一种膜蒸馏与双极膜电渗析组合的废水处理系统的制作方法

本发明涉及废水处理领域，特别是一种膜蒸馏与双极膜电渗析组合的废水处理系统。

背景技术：

当前，膜分离技术由于具有低能耗低维护、节能环保高效以及操作控制简易等优点，在废水处理领域受到了越来越广泛的关注。然而，传统的压力驱动型膜分离技术往往具有预处理过程复杂繁琐、运行过程膜污染严重等问题，导致膜通量衰减严重，在长期的运行过程中，膜系统性能大幅下降，使用寿命相对较短，这些缺陷在一定程度上限制了膜分离技术在实际废水处理中的应用发展。

膜蒸馏技术以温差为驱动力，可以在常压下运行，赋予膜蒸馏较强的抗污染性能。此外，膜蒸馏过程截留效能高，运行过程受到盐度影响小。通过与废热结合，能够实现低能耗的运行，在高污染废水的处理中具备显著优势。

然而，在高浓度废水处理中，废水中的有机物和无机物污染同时出现，容易造成膜蒸馏严重的复合污染，导致膜性能显著下降，甚至引起润湿恶化截留效能；并且污染的可逆性低，频繁的化学清洗一方面增加运行费用，另一方面加速膜材料的老化，影响蒸馏过程的稳定性。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种膜蒸馏与双极膜电渗析组合的废水处理系统，应对废水处理中的膜污染问题；利用酸化条件下的膜污染特性，引入能够同时产生酸液和碱液的双极膜电渗析系统，前者酸化膜蒸馏系统进料，调控膜蒸馏污染特性，后者为膜蒸馏组件定期碱洗提供洗液，有效去除蒸馏膜污垢。同时，酸化膜蒸馏系统进料，还能提高废水中常见的氨氮的去除效能。

本发明采用以下方案实现：一种膜蒸馏与双极膜电渗析组合的废水处理系统，包括精密过滤系统、高级氧化系统、双极膜电渗析系统、膜蒸馏系统、结晶系统、蓄水池、调酸池和储碱池；将废水经过精密过滤系统，分离去除废液中颗粒性固体杂质；将经过精密过滤系统处理的一部分废水泵入高级氧化系统，进行高级氧化反应，降解废液中的有机物，用以减缓双极膜电渗析系统膜污染的形成；将高级氧化系统的出水泵入双极膜电渗析系统，在酸室中产生酸液，在碱室中产生碱液，分别泵入调酸池和储碱池；将所述经过精密过滤预处理后的其他废水和双极膜电渗析系统酸室中产生的酸液分别泵入调酸池充分混合，用以提高膜蒸馏系统进料的酸度；启动膜蒸馏系统处理废水，将系统出水存储于蓄水池中；将所述膜蒸馏池热端的浓缩废液导入结晶系统，减小浓缩废液体积；当膜蒸馏污染导致膜通量下降5~50%后，利用双极膜电渗析形成的碱液进行膜蒸馏系统清洗，并将清洗后的碱洗废液与浓缩液中和处理；膜蒸馏系统产生的纯水用于双极膜电渗析系统的清洗和配制循环溶液，用以维持双极膜电渗析系统的稳定运行。

进一步地，所述将经过精密过滤系统处理的一部分废水泵入高级氧化系统的废水比例为0.1~20%。

进一步地，所述废水含有机物和总溶解固体（tds）的总质量分数大于0.5%。

进一步地，所述膜蒸馏系统的膜材料能够选择中空纤维膜或平板膜形式，材质包括pvdf、ptfe、pp疏水膜材料，其平均孔径为0.01μm~5.00μm。

进一步地，所述高级氧化系统能够选择包括光化学氧化、湿式氧化、声化学氧化、臭氧氧化、电化学氧化或fenton氧化的氧化技术降解废水中的部分有机污染。

进一步地，当废水中的有机物含量低于10mg/l时，可不设置高级氧化系统，即大部分废水直接经过双极膜电渗析系统处理。

进一步地，所述膜蒸馏系统的运行温度为40~90℃。

进一步地，所述所述膜蒸馏系统包括直接接触膜蒸馏、气隙膜蒸馏、真空膜蒸馏或气扫膜蒸馏系统。

进一步地，膜蒸馏组件的清洗方式能够采用气洗、碱洗、水洗的单独或组合清洗方式，碱洗洗液来源于双极膜电渗析系统碱室产生的碱液。

进一步地，所述结晶系统能够采取焚烧法、机械式蒸汽再压缩技术；在规模较小时能够直接将浓缩液外运处理。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明根据复合污染特性，利用酸化，调控膜蒸馏的污染组成，强化膜污染的可逆性，提升系统运行稳定性和产水水质。

（2）本发明引入双极膜电渗析技术，原位生成酸碱液，为膜蒸馏提供进水ph调控和清洗洗液，去除多蒸馏膜表面污垢及膜孔隙堵塞物，有效恢复膜蒸馏性能，延长膜组件的使用寿命，降低膜蒸馏系统的维护成本。

（3）本发明引入高级氧化技术，降解经过精滤处理后的废水等难处理废水中的有机物，有效减缓双极膜电渗析系统中膜污染的形成，进一步提升膜蒸馏性能，提高系统产水水质。

（4）本发明废水处理系统有效组合膜蒸馏与双极膜电渗析，充分利用膜蒸馏的抗污染特性，结合双极膜电渗析技术，简化膜蒸馏系统预处理技术，强化其抗污染性能，可实现废水的高效处理和回用。

附图说明

图1为本发明实施例的工艺流程图1-废水；2-酸液；3a-碱液；3b-碱液；4a-纯水；4b-纯水；5-浓缩废液。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本实施例提供一种膜蒸馏与双极膜电渗析组合的废水处理系统，包括精密过滤系统、高级氧化系统、双极膜电渗析系统、膜蒸馏系统、结晶系统、蓄水池、调酸池和储碱池；将废水经过精密过滤系统，分离去除废液中颗粒性固体杂质；将经过精密过滤系统处理的一部分废水泵入高级氧化系统，进行高级氧化反应，降解废液中的有机物，用以减缓双极膜电渗析系统膜污染的形成；将高级氧化系统的出水泵入双极膜电渗析系统，在酸室中产生酸液，在碱室中产生碱液，分别泵入调酸池和储碱池；将所述经过精密过滤预处理后的其他废水和双极膜电渗析系统酸室中产生的酸液分别泵入调酸池充分混合，用以提高膜蒸馏系统进料的酸度；启动膜蒸馏系统处理废水，将系统出水存储于蓄水池中；将所述膜蒸馏池热端的浓缩废液导入结晶系统，减小浓缩废液体积；当膜蒸馏污染导致膜通量下降5~50%后，利用双极膜电渗析形成的碱液进行膜蒸馏系统清洗，并将清洗后的碱洗废液与浓缩液中和处理；膜蒸馏系统产生的纯水用于双极膜电渗析系统的清洗和配制循环溶液，用以维持双极膜电渗析系统的稳定运行。

在本实施例中，所述将经过精密过滤系统处理的一部分废水泵入高级氧化系统的废水比例为0.1~20%。

在本实施例中，所述废水含有机物和总溶解固体（tds）的总质量分数大于3.5%。

在本实施例中，所述膜蒸馏系统的膜材料能够选择中空纤维膜或平板膜形式，材质包括pvdf、ptfe、pp疏水膜材料，其平均孔径为0.01μm~5.00μm。

在本实施例中，根据进水有机物含量、特性及水体实际处理需求，所述高级氧化系统能够选择包括光化学氧化、湿式氧化、声化学氧化、臭氧氧化、电化学氧化或fenton氧化的氧化技术降解废水中的部分有机污染。

在本实施例中，当废水中的有机物含量低于10mg/l时，可不设置高级氧化系统，即大部分废水直接经过双极膜电渗析系统处理。

在本实施例中，所述膜蒸馏系统的运行温度为40~95℃。

在本实施例中，根据疏水膜透过侧的不同蒸汽收集冷凝方式，所述膜蒸馏系统包括直接接触膜蒸馏、气隙膜蒸馏、真空膜蒸馏或气扫膜蒸馏系统。

在本实施例中，膜蒸馏组件的清洗方式能够采用气洗、碱洗、水洗的单独或组合清洗方式，碱洗洗液来源于双极膜电渗析系统碱室产生的碱液。

在本实施例中，所述结晶系统能够采取焚烧法、机械式蒸汽再压缩技术；在规模较小时能够直接将浓缩液外运处理。

较佳的，本实施例系统主要包括精密过滤预处理系统、高级氧化系统、双极膜电渗析系统、膜蒸馏系统和结晶系统。废水在通过精密过滤预处理去除颗粒性物质后，少量废水进入高级氧化系统以去除有机物，继续经过双极膜电渗析系统处理，形成酸液和碱液。大部分原水经酸化后进入膜蒸馏系统净化处理，形成的浓缩液进入结晶系统处理。阶段运行后，利用双极膜电渗析系统产生的碱液对膜蒸馏组件进行定期清洗。

结合附图和垃圾渗滤液处理实施例对本实施例做进一步的说明：

本实施例的待处理垃圾渗滤液中含大量k+（2000~3000mg/l）、na+（500~800mg/l）、mg2+（100~300mg/l）、ca2+（100~200mg/l）等金属盐离子、氨氮（1650~1800mg/l）和有机物（500~750mg/l）等。

具体实施如图1所示，垃圾渗滤液（1）经过精密过滤处理去除颗粒性固体杂质后，分别泵入高级氧化系统和调酸池。垃圾渗滤液（1）中有机物含量较高，进入高级氧化系统经过高级氧化作用，去除水体中大量有机物。双极膜电渗析系统酸室中产生的酸液（2）直接汇入调酸池中，与经精密过滤处理的垃圾渗滤液（1）充分混合，提高混合液即膜蒸馏系统进料的酸度，调节ph至3~6后进入膜蒸馏系统。膜蒸馏系统的运行温度为60℃，可实现对垃圾渗滤液（1）中的有机物、金属离子99.9%以上的去除率，有效净化垃圾渗滤液（1）。通过酸化，可提升膜蒸馏对于氨氮的去除率10~30%，浓缩垃圾渗滤液5倍后，膜通量下降小于20%，相比减少20~40%的膜污染。双极膜电渗析系统产生的碱液（3a）储存于储碱池，利用其配制ph为12的碱液（3b），清洗时间为20分钟，可以完全去除膜表面污染物质，使得膜通量完全恢复。膜蒸馏系统冷端产出电导率低的纯水，一部分纯水（4a）直接注入蓄水池，另一部分纯水（4b）回流入双极膜电渗析系统，实现净化水的循环利用；热端浓缩废液（5）导入结晶系统，实现零排放。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。