[发明专利]一种反渗透浓盐水的浓缩方法及设备

说明书

本发明公开了一种反渗透浓盐水的浓缩方法及设备，浓缩方法包括：(1)正渗透浓缩过程：将反渗透浓盐水作为原料液，原料液中的水通过汲取液的作用穿过正渗透膜进入汲取液侧，而原料液中的盐分被截留在原料液侧，从而使原料液被浓缩；(2)膜蒸馏浓缩过程：将步骤(1)中被浓缩的原料液送至膜蒸馏膜热侧，通过膜蒸馏膜冷侧的循环水冷却或真空抽吸，使热侧水以水蒸汽的形式穿过膜蒸馏膜进入冷侧，热侧原料液失水从而使原料液被进一步浓缩。浓缩设备包括正渗透装置、膜蒸馏装置和浓盐水罐。上述浓缩方法及设备采用正渗透作为膜蒸馏的预处理技术对反渗透浓盐水进行深度浓缩，以减少整体的能耗，从而低耗能高浓缩效率地实现了反渗透浓盐水的处理与后续资源利用。

技术领域

本发明属于污废水处理领域。具体涉及一种反渗透浓盐水的浓缩方法及设备。

背景技术

自20世纪60年代反渗透技术取得突破性进展，被广泛应用于海水淡化行业，很大程度上缓解了淡水资源短缺问题。但是基于反渗透工艺的浓缩原理来看，其处理每单位体积的海水就会产生四分之一的副产物——反渗透浓盐水，其含盐量高达60000mg/L-80000mg/L，主要成分包括Cl^-、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、K⁺等无机离子。该浓盐水若直接排放到环境中，会污染水体并危及水体中的生物。并且，盐分也是一种资源，直接排放还造成了资源的浪费。因此，如何对反渗透浓盐水进行经济高效的浓缩、处置已成为零排放工艺的关键问题和工艺研发的热点。

目前已较为成熟的高盐废水处理技术主要有：蒸发塘、多效蒸发、机械压缩再蒸发等蒸发浓缩技术以及电渗析法浓缩技术等；同时还有一些得到广泛关注的新型浓缩技术包括膜蒸馏浓缩技术和正渗透脱盐技术等。

结合反渗透浓盐水的高含盐特点考虑，应用的浓缩技术存在以下技术问题：(1)对于蒸发塘技术，蒸发浓缩占地面积大，对光照、气候条件要求高，浓缩周期长，大幅减少了其浓缩效率和经济收益，且对于反渗透浓盐水的浓缩程度低。(2)多效蒸发技术由于换热次数较多，造成热量的损耗，使处理成本提高；其适合于浓缩处理中等盐度的污废水，此外，其设备系统较为复杂。(3)机械压缩再蒸发等蒸发浓缩技术作为多效蒸发的升级版确实解决了多效蒸发的部分问题，但目前仍有电量消耗大、首次启动困难和腐蚀等问题。电渗析法浓缩技术虽然可以将反渗透浓盐水浓缩至过饱和状态，但仍存在膜性能不稳定、隔板内电厂分布不均等问题，且能耗过高，尚不能实际工程应用。

正渗透是一种新型的膜分离技术。其以亲水膜为介质，依靠膜两侧料液的某种驱动力(如浓度差)自发进行水传递，使水分子从选择性透过膜一侧(原料液)向具有高渗透压一侧(汲取液)进行传递。这种自发传递过程造就了正渗透技术显著的优势，即低压甚至无压操作，能耗低，膜污染低等。在水处理、资源回收和新能源利用等方面具有巨大的潜在应用价值。

膜蒸馏技术是一种将蒸馏法与膜分离方法相结合的新型浓缩技术。其过程是以疏水微孔膜为介质，膜两侧蒸汽压差为动力，实现溶液的质量和热量的传递。用于反渗透浓盐水浓缩时，膜材料的一侧溶液(通常称为热侧)中的水通过加热以蒸汽的形式穿过疏水微孔膜进入另一侧(通常称为冷侧)，低温条件下，水蒸汽被冷凝收集从而实现浓盐水的再次浓缩。其分离原理使其操作简单，盐水浓缩程度高，低温低压下将浓盐水浓缩到过饱和状态而析出晶体，即含盐量达24％。此外，经国内外研究学者的一系列研究，膜的盐截留率可达到99.9％。

正渗透与膜蒸馏技术有较多共同点和有别于传统压力过滤过程的技术优势。两者均属于膜接触传质过程，具有常压操作、脱盐率高等优点。但在实际应用中，正渗透和膜蒸馏面临的主要关键技术问题分别是：对于正渗透，由于汲取剂在过程中被稀释，导致渗透压降低，从而水通量降低，不能达到较高的浓缩程度，浓缩程度一般在14％-15％；对于膜蒸馏，膜蒸馏过程中90％的能耗来源于对原料液的加热，且膜两侧界面上存在相变，使得热损耗较高，导致能耗增加。将等量反渗透浓盐水从6％浓缩至14％-15％时，由于膜蒸馏热侧加热温度在55℃-65℃，比正渗透高，且冷侧有低温冷凝或者真空抽吸，所以膜蒸馏的耗能远高于正渗透。