申请日 20200727
公开（公告）日 20201103
IPC分类号 C02F9/10; C02F101/16
摘要
本发明公开了一种基于并联平板式膜蒸馏技术的高氨氮废水处理装置，包括太阳能加热单元与渗透相吸收单元之间的膜蒸馏单元；太阳能加热单元包括聚光型槽式太阳能集热器、原料液进液罐、铜制换热盘管，铜制换热盘管设置在原料液进液罐内，聚光型槽式太阳能集热器两端与铜制换热盘管两端相连；渗透相吸收单元包括吸收液收集罐、半导体制冷片以及温度传感器，半导体制冷片安装在吸收液收集罐外壁上，温度传感器设置在吸收液收集罐内；膜蒸馏单元包括并联平板式膜组件，并联平板式膜组件包括若干间隔设置的作为热腔的膜组件和作为冷腔的膜组件，本发明在实现氨氮废水处理的同时，还可以通过回收渗透相的方法来实现氨氮的回收利用，具有较高的经济效益。
权利要求书
1.一种基于并联平板式膜蒸馏技术的高氨氮废水处理装置，其特征在于，包括设置在太阳能加热单元与渗透相吸收单元之间的膜蒸馏单元；
所述太阳能加热单元包括聚光型槽式太阳能集热器、原料液进液罐、铜制换热盘管，所述铜制换热盘管设置在原料液进液罐内，用以与原料液进液罐内的原料液进行热交换，所述聚光型槽式太阳能集热器两端与所述铜制换热盘管两端相连，形成供热回路，用以为铜制换热盘管提供热源；
所述渗透相吸收单元包括吸收液收集罐、半导体制冷片以及温度传感器，所述半导体制冷片安装在吸收液收集罐外壁上，作为冷源用以对吸收液收集罐进行制冷，所述温度传感器设置在吸收液收集罐内，用以监测吸收液收集罐内的温度，配合半导体制冷片维持吸收液收集罐内吸收液的温度；
所述膜蒸馏单元包括并联平板式膜组件，所述并联平板式膜组件包括若干间隔设置的作为热腔的膜组件和作为冷腔的膜组件，作为热腔的膜组件两端分别并联后连接在原料液进液罐的进出口两端，形成回路，作为冷腔的膜组件两端分别并联后连接在渗透相吸收单元的进出口两端形成回路。
2.根据权利要求1所述的高氨氮废水处理装置，其特征在于，所述太阳能加热单元还包括：
太阳能加热循环磁力泵，设置在铜制换热盘管出口与聚光型槽式太阳能集热器入口之间；
自力式温度调节阀，设置在太阳能加热循环磁力泵与铜制换热盘管之间，用以控制铜制换热盘管的加热温度维持在60-80℃；
pH实时监测器，设置在原料液进液罐内，用以实时监测原料液的pH值；
便携式氨氮监测器，设置在原料液进液罐内，用以实时监测原料液的氨氮值。
3.根据权利要求1所述的高氨氮废水处理装置，其特征在于，所述膜蒸馏单元还包括：热侧循环磁力泵、冷测循环磁力泵、热侧转子流量计、冷侧转子流量计、温度监测计；所述热侧循环磁力泵与热侧转子流量计串接在原料液进液罐出口与热腔膜组件进口之间，所述冷测循环磁力泵与冷侧转子流量计串接在吸收液收集罐出口与冷腔膜组件进口之间，所述温度监测计设置有多个，分别设置在并联平板式膜组件的进口处与出口处。
4.根据权利要求1所述的高氨氮废水处理装置，其特征在于，还包括太阳能光伏发电单元，包括太阳能电池板、太阳能充电控制器、蓄电池，太阳能电池板与太阳能充电控制器通过电导线串联，太阳能充电控制器用以将直流电转化为交流电，太阳能充电控制器与太阳能蓄电池通过电导线串联，所述蓄电池作为电源为太阳能加热单元、渗透相吸收单元、膜蒸馏单元内的用电单元供电。
5.一种基于并联平板式膜蒸馏技术的高氨氮废水处理方法，采用如权利要求1-4中任一项所述的高氨氮废水处理装置，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1）：在原料液进液罐中加入待处理废水，然后往里面添加10%浓度的氢氧化钠溶液，调节废水pH至11-13，开启太阳能加热循环磁力泵，通过聚光型槽式太阳能集热器将原料液进液罐中原水加热到60-80℃；
步骤2）：在吸收液收集罐中加入稀硫酸溶液，启动半导体制冷片，并将吸收液收集罐中的水温维持在10-20℃；
步骤3）：启动热侧循环磁力泵和冷侧循环磁力泵，调节热侧转子流量计与冷侧转子流量计，调节控制热循环侧的流量至0.5-0.7L/min，冷循环侧的流量至0.1-0.3L/min，通过温度监测计监测膜蒸馏单元膜组件热侧进水口、出水口和冷侧进、出水口处的温度，膜组件热侧温度控制在55-65℃，膜组件冷侧温度控制在10-20℃，待流量和温度稳定之后开始膜蒸馏进程；
步骤4）：观察便携式氨氮监测器，每隔半小时记录氨氮浓度，当氨氮浓度去除率到达95%以上时，处理过程完成，装置停止运行。
说明书
基于并联平板式膜蒸馏技术的高氨氮废水处理装置及方法
技术领域
本发明涉及一种废水处理装置，特别涉及一种高氨氮废水处理装置及方法。
背景技术
膜蒸馏(Membrane distillation，MD)工艺处理氨氮废水的基本原理是：将原水pH 值调高（实验测得原水 pH在12左右时，氨氮去除率最高），使氨氮以挥发态 NH3的形式存在，然后使原水溶液从PVDF疏水多孔膜的一侧流过，由于疏水膜表面张力比较低，溶液不能进入膜孔，在膜孔处形成了溶液-蒸汽界面，挥发态 NH3在此界面处蒸发，然后通过扩散、对流穿过膜孔，到达渗透相，最后以吸收液或气体形式从组件中移走，从而实现分离。
本装置基于太阳能光热-光电系统，只利用太阳能来实现装置的运转。太阳能光热系统采用聚光型槽式太阳能集热系统，利用反射、透射等聚光装置，将低能流密度的太阳光聚集并投射到面积较小的接收器并转换为热量，获得较高的温度，降低系统热损，提高热效率，从而可提高太阳能膜蒸馏系统整体性能，间接加热使用的太阳液具有抗冻、换热效果好等特点。太阳能光电系统由太阳能电池板、太阳能充电控制器和蓄电池组成，光伏发电是根据光生伏特效应原理，利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能。光伏发电设备主要由电子元器件构成，不涉及机械部件，设备极为精炼、可靠稳定、寿命长、安装维护简便。
氨氮废水处理是目前水处理领域的研究热点，高浓度氨氮废水广泛存在于多种现代工业生产中，由于其具有较强的生物毒性，因此常采用物理化学方法对其进行处理。目前针对高浓度氨氮废水处理的主要方法是吹脱法、吸附法、化学沉淀法、反渗透法等。膜技术是水处理领域研究中的一个重要方向，其中膜蒸馏工艺在分离水溶液中挥发性物质方面具有很大的优势，本发明研制出以光能为驱动力来实现处理高氨氮废水的膜蒸馏装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于并联平板式膜蒸馏技术的高氨氮废水处理装置及方法，可高效实现氨氮废水处理，同时由于渗透相吸收液中氨氮浓度被得到富集，故还可实现氨氮的回收利用，具有较高的经济效益。
本发明的目的是这样实现的：一种基于并联平板式膜蒸馏技术的高氨氮废水处理装置，包括设置在太阳能加热单元与渗透相吸收单元之间的膜蒸馏单元；
所述太阳能加热单元包括聚光型槽式太阳能集热器、原料液进液罐、铜制换热盘管，所述铜制换热盘管设置在原料液进液罐内，用以与原料液进液罐内的原料液进行热交换，所述聚光型槽式太阳能集热器两端与所述铜制换热盘管两端相连，形成供热回路，用以为铜制换热盘管提供热源；
所述渗透相吸收单元包括吸收液收集罐、半导体制冷片以及温度传感器，所述半导体制冷片安装在吸收液收集罐外壁上，作为冷源用以对吸收液收集罐进行制冷，所述温度传感器设置在吸收液收集罐内，用以监测吸收液收集罐内的温度，配合半导体制冷片维持吸收液收集罐内吸收液的温度；
所述膜蒸馏单元包括并联平板式膜组件，所述并联平板式膜组件包括若干间隔设置的作为热腔的膜组件和作为冷腔的膜组件，作为热腔的膜组件两端分别并联后连接在原料液进液罐的进出口两端，形成回路，作为冷腔的膜组件两端分别并联后连接在渗透相吸收单元的进出口两端形成回路。
作为本发明的进一步限定，所述太阳能加热单元还包括：
太阳能加热循环磁力泵，设置在铜制换热盘管出口与聚光型槽式太阳能集热器入口之间；
自力式温度调节阀，设置在太阳能加热循环磁力泵与铜制换热盘管之间，用以控制铜制换热盘管的加热温度维持在60-80℃；
pH实时监测器，设置在原料液进液罐内，用以实时监测原料液的pH值；
便携式氨氮监测器，设置在原料液进液罐内，用以实时监测原料液的氨氮值。
作为本发明的进一步限定，所述膜蒸馏单元还包括：热侧循环磁力泵、冷测循环磁力泵、热侧转子流量计、冷侧转子流量计、温度监测计；所述热侧循环磁力泵与热侧转子流量计串接在原料液进液罐出口与热腔膜组件进口之间，所述冷测循环磁力泵与冷侧转子流量计串接在吸收液收集罐出口与冷腔膜组件进口之间，所述温度监测计设置有多个，分别设置在并联平板式膜组件的进口处与出口处。
作为本发明的进一步限定，还包括太阳能光伏发电单元，包括太阳能电池板、太阳能充电控制器、蓄电池，太阳能电池板与太阳能充电控制器通过电导线串联，太阳能充电控制器用以将18V直流电转化为220V交流电，太阳能充电控制器与太阳能蓄电池通过电导线串联，所述蓄电池作为电源为太阳能加热单元、渗透相吸收单元、膜蒸馏单元内的用电单元供电。
一种基于基于并联平板式膜蒸馏技术的高氨氮废水处理装置的高氨氮废水处理方法，包括以下步骤：
步骤1）：在原料液进液罐中加入待处理废水，然后往里面添加10%浓度的氢氧化钠溶液，调节废水pH至11-13，开启太阳能加热循环磁力泵，通过聚光型槽式太阳能集热器将原料液进液罐中原水加热到60-80℃；
步骤2）：在吸收液收集罐中加入稀硫酸溶液，启动半导体制冷片，并将吸收液收集罐中的水温维持在10-20℃；
步骤3）：启动热侧循环磁力泵和冷侧循环磁力泵，调节热侧转子流量计与冷侧转子流量计，调节控制热循环侧的流量至0.5-0.7L/min，冷循环侧的流量至0.1-0.3L/min，通过温度监测计监测膜蒸馏单元膜组件热侧进水口、出水口和冷侧进、出水口处的温度，膜组件热侧温度控制在55-65℃，膜组件冷侧温度控制在10-20℃，待流量和温度稳定之后开始膜蒸馏进程；
步骤4）：观察便携式氨氮监测器，每隔半小时记录氨氮浓度，当氨氮浓度去除率到达95%以上时，处理过程完成，装置停止运行。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本装置在实现氨氮废水处理的同时，由于渗透相吸收液中氨氮浓度被得到富集，故还可以通过鸟粪石沉淀法（在其中加入含MgCl2的溶液，形成鸟粪石沉淀，作为一种肥料）来实现氨氮的回收利用，具有较高的经济效益；
2、本装置处理过程中除太阳能外不消耗其他能源，不仅清洁环保，还节约了电力成本；
3、本装置处理过程中基本实行自动化，不仅方便快捷，还节约了人力成本；
4、本装置采用并联平板式膜蒸馏技术，并通过实验确定了获得最高膜通量的参数条件，膜材质具有一定的抗污性能及相对较长的使用期限。
发明人 （曹再植;李书音;朱腾义;王振兴;程浩淼;古黎明;）