CN101708877B - 一种能量回收型反渗透工艺及其能量回收装置 - Google Patents

一种能量回收型反渗透工艺及其能量回收装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种属于环保水处理领域的能量回收型反渗透工艺及其能量回收装置。该工艺是在普通反渗透工艺的基础上增加一个浓水高压循环回路和一个浓水低压循环回路，高压循环回路用于回收浓水及其能量，当高压循环回路中的浓水含盐量达到反渗透膜能够承受的极限时，将其排出，该工艺的能量回收装置主要由第一压力容器(9)、第二压力容器(20)、八个电磁阀和一个循环泵(6)组成。第一压力容器(9)和第二压力容器(20)轮换运行，当第一压力容器(9)被接入高压循环回路时，第二压力容器(20)进入低压回路进行浓水冲洗并储存新浓水待循环，两个压力容器交替工作。本发明的工艺大量节约了水处理过程中的能耗，可产生巨大的经济效益。

Description

一种能量回收型反渗透工艺及其能量回收装置 
技术领域
本发明属于环保水处理领域，具体涉及了一种能量回收型反渗透工艺及其能量回收装置。 
背景技术
反渗透系统是当今脱盐水处理的主要工艺，利用高压泵给原水增压，使其克服溶液渗透压，H2O分子可以通过反渗透膜，而原水中的无机盐、重金属离子、有机物、胶体、细菌、病毒等杂质无法通过反渗透膜而被截留在膜外侧，从而使可以透过的纯水和无法透过的浓水被严格区分开来，反渗透系统因具有过滤精度高，适用水质广泛等多种优点而被广泛应用。 
反渗透系统的设计和制造主要面临两个方面的困难，即较高的运行能耗和较大的浓水比例，以上问题直接导致反渗透系统吨水成本较高，其中运行能耗主要是用于克服溶液的渗透压，以使溶质从浓度较小的一侧透过反渗透膜进入浓度较大的一侧，以陶氏FILMTECTM系列BW30-400型反渗透膜为例，其最高操作压力41bar，最高压降仅为1.0bar，由水泵输入的能量97.5％被浓水带走，整个系统用于克服溶液渗透压而消耗的能量仅占全部能量的2.5％。由此看来，如能将浓水中夹带的能量回收，将会大量节约水处理过程中的能耗，产生巨大的经济效益。 
发明内容
本发明的目的在于提供一种能量回收型反渗透工艺及其能量回收装置。该工艺将反渗透系统中的能量回收重复利用的同时也提供了原水回收率。反渗透装置能够透过半透膜的水量为原水的70％～80％，被截留在反渗透膜外侧的污染物质溶解在20％～30％的原水中而被直接排放，但这部分水却夹带着水泵增压后90％以上的能量，本发明正是将此部分的浓水回流到反渗透装置之前，与新进原水进行混合，其主要作用是增加了原水的膜前压力，并进行能量回收，降低反渗透系统吨水能耗，提高了原水的回收率。 
一种能量回收型反渗透工艺，是在普通反渗透工艺的基础上增加一个浓水高压循环回路和一个浓水低压循环回路，其中高压循环回路用于回收浓水及其能量，低压循环回路用于转换成高压循环回路之前的浓水储存，该工艺具体操作如下： 
A、反渗透装置浓水出口16处的浓水经入口处第一高压电磁阀17流入第一压力容器9，然后依次经出口处第一高压电磁阀19和循环泵6，从循环泵6流出的浓水与反渗透装置的原水进口处的原水混合后进入反渗透装置7进行反渗透处理，从而形成了浓水的高压循环回路；同时反渗透装置浓水出口16处的浓水经入口处第二低压电磁阀23流入第二压力容器20，然后依次经出口处第二低压电磁阀24和循环泵6，从循环泵6流出的浓水与反渗透装置的原水进口处的原水混合后进入反渗透装置7从而形成了浓水的低压循环回路； 
B、当处于高压循环回路中的浓水含盐量达到反渗透膜能够承受的极限时，打开循环浓水排放阀13将处理高压循环回路的浓水排掉； 
C、然后通过调节第一压力容器9和第二压力容器20两端的电磁阀将低压循环回路转换为高压循环回路，而将原高压循环回路转换为低压循环回路； 
D、返回步骤B。 
高压循环回路和低压循环回路由第一压力容器9和第二压力容器20分别来完成，交替运行，以达到对整个系统浓水能量的连续回收和循环再利用。第一压力容器9和第二压力容器20轮换运行，当第一压力容器9被接入高压循环回路时，第二压力容器20进入低压循环回路进行浓水冲洗并储存新浓水待循环，两个压力容器交替工作。 
普通反渗透工艺主要由预处理系统和反渗透装置两部分组成，其中预处理系统包括砂滤、活性炭过滤和精密过滤三部分，主要去除原水中的悬浮物、胶体和余氯；使用高压泵将预处理后的原水泵入反渗透装置进行分离，原水中的水分子通过反渗透膜进入纯水通道内，而胶体和离子则被截留在反渗透膜的外侧，此时被截留的为浓水。 
所述高压循环回路的压力范围为0.7～0.9Mpa，所述低压循环回路压力范围为0.3～0.5Mpa。 
上述反渗透工艺使用的能量回收装置，主要由第一压力容器9、第二压力容器20、八个电磁阀和一个循环泵6组成，第一压力容器9和第二压力容器20进口处和出口处均设有高压电磁阀和低压电磁阀，且两个压力容器并联，第一压力容器9和第二压力容器20的出 口经各自的电磁阀与循环泵6连接，循环泵6的出口与反渗透装置的原水进口处的管路相连，第一压力容器9和第二压力容器20的入口经各自的电磁阀与反渗透装置浓水出口相连，第一压力容器9和第二压力容器20的出口处设有循环浓水排放阀13。同一个压力容器的两个回路不能同时开启。 
所述第一压力容器9和第二压力容器20均为两端安装封头的圆柱形容器，不锈钢材质，承压2MPa，所述圆柱形容器的直径为反渗透装置浓水出口16直径的6～8倍，长度为600～800mm。 
所述电磁阀的动作顺序编入PLC机并由执行机构执行，电磁阀体直径选择与反渗透装置浓水出口管径相同。 
本发明的工艺大量节约了水处理过程中的能耗并且提供了原水回收率，可产生巨大的经济效益。 
附图说明
图1为能量回收型反渗透工艺流程图。 
其中，1-原水进口；2-原水增压泵；3-精密过滤器；4-稳压装置；5-高压泵；6-循环泵；7-反渗透装置；8-压力表；9-第一压力容器；10-入口处第一低压电磁阀；11-浓水排放阀；12-纯水出口；13-循环浓水排放阀；14-反渗透装置原水进口；15-反渗透装置纯水出口；16-反渗透装置浓水出口；17-入口处第一高压电磁阀；18-出口处第一低压电磁阀；19-出口处第一高压电磁阀；20-第二压力容器；21-入口处第二高压电磁阀；22-出口处第二高压电磁阀；23-入口处第二低压电磁阀；24-出口处第二低压电磁阀；25-药洗循环阀。 
具体实施方式
下面结合图1说明本发明的能量回收装置。 
普通反渗透工艺为原水通过进水口1进入系统，在原水增压泵2的作用下将原水增压到0.3～0.4Mpa，使之通过精密过滤器3，压力表4用来监测原水通过预处理系统后的水头，高压泵5将预处理后的水增压至0.8～1.0Mpa，并通过反渗透装置原水进口14进入反渗透装置7进行分离，通过反渗透膜的水分子进入纯水通道内，通过纯水出口15进行收集，原水中的胶体和离子则被截留在反渗透膜的另一侧，浓水通过反渗透装置浓水出口16排出。 
本发明对普通反渗透工艺的改造主要集中在原工艺中反渗透装置浓水出口16，即在该浓水出口处增加能量回收装置，该装置主要由第一压力容器9、第二压力容器20、八个电磁阀和一个循环泵6组成，第一压力容器9和第二压力容器20并联，第一压力容器9的出口分别设置了出口处第一高压电磁阀19和出口处第一低压电磁阀18，第二压力容器20的出口分别设置了出口处第二高压电磁阀22和出口处第二低压电磁阀24，第一压力容器9和第二压力容器20的出口经各自的电磁阀与循环泵6连接，循环泵6的出口与反渗透装置的原水进口处的管路相连；第一压力容器9的入口分别设置了入口处第一高压电磁阀17和入口处第一低压电磁阀10，第二压力容器20的入口分别设置了入口处第二高压电磁阀21和入口处第二低压电磁阀23，第一压力容器9和第二压力容器20的入口经各自的电磁阀与反渗透装置浓水出口16相连；第一压力容器9和第二压力容 器20的出口处设有循环浓水排放阀13。 
能量回收装置的进水为反渗透浓水，出水进入反渗透装置前与新进原水混合以增大进水膜前压力。 
本发明以5T/h反渗透设备为例，介绍能量回收型反渗透工艺的具体改造，5T/h反渗透设备的进水管径为DN50，脱盐水及浓水管径为DN40： 
第一压力容器9和第二压力容器20相同，压力容器的具体参数如下：选取304材质不锈钢板，厚度1.5mm，加工成两端带封头的圆柱形容器，其直径为240mm，长度为650mm，两端封头各开两个直径40mm的圆孔，用来布置高压和低压循环回路； 
下面结合图1说明能量回收型反渗透工艺： 
反渗透浓水通过反渗透装置浓水出口16进入第一压力容器9和第二压力容器20，浓水排放阀11用来短路能量回收装置，如果不利用该装置时，浓水可通过开启的浓水排放阀11直接外排。 
利用能量回收装置时，第一步：开启入口处第一高压电磁阀17和出口处第一高压电磁阀19，使第一压力容器9接入高压循环回路而充满反渗透浓水并通过循环泵6与新进原水混合后进入反渗透装置7，同时开启入口处第二低压电磁阀23和出口处第二低压电磁阀24，使第二压力容器20被接入低压循环回路，高压循环回路用来回收能量，低压循环回路用来进行浓水储存，以备转换成高压循环回路；当处于高压循环回路的浓水与原水混合后的含盐量达到反渗透膜元件能够承受的极限时(此时浓水的电导率为1800μs/cm～ 2000μs/cm)，开启循环浓水排放阀13将处理高压循环回路的浓水排掉；然后进入第二步操作：关闭入口处第二低压电磁阀23和出口处第二低压电磁阀24，开启入口处第二高压电磁阀21和出口处第二高压电磁阀22，将第二压力容器20接入高压循环回路，同时压力容器9高压循环回路被断开(即入口处第一高压电磁阀17和出口处第一高压电磁阀19被关闭)，开启入口处第一低压电磁阀10和出口处第一低压电磁阀18将第一压力容器20接入低压循环回路进行冲洗并充满反渗透浓水，当第二压力容器20中用来循环的浓水与新进原水混合后的含盐量达到反渗透膜元件能够承受的极限时，开启循环浓水排放阀13将处理高压循环回路的浓水排掉；然后回到第一步，两个压力容器的高压循环回路和低压循环回路交替工作，同一个压力容器的两个回路不能同时开启。 
未使用能量回收装置的普通反渗透系统，若使用陶氏FILMTECTM系列BW30-400型反渗透膜，经实际统计，其运行能耗为0.80～0.85Kw/h·m3，5T/h反渗透设备的能耗应为4.00～4.25Kw/h，经改造使用能量回收装置后，测试结果表明，5T/h反渗透设备的运行能耗为3.62Kw/h，能耗降低了9.5～14.8％；普通反渗透系统的原水回收率为70～75％，加入能量回收装置后，其原水回收率可达到85～90％。 
通过上述对比，可以看出加入能量回收装置的反渗透系统，由于降低了吨水能耗并提高了原水回收率，因此在运行成本上要低于普通的反渗透系统。 

Claims (5)

1.一种能量回收装置，主要由第一压力容器(9)、第二压力容器(20)、八个电磁阀和一个循环泵(6)组成，其特征在于，第一压力容器(9)和第二压力容器(20)进口处和出口处均设有高压电磁阀和低压电磁阀，且两个压力容器并联，第一压力容器(9)和第二压力容器(20)的出口经各自的电磁阀与循环泵(6)连接，循环泵(6)的出口与反渗透装置的原水进口处的管路相连，第一压力容器(9)和第二压力容器(20)的入口经各自的电磁阀与反渗透装置浓水出口相连，第一压力容器(9)和第二压力容器(20)的出口处设有循环浓水排放阀(13)。
2.根据权利要求1所述的能量回收装置，其特征在于，所述第一压力容器(9)和第二压力容器(20)均为两端安装封头的圆柱形容器，不锈钢材质，承压2MPa，所述圆柱形容器的直径为反渗透装置浓水出口(16)直径的6～8倍，长度为600～800mm。
3.根据权利要求1所述的能量回收装置，其特征在于，所述电磁阀的动作顺序编入PLC机并由执行机构执行。
4.一种能量回收型反渗透工艺，其特征在于，是在普通反渗透工艺的基础上增加一个浓水高压循环回路和一个浓水低压循环回路，其中高压循环回路用于回收浓水及其能量，低压循环回路用于转换成高压循环回路之前的浓水储存，该工艺具体操作如下：
A、反渗透装置浓水出口(16)处的浓水经入口处第一高压电磁阀(17)流入第一压力容器(9)，然后依次经出口处第一高压电磁阀(19)和循环泵(6)，从循环泵(6)流出的浓水与反渗透装 置的原水进口处的原水混合后进入反渗透装置(7)进行反渗透处理，从而形成了浓水的高压循环回路；同时反渗透装置浓水出口(16)处的浓水经入口处第二低压电磁阀(23)流入第二压力容器(20)，然后依次经出口处第二低压电磁阀(24)和循环泵(6)，从循环泵(6)流出的浓水与反渗透装置的原水进口处的原水混合后进入反渗透装置(7)从而形成了浓水的低压循环回路；
B、当处于高压循环回路中的浓水含盐量达到反渗透膜能够承受的极限时，打开循环浓水排放阀(13)将处理高压循环回路的浓水排掉；
C、然后通过调节第一压力容器(9)和第二压力容器(20)两端的电磁阀将低压循环回路转换为高压循环回路，而将原高压循环回路转换为低压循环回路；
D、返回步骤B。
5.根据权利要求4所述的能量回收型反渗透工艺，其特征在于，所述高压循环回路的压力范围为0.7～0.9Mpa，所述低压循环回路压力范围为0.3～0.5Mpa。 
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