申请日2009.07.14
公开(公告)日2011.01.05
IPC分类号B01D65/02; B01D61/58
摘要
一种处理制浆造纸废水的多功能膜分离装置及分离方法。装置设置四组膜组件，分别对应四种膜分离工艺，每组膜组件都连接有流入管路、流出管路、循环回流管路，其中流入管路上连接有排污管路、化学清洗管路，流出管路上连接有反清洗管路。不同膜组件间可实现单独使用、串联使用或并联使用。流入管路上连接有贮存罐式热交换器，以实现温度调节与进料缓冲同时进行。反渗透膜组件前设置压力传感器，以自动控制分离所需的恒定压力。装置可实现的工作状态：膜组件单独工作;膜组件间串联工作;膜组件间并联工作;膜组件化学清洗;膜组件反清洗;膜组件排污。装置可满足成分与性质不同的多种制浆造纸废水的膜分离处理要求，实验效率高，数据误差小。
权利要求书
1.一种处理制浆造纸废水的多功能膜分离方法，其特征是，包括如下步骤：
a.串联或者并联膜分离处理制浆造纸废水：将制浆造纸废水注入多功能膜分离装置的进液槽，通过开启进液泵和调节管路阀门，实现废水在板框式膜组件、管式膜组件、卷式膜组件、中空纤维式膜组件中的任意两组及以上所组成的串联通路内进行分离，或者实现废水在这四组膜组件中的任意两组及以上所组成的并联通路内进行分离;分离完成后从浓缩液出口排放出浓缩液，直接并入黑液碱回收工段燃烧处理，从透过液出口排放出透过液，回用于湿法备料、洗浆、稀释白泥中的一种制浆造纸工段;b.化学清洗膜组件：向进液槽中注入弱酸性化学清洗液，或弱碱性化学清洗液;通过开启进液泵和调节管路阀门，实现使用化学药液对板框式膜组件，或管式膜组件，或卷式膜组件，或中空纤维式膜组件中的任意一组膜组件进行化学清洗;c.膜组件排污：通过调节管路阀门，实现板框式膜组件，或管式膜组件，或卷式膜组件，或中空纤维式膜组件中的任意一组膜组件排污。
2.根据权利要求1所述的多功能膜分离方法，其特征是：
反清洗中空纤维式膜组件：向反清洗槽中注入去离子水，或弱酸性化学清洗液，或弱碱性化学清洗液;通过开启反清洗泵和调节管路阀门，实现使用去离子水或化学药液对中空纤维式膜组件进行反清洗。
3.一种权利要求1所述的多功能膜分离方法所使用的多功能膜分离装置，其特征是：
由粗滤组件、精滤组件、板框式膜组件、管式膜组件、卷式膜组件、中空纤维式膜组件、进液槽、反清洗槽、贮存罐、阀门、压力表、压力传感器、主进液泵、分进液泵、反清洗泵、流量计、贮存罐式热交换器以及连接管路组成;
板框式膜组件、管式膜组件、卷式膜组件和中空纤维式膜组件分别对应微滤、超滤、纳滤和反渗透的分离工艺;各膜组件可以通过更换膜片或滤包的方式，根据所处理废水的性质变换膜的孔径大小;
各膜组件之间由管路连接，每组膜组件均有流入管路、流出管路、循环回流管路、化学清洗管路和排污管路，中空纤维式膜组件有反清洗管路，同一管路在不同操作运行时可以具备不同功能;膜分离装置其他膜组件之间由普通管路连接;
四组不同形式的膜组件之间可以通过调节管路阀门实现串联使用或并联使用。
4.根据权利要求3所述的多功能膜分离装置，其特征是：
各组膜组件流入管路中连接贮存罐式热交换器，用于调节膜分离操作时料液的温度参数，同时作为进液泵前的料液缓冲槽。
5.根据权利要求3所述的多功能膜分离装置，其特征是：
中空纤维式膜组件流入管路中连接压力传感器，用于自动控制中空纤维式膜组件分离运行时所需的恒定压力。
6.根据权利要求3所述的多功能膜分离装置，其特征是：
中空纤维式膜组件设有反清洗系统，主要由反清洗槽、反清洗泵和反清洗管路组成。
7.根据权利要求3所述的多功能膜分离装置，其特征是：
装置中与四组膜组件对应连接的四个分进液泵均使用恒压变频泵，保证稳定输出指定的流量和压力，同时降低膜分离过程能耗。
8.根据权利要求3所述的多功能膜分离装置，其特征是：
可以处理的制浆造纸废水包括：黑液、红液、高得率浆综合废水、纸浆漂白综合废水、纸机白水、脱墨废水和涂料管道清洗废水。
说明书
一种处理制浆造纸废水的多功能膜分离装置及分离方法
技术领域
本发明涉及一种多功能膜分离装置，尤其涉及一种能够专门处理多种类型制浆造纸废水，具备可自由组合的多种膜组件和分离工艺，能够利用化学清洗剂或去离子水进行化学清洗和反清洗的多功能膜分离装置及分离方法，属于制浆造纸与膜分离技术的交叉技术领域。
背景技术
膜分离即利用人工合成或天然的高分子薄膜，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分的溶质或溶剂进行分离、分级、提纯和富集的过程。自1948年Abble Nelkt首创膜过程研究领域以来，不断拓宽膜分离技术的应用范围一直是膜科学、分离工程学共同追求的目标。自上世纪50年代膜分离技术进入工业应用领域之后，每隔10年就有一种新的膜技术的得到工业应用，从技术发展的阶段看，膜分离技术现仍处于诱导期，在21世纪将进入全面发展期。
将膜分离技术应用于制浆造纸废水处理是目前国际上膜科学与造纸科学领域的研究热点，也是极具挑战性的研究领域之一。自20世纪70年代膜分离技术首次被引入制浆造纸工业以来，经历近40年的发展，在制浆造纸工业中的黑液浓缩、漂液净化和白水回用等废水处理领域已取得一系列的研究成果。但目前这类科研成果大多数停留在实验室研究水平，缺乏大量中试数据参考，难于向实际生产转化，在我国此现象表现得尤为突出。制浆造纸工业排放废水主要包括制浆废水、漂白废水、纸机白水、涂布废水和脱墨废水等，由于各段废水产生工艺不同，废水中的固形物成分及分子量分布区间相差很大，因此采用膜技术处理制浆造纸废水，分离工艺需覆盖微滤、超滤、纳滤(超低压反渗透)到反渗透整个区间范围。同时，若实验能采用多个膜组件及多种分离工艺以串联或并联形式同时进行，即可大大提高实验效率，减小数据误差。
检索得到的膜分离装置相关技术专利如下：“Re-using method of soluble synthetic cuttingoil using ultrafiltration membrane or microfiltration membrane”(Publication numberKR20010045435(A))、“CMP process waste water treating device”(Publication numberJP11300352(A))、“Method and equipment of processing radioactive laundry wastes by thecombination of ultrafiltration and reverse osmosis”(Publication number KR940001977(Y1))、“Recovery of white liquor for sulphate pulping process”(Publication number SE521068(C2))、“Improvement of membrane filters for ultrafiltration or microfiltration of liquids in particular ofwater”(Publication number EP0448466(A1))、“超微滤膜分离设备”(授权公告号CN2460192Y)、“面板式连续膜分离装置”(授权公告号CN201008778Y)、“外压中空纤维膜分离装置及其使用方法”(授权公告号CN1214851C)、“中空纤维膜分离装置及其运行方法”(授权公告号CN1245249C)。
目前，膜分离技术已被成功应用于日用化工、石油化工、纺织工业、酿造工业及饮用水处理等领域，相应领域的膜分离装置也已成功开发。但现存的膜分离装置的结构趋于简单：基本只涉及板框式、管式、卷式或中空纤维式膜组件中的一到两种，功能趋于单一：分离工艺基本只涵盖微滤、超滤、纳滤(超低压反渗透)或反渗透中的一到两个，不能实现多个膜组件或多种分离工艺之间的串、并联操作要求，并且目前还未检索到专门针对成分与性质完全不同的多种类型制浆造纸废水而设计发明的膜分离装置。
发明内容
为了解决现有膜分离装置结构与功能单一，不能实现组件和工艺间串、并联操作，功能针对性不强等问题，本发明提供一种专门针对多种类型制浆造纸废水处理，同时具备可自由组合的多种膜组件和分离工艺，能够利用化学清洗剂或去离子水进行化学清洗和反清洗的多功能膜分离装置及分离方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
多功能膜分离装置由粗滤组件、精滤组件、板框式膜组件、管式膜组件、卷式膜组件、中空纤维式膜组件、进液槽、反清洗槽、贮存罐、阀门、压力表、压力传感器、主进液泵、分进液泵、反清洗泵、流量计、贮存罐式热交换器以及连接管路组成。
多功能膜分离装置设置有板框式膜组件、管式膜组件、卷式膜组件和中空纤维式膜组件，分别对应微滤、超滤、纳滤和反渗透的分离工艺;各膜组件可以通过更换膜片或滤包的方式，根据所处理废水的性质变换膜的孔径大小。由于膜组件形式多样，分离工艺覆盖整个膜分离区间范围，因此可以针对成分与性质完全不同的多种类型制浆造纸废水进行膜分离操作。
多功能膜分离装置各膜组件之间由管路连接，每组膜组件均有流入管路、流出管路、循环回流管路、化学清洗管路和排污管路，中空纤维膜组件有反清洗管路，同一管路在不同操作运行时可以具备不同功能;膜分离装置其他膜组件之间由普通管路连接。
多功能膜分离装置四组不同形式的膜组件之间可以通过调节管路阀门，在单独使用的基础上，实现串联使用或并联使用，以此大大提高实验效率，减小数据误差。
各膜组件流入管路中分别连接贮存罐式热交换器，用于调节膜分离操作时进料液的温度参数，同时作为进液泵前的料液缓冲槽，可以实现工艺调节与进料缓冲操作同时进行。
反渗透系统中，由于所需操作压力较大，在中空纤维式膜组件流入管路中连接压力传感器，用于自动控制中空纤维式膜组件分离运行时所需的恒定压力，保证反渗透操作运行更加稳定安全。
中空纤维式膜组件由于存在易污染且难于常规清洗问题，设有反清洗系统，主要由反清洗进液槽、反清洗泵和反清洗管路组成，便于污染反渗透膜水通量的恢复和再生。
装置中所涉及的与四组膜组件相对应的四个分进液泵均使用恒压变频泵，保证稳定输出指定的流量和压力，同时降低膜分离过程能耗。
装置可以处理的制浆造纸废水包括：黑液、红液、高得率浆综合废水、纸浆漂白综合废水、纸机白水、脱墨废水和涂料管道清洗废水。
本发明还提供一种处理制浆造纸废水的多功能膜分离方法，其特征是，包括如下步骤：
a.串联或者并联膜分离处理制浆造纸废水：将制浆造纸废水注入多功能膜分离装置的进液槽，通过开启进液泵和调节管路阀门，实现废水在板框式膜组件、管式膜组件、卷式膜组件、中空纤维式膜组件中的任意两组及以上所组成的串联通路内进行分离，或者实现废水在这四组膜组件中的任意两组及以上所组成的并联通路内进行分离;分离完成后从浓缩液出口排放出浓缩液，直接并入黑液碱回收工段燃烧处理，从透过液出口排放出透过液，回用于湿法备料、洗浆、稀释白泥中的一种制浆造纸工段;b.化学清洗膜组件：向进液槽中注入弱酸性化学清洗液，或弱碱性化学清洗液;通过开启进液泵和调节管路阀门，实现使用化学药液对板框式膜组件，或管式膜组件，或卷式膜组件，或中空纤维式膜组件中的任意一组膜组件进行化学清洗;c.膜组件排污：通过调节管路阀门，实现板框式膜组件，或管式膜组件，或卷式膜组件，或中空纤维式膜组件中的任意一组膜组件排污。
反清洗中空纤维式膜组件：向反清洗槽中注入去离子水，或弱酸性化学清洗液，或弱碱性化学清洗液;通过开启反清洗泵和调节管路阀门，实现使用去离子水或化学药液对中空纤维式膜组件进行反清洗。
本发明的有益效果是：可以满足包括制浆废水、漂白废水、纸机白水、脱墨废水和涂料管道清洗废水等成分与性质完全不同的多种类型制浆造纸废水的膜分离处理要求，提高实验效率，减小数据误差，可为采用膜分离技术进行工业化生产，在分离工艺确定、分离流程选择和不同膜组件选型上，提供可靠的实验设备和参考数据，推动膜分离技术在制浆造纸工业的产业化进程。