处理肝素钠生产废水的方法和设备技术领域
本发明涉及肝素钠生产废水处理的技术领域，尤其涉及处理肝素钠生产废水的方
法和设备。
背景技术
肝素钠是粘多糖硫酸酯类抗凝血药，通常为由猪或牛的小肠粘膜中提取的硫酸氨
基葡聚糖的钠盐。提取方法通常采用树脂吸附法，即采用树脂吸附小肠粘膜经酶解后的料
液中的肝素钠。但是，经过树脂吸附后的残留液呈土黄色，并伴有大量的悬浮物、蛋白质、
COD和较高的色度。现处理工艺为配以生活污水及地下水稀释后进入污水处理系统，但是系
统运行压力仍然极大且运行状态不稳定，因而亟需寻求一种回收蛋白、脱COD和脱色工艺，
希望一方面可以变废为宝，另一方面降低污水处理系统运行压力。
发明内容
基于上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种处理肝素钠生产废水的方法
和设备，已解决现有污水处理系统存在的运行压力大、资源浪费的问题。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为，处理肝素钠生产废水的方法，所
述肝素钠生产废水中的COD含量≥21400mg/L、蛋白质含量≥12.4g/L，方法包括以下步骤：
1)将所述肝素钠生产废水通过对分子量≥40000的物质的拦截率≥99％的第一过
滤设备，所述肝素钠生产废水穿过第一过滤设备的过滤介质形成第一清液，所述肝素钠生
产废水被第一过滤设备的过滤介质截留形成第一浓缩液；
2)将所述第一清液通过第二过滤设备，所述第一清液穿过第二过滤设备的过滤介
质形成第二清液，所述第一清液被第二过滤设备的过滤介质截留形成第二浓缩液；所述第
二过滤设备的过滤介质为反渗透膜片；
所述第一清液中的蛋白质含量≤2.2g/L；所述第二清液中的COD含量≤120mg/L。
第一过滤设备可以将肝素钠生产废水中的大量蛋白质截留于第一浓缩液中，将该
第一浓缩液进行处理即可回收大量的蛋白质，实现变废为宝。采用第二过滤设备可以将大
量的COD和色度截留于第二浓缩液中，经过简单的结晶处理，即可实现盐类的回收。经过第
二过滤设备处理得到的第二清液的色度和COD含量均达到排放标准，在回收利用的同时有
效减小了污水处理系统的运行压力。经验证，当且仅采用第二过滤设备对所述肝素钠生产
废水进行处理时，由于第二过滤设备能够截留的物质的分子量较小，因此第二过滤设备能
截留住大量的蛋白质，导致过滤介质表面出现严重的浓差极化效应，使过滤介质的通量下
降严重，运行过程不稳定。当第一过滤设备和第二过滤设备协同作用时，不仅过滤效率显著
提升，而且过滤压力低、回收率高，膜通量可在较长时间维持在理想状态，可以有效处理COD
含量≥21400mg/L、蛋白质含量≥12.4g/L的肝素钠生产废水，为企业创收。
作为上述处理肝素钠生产废水的方法的进一步改进，还包括对所述肝素钠生产废
水进行预处理：将所述肝素钠生产废水通过对平均粒度≥0.1μm的物质的拦截率≥95％的
初级过滤设备，所述肝素钠生产废水穿过初级过滤设备的过滤介质后形成初级母液，所述
初级母液进入第一过滤设备。通过对肝素钠生产废水进行预处理，可以有效去除肝素钠生
产废水中的悬浮物、颗粒物等杂质，提升第一浓缩液中蛋白质的品质，并且可在降低后续过
滤设备的过滤压力的同时避免这些杂质对后续过滤设备的过滤介质造成机械损害。所述第
一过滤设备可以采用无纺布过滤器或袋式过滤器。
作为上述处理肝素钠生产废水的方法的进一步改进，所述第一过滤设备为管式膜
组件，其过滤介质为直径为8-20mm的管式超滤膜。超滤膜的过滤通量大，易清洗，易获取，使
用寿命长。采用具有上述尺寸的管式超滤膜，可以保持较高的过滤效率和较低的过滤压力。
作为上述处理肝素钠生产废水的方法的进一步改进，所述第一过滤设备为内压型
管式膜组件；管式膜组件包括内压型和外压型，内压型即第一清液在管内流动，外压型即第
一清液在管外流动。采用内压型的管式膜组件更易达到较高的过滤效率，过滤介质不易被
污染且便于清洗。所述第一过滤设备的过滤压力为1.9-2.5bar，回收率为85-95％。经验值，
当所述第一过滤设备在上述参数范围内运行时，可使第一过滤设备在较长的运行时间下保
持较高的通量和较好的过滤效果，过滤效率高且膜不易被污染，清洗频率可保持在7天/次。
作为上述处理肝素钠生产废水的方法的进一步改进，还包括对所述第二浓缩液进
行蒸发结晶处理，所得冷凝液中的COD含量≤100mg/L。通过对浓缩后的第二浓缩液进行蒸
发结晶处理，可以显著提升结晶效率和降低结晶能耗，并且由于肝素钠生产废水中的蛋白
质已被第一过滤设备所截留于第一浓缩液中，从而降低了蛋白质对结晶的影响，因此经第
二浓缩液结晶所得的结晶盐的品质高且易于结晶，使得所得冷凝水可直接排放。
作为上述处理肝素钠生产废水的方法的进一步改进，所述第二过滤设备为碟管式
膜组件，包括相互间隔堆列的反渗透膜片和导流盘。由于第一清液中仍含有少量的蛋白质，
而碟管式膜组件具有优异的抗污染性能，因此采用碟管式膜组件作为第二过滤设备，使用
寿命更长，过滤效率更高。
作为上述处理肝素钠生产废水的方法的进一步改进，所述第二过滤设备中相邻反
渗透膜片与导流盘之间的高度为2-3mm，第一清液在反渗透膜片表面流动的雷诺数≥2500。
与传统的碟管式膜组件相比，本申请的第二过滤设备具有更宽的流体通道，不仅提升过滤
效率，而且可有效避免物理堵塞；其次，第一清液在反渗透膜片表面流动的雷诺数高，即第
一清液的湍流效果好，可以显著降低过滤压力，最大程度上减少了反渗透膜片表面结垢、污
染及浓差极化现象的产生，体现其优越的抗污染性能，使用寿命显著延长。
作为上述处理肝素钠生产废水的方法的进一步改进，所述第二过滤设备的过滤压
力为95-105bar，回收率为50-70％。经验值，当所述第二过滤设备在上述参数范围内运行
时，可使第二过滤设备在较长的运行时间下保持较高的通量和较好的过滤效果，过滤效率
高且膜不易被污染，清洗频率可保持在30天/次。
处理肝素钠生产废水的设备，包括依次连接的对分子量≥40000的物质的拦截率
≥99％的第一过滤设备、与第一过滤设备的第一清液出口连接的第二过滤设备以及使料液
逐级流动的泵；所述第二过滤设备的过滤介质为反渗透膜片。
作为上述一种处理肝素钠生产废水的设备的进一步改进，还包括对平均粒度≥
0.1μm的物质的拦截率≥95％的初级过滤设备，所述初级过滤设备的出口与第一过滤设备
的进液口相连；还包括与第二过滤设备的第二浓缩液出口相连的蒸发结晶设备；还包括与
第一过滤设备的第一浓缩液出口相连的蛋白质提取设备。进一步，可以将肝素钠生产废水
临时储存于储存罐中，待其压力稳定和温度降低后再进入初级过滤设备，便于维持整个设
备的运行稳定性。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。本发明附加的方面和优
点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了
解到。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的具体实施
方式、示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明的处理肝素钠生产废水的设备的示意图。
图2为碟管式膜组件的结构示意图。
图3为反渗透膜片的结构示意图。
图4为导流盘的结构示意图。
图5为上密封板的俯视图。
图6为图5的A-A向剖视图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的具体实施方式、实施例以及其中的
特征可以相互组合。现将参考附图并结合以下内容详细说明本发明。
为了使本领域技术人员更好的理解本发明方案，下面将结合本发明具体实施方
式、实施例中的附图，对本发明具体实施方式、实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，
显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中
的具体实施方式、实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的
所有其他实施方式、实施例，都应当属于本发明保护的范围。
本发明的第一种处理肝素钠生产废水的设备，包括依次连接的储存肝素钠生产废
水的储存罐4、与储存罐4的出口连接的对平均粒度≥0.1μm的物质的拦截率≥95％的初级
过滤设备10、与初级过滤设备10的初级母液出口连接的对分子量≥40000的物质的拦截率
≥99％的第一过滤设备1、与第一过滤设备1的第一清液出口连接的第二过滤设备2以及使
料液逐级流动的泵。其中，初级过滤设备10为袋式过滤器，过滤介质的材质为PP棉；所述第
一过滤设备1为内压型管式膜组件，其过滤介质为直径为8-20mm的管式超滤膜；所述第二过
滤设备2为碟管式膜组件，过滤介质为反渗透膜片24，过滤结构为相互间隔堆列的反渗透膜
片24和导流盘25，相邻反渗透膜片24与导流盘25之间的高度为2-3mm，第一清液在反渗透膜
片24表面流动的雷诺数≥2500。还包括用于储存第一浓缩液的第一中间罐51和储存第二浓
缩液的第二中间罐61；所述第一中间罐51的出液口与蛋白质提取设备52相连，所述第一中
间罐51的出液口与蛋白质提取设备52的进液口之间设有第一阀门510；所述第二中间罐61
的出液口与蒸发结晶设备62相连，第二中间罐61的出液口与蒸发结晶设备62的进液口之间
设有第二阀门610。
本发明的应用上述设备的处理肝素钠生产废水的方法包括以下步骤：
1)在动力泵100的作用下将临时储存于储存罐4中的肝素钠生产废水通过对平均
粒度≥0.1μm的物质的拦截率≥95％的初级过滤设备10，所述肝素钠生产废水穿过初级过
滤设备10的过滤介质后形成初级母液；所述初级过滤设备10为袋式过滤器，其过滤介质的
材质为PP棉；
2)将所述初级母液通过对分子量≥40000的物质的拦截率≥99％的第一过滤设备
1，所述初级母液穿过第一过滤设备1的过滤介质形成第一清液，所述初级母液被第一过滤
设备1的过滤介质截留形成第一浓缩液，所述第一浓缩液储存于第一中间罐中51，待其压力
稳定后再通入蛋白质提取设备52；所述第一过滤设备1为内压型管式膜组件，其过滤介质为
直径为8-20mm的管式超滤膜；
3)将所述第一清液通过第二过滤设备2，所述第一清液穿过第二过滤设备2的过滤
介质形成第二清液，所述第一清液被第二过滤设备2的过滤介质截留形成第二浓缩液；所述
第二浓缩液储存于第二中间罐中61，待其压力稳定后再通入蒸发结晶设备62；所述第二过
滤设备2为碟管式膜组件，其过滤介质为反渗透膜片24，过滤结构为相互间隔堆列的反渗透
膜片24和导流盘25。
为了说明上述设备和方法的有益效果，以下通过实施例来对比说明。需要说明的
是，各个实施例中所使用的肝素钠生产废水均为树脂吸附小肠粘膜经酶解后的料液后所得
的残留液。所述回收率＝清液量/进水量*100％，对于第一过滤设备1，所述清液量为第一清
液体积，所述进水量为初级母液体积；对于第二过滤设备2，所述清液量为第二清液体积，所
述进水量为第一清液体积。所述内压型管式膜组件与现有类似设备的结构区别在于：内压
型管式膜组件的过滤介质为直径为15mm的管式超滤膜。所述蛋白质提取设备52、蒸发结晶
设备62采用现有设备即可。
实施例1-3的区别仅在于第一过滤设备1的过滤压力和回收率的不同，所采用的肝
素钠生产废水水质状况、初级过滤设备10的运行参数均相同。所述肝素钠生产废水中的COD
含量为21400mg/L、蛋白质含量为12.4g/L。肝素钠生产废水中大部分的粒径大于0.1μm的物
质被初级过滤设备10的过滤介质所截留，而COD和蛋白质未被初级过滤设备10的过滤介质
所截留，因此肝素钠生产废水穿过初级过滤设备10的过滤介质后所得的初级母液中的COD
含量仍为21400mg/L、蛋白质含量为12.4g/L。
从表1可以看出，当第一过滤设备1的过滤压力为1.9-2.5bar、回收率为85-95％
时，实施例1-3所得第一清液中的蛋白质含量很低，而COD含量的变化不明显，说明第一过滤
设备1可以有效地将大部分蛋白质截留于第一浓缩液中并且第一浓缩液中主要含有蛋白
质，在达到回收高品质蛋白质的同时使蛋白质与COD分离。
表1、实施例1-3的第一过滤设备1的运行参数和第一清液的水质检测结果。
实施例2、4-5的区别仅在于第二过滤设备2的过滤压力和回收率不同。从表2可以
看出，当第二过滤设备2的过滤压力为95-105bar、回收率为50-70％时，可以使第二清液中
的COD含量低于120mg/L，并且由于初级母液中的蛋白质已主要截留于第一浓缩液中，因此
第二浓缩液中主要含有COD，对其进行蒸发结晶操作所需要的能耗低且效率高，所得冷凝水
中的COD含量均小于100mg/L，均满足排放标准。经验证，采用本发明的设备来处理肝素钠生
产废水，所需的运行成本低至9.05元/m3，有很高的实用性。
表2、实施例2、4-5的第二过滤设备2的运行参数和第二清液的水质检测结果。
上述实施例1-5的第二过滤设备2可以采用但是不限于下述的结构：如图2所示的
第二过滤设备2，包括外壳21，在外壳21的两端设有上盖组件22和下盖组件23，上盖组件22
和下盖组件23之间设置过滤结构和用于该过滤结构的密封结构26，所述上盖组件22、下盖
组件23、过滤结构和密封结构26串接紧固在支撑杆27上。所述过滤结构为多个相互间隔叠
放的反渗透膜片24和导流盘25。所述上盖组件22包括上密封板221和上法兰盘220，下盖组
件23包括布流盘232、下密封板231和下法兰盘230。
如图3所示，所述反渗透膜片24包括相对设置的第一过滤薄膜241和第二过滤薄膜
242，以及形成于第一过滤薄膜241和第二过滤薄膜242之间的空腔243，该空腔243通过贯穿
于第一过滤薄膜241与第二过滤薄膜242之间并用于与支撑杆27相配合的通孔244与支撑杆
27和该通孔244之间所形成的导流间隙导通，所述导流间隙通过设置在支撑杆27内部和/或
支撑杆27表面的导流通道与第二清液出口271导通；所述第一过滤薄膜241和第二过滤薄膜
242采用形状、大小一致的矩形反渗透膜片24，从而使膜组件的外形成为矩形体，因此具有
更大的过滤面积，工作效率更高。
如图4所示，所述导流盘25为中心位置处设置有中孔250的圆盘，在导流盘25的表
面还设置有按序成一定弧度分布的凸条(未示出)，相邻凸条之间形成第一清液的流动通
道，使第一清液在导流盘25表面呈现涡流螺旋运动，减小了第一清液转弯时的局部压力损
失，确保第一清液充分冲刷反渗透膜片24。该导流盘25上还设置有两个对称的导流夹缝
251，在反渗透膜片24上设置有两个与该导流夹缝251相匹配的定向裂口240，该导流狭缝
251和定向裂口240形成第一清液的轴向流动通道。对称设置的导流夹缝251在导流盘25上
形成两个半圆形的流动通道，在使导流盘25各处受力更均匀的同时，降低了第一清液在过
滤中的压力损失，提升了过滤效率；该导流夹缝251为上下部径向延伸的以轴向相反方向突
出的倾斜范围在45°的倾斜滑道，上下部滑道分别位于导流盘25的上下两面。该导流盘25通
过设置于中孔250的突齿252与支撑杆27连接，相邻突齿252之间形成第一清液的导流通道。
图4中箭头所示方向即为第一清液的流动方向。
在上盖组件22上设有第一清液入口28和第二浓缩液出口29，所述导流盘25与外壳
21之间还设置与第一清液入口28相连接的空隙，在布流盘232上设置有布流口232a，该布流
口232a使得最下端的导流盘25与空隙相联通。第一清液从第一清液入口28进入外壳21并流
向布流口232a，然后沿轴向依次与反渗透膜片24接触后向与上密封板221相对而置的过滤
结构轴向端运动，经反渗透膜片24过滤后的所得的第二清液从第二清液出口271流出，经反
渗透膜片24拦截形成的第二浓缩液从第二浓缩液出口29排出。
如图5和图6所示，所述第一清液入口28贯穿上密封板221和上法兰盘220，在上密
封板221中，第一清液入口28包括依次连接的第一通道281和第二通道282，所述第一通道
281的轴线与支撑杆27轴线平行且为盲孔。所述第二通道282含有第一支路282a和第二支路
282b，所述第一支路282a和第二支路282b分布于第一通道281轴线与支撑杆27轴线共同所
在的轴向平面的两侧且以该轴向平面为对称轴对称，所述第一支路282a和第二支路282b位
于同一平面。第二通道282由现有的弧面柱形结构优化为条形结构，具有更小的尺寸，产生
的缺陷小，膜组件的承压力更强。
相邻反渗透膜片24与导流盘25之间的高度为2.5mm，第一清液在反渗透膜片24表
面流动的雷诺数≥2500。首先，该膜组件具有更宽的流体通道，不仅提升过滤效率，而且可
有效避免物理堵塞，更易清洁。其次，第一清液在反渗透膜片24表面流动的雷诺数高，即第
一清液的湍流效果好，可以显著降低过滤压力，最大程度减少反渗透膜片24表面结垢、污染
及浓差极化现象的产生，体现其优越的抗污染性能，使用寿命显著延长。所述反渗透膜片24
为纳滤膜，有利于保持膜组件的稳定性。
采用上述碟管式膜组件来处理第一清液，一来可以有效分离第一清液中的COD和
色度，得到高浓度COD含量的第二浓缩液和可直接排放的第二清液，二来碟管式膜组件的能
耗低，使用寿命长，其运行成本远低于原有技术的运行成本，节能环保且经济效益高。经验
证，在连续运行30天后，回收率仍保持在50％以上，所得第二清液始终达到排放标准，且膜
组件中反渗透膜片24的过滤通量仍保持稳定。