公布日：2022.09.09
申请日：2022.05.30
分类号：C02F1/44(2006.01)I
摘要
本发明公开了一种低温热泵膜蒸馏废水浓缩系统，浓缩装置和浓缩方法；所述浓缩装置包括冷凝支路、气液分离支路、排水支路、热泵系统；所述冷凝支路包括热水池，与所述热水池连通的加热器，与所述加热器连通的布水装置，设置在热水池侧部的膜浓缩池，设置在所述膜浓缩池内的膜蒸馏组件，与所述膜蒸馏组件连通的冷凝器，以及与所述冷凝器连通的冷凝水罐。本发明是在负压状态下以膜蒸馏组件两侧温度差为传质驱动力，使热侧的水蒸气透过疏水膜孔在冷侧冷凝成液态水的热驱动膜过程，根据热力学的逆卡诺原理，热泵中冷媒的液化放热，汽化吸热，从而实现热量在系统中循环使用，将二者有机结合形成低温热泵膜蒸馏废水浓缩技术。
权利要求书
1.一种低温热泵膜蒸馏废水浓缩系统，包括：浓缩装置和浓缩方法；所述浓缩装置包括冷凝支路、气液分离支路、排水支路、热泵系统；其特征是，所述冷凝支路包括热水池，与所述热水池连通的加热器，与所述加热器连通的布水装置，设置在热水池侧部的膜浓缩池，设置在所述膜浓缩池内的膜蒸馏组件，与所述膜蒸馏组件连通的冷凝器，以及与所述冷凝器连通的冷凝水罐；所述布水装置设置在所述膜浓缩池内；所述热水池与膜过滤池连通。
2.根据权利要求1所述的一种低温热泵膜蒸馏废水浓缩系统，其特征是：所述热水池与加热器之间连通有注入加热管路；所述加热器与布水装置之间设有回流管路；所述注入管路上设有第一循环水泵；膜过滤池与冷凝器之间设有注入冷凝管路；所述冷凝器与冷凝水罐之间设有流通管路；所述流通管路上设有电动阀；所述热水池内设有液位控制系统。
3.根据权利要求1所述的一种低温热泵膜蒸馏废水浓缩系统，其特征是：所述气液分离支路包括设置在所述冷凝器和第二循环水泵之间的冷凝管路，以及连接所述冷凝器的气液分离罐，所述气液分离罐与所述冷凝器之间设有分离管路；所述冷凝管路上设有分离旁通阀、第二循环水泵和真空射流器。
4.根据权利要求1所述的一种低温热泵膜蒸馏废水浓缩系统，其特征是：所述排水支路包括与所述第一循环水泵连通的排水管路，以及设置在所述排水管路上的排出旁通阀。
5.根据权利要求1所述的一种低温热泵膜蒸馏废水浓缩系统，其特征是：所述热泵系统包括压缩机、储液罐、气液分离罐、热泵控温管路，以及与压缩机连通的换热器；所述热泵控温管路连通换热器、储液罐、气液分离罐、冷凝器，所述冷凝器和储液罐之间的热泵控温管路上还设有膨胀阀。
6.根据权利要求2所述的一种低温热泵膜蒸馏废水浓缩系统，其特征是：所述冷凝水罐上设有溢流口。
7.根据权利要求1所述的一种低温热泵膜蒸馏废水浓缩系统，其特征是：所述浓缩方法包括步骤1、根据液位控制系统，定时定量补充热水池内的原水，通过第一循环水泵的循环工作，使热水池内的原水在加热器内与高温冷媒换热后获得热量经过回流管路、经过布水装置，进入膜浓缩池内，通过膜蒸馏组件两侧温度差产生的蒸气压差为传质驱动力，使热侧的水蒸气透过膜蒸馏组件的膜孔经过注入冷凝管路在冷凝器内冷凝成液态水进入冷凝水罐内。
8.根据权利要求1所述的一种低温热泵膜蒸馏废水浓缩系统，其特征是：所述浓缩方法包括步骤2、在第二循环水泵作用下和真空射流器的射流作用下迫使冷凝器及膜蒸馏组件的内侧形成真空，从而促使冷凝器内的不凝气体和底部的冷凝水通过冷凝管路进入气液分离罐内实现气液分离。
9.根据权利要求1所述的一种低温热泵膜蒸馏废水浓缩系统，其特征是：所述浓缩方法包括步骤3、当膜浓缩池与热水池内废水浓度达到设定值后，打开第一循环水泵出口的排出旁通阀，浓盐水定量排入接通排水管路的浓盐水收集装置，从而实现废水中水与无机盐的高效分离工作。
10.根据权利要求1所述的一种低温热泵膜蒸馏废水浓缩系统，其特征是：所述浓缩方法包括步骤4、关闭电动阀，打开分离旁通阀，开启第二循环水泵，实现膜蒸馏组件的自清洗功能。
发明内容
发明目的：提供一种低温热泵膜蒸馏废水浓缩系统，以解决现有技术存在的上述问题。
技术方案：一种低温热泵膜蒸馏废水浓缩系统，包括：
浓缩装置和浓缩方法；
所述浓缩装置包括冷凝支路、气液分离支路、排水支路、热泵系统；
所述冷凝支路包括热水池，与所述热水池连通的加热器，与所述加热器连通的布水装置，设置在热水池侧部的膜浓缩池，设置在所述膜浓缩池内的膜蒸馏组件，与所述膜蒸馏组件连通的冷凝器，以及与所述冷凝器连通的冷凝水罐；
所述布水装置设置在所述膜浓缩池内；
所述热水池与膜过滤池连通。
所述布水装置为穿孔布水器。
所述膜蒸馏组件为疏水膜，所述疏水膜由疏水性多孔材质组成，包括聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯(PP)膜的一种或几种组合。
该疏水膜的孔径大小为0.01μm-1μm，表面接触角为110°-155°，具有极强的疏水特性和机械强度。
本系统中的蒸发温度介于30℃-50℃，装机功率介于10kW-200kW，热泵能效比大于9，具有高效能量利用效率的特点。
系统中压缩机的制冷剂可以是R410A、R22的一种或两种组合，配比视蒸发工况可调节。
疏水膜的进水侧水温控制在35℃-75℃，高效推动膜蒸馏过程运行。
在膜蒸馏浓缩池内设第一循环水泵实现高效换热；
膜蒸馏浓缩池内底部设穿孔补水器，实现热水的均匀上升，保证传热均匀。
在膜蒸馏浓缩池内设挡板，可有效防止进水与热水的短流
使用液位控制系统控制进出水水量
膜池内接感应器探头，实时控制膜池内的无机盐含量。
在进一步实施例中，所述热水池与加热器之间连通有注入加热管路；
所述加热器与布水装置之间设有回流管路；
所述注入管路上设有第一循环水泵；
膜过滤池与冷凝器之间设有注入冷凝管路；
所述冷凝器与冷凝水罐之间设有流通管路；
所述流通管路上设有电动阀；
所述热水池内设有液位控制系统。
所述液位控制系统包括两组液位传感器，闭合阀，以及外接的原水源；两组液位传感器一组为高位液位传感器，一组为低位液位传感器；
当原水至低位液位传感器下方时，开启闭合阀，注入原水，直至原水没过高位液位传感器，进而关闭闭合阀，进而完成补水工作。
在进一步实施例中，所述气液分离支路包括设置在所述冷凝器和第二循环水泵之间的冷凝管路，以及连接所述冷凝器的气液分离罐，所述气液分离罐与所述冷凝器之间设有分离管路；
所述冷凝管路上设有分离旁通阀、第二循环水泵和真空射流器。
在进一步实施例中，所述排水支路包括与所述第一循环水泵连通的排水管路，以及设置在所述排水管路上的排出旁通阀。
在进一步实施例中，所述热泵系统包括压缩机、储液罐、气液分离罐、热泵控温管路，以及与压缩机连通的换热器；
所述热泵控温管路连通换热器、储液罐、气液分离罐、冷凝器，所述冷凝器和储液罐之间的热泵控温管路上还设有膨胀阀。
在进一步实施例中，所述冷凝水罐上设有溢流口。
在进一步实施例中，所述浓缩方法包括步骤1、根据液位控制系统，定时定量补充热水池内的原水，通过第一循环水泵的循环工作，使热水池内的原水在加热器内与高温冷媒换热后获得热量经过回流管路、经过布水装置，进入膜浓缩池内，通过膜蒸馏组件两侧温度差产生的蒸气压差为传质驱动力，使热侧的水蒸气透过膜蒸馏组件的膜孔经过注入冷凝管路在冷凝器内冷凝成液态水进入冷凝水罐内。
当冷凝水罐内冷凝水过多，可通过溢流口溢流进入外接的废水回收装置或排入地下管路内。
在进一步实施例中，所述浓缩方法包括步骤2、在第二循环水泵作用下和真空射流器的射流作用下迫使冷凝器及膜蒸馏组件的内侧形成真空，从而促使冷凝器内的不凝气体和底部的冷凝水通过冷凝管路进入气液分离罐内实现气液分离。
在进一步实施例中，所述浓缩方法包括步骤3、当膜浓缩池与热水池内废水浓度达到设定值后，打开第一循环水泵出口的排出旁通阀，浓盐水定量排入接通排水管路的浓盐水收集装置，从而实现废水中水与无机盐的高效分离工作。
在进一步实施例中，所述浓缩方法包括步骤4、关闭电动阀，打开分离旁通阀，开启第二循环水泵，实现膜蒸馏组件的自清洗功能。
有益效果：本发明公开了一种低温热泵膜蒸馏废水浓缩系统，本发明是在负压状态下以膜蒸馏组件两侧温度差为传质驱动力，使热侧的水蒸气透过疏水膜孔在冷侧冷凝成液态水的热驱动膜过程，根据热力学的逆卡诺原理，热泵中冷媒的的液化放热，汽化吸热，从而实现热量在系统中循环使用，将二者有机结合形成低温热泵膜蒸馏废水浓缩技术。
（发明人：徐静圆;胡晓勇;蒋本超）