四方面的任一实施方案，所述进料管上设置有水量控制阀，所述水量控制阀优选自控式流量控制阀。

52、根据本发明目的的第四方面的任一实施方案，所述输送泵为变频水泵。

53、根据本发明目的的第一方面的任一实施方案，所述装置还包括：

54、与所述水体净化单元连通，且用于收容待处理液体的储液单元；

55、以及，对所述待处理液体进行加热的预加热单元。

56、本发明第二方面提供了一种基于本发明第一方面的任一实施方案提供的兰炭废水净化装置进行兰炭废水净化的方法，所述净化过程中，通过进水组件实现对管式膜组件的脉冲式进水。

57、根据本发明目的的第二方面的任一实施方案，所述脉冲式进水遵循以下公式(2)所示的规律：

58、

59、式中：

60、t表示峰流量、谷流量的间隔时间(h)；

61、q表示谷流量(m3/h)；

62、c表示待处理废水中的cod含量(g/l)；

63、s表示待处理废水经过的膜面积(m2)；

64、k0表示经验系数，在1～3之间取值；

65、ε0表示调整量，在-1～1之间取值。

66、根据本发明目的的第二方面的任一实施方案，以谷流量的状态开始运行，间隔时间t调整流量状态为峰流量，在峰流量状态下运行的持续时间为0.1～1倍的t时间，其中，所述峰流量运行时的流量大小为所述谷流量运行时的流量大小的1.5-3倍。