CN101821203B

CN101821203B - 反渗透淡水设备

Info

Publication number: CN101821203B
Application number: CN2008800097211A
Authority: CN
Inventors: 弗拉迪米尔·弗约多洛维奇·福明
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-08-09
Filing date: 2008-05-13
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2028-05-13
Also published as: RU2401802C2; CN101821203A; RU2007130523A

Abstract

本发明涉及用于使海水脱盐的反渗透设备。所发明的设备包括脱盐膜单元(6)，控制单元和用来在高压下供水的组件，且每个组件包括隔膜泵(3)、油压传动装置(7)、用于盐水增压的装置(10)和盐水分配器(8)。隔膜泵的内腔被柔性隔膜分成三个隔离部分。中心部分(A)以这种方式设计，即在高于渗透压的压力下将咸水供应到该中心部分(A)并从其中排出到脱盐膜单元。侧面部分(B)连接到在高于渗透压的压力下周期性供油的油压传动装置(7)上，而侧面部分(C)连接到盐水分配器(8)上，该盐水分配器(8)从脱盐膜单元(6)连接到盐水输出端(11)上。在设备的第二设计中，隔膜泵的部分(C)包括辅助隔膜和呈盐水增压装置形式的液压倍增器(15)。所述发明使有可能提高淡水制备设备的运行可靠性，并简化了其结构设计和使用。

Description

反渗透淡水设备

技术领域

本发明涉及用于海水净化和脱盐的反渗透淡水设备。

背景技术

水脱盐是一种用于处理水的方法，其目的是将其中溶解盐类的浓度降低到一定含量范围(通常，降到1克/升)，在这种浓度下水变得适合于饮用和家庭使用。

水能脱盐或是通过改变水的聚集状态(蒸馏或冻结)，或是通过不改变其聚集状态(电渗析、超滤或反渗透、离子交换、用有机溶剂萃取水、以结晶水或结晶水合物的形式萃取水、将水加热到一定温度、使离子吸着在多孔电极上、利用某些藻类在光中吸收盐类而在暗中将其释放的能力的生物法等)。

渗透是物质穿过半透膜的扩散作用，该半透膜将溶液与纯溶剂，或者将两种不同浓度的溶液分开。半透膜是隔板，该隔板使小的溶剂分子通过，但对溶解物质的较大分子不可透过。在这种膜的两侧上的浓度仅能在溶剂单向扩散的情况下才等同。由于这个原因，所以渗透总是从纯溶剂转到溶液或者从稀溶液转到浓溶液。

溶剂在渗透压的作用下流过膜。渗透压等于从溶液侧施加的外部过压，以使渗透停止，也就是说，产生渗透平衡条件。超过渗透压的过压可使渗透反向，或者促使溶剂的反向扩散。

渗透效应偶而在工业中使用，例如，用于通过液体的反渗透净化高度矿化水。

膜通常是用微孔无机材料或动物源制品制成板(片)或圆柱形(烛状物)的形式，但最常用人造和合成聚合物(纤维素酯类、聚酰胺类等)制成。粒子(分子)通过膜的最大尺寸在几微米到数百分之一微米的范围内。膜的分离能力(选择性)取决于其结构和理化性质、压力、温度、待过滤的液体组分、及其它外部因素。

相当大量的反渗透设备用来处理地下水源的微咸水。极大型设备被运用来处理大量的废水。较少量的设备被运用海水脱盐。

反渗透设备包括高压泵(产生50到100kg/cm²压力)，迫使含盐水穿过平膜或管状膜、或者用醋酸纤维素或聚酰胺树脂制的空心纤维，所述膜或空心纤维在高于渗透压的压力下能通过水分子，但不能通过溶于水中的盐类的水合离子。

通常，许多公司制造的设备在组件的类型和单元及管线数量上不同，所用的单元及管线取决于各个组件所需的效率和输出。它们之间的差别在于它们对于低浓度(最高达1.5％)和高浓度(4.5％)的水脱盐的适用性。现代化设备设计成定期地或连续地运行。连续运行的设备仅在海水脱盐的应用场合使用。各设备单元能串联或并联相互连接，或者能采用组合连接。脱盐系统被开发成将热部件和反渗透部件组合，它们的组合影响水的最终成本和分离过程的成本。

利用反渗透原理的设备对输入水的纯度提出很高要求，因为水中杂质引起膜的渗透性和选择性的快速退化。由于这个原因，这种类型的设备设计包括大量与脱盐过程无关的装置。尤其是，这适用于一些满足高标准的净化和过滤元件。

现有技术脱盐设备以4500m³的日产量使用海水(参见V.N.Slesarenko，“脱盐设备”，DVGMA，海参崴，1999，第212-214页)。进入的盐浓度4.5％和温度29℃的海水流入第一净化单元。水下泵被置于为此而设置的井中，该水下泵通过管道将海水输送到沉淀槽中，该沉淀槽具有活动格栅和清除污泥和泥浆沉积物的装置。在这种粗净化之后，将水抽送到水制备单元中，在这里通过计量装置将硫酸和凝结剂添加到水中，并使水流过粗净化沙滤器。然后将水收集到蓄水池中，该蓄水池装有泵，以将沉积物从过滤器中排出并泵送海水穿过纸板过滤器。在水收集到蓄水池中之前，再次将水脱酸。在完成这个准备工作时，高压泵通过管道将水输送到脱盐膜单元中，该脱盐膜单元是根据两级原理设计的。四级使海水的原始浓度降低大约一半，而泵通过管道输送海水经过三级则其中海水的浓度达到0.5％。因为留在这些单元中的盐水具有较高压力，所以该盐水的压力被用来驱动水轮机，所述水轮机又用来驱动高压泵。淡水被循环泵输送到聚积泵中，再从该聚积泵流到一单元，在这里通过脱碳和氯化使淡水达到饮用级。然后，水被浸灰并被收集用于长期贮存。

从上述说明可以得出，设备包括相当大量的水的制备设备，因为要求所需的水净化度至少5微米。

在大多数反渗透淡水制备设备中的脱盐膜单元由于它们的特殊设计而水平地布置。德国一些公司已研制出一种单级设备，该单级设备具有竖直的脱盐膜单元，并能日产1500m³饮用级水(参见V.N.Slesarenko，“脱盐设备”，DVGMA，海参崴，1999，第220页)。

各单元的不同位置和配置产生有利的技术维修条件，但在有大量单元的情况下需要大量的连接管线。

由挪威Aqualyng公司生产的现有技术反渗透脱盐设备用于海水和硬水脱盐。它们包括很灵活设计的现代化RO水脱盐设备(参见Aqualyng设备，网址：www.lyng.com/lyng/aqua/defalt.aspx)。

标准设备包括：

1.脱盐膜单元；

2.咸水输送槽；

3.咸水初步净化过滤器单元；

4.同流换热器；

5.增压泵；

6.高压泵；和

7.控制单元

Aqnalyng公司还能提供下列类型的其它设备：

-沙滤系统；

-辅助过滤系统；

-清洗/清洁系统；和

-化学过滤系统。

所有这些单元都可以各自安装在它们自己的建筑物中或浮动平台上。

下列标准组件单元适合于本发明的目的：

-500-700m³/24小时；

-1000-1500m³/24小时；

-2000-2500m³/24小时；

-4000-5000m³/24小时；和

-n×5000m³/24小时。

这些标准组件单元的组合能用来建造任何尺寸的反渗透设备。

由咸水供应泵、高压多活塞泵、脱盐膜单元、增压泵、和同流换热器组成的现有的反渗透淡水制备设备具有下列设计缺点：

1.高压泵在运行时可靠性低；

2.高压泵的摩擦面由于与咸水接触而快速磨损；

3.对要进行的修理和技术维护来说，高压泵的结构非常复杂；和

4.高压泵和同流换热器成本高。

所保护的淡水制备设备的技术任务是改善其运行可靠性、和通过用所保护设计的高压隔膜泵代替高压多活塞水泵来简化设备的结构和操作，该高压隔膜泵同时完成同流换热器的功能。另外，隔膜泵没有任何旋转件和摩擦件，因此在运行中整体地改善了设备的耐磨性和可靠性。

发明内容

上述技术任务在反渗透淡水制备设备中完成，该反渗透淡水制备设备包括：脱盐膜单元；至少一个在高压下供应咸水的组件，所述组件包含高压泵、同流换热器、和流出脱盐膜单元的盐水升压装置；并还有控制单元，按照本发明的第一方案，所述咸水供应组件还包括盐水分配器和油压传动装置，而高压泵是隔膜泵，该隔膜泵的内部空间被柔性隔膜分成三个隔离部分，中心部分适合于接受咸水，并在超过渗透压的压力下将咸水排入脱盐膜单元中；一个侧部分连接到油压传动装置上，用于在超过渗透压的压力下周期性地供油，而另一个起到同流换热器作用的侧部分连接到盐水分配器上，该盐水分配器又通过盐水升压装置连接到脱盐膜单元的盐水出口上。

在一具体示例中，咸水可以在2.3kg/cm²到2.5kg/cm²压力下流入隔膜泵的中心部分中；咸水可以在59kg/cm²到60kg/cm²压力下从隔膜泵的中心部分流入脱盐膜单元中；而油可以在59kg/cm²到60kg/cm²压力下周期性地供应到隔膜泵的侧部分中。

反渗透淡水设备可以装有多个组件，这些组件并联布置，以在高压下供应咸水。

淡水设备可以装有电子控制单元作为控制单元。

上述技术任务也在反渗透淡水设备中完成，该反渗透淡水制备设备包括：脱盐膜单元；至少一个在高压下供应咸水的组件，所述组件具有高压泵、同流换热器、和流出脱盐膜单元的盐水升压装置；所述设备还装有控制单元，按照本发明的第二方案，所述咸水供应组件还具有盐水分配器和油压传动装置，而高压泵是隔膜泵，该隔膜泵的内部空间被柔性隔膜分成三个隔离部分，中心部分适合于接受水，并在超过渗透压的压力下将水排入脱盐膜单元中，一个侧部分连接到油压传动装置上，以在超过渗透压的压力下周期性地供油，而另一个起到同流换热器作用的侧部分连接到盐水分配器上，并具有辅助隔膜和倍增器，该倍增器起到盐水升压装置的作用。

在本发明的第二方案所设计的淡水制备设备的具体实施例中，咸水可以在2.3kg/cm²到2.5kg/cm²压力下流入隔膜泵的中心部分中；咸水可以在59kg/cm²到60kg/cm²压力下从隔膜泵的中心部分流出进入脱盐膜单元中；而油可以在59kg/cm²到60kg/cm²压力下周期性地被供应到隔膜泵的侧部分中。

在本发明的第二方案所设计的淡水设备的另一个具体实施例中，隔膜泵的中心部分可以被隔板分成两个部分，这两个部分通过设在隔板中的通道相互连通。

本发明的第二方案的淡水设备可以装有若干组件，这些组件并联布置，以在高压下供应咸水。

本发明的第二方案的淡水制备设备可以装有电子控制单元，用作该淡水制备设备的控制单元。

附图说明

本发明的概念在下面附图中示出。

图1是方案1(具有一个在高压下供应咸水的组件)的所保护的反渗透淡水制备设备的示意图；和

图2是方案2(具有一个在高压下供应咸水的组件)的所保护的反渗透淡水制备设备的示意图。

方案1(图1)的反渗透淡水制备设备包括在大约2.3到2.5kg/cm²压力下供应咸水的装置1、止回阀2、具有两个柔性隔膜4的隔膜泵3，所述两个柔性隔膜4将泵壳的内部空间分成三个隔离部分：中心部分A及侧面部分B和C。中心部分A在泵的入口处通过止回阀2连接到咸水供应装置1上，并在泵的出口处通过止回阀5连接到脱盐膜单元6的入口上。侧面部分B连接到油压传动装置7上，用于周期性地供油，而侧面部分C连接到盐水分配器8上，该盐水分配器8通过增压泵10连接到脱盐膜单元6的盐水出口11上，并具有盐水排放管线9。增压泵用作盐水升压装置。所述设备还包括管线12和电子控制单元(图中未示出)，所述管线12用于从脱盐膜单元6排放淡水。

方案2(图2)的反渗透淡水制备设备包括咸水供应装置1，止回阀2、具有三个柔性隔膜4的隔膜泵3，所述三个柔性隔膜4将泵的内部空间分成隔离部分A、B、C和D。中心部分在泵的入口处通过止回阀2连接到咸水供应装置1上，并在泵的出口处通过止回阀5连接到脱盐膜单元6的入口上。侧面部分B连接到油压传动装置7上，用于周期性地供油，而侧面部分C连接到盐水分配器8上，该盐水分配器8又连接到脱盐膜单元6的盐水出口11上，并具有盐水排放管线9。中心部分A被隔板13分成两个部分，这两个部分通过通道14相互连接。隔板13用来防止隔膜在工作循环结束时延伸。部分D装有倍增器12的活塞，该倍增器12在两个充满高粘度液体的空腔之间。

设备还具有淡水出口管线12和电子控制单元(图中未示出)，该淡水出口管线12从脱盐膜单元6引出。

具体实施方式

例1

本发明的第一方案(图1)的淡水设备包括脱盐膜单元、多个组件、和电子控制单元，所述多个组件并联布置，以在高压下供应咸水，所述淡水制备设备运行如下：

在2.3kg/cm²到2.5kg/cm²压力下通过泵将咸水输送到每个组件的隔膜泵3的中心部分A(通过咸水供应管线1和止回阀2)。结果，隔膜4向外弯曲。在中心部分A已充满咸水之后，在超过渗透压(59到60kg/cm²)的压力下将油从油压传动装置7供应到侧部分B。同时，来自以前循环留在淡水制备设备中的盐水通过增压泵10和分配器8被供应到侧部分C。增压泵10将流出脱盐膜单元6的盐水的压力升高到侧面部分B中油的压力。在隔膜泵的侧面部分中超过渗透压(59到60kg/cm²)的油和盐水的压力使咸水从中心部分A经由止回阀5流到脱盐膜单元6，淡水沿着管线12从该脱盐膜单元6流出，而盐水沿着管线11从脱盐膜单元6流出。然后周期性地重复该过程。过程通过电子控制单元同步。

例2

本发明的第二方案(图2)的淡水设备包括脱盐膜单元、多个组件、和电子控制单元，所述多个组件并联布置，以在高压下供应咸水，所述淡水制备设备运行如下：

在2.3到2.5kg/cm²压力下通过泵将咸水输送到每个组件的隔膜泵3的中心部分A(通过咸水供应管线1和止回阀2)。因为部分A装有隔板13，所以咸水经由隔板中的通道14流入。结果，部分A的两个隔膜4向外弯曲。在部分A已充满咸水之后，在超过渗透压(59到60kg/cm²)的压力下将油从油压传动装置7输送到侧腔B，而侧腔C用以前循环隔留在淡水设备中的盐水从分配器8供应。盐水将压力施加到膜4、粘性液体、和倍增器15的活塞上。倍增器活塞的较大直径和较小直径的平方值之比等于脱盐膜单元6的入口处的咸水压力与所述单元6的出口处的盐水压力之比：

用于中等含盐量的海水

式中：

D是倍增器活塞的较大直径；

d是倍增器活塞的较小直径；

P_咸水是施加到反渗透膜的咸水的压力；和

P_盐水是反渗透膜施加的盐水压力。

倍增器活塞将部分D中的压力升高到59kg/cm²到60kg/cm²之间，以与部分B中的油压一致。侧部分B中的油压和侧部分D中的粘性液体压力都超过渗透压使咸水从部分A经过止回阀5流到脱盐膜单元6，而淡水12从该膜盐膜单元6流出。然后周期地重复该过程。所述过程通过电子控制单元同步。

反渗透淡水设备包括所保护设计的组件，以在高压下供应咸水，因此，该反渗透淡水设备非常可靠、维护简单、和易于修理。这些优点源于设备中所用的隔膜泵没有旋转件和摩擦件。倘若隔膜损坏，便能轻易地用新隔膜替换。此外，由于隔膜泵同时起到高压泵和同流换热器的作用，所以使结构简化。不用昂贵的高压活塞水泵有助于降低淡水设备的制造成本。

Claims

1.一种反渗透淡水设备，其包括：脱盐膜单元；至少一个在高压下供应咸水的组件，所述组件具有高压泵和流出脱盐膜单元的盐水升压装置；及控制单元，其中，咸水供应组件还包含盐水分配器和油压传动装置，高压泵设计成隔膜泵，该隔膜泵的内部空间被柔性隔膜分成三个隔离部分，中心部分适合于接受咸水，并在超过渗透压的压力下将咸水排放到脱盐膜单元中，一个侧部分连接到油压传动装置上，用于在超过渗透压的压力下周期性地供油，而起到同流换热器作用的另一个侧部分连接到盐水分配器上，该盐水分配器又通过盐水升压装置连接到脱盐膜单元的盐水出口上。

2.如权利要求1所述的淡水设备，其中，咸水在2.3kg/cm²到2.5kg/cm²压力下流入隔膜泵的中心部分中；咸水在59kg/cm²到60kg/cm²压力下从隔膜泵的中心部分流出到脱盐膜单元中；而油在59kg/cm²到60kg/cm²压力下被周期性地供应到隔膜泵的侧部分中。

3.如权利要求1所述的淡水设备，其中，在该设备内设置有多个并联布置的组件，以在高压下供应咸水。

4.如权利要求1、2或3所述的淡水设备，其中，在该设备内设置有电子控制单元。

5.一种反渗透淡水设备，其包括：脱盐膜单元；至少一个在高压下供应咸水的组件，所述组件包含高压泵和流出脱盐膜单元的盐水升压装置；及控制单元，其中，咸水供应组件还包含盐水分配器和油压传动装置，高压泵是隔膜泵，该隔膜泵具有它们内部空间，所述内部空间被柔性隔膜分成三个隔离部分，中心部分设计成在其中接收咸水，并在超过渗透压的压力下将咸水排放到脱盐膜单元中；一个侧部分连接到油压传动装置上，用于在超过渗透压的压力下周期性地供油，而起到同流换热器作用的另一个侧部分连接到盐水分配器上，并具有另一个隔膜和作为盐水升压装置的液压倍增器。

6.如权利要求5所述的淡水设备，其中，咸水在2.3kg/cm²到2.5kg/cm²压力下流入隔膜泵的中心部分中；咸水在59kg/cm²到60kg/cm²压力下从隔膜泵的中心部分流入脱盐膜单元中；油在59kg/cm²到60/cm²压力下被周期性地供应到隔膜泵的侧部分中。

7.如权利要求5所述的淡水设备，其中，隔膜泵的中心部分被隔板分成两个部分，这两个部分通过设置在隔板中的通道相互连通。

8.如权利要求5所述的淡水设备，其中，在该设备内设置有多个并联布置的组件，以在高压下供应咸水。

9.如权利要求5、6、7或8所述的淡水设备，其中，在该设备内设置有电子控制单元。