專利名稱：一種減壓膜蒸發(fā)濃縮方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種膜蒸發(fā)濃縮方法及其裝置，尤其涉及水凈化處理和化工分離的膜 分離處理方法及其裝置。
背景技術(shù)：
膜蒸餾技術(shù)與普通蒸發(fā)器比較，膜蒸餾的一個(gè)最顯著的特征是單位體積的蒸發(fā)面 積大，因而可以使裝置在常壓、較低溫度的蒸發(fā)過程中高效地運(yùn)行，且蒸餾操作所需的汽相 空間很小。與反滲透相比，膜蒸餾是熱驅(qū)動過程，操作壓力低，因此對膜機(jī)械性能的要求低， 設(shè)備費(fèi)用也低，過程安全性得到了提高，而且，膜蒸餾的操作壓力低，脫鹽率高，膜污染少。 因此，近年來，膜蒸餾技術(shù)得到了廣泛關(guān)注。膜蒸餾是一種采用疏水微孔膜，以膜兩側(cè)蒸汽 壓力差為傳質(zhì)驅(qū)動力的膜分離過程。在微孔疏水膜兩側(cè)的蒸汽壓差的驅(qū)動下，水蒸汽從被 加熱的原水一側(cè)穿過疏水膜后再被冷凝為液態(tài)的分離過程。由于膜的疏水性，只有水蒸汽 能透過膜孔，原水以及溶解在其中的非揮發(fā)性溶質(zhì)無法穿過膜孔，所以膜蒸餾過程理論上 可以對離子、大分子、膠體、細(xì)胞和其它非揮發(fā)物實(shí)現(xiàn)100%的脫除。微孔疏水膜在膜蒸餾過 程中起兩相之間的支撐屏蔽作用。在膜蒸餾的過程中，同時(shí)發(fā)生傳熱與傳質(zhì)兩種過程，溫差 極化與溫差極化現(xiàn)象也會同時(shí)產(chǎn)生，從而對膜蒸餾的過程產(chǎn)生不利的影響。膜蒸餾過程的操作溫度低于傳統(tǒng)的蒸餾過程，而操作壓力又低于傳統(tǒng)的膜分離過 程；對膜的機(jī)械性能要求較低；與傳統(tǒng)的蒸餾過程相比，蒸汽空間顯著減少。膜蒸餾的組件 可以設(shè)計(jì)成潛熱回收形式，并具有以高效的小型膜組件構(gòu)成大規(guī)模生產(chǎn)體系的靈活性。該 過程可以處理濃度極高的水溶液，如果溶質(zhì)是容易結(jié)晶的物質(zhì)，可以把溶液濃縮到過飽和 狀態(tài)而實(shí)現(xiàn)膜蒸餾結(jié)晶，是目前唯一能從溶液中直接分離出結(jié)晶產(chǎn)物的膜過程，且只要膜 兩側(cè)維持適當(dāng)?shù)臏夭睿撨^程就可以進(jìn)行，可以利用太陽能、地?zé)帷厝?、工廠余熱和溫?zé)岬?工業(yè)廢水等廉價(jià)能源。減壓膜蒸餾是在疏水膜的透過側(cè)施加一個(gè)負(fù)壓，將透過多孔膜的水蒸汽抽出到膜 組件以外的冷凝器內(nèi)進(jìn)行冷凝液化。膜蒸餾技術(shù)具有操作壓力低，可得到99. 99%的脫鹽率和在良好操作條件下高于 反滲透的水通量，顯示了它作為反滲透技術(shù)的替代(大規(guī)模純水制備)或補(bǔ)充技術(shù)(如用 于船舶飲用水等)的應(yīng)用潛力，在降低投資和運(yùn)行費(fèi)用，提高水的利用率，減少濃水排放方 面，可望取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。但是，膜蒸餾過程中一般都存在著1、疏水膜使用過程中出現(xiàn)的疏水膜親水化滲 漏問題。2、隨著膜蒸發(fā)濃縮過程的進(jìn)行，原料液不斷被濃縮，導(dǎo)致料液中COD等污染物濃度 增大，使膜污染問題嚴(yán)重。3、常規(guī)減壓膜蒸餾過程雖產(chǎn)水水質(zhì)好，效率高，但運(yùn)行能耗較大。 這些都是膜蒸餾技術(shù)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用必需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種新的膜蒸發(fā)濃縮(Vacuum
4Bubble Membrane Distillation, VBMD)方法及其裝置。本發(fā)明提供一種減壓鼓泡膜蒸發(fā)濃縮裝置，其特征在于，包括以下部件在原水側(cè) 設(shè)置的原水槽；膜組件，用于處理原水；連接于原水槽上的供水泵，將原水槽中的待處理液 體供入膜組件；鼓風(fēng)機(jī)，設(shè)置在膜組件的外側(cè)，空氣經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)增壓，供入膜組件中；連接于 膜組件上的第一級冷凝器，用于對鼓入的空氣進(jìn)行預(yù)熱；第二級冷凝器，與第一級冷凝器連 通，用于將飽和含濕的空氣進(jìn)行冷凝，獲得蒸餾產(chǎn)水；化學(xué)藥劑槽，連接在膜組件與原水槽 之間，容納絮凝劑等藥劑，上述藥劑經(jīng)計(jì)量泵供入膜組件中；濃水收集容器，設(shè)置在膜組件 下方，從膜組件中排出的濃水在重力作用下流入濃水收集容器；水槽，收集容器中的液體在 重力作用下，流入水槽；水槽中設(shè)置有浸沒式多孔膜；真空泵，在產(chǎn)水側(cè)產(chǎn)生負(fù)壓抽吸。膜組件設(shè)置有膜絲，壓縮空氣通過膜絲向原水鼓入氣泡。膜組件中設(shè)置濃水出口和溢流管，蒸發(fā)絮凝后的濃水由氣浮作用經(jīng)溢流管和濃水 出口流出膜組件。 濃水收集容器具有常開的入口閥門、常閉的進(jìn)氣閥門、以及常閉的出口閥門，濃水 收集容器中還設(shè)置有液位開關(guān)，當(dāng)流入容器的液體水位達(dá)到液位開關(guān)時(shí)，進(jìn)口閥門自動關(guān) 閉，進(jìn)氣閥門、出口閥門自動打開，容器中的液體在重力作用下流入水槽。水槽還設(shè)置有低位出口和上清液排出口 ；經(jīng)過置于水槽中的浸沒式多孔膜過濾 后，上清液返回到膜組件；污泥則排出水槽外。鼓風(fēng)機(jī)，設(shè)置在膜組件的外側(cè)，空氣經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)增壓，進(jìn)入第一級冷凝器進(jìn)行預(yù)熱。本發(fā)明還提供一種減壓鼓泡膜蒸發(fā)濃縮方法，其特征在于膜蒸餾過程與膜孔干 燥、膜表面氣體沖洗、處理液氣浮除雜三個(gè)過程同時(shí)進(jìn)行；膜蒸餾過程與膜孔干燥過程中， 原水槽中的原水經(jīng)過水泵進(jìn)入膜組件中進(jìn)行膜蒸發(fā)；膜表面氣體沖洗過程中，壓縮空氣通 過疏水膜鼓泡進(jìn)入膜組件，對膜表面進(jìn)行沖洗；處理液氣浮除雜過程中，通過計(jì)量泵將絮凝 劑等藥劑打入膜組件中；蒸發(fā)絮凝后的濃水由氣浮作用流出膜組件，在重力作用下流入下 方的水槽；經(jīng)過置于水槽中的浸沒式多孔膜過濾后，上清液返回膜組件；壓縮空氣通過疏 水膜鼓泡進(jìn)入膜組件，飽和吸濕后，在減壓抽吸作用下，進(jìn)入冷凝器液化，獲得產(chǎn)水。在膜蒸發(fā)過程中，連續(xù)鼓入空氣，同時(shí)，在產(chǎn)水側(cè)連續(xù)減壓抽吸。通過本發(fā)明取得如下效果本發(fā)明特征在于，通過減壓抽吸與不間歇壓縮空氣連續(xù)在線鼓泡1、使壓縮空氣 穿過膜孔，防止水分在膜孔中凝結(jié)導(dǎo)致的親水化，從而保持疏水膜的干燥性；2、防止污染物 在膜表面沉積，解決膜污染問題；3、通過同時(shí)在料液中加入絮凝劑等化學(xué)藥劑，將污染物絮 凝吹帶出膜蒸發(fā)池，實(shí)現(xiàn)高濃度濃縮；4、利用空氣泡的吸濕夾帶作用和減壓抽吸作用，將水 蒸氣帶離膜蒸發(fā)池，不需要高壓壓縮空氣，運(yùn)行能耗大為降低；5、壓縮空氣經(jīng)過疏水膜的過 濾，產(chǎn)水水質(zhì)好。設(shè)備簡單，操作方便，易于實(shí)現(xiàn)自動控制。


圖1是本發(fā)明的減壓鼓泡膜蒸發(fā)濃縮工藝裝置示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的系統(tǒng)如圖1所示。本發(fā)明涉及的鼓氣減壓膜蒸餾裝置從原水側(cè)看，包括 依次連接的如下部件在原水側(cè)設(shè)置的原水槽1 ；膜組件5，用于處理原水；連接于原水槽上的供水泵2， 將原水槽中的待處理液體通過入口 4供入膜組件5 ；設(shè)置于膜組件下方的壓縮空氣進(jìn)口 25， 將空氣供入膜組件5中；設(shè)置在膜組件5中的膜絲26，通過膜絲26向原水鼓入氣泡；連接 于膜組件5上的第一級冷凝器23，用于對鼓入的空氣進(jìn)行預(yù)熱；第二級冷凝器28，與第一級 冷凝器連通，用于將飽和含濕的空氣進(jìn)行冷凝，獲得蒸餾產(chǎn)水；蒸餾水收集容器29，收集冷 凝后的蒸餾水；化學(xué)藥劑槽31，連接在膜組件5與原水槽1之間，容納絮凝劑等藥劑，上述 藥劑經(jīng)計(jì)量泵32在進(jìn)藥口 3中供入膜組件5中；膜組件5中設(shè)置濃水出口 7和溢流管6，蒸 發(fā)絮凝后的濃水由氣浮作用經(jīng)溢流管6和濃水出口 7流出膜組件5 ；濃水收集容器44，設(shè)置 在膜組件5下方，從膜組件5中排出的濃水在重力作用下經(jīng)由入口閥門41流入濃水收集容 器44 ；濃水收集容器44連接的入口閥門41常開，進(jìn)氣閥門42、出口閥門45常閉。當(dāng)流入 容器44的液體水位達(dá)到液位開關(guān)43時(shí)，進(jìn)口閥門41自動關(guān)閉，進(jìn)氣閥門42、出口閥門45 自動打開，使容器44中的液體在重力作用下，通過入口 8流入水槽9 ；水槽9中設(shè)置有浸沒 式多孔膜10，水槽9還設(shè)置有低位出口 12和上清液排出口 ；經(jīng)過置于水槽9中的浸沒式多 孔膜10過濾后，上清液通過閥門13的控制，通過入口 11返回到膜組件5 ；污泥則由低位出 口 12排出水槽外；鼓風(fēng)機(jī)21，設(shè)置在膜組件5的外側(cè)，空氣經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)21增壓，經(jīng)過空氣入 口 22進(jìn)入第一級冷凝器23，預(yù)熱后，經(jīng)壓縮空氣進(jìn)口 25進(jìn)入膜組件5，經(jīng)膜絲26鼓泡進(jìn)入 待處理液體中，在高溫下飽和吸濕后，經(jīng)排出口 27流出膜組件5，進(jìn)入第一級冷凝器23，與 新空氣進(jìn)行換熱，然后在冷凝器28中被冷水完全冷凝，冷凝水流入容器29。以上未說明的 附圖標(biāo)記30為真空泵。本發(fā)明提供的減壓鼓泡膜蒸發(fā)濃縮方法，是將膜蒸餾過程與膜孔干燥、膜表面氣 體沖洗、處理液氣浮除雜三個(gè)過程同時(shí)進(jìn)行。原水槽中的原水經(jīng)過水泵，進(jìn)入膜組件中進(jìn)行 膜蒸發(fā)；通過計(jì)量泵將絮凝劑等藥劑打入膜組件中；蒸發(fā)絮凝后的濃水由氣浮作用流出膜 組件，在重力作用下流入下方的水槽；經(jīng)過置于水槽中的浸沒式多孔膜過濾后，上清液返回 原水槽；污泥則排出水槽外；壓縮空氣通過疏水膜鼓泡進(jìn)入膜組件，飽和吸濕后，在減壓抽 吸作用下，進(jìn)入冷凝器液化，獲得產(chǎn)水。原水可以是被預(yù)加熱或未加熱或直接被加熱至蒸發(fā)所需溫度，膜蒸發(fā)溫度一般為 50 90°C。根據(jù)膜蒸發(fā)系統(tǒng)的處理量大小，需要預(yù)置空氣段高度ha，使膜組件5中的沸騰狀 氣液混合相，在重力作用下充分氣液分離，防止由于水滴的飛沫夾帶現(xiàn)象影響產(chǎn)水電導(dǎo)率。 可以設(shè)置ha值為0.3 3.0米。根據(jù)膜蒸發(fā)系統(tǒng)的處理量大小，需要預(yù)置空氣泡飽和吸濕液位高度h，h與鼓入的 壓縮空氣氣壓有關(guān)，使透過疏水膜的空氣泡在熱液體中自然上升時(shí)，與熱液體有足夠的界 面接觸時(shí)間而被加熱與濕化?？梢栽O(shè)置h值為0. 3 3. 0米。本發(fā)明特征在于，通過減壓抽吸同時(shí)不間歇壓縮空氣連續(xù)在線鼓泡，在控制膜污 染與膜親水性的同時(shí)，獲得更高的膜產(chǎn)水通量。設(shè)備簡單，操作方便，易于實(shí)現(xiàn)自動控制。
權(quán)利要求
一種減壓鼓泡膜蒸發(fā)濃縮裝置，其特征在于，包括以下部件在原水側(cè)設(shè)置的原水槽(1)；膜組件(5)，用于處理原水；連接于原水槽上的供水泵(2)，將原水槽中的待處理液體供入膜組件(5)；鼓風(fēng)機(jī)(21)，設(shè)置在膜組件(5)的外側(cè)，空氣經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)(21)增壓，供入膜組件(5)中；連接于膜組件(5)上的第一級冷凝器(23)，用于對鼓入的空氣進(jìn)行預(yù)熱；第二級冷凝器(28)，與第一級冷凝器連通，用于將飽和含濕的空氣進(jìn)行冷凝，獲得蒸餾產(chǎn)水；化學(xué)藥劑槽(31)，連接在膜組件(5)與原水槽(1)之間，容納絮凝劑等藥劑，上述藥劑經(jīng)計(jì)量泵(32)供入膜組件(5)中；濃水收集容器(44)，設(shè)置在膜組件(5)下方，從膜組件(5)中排出的濃水在重力作用下流入濃水收集容器(44)；水槽(9)，收集容器(44)中的液體在重力作用下，流入水槽(9)；水槽(9)中設(shè)置有浸沒式多孔膜(10)；真空泵(30)，在產(chǎn)水側(cè)產(chǎn)生負(fù)壓抽吸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的減壓鼓泡膜蒸發(fā)濃縮裝置，其特征在于 膜組件(5)設(shè)置有膜絲(26)，壓縮空氣通過膜絲(26)向原水鼓入氣泡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的減壓鼓泡膜蒸發(fā)濃縮裝置，其特征在于膜組件(5)中設(shè)置濃水出口(7)和溢流管(6)，蒸發(fā)絮凝后的濃水由氣浮作用經(jīng)溢流管 (6)和濃水出口 (7)流出膜組件(5)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的減壓鼓泡膜蒸發(fā)濃縮裝置，其特征在于濃水收集容器(44)具有常開的入口閥門(41)、常閉的進(jìn)氣閥門(42)、以及常閉的出口 閥門(45)，濃水收集容器(44)中還設(shè)置有液位開關(guān)(43)，當(dāng)流入容器(44)的液體水位達(dá) 到液位開關(guān)(43)時(shí)，進(jìn)口閥門(41)自動關(guān)閉，進(jìn)氣閥門(42)、出口閥門(45)自動打開，容 器(44)中的液體在重力作用下流入水槽(9)。
5.根據(jù)權(quán)利要求5所述的減壓鼓泡膜蒸發(fā)濃縮裝置，其特征在于水槽(9)還設(shè)置有低位出口(12)和上清液排出口 ；經(jīng)過置于水槽(9)中的浸沒式多孔 膜(10)過濾后，上清液返回到膜組件(5)；污泥則排出水槽外。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的減壓鼓泡膜蒸發(fā)濃縮裝置，其特征在于鼓風(fēng)機(jī)(21)，設(shè)置在膜組件(5)的外側(cè)，空氣經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)(21)增壓，進(jìn)入第一級冷凝器 (23)進(jìn)行預(yù)熱。
7.一種減壓鼓泡膜蒸發(fā)濃縮方法，其特征在于膜蒸餾過程與膜孔干燥、膜表面氣體沖洗、處理液氣浮除雜三個(gè)過程同時(shí)進(jìn)行； 膜蒸餾過程與膜孔干燥過程中，原水槽中的原水經(jīng)過水泵進(jìn)入膜組件中進(jìn)行膜蒸發(fā)； 膜表面氣體沖洗過程中，壓縮空氣通過疏水膜鼓泡進(jìn)入膜組件，對膜表面進(jìn)行沖洗； 處理液氣浮除雜過程中，通過計(jì)量泵將絮凝劑等藥劑打入膜組件中；蒸發(fā)絮凝后的濃 水由氣浮作用流出膜組件，在重力作用下流入下方的水槽；經(jīng)過置于水槽中的浸沒式多孔 膜過濾后，上清液返回膜組件；壓縮空氣通過疏水膜鼓泡進(jìn)入膜組件，飽和吸濕后，在減壓抽吸作用下，進(jìn)入冷凝器液化，獲得產(chǎn)水。
8.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于在膜蒸發(fā)過程中，連續(xù)鼓入空氣，同時(shí)，在產(chǎn) 水側(cè)連續(xù)減壓抽吸。
全文摘要
本發(fā)明提供一種減壓鼓泡膜蒸發(fā)濃縮方法。利用空氣鼓泡作用，將膜蒸餾過程與膜孔干燥、膜表面氣體沖洗、處理液氣浮除雜三個(gè)過程同時(shí)進(jìn)行。同時(shí)，利用在膜產(chǎn)水側(cè)施加負(fù)壓抽吸作用，獲得更高的產(chǎn)水通量。通過減壓抽吸同時(shí)不間歇壓縮空氣連續(xù)在線鼓泡，在控制膜污染與膜親水性的同時(shí)，獲得更高的膜產(chǎn)水通量。本發(fā)明設(shè)備簡單，操作方便，易于實(shí)現(xiàn)自動控制。
文檔編號B01D61/36GK101874983SQ200910068638
公開日2010年11月3日 申請日期2009年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月28日
發(fā)明者呂曉龍 申請人:呂曉龍