高浓度废水多价盐离子两级膜结晶处理系统
技术领域
本发明涉及废水处理与可再生资源的有效利用领域，具体涉及一种高浓度废水多价盐离子两级膜结晶处理系统。
背景技术
鉴于目前经济的高速发展和人口的增加，对水资源的需求正在增加，且随着化工产业的快速发展，工业废水排放量日益增大，每年都有大量的含盐危险废水排放到水环境中，引起环境污染问题及盐资源浪费问题。由于水资源的不合理开发利用，许多国家和地区都经历着严重的水资源短缺。因此，开发高效环保的高盐度废水处理方法已成为全世界关注的课题。
自上个世纪以来，各种膜分离技术已被广泛应用于水处理。近年来，水处理最常用的膜技术有反渗透、纳滤、超滤和膜蒸馏等。其中，膜蒸馏具有对非挥发性组分的高去除率，工作压力低以及成本低的优势，且采用膜蒸馏从高浓度盐水中净化重金属离子、放射性废弃物等技术已十分成熟。但是从目前看来，采用单一单元法处理高浓度盐废水的情况并不多见。对于高盐度废水的深度处理，有效地组合多个废水处理工艺可能是必要的。纳滤技术在水净化和海水淡化领域表现突出，其去除效率高，且能有效的对水分子和单价盐离子进行渗透排放，对高价盐离子进行截留，并且具有高水通量和低操作压力等优点。纳米过滤膜主要由聚合物制成，通常由致密的分离层、聚合物多孔层和非织造衬底层组成。膜蒸馏技术与纳滤技术协同处理为废水处理提供了一种较有前途的途径。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述问题，提供一种高浓度废水多价盐离子两级膜结晶处理系统，本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
高浓度废水多价盐离子两级膜结晶处理系统，包括高盐废水池、第一增压泵、过滤器、直接接触膜蒸馏装置、第二增压泵、纳滤膜组件、加热器、冷却结晶器、晶体槽、第三增压泵和低盐水池；
所述废水原液池出口连接过滤器的入口，所述过滤器的出口连接第一增压泵入口，所述直接接触膜蒸馏装置被膜材料分隔为冷凝侧和热侧，所述冷凝侧设有原料入口和原液出口，所述热侧设有高价盐离子废水入口和浓缩液出口，所述第一增压泵的出口连接直接接触膜蒸馏装置的原料入口，所述第一增压泵用于将废水原液池的废水原液经由过滤器过滤后输送至直接接触膜蒸馏装置的热侧；所述膜材料仅允许水蒸汽通过；所述直接接触膜蒸馏装置用于在膜材料两侧蒸汽压差的作用下，使得热侧的水蒸汽扩散到冷凝侧，将热侧的高浓度盐废水进一步浓缩；
所述纳滤膜组件被NF纳滤膜分隔为进入侧和过滤侧，所述NF纳滤膜仅允许水分子和单价盐离子渗透通过；所述进入侧设置有高压废水入口和高价盐离子废水出口以及冷却水入口，所述过滤侧设置有排放水出口，所述纳滤膜组件用于截留进入侧的废水中的二价及以上盐离子；
所述直接接触膜蒸馏装置的原液出口连接第二增压泵的入口，所述第二增压泵的出口连接纳滤膜组件的高压废水入口，所述第二增压泵用于将直接接触膜蒸馏装置冷凝侧稀释后的废水原液输送至纳滤膜组件的进入侧；
所述纳滤膜组件的高价盐离子废水出口连接加热器的入口，所述加热器的出口连接直接接触膜蒸馏装置的高价盐离子废水入口，所述加热器用于将纳滤膜组件进入侧的高价盐离子废水进行加热后输送至直接接触膜蒸馏装置的热侧；
所述纳滤膜组件的排放水出口连接低盐排放水池的入口，所述冷却结晶器设有浓缩液入口、晶体出口、冷却水出口；所述直接接触膜蒸馏装置的浓缩液出口连接冷却结晶器的浓缩液入口，所述冷却结晶器用于将冷却得到的晶体由晶体出口输送至晶体槽，将得到的冷却水由冷却水出口输送至第三增压泵的入口，所述第三增压泵的出口连接纳滤膜组件的冷却水入口，所述第三增压泵用于将冷却水输送至纳滤膜组件的进入侧，进行二次循环处理。
进一步的，所述过滤器为超滤过滤器，过滤方式为错流过滤，错流速度为2-4m/s，过滤温度为20-60℃。
进一步的，所述直接接触膜蒸馏装置内设有温度计，所述温度计用于显示直接接触膜蒸馏装置的工作温度，所述直接接触膜蒸馏装置的工作温度在55℃-60℃之间。
进一步的，所述第一增压泵与直接接触膜蒸馏装置之间设有第一压力计，所述第二增压泵与纳滤膜组件之间设有第二压力计。
进一步的，所述第一增压泵为具有高忍受悬浮物特性的泵。
进一步的，所述冷却结晶器的工作温度为0℃-10℃。
本发明的有益效果为：1、本发明中过滤器采用超滤技术，将高浓度盐水先进行软化预处理，提高后续处理效率并减少对泵的损害；2、本发明中直接接触膜蒸馏装置利用了膜分离装置的浓缩作用，将浓缩液中离子提纯结晶，此外直接接触膜蒸馏装置采用低品位能源提供热能,达到节能环保的目的；3、本发明采用二级增压泵有利于降低纳滤膜组件的增压电耗；4、本发明中纳滤膜组件对二价离子(如钙离子、镁离子和硫酸根离子等)和高价离子有很好的截留性,可有效浓缩高价盐离子；5、本发明纳滤技术绿色环保，不会对环境造成任何污染；6、本发明回收了硫酸钙等晶体，可用于工业中制造水泥，或用于油漆和造纸业中充当填充剂，也可用于农业中上充当化肥,降低土壤碱度、改善土壤性能；7、本发明通过膜蒸馏技术及纳滤技术将高浓度多价盐离子废水合理处理成达标排放水及二次利用晶体，可解决环境污染问题及盐资源浪费问题。
附图说明
图1、本发明的系统结构示意图。
附图中各标号代表的部件列表如下：
1、高盐废水池；2、过滤器；3、第一增压泵；4、直接接触膜蒸馏装置；4.1、原料入口；4.2、原料出口；4.3、高价盐离子废水入口；4.4、浓缩液出口；5、第二增压泵；6、纳滤膜组件；6.1、高压废水入口；6.2、高价盐离子废水出口；6.3、排放水出口；6.4、冷却水入口；7、加热器；8、冷却结晶器；8.1、浓缩液入口；8.2、晶体出口；8.3、冷却水出口；9、晶体槽；10、第三增压泵；11、低盐排放水池；12、温度计；13、第一压力；14、第二压力计
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，高浓度废水多价盐离子两级膜结晶处理系统，包括高盐废水池1、第一增压泵2、过滤器3、直接接触膜蒸馏装置4、第二增压泵5、纳滤膜组件6、加热器7、冷却结晶器8、晶体槽9、第三增压泵10和低盐水池11；
所述废水原液池1出口连接过滤器2的入口，所述过滤器2的出口连接第一增压泵3入口，所述直接接触膜蒸馏装置4被膜材料分隔为冷凝侧和热侧，所述冷凝侧设有原料入口4.1和原液出口4.2，所述热侧设有高价盐离子废水入口4.3和浓缩液出口4.4，所述第一增压泵3的出口连接直接接触膜蒸馏装置4的原料入口4.1，所述第一增压泵3用于将废水原液池1的废水原液经由过滤器2过滤后输送至直接接触膜蒸馏装置4的热侧，所述直接接触膜蒸馏装置4中的膜材料仅允许水蒸汽通过，所述直接接触膜蒸馏装置4用于在膜两侧蒸汽压差的作用下，使得热侧的水蒸汽扩散到冷凝侧，对冷凝侧的废水原液进行稀释；所述膜材料可采用中空纤维膜；
所述纳滤膜组件6被NF90纳滤膜分隔为进入侧和过滤侧，所述NF90纳滤膜仅允许水分子和单价盐离子渗透通过；所述进入侧设置有高压废水入口6.1和高价盐离子废水出口6.2以及冷却水入口6.4，所述过滤侧设置有排放水出口6.3，所述纳滤膜组件6用于截留进入侧的废水中的二价及以上盐离子；
所述直接接触膜蒸馏装置4的原液出口4.2连接第二增压泵5的入口，所述第二增压泵5的出口连接纳滤膜组件6的高压废水入口6.1，所述第二增压泵5用于将直接接触膜蒸馏装置4冷凝侧稀释后的废水原液输送至纳滤膜组件6的进入侧；
所述纳滤膜组件6的高价盐离子废水出口6.2连接加热器7的入口，所述加热器7的出口连接直接接触膜蒸馏装置4的高价盐离子废水入口4.3，所述加热器7用于将纳滤膜组件6进入侧的高价盐离子废水进行加热后输送至直接接触膜蒸馏装置4的热侧；
所述纳滤膜组件6的排放水出口6.3连接低盐排放水池11的入口，所述冷却结晶器8设有浓缩液入口8.1、晶体出口8.2、冷却水出口8.3；所述直接接触膜蒸馏装置4的浓缩液出口4.1连接冷却结晶器8的浓缩液入口8.1，所述冷却结晶器8用于将冷却得到的晶体由晶体出口8.2输送至晶体槽9，将得到的冷却水由冷却水出口8.3输送至第三增压泵10的入口，所述第三增压泵10的出口连接纳滤膜组件6的冷却水入口6.4，所述第三增压泵10用于将冷却水输送至纳滤膜组件6的进入侧，进行二次循环处理。
作为一种实施方式，所述过滤器2为超滤过滤器，过滤方式为错流过滤，错流速度为2-4m/s，过滤温度为20-60℃。
作为一种实施方式，所述直接接触膜蒸馏装置4内设有温度计12，所述温度计12用于显示直接接触膜蒸馏装置4的工作温度，所述直接接触膜蒸馏装置4的工作温度在55-60℃之间。
作为一种实施方式，所述第一增压泵3与直接接触膜蒸馏装置4之间设有第一压力计13，所述第二增压泵5与纳滤膜组件之间设有第二压力计14。
作为一种实施方式，所述第一增压泵为具有高忍受悬浮物特性的泵。
作为一种实施方式，所述冷却结晶器的工作温度为0-10℃。
本发明的工作过程为：
步骤1：高盐废水池中的废水原液经过过滤器过滤，错流速度为2-4m/s，过滤温度为20-60℃，废水原液经错流过滤软化后，在第一增压泵的作用下进入直接接触膜蒸馏装置的冷凝侧，压力增加到30bar，并经过来自热侧渗透通过的热蒸汽稀释后，得到稀释后的废水原液。此处30bar未超过直接接触膜蒸馏装置膜材料的最低过膜压力；
步骤2：在第二增压泵的作用下，稀释后的废水原液进入纳滤膜组件的进入侧，达到工作压力40bar，在纳滤膜的选择透过性的作用下，二价及以上盐离子被截留，水分子及单价盐离子渗透通过纳滤膜，得到进入侧的高价盐离子废水和过滤侧的排放水；当排放水水质达到TDS<100mg/L时，可排放至低盐水池；
步骤3：纳滤膜组件进入侧的高价盐离子废水经过加热器的加热升温至60℃后进入直接接触膜蒸馏装置的热侧，热侧的水蒸气透过膜进入冷凝侧，对高盐废水进行稀释，热侧脱水后被浓缩的高价盐离子浓缩液进入冷却结晶器；
步骤4:高价盐离子浓缩液在冷却结晶器中进行结晶，工作温度为0-10℃，晶体被送入晶体槽中，剩余冷却水在第三增压泵的作用下进入纳滤膜组件的进入侧进行循环处理。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
