CN102008894A - 分离单元和控制具有反渗透元件的分离单元的方法 - Google Patents

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Abstract

描述了一种分离单元和控制分离单元的方法，分离单元包括反渗透元件、原水泵、浓缩物排出管道和渗透物排出管道，其中预定的产率基本保持恒定。为此，根据本发明，响应于原水泵和反渗透元件之间的原水的流率测量结果控制原水泵。

Description

分离单元和控制具有反渗透元件的分离单元的方法
技术领域
本发明涉及控制具有反渗透元件(reverse osmosis element)的分离单元的方法，以及分离单元，所述分离单元包括反渗透元件、原水泵、渗透物排出管道和浓缩物排出管道，其中预定产率基本上保持恒定。
背景技术
从WO 96/41675已知这种类型的分离单元和方法。现有的方法能够应对分离单元的变化的工作负荷，即处理剧烈变化的原水(raw water)量，同时允许产率基本恒定，即保持渗透物(permeate)和浓缩物(concentrate)之间的预定比率大致恒定。为此、浓缩物流(flow)自动地适合于原水流(influx)，使得该两个流具有并维持相对于彼此的恒定比率。从而即使容量利用发生变化，也能够实现浓缩物相对于原水流注的再循环的自动适应。通过配置在用于提供滤过压力的泵的上游的、即配置在该泵的前方的流量计检测原水注入量，并且该注入量被用于控制浓缩物排出管道内的流动截面和流阻。然而，该泵的的泵送能力保持不变，即泵被控制成维持恒定的压力。虽然该步骤有助于实现恒定的产率，但泵的泵送能力的一部分被放弃。该处理特别适合于具有较小的产量的单元。
例如当原水泵被控制为具有恒定的输入压力时，则原水温度的变化不被考虑。但如果原水温度已变化而原水泵被控制成仍然保持恒定的压力，则渗透物和浓缩物流根据温度变化会减少或增大。结果，产率出现失调(misalign)，并且在极端情况下导致在浓缩物中发生盐的急剧析出(precipitation)。该急剧析出堵塞膜，而需要耗时和繁重的清洁处理。
发明内容
因此，本发明的目标是提供反渗透过滤的方法和分离单元，所提供的方法和分离单元允许以结构上简单的方式保持产率的恒定，而与例如入口的温度和压力变化无关，并且不要求为此设置用于初馏物(forerun)的缓冲容器。此外，通过利用渗透物对单元进行取决于质量(quality-dependent)的冲洗，不但节约了水，而且节约了所使用的清洁化学品的量。
根据如下的方法和单元完成本目标：在该方法中，预定产率基本上保持恒定，其中为使产率保持恒定，响应于原水泵和反渗透元件之间的原水的流率测量结果控制原水泵的泵送能力；所述单元包括反渗透元件、原水泵、渗透物排出管道、浓缩物排出管道和流率测量元件，其流率测量元件被布置在原水泵和反渗透元件之间并且被连接到原水泵。根据本发明，通过基于泵产生的流量控制原水泵，能够以结构上简单的、很有效的和灵敏的方式确保穿过膜的渗透不受外部影响而保持恒定，因此可以自动实现预先设定的产率，即自动实现预先设定的渗透量与浓缩量的比率并使该比率保持恒定。这通过使注入量和浓缩量保持恒定来完成。
在下述方案中限定优选实施方式。
在如上的方法中，浓缩物排出管道的流动截面响应于浓缩物排出管道中的流率测量结果而变化。
在如上的方法中，渗透量发生变化，特别地渗透量在±10％到±20％的范围内变化。
在如上的方法中，原水泵的泵送能力由检测渗透物贮存器中的充填液面的液面测量部件控制。
在如上的方法中，响应于浓缩物的导电率的测量结果而冲洗分离单元。
在上述分离单元中，流量计和由该流量计控制的控制阀被布置于浓缩物排出管道。
在上述分离单元中，渗透物排出管道连接到设置有液面计的贮存器，并且液面计被连接到原水泵。
在上述分离单元中，导电率测量部件被设置于浓缩物排出管道。
能够通过响应于在管道中执行的流率测量结果改变浓缩物排出管道的流动截面来改变产率。
此外，可以在一定的范围(bandwidth)内改变渗透量以实现对例如渗透物贮存器的液面(level)控制。这具有另外的优点：反渗透单元由此实现了优化的运行时间(关闭和启动被最小化，从而增加了膜的使用寿命)。
根据本发明的单元提供的另一优点是取决于质量的清洁处理，清洁成果(cleaning success)在实际中被监测(而不是在经过预定时间之后自动假定清洁成果)，该监测优选地通过在浓缩物排出管道中的导电率测量来完成。该测量不仅可用于包括流控泵的创造性的分离单元和创造性的方法，并且也用于不同地构造的分离单元和方法。
附图说明
下面将借助于单个附图详细说明本发明的实施方式。
图1示出了根据本发明的用于执行根据本发明的方法的分离单元1的示意图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的用于执行根据本发明的方法的分离单元1的示意图。分离单元1包括传统地构造成的、具有例如多个膜的反渗透元件2，其中根据待过滤的分子调整膜的渗透性。在本实施方式中，示出了单个成套设备(single aggregate)。然而该单元也可以与通常的多个成套设备一起工作。
反渗透元件2通过管道3被供给待过滤的原水(未净化的水)。通常，原水管道3首先流过去除粗的机械杂质的预滤器(prefilter)4。同时，借助于相应地构造的装置5使硬度保持稳定。然后原水流入高集成泵(pump complex)6，高集成泵6包括具有变频器的普通高压泵。该泵提供预定的容积流率。在离开高集成泵后，原水经过温度测量部件7、导电率(conductivity)测量部件8而流入通常地并且可选地构造的流量计9。优选地，流量计9是感应式流量计(IDM)。流量计9经由信号线10连接到高集成泵6。在流量计的下游，原水流入反渗透元件2。
用于清洁后的水的渗透物排出管道11和用于具有增加的浓度的盐饱合了的(salt-loaded)液体的浓缩物排出管道12从反渗透元件2伸出。浓缩物排出管道12通过另一个流量计13、控制阀14和导电率测量部件15延伸直到其达到排出通道16，其中流量计13优选地为感应式流量计(IDM)。
浓缩物排出管道12内的流量计13通过信号线17与控制阀14通信，因此本控制阀14可响应于流率测量结果而被控制。
渗透物排出管道11通过截止阀18直接延伸到用户和/或延伸到可供取得渗透物的贮存器19。贮存器19设置有液面计20，液面计20在图中表示为下部液面电极和上部液面电极。液面计经由信号线21连接到泵6。
在分离单元1的操作期间，首先限定所期望的产率(根据包含在原水中的、待被除去的物质的类型和量)和产生用于获得期望的最佳产率的最佳渗透所要求的流率(flow)。开始单元的操作，由流量计9监视流率。如果流率(flow rate)改变，例如由于原水流注(influx)的温度改变而导致流率改变，则控制泵以重新实现预定值的流率。在本示例中，这意味着由于原水流注的温度变化，原水流注的粘性发生变化。例如，较低的温度意味着较高的原水粘性，这也意味着与穿过膜的渗透直接相关联的降低的容积流率。此刻被控制为较高的泵速具有增加容积流率并且由此实现穿过膜的定量平衡(quantitatively balanCed)的渗透效果。
即使由于任何原因而使渗透量变化，根据本发明的分离单元和根据本发明的方法仍然以令人满意的方式起作用。该变化的范围为±10％到±20％，其因此例如可用以将贮存器19始终保持于一定的充填液面(filling level)。例如能够以如下方式引起渗透量的变化：以调节的方式开启或关闭控制阀14，从而改变流动截面并且由此改变浓缩物通过浓缩物排出管道12的流出量(outfloW)。由于渗透量的适应性，该优于传统系统的优点允许较小的贮存器尺寸，即使在分离单元的下游也可以对变化的情况更快反应。
在优选的实施方式中，原水的流率在12℃和10.5bar的状态下被设定为29.4m3/h。当产率为85％时，该数值对应于85％的渗透物份额和15％的浓缩物份额，即对应于渗透物在0.3bar正压下的25m3/h的流率和浓缩物在7.7bar正压下的4.4m3/h的流率。如果原水温度改变，流量计将原水的流率保持成12℃时的值，也就是说，流率减小或者增加，即采用85％的渗透物和15％的浓缩物的产率保持恒定的方式(当然，同时浓缩物量和渗透物量发生变化)。可在±10％至±20％的范围内完成该变化，因此创造性的分离单元1可产生例如流率在20m3/h和31m3/h之间的渗透，而不会使85％的产率发生变化。如此，以简单的方式防止了浓缩物过饱合和发生不受控制的析出。
根据本发明的分离单元也允许改进的清洁处理。然而，该清洁也可用于其他不具有流控泵(floW-controlled pump)的分离单元。根据本发明，响应于浓缩物排出管道12内的导电率测量部件15所测量的值，以取决于质量的方式完成清洁处理。以该方式，可靠地确定流出并进入通道16的液体(浓缩物/清洁液/冲洗液)是否包含足够低的含盐量以被认为是清洁的。以此，确保了所有的盐已被除去，而且没有剩余的盐因为压力波动而残留在系统中。该冲洗替换例节省了冲洗液并防止在工作时间以外出现水锈(scaling)和生物附着物(biofouling)。
图1示出了可选地设置的其他修改例。例如，图1包括将单元切换到常规控制的可能性。为此，在泵6的上游设置输入压力传感器(admission pressure sensor)25，在泵6下游设置压力传感器26。如果需要，信号经由信号线27被传输以允许切换到由传感器25进行输入压力检测和切换到由压力传感器26控制泵6的压力。
第二可选实施方式涉及在必要时另外用渗透物冲洗单元的可能性。为此，由泵29(频率控制)通过管道28从贮存器19(或另一个来源)为单元1供给渗透物。管道28优选地在温度传感器7上游延伸入原水流。在该情况下，冲洗结果也可通过浓缩物排出管道中的导电率测量部件来监测。
此外，经由浓缩物排出管道的质量控制允许基于要求而预先确定操作期间的冲洗定时。因此，膜的最佳使用寿命已经在操作期间决定，从而减少由于太长时间的操作引起的水锈以及生物附着物。此外，避免不必要的短时循环而带来了总的来说更小的清洁负荷，从而显著地增加了膜的使用期限。
此外，另一个导电率传感器30可以整合到渗透物排出管道11，这样提供了针对取决于质量的利用渗透物冲洗的附加的质量控制。为此，可以比较导电率传感器8和导电率传感器30所测量的导电率值。在利用渗透物冲洗的情况中，此后通过管道路径28和频率控制泵29进行冲洗，直到导电率传感器8和导电率传感器30的导电率测量结果相同。
因此，该分离单元提供了对两个容积流率的取决于质量的控制，借助于该质量控制能够补偿温度和输入压力波动。该质量控制在原水侧和浓度侧介入，即在附图标记9(流量计)和附图标记13(流量计)处介入。取决于质量，冲洗可利用渗透物和化学物质来完成。与传统的、定时控制的冲洗(其定时太短或者太长)相比，本冲洗节省水和清洁剂。由于冲洗时间不太长，减少了水锈和生物附着物。由于清洁不太频繁并且仅必要时进行清洁并且仅进行必要的时间长度的清洁，因此延长了膜的使用寿命。如果需要，可以切换到传统的控制。本发明的单元的范围允许补偿原水波动。此外，由此能够控制缓冲贮存器中的充填液面。因此，缓冲贮存器可以比通常的缓冲贮存器小。如果在缓冲贮存器(渗透物贮存器)中的贮存量不极其的大，这是有益的。
本发明不局限于所述的和所示出的实施方式。流控泵例如也可用于具有其他的膜和/或其他的薄的组合的其他分离单元。包括有液面控制部件的贮存器不必需连接到泵，而可根据来自分离单元外部的请求信号独立地控制。此外，该分离单元可包括图中未示出的任何标准的和有用的组件。

Claims (9)

1.一种控制分离单元(1)的方法，所述分离单元(1)包括反渗透元件(2)、原水泵(6)、渗透物排出管道(11)和浓缩物排出管道(12)，其中预定产率基本上保持恒定，所述方法的特征在于，为使所述产率保持恒定，响应于所述原水泵(6)和所述反渗透元件(2)之间的原水的流率测量结果控制所述原水泵(6)的泵送能力。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述浓缩物排出管道(12)的流动截面响应于所述浓缩物排出管道(12)中的流率测量结果而变化。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，渗透量发生变化，特别地所述渗透量在±10％到±20％的范围内变化。
4.根据权利要求1到3中的任一项所述的方法，其特征在于，所述原水泵(6)的泵送能力由检测渗透物贮存器(19)中的充填液面的液面测量部件(20)控制。
5.根据权利要求1到4中的任一项所述的方法，其特征在于，响应于所述浓缩物的导电率的测量结果而冲洗所述分离单元。
6.一种分离单元(1)，所述分离单元(1)包括反渗透元件(2)、原水泵(6)、渗透物排出管道(11)、浓缩物排出管道(12)和流率测量元件(9)，其特征在于，所述流率测量元件(9)被布置在所述原水泵(6)和所述反渗透元件(2)之间并且被连接到所述原水泵(6)。
7.根据权利要求6所述的分离单元，其特征在于，流量计(13)和由该流量计(13)控制的控制阀(14)被布置于所述浓缩物排出管道(12)。
8.根据权利要求6或7所述的分离单元，其特征在于，所述渗透物排出管道(11)连接到设置有液面计(20)的贮存器(19)，并且所述液面计(20)被连接到所述原水泵(6)。
9.一种分离单元，特别是根据权利要求6到8中的任一项所述的分离单元，其特征在于，导电率测量部件(15)被设置于所述浓缩物排出管道(12)。
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