膜式水处理系统及其方法技术方案

本文描述了使用膜组件处理和回收进料溶液中的水的系统和方法，该膜组件具有封装在收集室中的多个中空纤维膜和连接到膜组件的出口的膨胀室。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】膜式水处理系统及其方法
本专利技术总体上涉及用于处理进料溶液的系统和方法。更具体地说，本专利技术公开了用于从进料溶液回收水和资源的基于膜的蒸馏系统和方法，其具有提高的效率和零液体排放。
技术介绍
在许多国家，具有高的总溶解固体(TDS)或/化学需氧量(COD)的工业废水(例如来自采矿、油气、半导体制造、电镀、制药、染料/纺织品和核能生产等)排放到下水道或天然水体中被禁止，以防止水处理工厂过载或破坏海洋生物。反渗透(RO)是已被用于处理低浓度工业废水、海水、表面废水以便再利用或饮用的主要技术之一。然而，RO的缺点，例如在海水淡化中，是其从海水中回收水的低回收率(约45％)，这是由于从具有高渗透强度的溶液中回收水所需的高压系统的限制。此外，RO对处理在回收水之后残留的盐水或者高浓度的工业废水提出了挑战。因此，具有零液体排放(ZLD)的盐水/高浓度工业废水处理系统是潜在有利的。目前，常规的热分离方法(诸如多级蒸发器和结晶器技术等)已经被用作后RO方法以回收更多的水并从废水中分离其它污染物/盐。然而，这些热分离方法对能量要求很高。最近，膜蒸馏被认为是上述热分离方法的低成本、节能的替代方法。在膜蒸馏系统中，可透过蒸气但不可透过液态水的膜将加热的进料水流与较冷的产物水流分离。由于蒸气压的梯度，从加热的进料流蒸发的水蒸气通过膜并在产物水物流中冷凝。与常规的基于热的分离方法相比，膜蒸馏系统的优点是相对低的操作压力和温度，因此降低了能量需求。因此，膜蒸馏是处理废水的良好替代方案。然而，所使用的蒸馏膜对改变膜的润湿性的酸和有机溶剂非常敏感。如果膜被润湿，则在常规膜蒸馏方法中使用的润湿的膜将允许污染物穿过膜并污染产物水。本专利技术的目的是提供用于处理水的基于膜的系统及其方法，其相对于当前热分离和水蒸馏方法具有增强的能量效率。本专利技术还理想地提供零液体排放，并且可以补充其它水处理，诸如但不限于RO，以改进水回收。本专利技术还能够分离具有不同沸点的液体(例如，酒精：水/丙酮：水/油：水/二醇：水/等)。
技术实现思路
根据本专利技术，解决了本领域中的上述和其它问题，并且在本领域中取得了进步。根据本专利技术的膜式水处理系统(membranewatertreatmentsystem)的第一个优点是，可以从废水或污染的进料溶液中回收高达100％的水。根据本专利技术的膜式水处理系统的第二个优点是，该系统比现有的膜蒸馏系统更节能。根据本专利技术的膜式水处理系统的第三个优点是，与现有的膜蒸馏系统相比，该系统能够以更快的速率回收水，同时消耗更少的能量。根据本专利技术的膜式水处理系统的第四个优点是该系统是可扩展的。根据本专利技术的膜式水处理系统的第五个优点是，该系统能够分离具有不同沸点的液体。根据本专利技术的第一方面，本专利技术包括用于处理进料溶液的系统，所述系统包括：膜组件、膨胀室以及冷凝器，所述膜组件包括：至少一个中空纤维膜，其在所述膜组件的入口与出口之间延伸，所述中空纤维膜具有用于接收经加压和加热的进料溶液并供经加压和加热的进料溶液通过的内孔，以及收集室，其具有部分真空度，所述收集室构造为从所述中空纤维膜的所述孔收集水蒸气；所述膨胀室具有另一部分真空度，所述膨胀室设置在所述膜组件的所述出口处，用于使来自所述膜组件的所述出口的所述进料溶液在所述进料溶液离开所述膜组件的所述出口时膨胀；以及所述冷凝器构造为接收并冷凝来自收集室和膨胀室的水蒸气。根据本专利技术的第一方面的实施例，所述收集室和所述膨胀室连接到真空发生器，由此所述真空发生器向所述收集室和所述膨胀室供应负压。根据本专利技术的第一方面的实施例，所述膜组件还包括加压室，所述加压室设置为与所述膜组件的所述入口相邻，用于在待加压的进料溶液被引导至所述膜组件的所述入口之前对所述进料溶液加压。根据本专利技术的第一方面的实施例，所述系统还包括气泡发生器，所述气泡发生器设置为与所述膜组件的所述入口相邻，用于在待起泡的进料溶液被引导至所述膜组件的所述入口之前使所述进料溶液起泡。根据本专利技术的第一方面的实施例，所述系统还包括加热器，所述加热器设置为与所述膜组件的所述入口相邻，用于在将待加热的进料溶液引导至所述膜组件的所述入口之前加热所述进料溶液。根据本专利技术的第一方面的实施例，所述系统还包括冷凝器，所述冷凝器构造为在待加热的进料溶液被引导至所述膜组件的所述入口之前，利用从所述水蒸气吸收的热量来加热所述进料溶液。根据本专利技术的第一方面的实施例，所述系统还包括设置在所述膜组件的所述入口处的止回阀，用于确保所述进料溶液单向流动至所述中空纤维膜的所述内孔。根据本专利技术的第一方面的实施例，中空纤维膜包含微孔结构，所述微孔结构具有1纳米至100000纳米的平均孔径，其中，优选的孔径为50纳米至500纳米。根据本专利技术的第一方面的实施例，该系统还包括：进料罐，其连接到所述膨胀室，所述进料罐构造为收集来自所述膨胀室的所述进料溶液；管，其具有连接到所述进料罐的第一端和连接到所述膜组件的所述入口的第二端，所述管构造为将所述进料溶液从所述进料罐引导到所述膜组件的所述入口，由此所述管的一部分与热交换器接触，使得来自所述热交换器的热量被所述管的所述一部分吸收。根据本专利技术的第二方面，公开了一种使用膜组件处理进料溶液的方法，所述膜组件具有在所述膜组件的入口和出口之间延伸的至少一个中空纤维膜，并且具有有部分真空度的收集室，所述方法包括：在所述膜组件的所述入口处接收经加压和加热的进料溶液；使所述经加压和加热的进料溶液通过所述至少一个中空纤维膜的内孔；在所述收集室处收集来自所述至少一个中空纤维膜的所述内孔的水蒸气；当所述进料溶液离开所述膜组件的所述出口时，在设置于所述膜组件的所述出口处的膨胀室处使来自所述膜组件的所述出口的进料溶液膨胀，由此所述膨胀室具有另一部分真空度；以及使用冷凝器接收并冷凝来自所述收集室和所述膨胀室的水蒸气。根据本专利技术的第二方面的实施例，所述收集室和所述膨胀室连接到真空发生器，由此所述真空发生器向所述收集室和所述膨胀室供应负压。根据本专利技术的第二方面的实施例，其中，在所述膜组件的所述入口处接收所述经加压和加热的进料溶液的步骤之前，所述方法包括以下步骤：在将待加压的进料溶液引导到所述膜组件的所述入口之前，使用设置为与所述膜组件的所述入口相邻的加压室对所述进料溶液加压。根据本专利技术的第二方面的实施例，其中，在所述膜组件的所述入口处接收所述经加压和加热的进料溶液的步骤之前，所述方法包括以下步骤：在将待起泡的进料溶液引导至所述膜组件的所述入口之前，使用设置为与所述膜组件的所述入口相邻的气泡发生器使所述进料溶液起泡。根据本专利技术的第二方面的实施例，其中，在所述膜组件的所述入口处接收所述经加压和加热的进料溶液的步骤之前，所述方法包括以下步骤：在将待加热的进料溶液引导至所述膜组件的所述入口之前，使用设置为与所述膜组件的所述入口相邻的加热器加热所述进料溶液。根据本专利技术第二方面的实施例，其中，所述中空纤维膜包括微孔结构，所述微孔结构具有1纳米至本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于处理进料溶液的系统，包括：/n膜组件，包括：/n至少一个中空纤维膜，其在所述膜组件的入口与出口之间延伸，所述中空纤维膜具有用于接收经加压和加热的进料溶液并供经加压和加热的进料溶液通过的内孔；以及/n收集室，其具有部分真空度，所述收集室构造为从所述中空纤维膜的所述孔收集水蒸气；/n膨胀室，其具有另一部分真空度，所述膨胀室设置在所述膜组件的所述出口处，用于使来自所述膜组件的所述出口的所述进料溶液在所述进料溶液离开所述膜组件的所述出口时膨胀；以及/n冷凝器，其构造为接收并冷凝来自所述收集室和所述膨胀室的水蒸气。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171025 IN 2017410377121.一种用于处理进料溶液的系统，包括：
膜组件，包括：
至少一个中空纤维膜，其在所述膜组件的入口与出口之间延伸，所述中空纤维膜具有用于接收经加压和加热的进料溶液并供经加压和加热的进料溶液通过的内孔；以及
收集室，其具有部分真空度，所述收集室构造为从所述中空纤维膜的所述孔收集水蒸气；
膨胀室，其具有另一部分真空度，所述膨胀室设置在所述膜组件的所述出口处，用于使来自所述膜组件的所述出口的所述进料溶液在所述进料溶液离开所述膜组件的所述出口时膨胀；以及
冷凝器，其构造为接收并冷凝来自所述收集室和所述膨胀室的水蒸气。


2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述收集室和所述膨胀室连接到真空发生器，由此所述真空发生器向所述收集室和所述膨胀室供应负压。


3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述膜组件还包括加压室，所述加压室设置为与所述膜组件的所述入口相邻，用于在待加压的进料溶液被引导至所述膜组件的所述入口之前对所述进料溶液加压。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，还包括气泡发生器，所述气泡发生器设置为与所述膜组件的所述入口相邻，用于在待起泡的进料溶液被引导至所述膜组件的所述入口之前使所述进料溶液起泡。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，还包括加热器，所述加热器设置为与所述膜组件的所述入口相邻，用于在将待加热的进料溶液引导至所述膜组件的所述入口之前加热所述进料溶液。


6.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其中，所述冷凝器构造为在待加热的进料溶液被引导至所述膜组件的所述入口之前，利用从所述水蒸气吸收的热量来加热所述进料溶液。


7.根据权利要求1所述的系统，还包括设置在所述膜组件的所述入口处的止回阀，用于确保所述进料溶液单向流动至所述中空纤维膜的所述内孔。


8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述中空纤维膜包括微孔结构，所述微孔结构具有1纳米至100000纳米的平均孔径。


9.根据权利要求8所述的系统，其中，优选的孔径为50纳米至500纳米。


10.根据权利要求1所述的系统，还包括：
进料罐，其连接到所述膨胀室，所述进料罐构造为收集来自所述膨胀室的所述进料溶液；
管，其具有连接到所述进料罐的第一端和连接到所述膜组件的所述入口的第二端，所述管构造为将所述进料溶液从所述进料罐引导到所述膜组件的所述入口，由此所述管的一部分与热交换器接触，使得来自所述热...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯·塞尔瓦拉·安东尼·普林斯，
申请(专利权)人：梅斯富特创新私人有限公司，
类型：发明
国别省市：新加坡;SG