公布日：2022.09.09
申請日：2022.05.30
分類(lèi)號：C02F1/44(2006.01)I
摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種低溫熱泵膜蒸餾廢水濃縮系統，濃縮裝置和濃縮方法；所述濃縮裝置包括冷凝支路、氣液分離支路、排水支路、熱泵系統；所述冷凝支路包括熱水池，與所述熱水池連通的加熱器，與所述加熱器連通的布水裝置，設置在熱水池側部的膜濃縮池，設置在所述膜濃縮池內的膜蒸餾組件，與所述膜蒸餾組件連通的冷凝器，以及與所述冷凝器連通的冷凝水罐。本發(fā)明是在負壓狀態(tài)下以膜蒸餾組件兩側溫度差為傳質(zhì)驅動(dòng)力，使熱側的水蒸氣透過(guò)疏水膜孔在冷側冷凝成液態(tài)水的熱驅動(dòng)膜過(guò)程，根據熱力學(xué)的逆卡諾原理，熱泵中冷媒的液化放熱，汽化吸熱，從而實(shí)現熱量在系統中循環(huán)使用，將二者有機結合形成低溫熱泵膜蒸餾廢水濃縮技術(shù)。
權利要求書(shū)
1.一種低溫熱泵膜蒸餾廢水濃縮系統，包括：濃縮裝置和濃縮方法；所述濃縮裝置包括冷凝支路、氣液分離支路、排水支路、熱泵系統；其特征是，所述冷凝支路包括熱水池，與所述熱水池連通的加熱器，與所述加熱器連通的布水裝置，設置在熱水池側部的膜濃縮池，設置在所述膜濃縮池內的膜蒸餾組件，與所述膜蒸餾組件連通的冷凝器，以及與所述冷凝器連通的冷凝水罐；所述布水裝置設置在所述膜濃縮池內；所述熱水池與膜過(guò)濾池連通。
2.根據權利要求1所述的一種低溫熱泵膜蒸餾廢水濃縮系統，其特征是：所述熱水池與加熱器之間連通有注入加熱管路；所述加熱器與布水裝置之間設有回流管路；所述注入管路上設有第一循環(huán)水泵；膜過(guò)濾池與冷凝器之間設有注入冷凝管路；所述冷凝器與冷凝水罐之間設有流通管路；所述流通管路上設有電動(dòng)閥；所述熱水池內設有液位控制系統。
3.根據權利要求1所述的一種低溫熱泵膜蒸餾廢水濃縮系統，其特征是：所述氣液分離支路包括設置在所述冷凝器和第二循環(huán)水泵之間的冷凝管路，以及連接所述冷凝器的氣液分離罐，所述氣液分離罐與所述冷凝器之間設有分離管路；所述冷凝管路上設有分離旁通閥、第二循環(huán)水泵和真空射流器。
4.根據權利要求1所述的一種低溫熱泵膜蒸餾廢水濃縮系統，其特征是：所述排水支路包括與所述第一循環(huán)水泵連通的排水管路，以及設置在所述排水管路上的排出旁通閥。
5.根據權利要求1所述的一種低溫熱泵膜蒸餾廢水濃縮系統，其特征是：所述熱泵系統包括壓縮機、儲液罐、氣液分離罐、熱泵控溫管路，以及與壓縮機連通的換熱器；所述熱泵控溫管路連通換熱器、儲液罐、氣液分離罐、冷凝器，所述冷凝器和儲液罐之間的熱泵控溫管路上還設有膨脹閥。
6.根據權利要求2所述的一種低溫熱泵膜蒸餾廢水濃縮系統，其特征是：所述冷凝水罐上設有溢流口。
7.根據權利要求1所述的一種低溫熱泵膜蒸餾廢水濃縮系統，其特征是：所述濃縮方法包括步驟1、根據液位控制系統，定時(shí)定量補充熱水池內的原水，通過(guò)第一循環(huán)水泵的循環(huán)工作，使熱水池內的原水在加熱器內與高溫冷媒換熱后獲得熱量經(jīng)過(guò)回流管路、經(jīng)過(guò)布水裝置，進(jìn)入膜濃縮池內，通過(guò)膜蒸餾組件兩側溫度差產(chǎn)生的蒸氣壓差為傳質(zhì)驅動(dòng)力，使熱側的水蒸氣透過(guò)膜蒸餾組件的膜孔經(jīng)過(guò)注入冷凝管路在冷凝器內冷凝成液態(tài)水進(jìn)入冷凝水罐內。
8.根據權利要求1所述的一種低溫熱泵膜蒸餾廢水濃縮系統，其特征是：所述濃縮方法包括步驟2、在第二循環(huán)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餾組件的內側形成真空，從而促使冷凝器內的不凝氣體和底部的冷凝水通過(guò)冷凝管路進(jìn)入氣液分離罐內實(shí)現氣液分離。
9.根據權利要求1所述的一種低溫熱泵膜蒸餾廢水濃縮系統，其特征是：所述濃縮方法包括步驟3、當膜濃縮池與熱水池內廢水濃度達到設定值后，打開(kāi)第一循環(huán)水泵出口的排出旁通閥，濃鹽水定量排入接通排水管路的濃鹽水收集裝置，從而實(shí)現廢水中水與無(wú)機鹽的高效分離工作。
10.根據權利要求1所述的一種低溫熱泵膜蒸餾廢水濃縮系統，其特征是：所述濃縮方法包括步驟4、關(guān)閉電動(dòng)閥，打開(kāi)分離旁通閥，開(kāi)啟第二循環(huán)水泵，實(shí)現膜蒸餾組件的自清洗功能。
發(fā)明內容
發(fā)明目的：提供一種低溫熱泵膜蒸餾廢水濃縮系統，以解決現有技術(shù)存在的上述問(wèn)題。
技術(shù)方案：一種低溫熱泵膜蒸餾廢水濃縮系統，包括：
濃縮裝置和濃縮方法；
所述濃縮裝置包括冷凝支路、氣液分離支路、排水支路、熱泵系統；
所述冷凝支路包括熱水池，與所述熱水池連通的加熱器，與所述加熱器連通的布水裝置，設置在熱水池側部的膜濃縮池，設置在所述膜濃縮池內的膜蒸餾組件，與所述膜蒸餾組件連通的冷凝器，以及與所述冷凝器連通的冷凝水罐；
所述布水裝置設置在所述膜濃縮池內；
所述熱水池與膜過(guò)濾池連通。
所述布水裝置為穿孔布水器。
所述膜蒸餾組件為疏水膜，所述疏水膜由疏水性多孔材質(zhì)組成，包括聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯(PP)膜的一種或幾種組合。
該疏水膜的孔徑大小為0.01μm-1μm，表面接觸角為110°-155°，具有極強的疏水特性和機械強度。
本系統中的蒸發(fā)溫度介于30℃-50℃，裝機功率介于10kW-200kW，熱泵能效比大于9，具有高效能量利用效率的特點(diǎn)。
系統中壓縮機的制冷劑可以是R410A、R22的一種或兩種組合，配比視蒸發(fā)工況可調節。
疏水膜的進(jìn)水側水溫控制在35℃-75℃，高效推動(dòng)膜蒸餾過(guò)程運行。
在膜蒸餾濃縮池內設第一循環(huán)水泵實(shí)現高效換熱；
膜蒸餾濃縮池內底部設穿孔補水器，實(shí)現熱水的均勻上升，保證傳熱均勻。
在膜蒸餾濃縮池內設擋板，可有效防止進(jìn)水與熱水的短流
使用液位控制系統控制進(jìn)出水水量
膜池內接感應器探頭，實(shí)時(shí)控制膜池內的無(wú)機鹽含量。
在進(jìn)一步實(shí)施例中，所述熱水池與加熱器之間連通有注入加熱管路；
所述加熱器與布水裝置之間設有回流管路；
所述注入管路上設有第一循環(huán)水泵；
膜過(guò)濾池與冷凝器之間設有注入冷凝管路；
所述冷凝器與冷凝水罐之間設有流通管路；
所述流通管路上設有電動(dòng)閥；
所述熱水池內設有液位控制系統。
所述液位控制系統包括兩組液位傳感器，閉合閥，以及外接的原水源；兩組液位傳感器一組為高位液位傳感器，一組為低位液位傳感器；
當原水至低位液位傳感器下方時(shí)，開(kāi)啟閉合閥，注入原水，直至原水沒(méi)過(guò)高位液位傳感器，進(jìn)而關(guān)閉閉合閥，進(jìn)而完成補水工作。
在進(jìn)一步實(shí)施例中，所述氣液分離支路包括設置在所述冷凝器和第二循環(huán)水泵之間的冷凝管路，以及連接所述冷凝器的氣液分離罐，所述氣液分離罐與所述冷凝器之間設有分離管路；
所述冷凝管路上設有分離旁通閥、第二循環(huán)水泵和真空射流器。
在進(jìn)一步實(shí)施例中，所述排水支路包括與所述第一循環(huán)水泵連通的排水管路，以及設置在所述排水管路上的排出旁通閥。
在進(jìn)一步實(shí)施例中，所述熱泵系統包括壓縮機、儲液罐、氣液分離罐、熱泵控溫管路，以及與壓縮機連通的換熱器；
所述熱泵控溫管路連通換熱器、儲液罐、氣液分離罐、冷凝器，所述冷凝器和儲液罐之間的熱泵控溫管路上還設有膨脹閥。
在進(jìn)一步實(shí)施例中，所述冷凝水罐上設有溢流口。
在進(jìn)一步實(shí)施例中，所述濃縮方法包括步驟1、根據液位控制系統，定時(shí)定量補充熱水池內的原水，通過(guò)第一循環(huán)水泵的循環(huán)工作，使熱水池內的原水在加熱器內與高溫冷媒換熱后獲得熱量經(jīng)過(guò)回流管路、經(jīng)過(guò)布水裝置，進(jìn)入膜濃縮池內，通過(guò)膜蒸餾組件兩側溫度差產(chǎn)生的蒸氣壓差為傳質(zhì)驅動(dòng)力，使熱側的水蒸氣透過(guò)膜蒸餾組件的膜孔經(jīng)過(guò)注入冷凝管路在冷凝器內冷凝成液態(tài)水進(jìn)入冷凝水罐內。
當冷凝水罐內冷凝水過(guò)多，可通過(guò)溢流口溢流進(jìn)入外接的廢水回收裝置或排入地下管路內。
在進(jìn)一步實(shí)施例中，所述濃縮方法包括步驟2、在第二循環(huán)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餾組件的內側形成真空，從而促使冷凝器內的不凝氣體和底部的冷凝水通過(guò)冷凝管路進(jìn)入氣液分離罐內實(shí)現氣液分離。
在進(jìn)一步實(shí)施例中，所述濃縮方法包括步驟3、當膜濃縮池與熱水池內廢水濃度達到設定值后，打開(kāi)第一循環(huán)水泵出口的排出旁通閥，濃鹽水定量排入接通排水管路的濃鹽水收集裝置，從而實(shí)現廢水中水與無(wú)機鹽的高效分離工作。
在進(jìn)一步實(shí)施例中，所述濃縮方法包括步驟4、關(guān)閉電動(dòng)閥，打開(kāi)分離旁通閥，開(kāi)啟第二循環(huán)水泵，實(shí)現膜蒸餾組件的自清洗功能。
有益效果：本發(fā)明公開(kāi)了一種低溫熱泵膜蒸餾廢水濃縮系統，本發(fā)明是在負壓狀態(tài)下以膜蒸餾組件兩側溫度差為傳質(zhì)驅動(dòng)力，使熱側的水蒸氣透過(guò)疏水膜孔在冷側冷凝成液態(tài)水的熱驅動(dòng)膜過(guò)程，根據熱力學(xué)的逆卡諾原理，熱泵中冷媒的的液化放熱，汽化吸熱，從而實(shí)現熱量在系統中循環(huán)使用，將二者有機結合形成低溫熱泵膜蒸餾廢水濃縮技術(shù)。
（發(fā)明人：徐靜圓;胡曉勇;蔣本超）
