CN111453812B - 一种浓缩含低分子量醇类溶液的反渗透装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及环保领域，具体为一种浓缩含低分子量醇类溶液的反渗透装置和方法，包括一个采用内循环工艺的一级反渗透浓缩单元和两段两级连续反渗透处理单元；所述一级反渗透浓缩单元和两段两级连续反渗透处理单元连通。本申请通过工艺路线的调整和优化解决了截留率较低的物质的反渗透处理问题，在提高回收率和降低运行能耗的基础上实现处理出水达标排放的目的。本发明采用的两段连续的反渗透设备进行串联工艺，实现了低分子量醇类溶液的浓缩和醇类物质的回收，回收率≥99%，处理后的最终水中的化学耗氧量达到地表排放要求。
Description
技术领域
本申请涉及环保领域，具体为一种浓缩含低分子量醇类溶液的反渗透装置和方法。
背景技术
飞机除冰后会产生大量含低分子量醇类废水，这些废水化学耗氧量高，且在土壤中容易渗透，污染地下水。现今主要采用蒸发浓缩回收法来处理飞机除冰废水，以实现醇类物质的回收生，减少低分子量醇类作为原料的消耗。然而，废水在蒸发浓缩过程中产生的低浓度含醇溶液化学耗氧量较高（2000~10000 mg/L），无法达到排放要求。
反渗透技术是一种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离技术，常用于海水淡化、电镀废水和垃圾渗滤液的处理以及化学工业品的提纯和浓缩。然而，传统的反渗透工艺回收率偏低（一般为75%），设备运行能耗变高。
专利CN102249434B公开了一种超高回收率处理工艺及其浓水高温反渗透处理设备。废水分别经过原水反渗透、浓水反渗透和高温反渗透工艺处理后，最终分离的浓水重量缩减到废水总重量的2~5%。尽管该工艺和设备能够获得95%以上的净水，但对于截留率较低的低分子量醇溶液来说，上述工艺和设备产生的净水COD无法达到排放要求。
专利CN109092065A公开了一种大循环反渗透工艺脱除低分子量醇类的装置及方法。该装置包含一个单级浓缩段以及一个至少三个依次串联的多级反渗透单元，用于浓缩水溶液中的低分子量醇类，处理后的透过液中醇类浓度含量低于30 ppm。尽管该装置处理后的溶液能够达到排放要求，但是该工艺采用了大流量循环工艺，装置运行过程中大量的溶液在设备间进行循环，使得装置的处理效率降低，运行能耗偏高。
由于反渗透膜对低分子量醇类物质的截留率较低，传统的反渗透处理工艺无法实现在提高回收率的基础上，实现处理出水达标排放及降低运行能耗的目的。
发明内容
为解决现有工艺存在的上述问题，解决处理过程中出水达标排放以及高回收率的矛盾，本发明现提出了一种浓缩含低分子量醇类溶液的反渗透工艺和装置，在降低装置的运行能耗的同时，不仅能够使低分子量醇类的回收率≥99%，同时可以根据进水中的低分子量醇浓度进行调节，使处理出水中的化学耗氧量（COD）达到地表水排放要求（CDD≤40 mg/L）。
为解决上述技术目的，本发明采用了以下技术方案：
一种浓缩含低分子量醇类溶液的反渗透装置，其特征在于：包括一个采用内循环工艺的一级反渗透浓缩单元和两段两级连续反渗透处理单元；所述一级反渗透浓缩单元和两段两级连续反渗透处理单元连通。
第一段两级连续反渗透处理单元包含依次串联的一个低分子量醇类溶液进料罐、一个第一两级连续反渗透处理设备和一个第一反渗透出水罐，低分子量醇类溶液进料罐通过管道与第一两级连续反渗透处理设备的第一两级连续反渗透处理设备进料泵和第一两级连续反渗透处理设备高压泵相连，第一两级连续反渗透处理设备的浓缩液出口通过管道与一级反渗透浓缩单元的浓缩液循环罐相连，第一两级连续反渗透处理设备的透析液出口与第一反渗透出水罐相连。
每一个两级连续反渗透处理单元均包括一个段间高压泵、二段膜处理单元以及中间缓冲罐。
第二段两级连续反渗透处理单元包含依次串联的一个第二两级连续反渗透处理设备进料泵、一个第二两级连续反渗透处理设备高压泵和一个第二两级连续反渗透处理设备；第二两级连续反渗透处理设备通过第二两级连续反渗透处理设备进料泵和第二两级连续反渗透处理设备高压泵与第一反渗透出水罐相连，第二两级连续反渗透处理设备的浓缩液出口通过管道与第一连续反渗透设备的低分子量醇类溶液进料罐相连，第二两级连续反渗透处理设备的透析液出口管道与在线COD检测仪相连，在线COD检测仪后面接有一个三通阀，三通阀通过管道与低分子量醇类溶液进料罐和反渗透最终出水罐相连，三通阀后的液体根据COD检测结果进入到反渗透最终出水罐中或回流到低分子量醇类溶液进料罐中。具体而言，COD为液体的化学耗氧量，当COD≤40 mg/L，液体进入反渗透最终出水罐；当COD高于40mg/L，液体则进入低分子量醇类溶液进料罐中。
一级反渗透浓缩单元包含依次连通的一个浓缩液循环罐、一个反渗透浓缩设备和一个浓缩液储罐；浓缩液循环罐与反渗透浓缩设备中间设有反渗透浓缩处理设备高压泵和反渗透浓缩处理设备中间循环泵；反渗透浓缩设备的透析液出口与第一段两级连续反渗透处理单元的低分子量醇类溶液进料罐相连，反渗透浓缩设备的浓缩液出口与浓缩液储罐相连。浓缩液循环罐的作用是储存第一两级连续反渗透处理设备的浓缩液以及一级反渗透浓缩单元运行过程中产生的少量浓缩液；浓缩液储罐的目的是用来储存一级反渗透浓缩单元产生的浓缩液。
进一步地，在每段串联的两级连续反渗透处理设备中间加入一个段间增加泵，从而提高膜面流速，降低连续反渗透设备出水中的低分子量醇类物质的含量。膜面是指反渗透膜的表面，提高流速有助于降低醇类物质在反渗透膜表面的沉积，使得出水的醇浓度降低。
一种浓缩含低分子量醇类溶液的反渗透工艺，其特征在于：包括如下步骤：
A1:含有低分子量醇类物质的进料液进入到第一段两级连续反渗透处理单元的低分子量醇类溶液进料罐中，经过第一段两级连续反渗透处理单元的第一两级连续反渗透处理设备后，产生的浓缩液进入一级反渗透浓缩单元的浓缩液循环罐，产生的透析液进入到第一反渗透出水罐;
A2:第一两级连续反渗透处理设备产生的透析液进入到第一反渗透出水罐后，通过管道经第二段两级连续反渗透处理单元中的第二两级连续反渗透处理设备进料泵和第二两级连续反渗透处理设备高压泵进入到第二两级连续反渗透处理设备中进行处理，产生的浓缩液返回到第一段两级连续反渗透处理单元的低分子量醇类溶液进料罐中，产生的透析液进入到在线COD检测仪进行COD检测；
A3：第一段两级连续反渗透处理单元中第一两级连续反渗透处理设备产生的浓缩液进入到一级反渗透浓缩单元的浓缩液循环罐中，通过管道经反渗透浓缩处理设备中间循环泵进入到反渗透浓缩设备进行浓缩处理，处理后产生的浓缩液进入到浓缩液储罐中，产生的透析液进入到第一段两级连续反渗透处理单元的低分子量醇类溶液进料罐中。
进一步地，步骤A1中进料液的低分子量醇类物质的浓度为2000ppm~10000 ppm，优选为2000~6000ppm。
进一步地，步骤A1中第一两级连续反渗透处理设备中透析液与浓缩液的比值可以根据进料液中低分子量醇类物质的浓度进行调节，调节比值为1:1~4:1。
进一步地，步骤A2中第二两级连续反渗透处理设备中透析液与浓缩液的比值可以根据进料液中低分子量醇类物质的浓度进行调节，调节比值为1:1~4:1。
进一步地，步骤A3中，反渗透浓缩设备中透析液与浓缩液的比值可以根据进料液中低分子量醇类物质的浓度进行调节，调节比值为1:1~2:1。
进一步地，步骤A2中第二两级连续反渗透处理设备的透析液出水管与在线COD检测仪相连，根据COD测试结果经三通阀自动调节反渗透透析液的走向。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
（1）本申请通过工艺路线的调整和优化解决了截留率较低（≤75%）的物质的反渗透处理问题，在提高回收率和降低运行能耗的基础上实现处理出水达标排放的目的。本发明采用的两段连续的反渗透设备进行串联工艺，实现了低分子量醇类溶液的浓缩和醇类物质的回收，回收率≥99%，处理后的最终水中的化学耗氧量（COD）达到地表排放要求。
（2）本发明采用了在线COD检测仪来检测最终出水的COD，并根据检测结果确定出水的走向，当COD超过设定值时，装置带有的三通阀能够将出水回流到低分子量醇类溶液进料罐中，保证了最终出水COD的稳定性。
（3）本发明采用的浓度低分子量醇类物质的反渗透工艺和装置，能够通过调节一级反渗透浓缩设备中浓缩液和透析液的比值来实现整套装置最终出水化学耗氧量的稳定，可以处理的进料液中低分子量醇类物质的含量可以达到10000ppm。
（4）本发明采用二段两级连续式反渗透装置，每段连续式反渗透设备产生的浓缩液在本段内部循环，而无需进入到进料罐中，从而大大降低了液体处理过程中的循环量，提高了运行效率，降低了装置的运行能耗和处理成本。
附图说明
图1为本发明浓缩含低分子量醇类物质的反渗透装置的工艺流程图。
图2为第一连续反渗透单元的放大示意图。
图3为第二连续反渗透单元的放大示意图。
图4为一级反渗透浓缩单元与第一连续反渗透单元放大流程图。
附图中：
1-低分子量醇类溶液进料罐，2-第一两级连续反渗透处理设备进料泵，3-第一两级连续反渗透处理设备高压泵，4-第一两级连续反渗透处理设备，5-第一反渗透出水罐，6-第二两级连续反渗透处理设备进料泵，7-第二两级连续反渗透处理设备高压泵，8-第二两级连续反渗透处理设备，9-在线COD检测仪，10-三通阀，11-浓缩液循环罐，12-反渗透浓缩处理设备高压泵，13-反渗透浓缩处理设备中间循环泵，14-反渗透浓缩设备，15-浓缩液储罐，16-反渗透最终出水罐。
41-第一处理设备反渗透膜组件一，42-第一处理设备反渗透膜组件二，81-第二处理设备反渗透膜组件一，82-第二处理设备反渗透膜组件二。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，一种浓缩含低分子量醇类溶液的反渗透装置包括一个采用内循环工艺的一级反渗透浓缩单元和两段两级连续反渗透处理单元；所述一级反渗透浓缩单元和两段两级连续反渗透处理单元连通。
第一段两级连续反渗透处理单元包含依次串联的一个低分子量醇类溶液进料罐1、一个第一两级连续反渗透处理设备4和一个第一反渗透出水罐5，低分子量醇类溶液进料罐1通过管道与第一两级连续反渗透处理设备4的第一两级连续反渗透处理设备进料泵2和第一两级连续反渗透处理设备高压泵3相连，第一两级连续反渗透处理设备4的浓缩液出口通过管道与一级反渗透浓缩单元的浓缩液循环罐11相连，第一两级连续反渗透处理设备4的透析液出口与第一反渗透出水罐5相连。
其中第一两级连续反渗透处理设备4包括第一处理设备反渗透膜组件一41和第一处理设备反渗透膜组件二42。
第二段两级连续反渗透处理单元包含依次串联的一个第二两级连续反渗透处理设备进料泵6、一个第二两级连续反渗透处理设备高压泵7和一个第二两级连续反渗透处理设备8；第二两级连续反渗透处理设备8通过第二两级连续反渗透处理设备进料泵6和第二两级连续反渗透处理设备高压泵7与第一反渗透出水罐5相连，第二两级连续反渗透处理设备8的浓缩液出口通过管道与第一连续反渗透设备的低分子量醇类溶液进料罐1相连，第二两级连续反渗透处理设备8的透析液出口管道与在线COD检测仪9相连，在线COD检测仪9后面接有一个三通阀10，三通阀10通过管道与低分子量醇类溶液进料罐1和反渗透最终出水罐16相连，三通阀后的液体根据COD检测结果进入到反渗透最终出水罐16中或回流到低分子量醇类溶液进料罐1中。具体而言，COD为液体的化学耗氧量，当COD≤40 mg/L，液体进入反渗透最终出水罐16；当COD高于40mg/L，液体则进入低分子量醇类溶液进料罐1中。
其中第二两级连续反渗透处理设备8包括第二处理设备反渗透膜组件一81和第二处理设备反渗透膜组件二82。
一级反渗透浓缩单元包含依次连通的一个浓缩液循环罐11、一个反渗透浓缩设备14和一个浓缩液储罐15；浓缩液循环罐11与反渗透浓缩设备14中间设有反渗透浓缩处理设备高压泵12和反渗透浓缩处理设备中间循环泵13；反渗透浓缩设备14的透析液出口与第一段两级连续反渗透处理单元的低分子量醇类溶液进料罐1相连，反渗透浓缩设备14的浓缩液出口与浓缩液储罐15相连。浓缩液循环罐11的作用是储存第一两级连续反渗透处理设备的浓缩液以及一级反渗透浓缩单元运行过程中产生的少量浓缩液；浓缩液储罐15的目的是用来储存一级反渗透浓缩单元产生的浓缩液。
进一步地，在每段串联的两级连续反渗透处理设备中间加入一个段间增加泵，从而提高膜面流速，降低连续反渗透设备出水中的低分子量醇类物质的含量。膜面是指反渗透膜的表面，提高流速有助于降低醇类物质在反渗透膜表面的沉积，使得出水的醇浓度降低。
实施例2
一种浓缩含低分子量醇类溶液的反渗透工艺，其特征在于：包括如下步骤：
A1:含有低分子量醇类物质的进料液进入到第一段两级连续反渗透处理单元的低分子量醇类溶液进料罐1中，经过第一段两级连续反渗透处理单元的第一两级连续反渗透处理设备4后，产生的浓缩液进入一级反渗透浓缩单元的浓缩液循环罐11，产生的透析液进入到第一反渗透出水罐5;步骤A1中进料液的低分子量醇类物质的浓度为2000ppm~10000ppm，优选为2000~6000ppm；步骤A1中第一两级连续反渗透处理设备4中透析液与浓缩液的比值可以根据进料液中低分子量醇类物质的浓度进行调节，调节比值为1:1~4:1。
A2:第一两级连续反渗透处理设备4产生的透析液进入到第一反渗透出水罐5后，通过管道经第二段两级连续反渗透处理单元中的第二两级连续反渗透处理设备进料泵6和第二两级连续反渗透处理设备高压泵7进入到第二两级连续反渗透处理设备8中进行处理，产生的浓缩液返回到第一段两级连续反渗透处理单元的低分子量醇类溶液进料罐1中，产生的透析液进入到在线COD检测仪9进行COD检测；步骤A2中第二两级连续反渗透处理设备8中透析液与浓缩液的比值可以根据进料液中低分子量醇类物质的浓度进行调节，调节比值为1:1~4:1。第二两级连续反渗透处理设备8的透析液出水管与在线COD检测仪相连，根据COD测试结果经三通阀自动调节反渗透透析液的走向。
A3：第一段两级连续反渗透处理单元中第一两级连续反渗透处理设备产生的浓缩液进入到一级反渗透浓缩单元的浓缩液循环罐11中，通过管道经反渗透浓缩处理设备中间循环泵13进入到反渗透浓缩设备14进行浓缩处理，处理后产生的浓缩液进入到浓缩液储罐15中，产生的透析液进入到第一段两级连续反渗透处理单元的低分子量醇类溶液进料罐1中。步骤A3中，反渗透浓缩设备14中透析液与浓缩液的比值可以根据进料液中低分子量醇类物质的浓度进行调节，调节比值为1:1~2:1。
本申请通过工艺路线的调整和优化解决了截留率较低（≤75%）的物质的反渗透处理问题，在提高回收率和降低运行能耗的基础上实现处理出水达标排放的目的。本发明采用的两段连续的反渗透设备进行串联工艺，实现了低分子量醇类溶液的浓缩和醇类物质的回收，回收率≥99%，处理后的最终水中的化学耗氧量（COD）达到地表排放要求。采用了在线COD检测仪来检测最终出水的COD，并根据检测结果确定出水的走向，当COD超过设定值时，装置带有的三通阀能够将出水回流到低分子量醇类溶液进料罐中，保证了最终出水COD的稳定性。
采用的浓度低分子量醇类物质的反渗透工艺和装置，能够通过调节一级反渗透浓缩设备中浓缩液和透析液的比值来实现整套装置最终出水化学耗氧量的稳定，可以处理的进料液中低分子量醇类物质的含量可以达到10000ppm。采用二段两级连续式反渗透装置，每段连续式反渗透设备产生的浓缩液在本段内部循环，而无需进入到进料罐中，从而大大降低了液体处理过程中的循环量，提高了运行效率，降低了装置的运行能耗和处理成本。
Claims (6)
1.一种浓缩含低分子量醇类溶液的反渗透装置，其特征在于：包括一个采用内循环工艺的一级反渗透浓缩单元和两段两级连续反渗透处理单元；所述一级反渗透浓缩单元和两段两级连续反渗透处理单元连通；
第一段两级连续反渗透处理单元包含依次串联的低分子量醇类溶液进料罐（1）、第一两级连续反渗透处理设备（4）和第一反渗透出水罐（5），低分子量醇类溶液进料罐（1）通过管道与第一两级连续反渗透处理设备（4）的第一两级连续反渗透处理设备进料泵（2）和第一两级连续反渗透处理设备高压泵（3）相连，第一两级连续反渗透处理设备（4）的浓缩液出口通过管道与一级反渗透浓缩单元的浓缩液循环罐（11）相连，第一两级连续反渗透处理设备（4）的透析液出口与第一反渗透出水罐（5）相连；
第二段两级连续反渗透处理单元包含依次串联的第二两级连续反渗透处理设备进料泵（6）、一个第二两级连续反渗透处理设备高压泵（7）和第二两级连续反渗透处理设备（8）；第二两级连续反渗透处理设备（8）通过第二两级连续反渗透处理设备进料泵（6）和第二两级连续反渗透处理设备高压泵（7）与第一反渗透出水罐（5）相连，第二两级连续反渗透处理设备（8）的浓缩液出口通过管道与第一连续反渗透设备的低分子量醇类溶液进料罐（1）相连，第二两级连续反渗透处理设备（8）的透析液出口管道与在线COD检测仪（9）相连，在线COD检测仪（9）后面接有一个三通阀（10），三通阀（10）通过管道与低分子量醇类溶液进料罐（1）和反渗透最终出水罐（16）相连，三通阀（10）后的液体根据COD检测结果进入到反渗透最终出水罐（16）中或回流到低分子量醇类溶液进料罐（1）中；
一级反渗透浓缩单元包含依次连通的一个浓缩液循环罐（11）、一个反渗透浓缩设备（14）和一个浓缩液储罐（15）；浓缩液循环罐（11）与反渗透浓缩设备（14）中间设有反渗透浓缩处理设备高压泵（12）和反渗透浓缩处理设备中间循环泵（13）；反渗透浓缩设备（14）的透析液出口与第一段两级连续反渗透处理单元的低分子量醇类溶液进料罐（1）相连，反渗透浓缩设备（14）的浓缩液出口与浓缩液储罐（15）相连；
反渗透装置采用二段两级连续式反渗透装置，每段连续式反渗透设备产生的浓缩液在本段内部循环，无需进入到进料罐中。
2.根据权利要求1所述的一种浓缩含低分子量醇类溶液的反渗透装置的反渗透方法，其特征在于：包括如下步骤：
A1:含有低分子量醇类物质的进料液进入到第一段两级连续反渗透处理单元的低分子量醇类溶液进料罐（1）中，经过第一段两级连续反渗透处理单元的第一两级连续反渗透处理设备（4）后，产生的浓缩液进入一级反渗透浓缩单元的浓缩液循环罐（11），产生的透析液进入到第一反渗透出水罐（5）;
A2:第一两级连续反渗透处理设备（4）产生的透析液进入到第一反渗透出水罐（5）后，通过管道经第二段两级连续反渗透处理单元中的第二两级连续反渗透处理设备进料泵（6）和第二两级连续反渗透处理设备高压泵（7）进入到第二两级连续反渗透处理设备（8）中进行处理，产生的浓缩液返回到第一段两级连续反渗透处理单元的低分子量醇类溶液进料罐（1）中，产生的透析液进入到在线COD检测仪（9）进行COD检测；
A3：第一段两级连续反渗透处理单元中第一两级连续反渗透处理设备（4）产生的浓缩液进入到一级反渗透浓缩单元的浓缩液循环罐（11）中，通过管道经反渗透浓缩处理设备中间循环泵（13）进入到反渗透浓缩设备（14）进行浓缩处理，处理后产生的浓缩液进入到浓缩液储罐（15）中，产生的透析液进入到第一段两级连续反渗透处理单元的低分子量醇类溶液进料罐（1）中。
3.根据权利要求2所述的反渗透方法，其特征在于：步骤A1中进料液的低分子量醇类物质的浓度为2000ppm~10000 ppm；步骤A1中第一两级连续反渗透处理设备（4）中透析液与浓缩液的比值根据进料液中低分子量醇类物质的浓度进行调节，调节比值为1:1~4:1。
4.根据权利要求2所述的反渗透方法，其特征在于：步骤A2中第二两级连续反渗透处理设备（8）中透析液与浓缩液的比值根据进料液中低分子量醇类物质的浓度进行调节，调节比值为1:1~4:1。
5.根据权利要求2所述的反渗透方法，其特征在于：步骤A3中，反渗透浓缩设备（14）中透析液与浓缩液的比值根据进料液中低分子量醇类物质的浓度进行调节，调节比值为1:1~2:1。
6.根据权利要求2所述的反渗透方法，其特征在于：步骤A2中第二两级连续反渗透处理设备（8）的透析液出水管与在线COD检测仪（9）相连，根据COD测试结果经三通阀（10）自动调节反渗透透析液的走向。
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