CN102258942A - 三级反渗透 - Google Patents
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Abstract
一种三级反渗透，它涉及溶液分离的技术领域。本发明解决了高浓度下采用反渗透技术分离溶液的难题。技术方案是采用第一级的常规反渗透装置，第二级逆流反渗透装置，以及第三级逆流反渗透装置串联组成；原料液从第二级和第三级之间进入三级反渗透装置；浓缩液部分分流回流。本发明具有反渗透操作压力低，能耗低，工艺简单，浓度的自平衡调节能力强，能在很低的操作压力下将高浓度的原料溶液同时分离成水及极高浓度的浓缩液等优点。
Description
技术领域
本发明涉及溶液分离的技术领域。
技术背景
反渗透膜是一种用高分子化学材料特殊加工制成的、具有半透性能的薄膜。它能够在外加压力作用下使水溶液中的某些组分选择性透过，从而达到淡化、净化或浓缩分离的目的。常规的反渗透技术，就是给溶液加压后，压力使水透过反渗透膜，从而达到溶质和水分离的目的。目前，常规反渗透技术多用在低浓度低渗透压的溶液体系中，如水处理及海水淡化等。当溶液浓度高的时候，由于溶液的渗透压高，反渗透的操作压力大，对膜及装置的要求很高，反渗透技术很难实际应用。为了解决高浓度高渗透压的溶液体系问题，有论文及专利等叙述了逆流反渗透或回流反渗透的概念，即将部分浓溶液在反渗透膜的低压侧逆流回流，使膜的两侧相对的渗透压大大降低，从而降低反渗透的操作压力。但在目前的论文及专利文献中的逆流反渗透工艺，都是简单的单级或二级工艺，主要对浓水做了简单程度的再处理，这大大局限了逆流反渗透尤其是在高浓度的原料液条件下的应用范围，使得逆流反渗透技术未见广泛应用在实际中。
发明内容
为了使反渗透及逆流反渗透技术能实际有效的应用于高浓度高渗透压的溶液体系中，尤其是高浓度进口原料液的情况，并使整个工艺流程更加简单，更加节能。本发明采用了以下的技术方案：
三级反渗透的技术方案。
本发明的技术方案是：三级反渗透由第一级的常规反渗透装置，第二级逆流反渗透装置，以及第三级逆流反渗透装置串联组成；高浓度的原料液从第二级和第三级之间进入三级反渗透。第三级逆流反渗透的出口浓溶液，部分分流后，逆流返回至第三级逆流反渗透装置。
常规反渗透，指的是目前常用的反渗透装置，即它的高压侧溶液室分别有进口和出口两个接口；而低压侧溶液室只有一个溶液出口，即淡水出口，没有溶液进口。
逆流反渗透，高压侧溶液室同样的有进口和出口两个接口，但不同的是，它的低压侧溶液室也分别有溶液进口和溶液出口，而且高压侧溶液室和低压侧溶液室的液体流向互为逆流。
可以将第二级和第三级的逆流反渗透装置合并成一个逆流反渗透装置，原料液从合并后的逆流反渗透装置的中段进入，来达到同样的效果。这种合并后的逆流反渗透装置，原理上和第二级及第三级逆流反渗透两者分置的方案实质上是一样的，只是结构上的不同表达方式而已。
其具体的工艺流程是：待处理的原料液经加压至于第二级高压侧溶液室出口相同的压力后，与来自第二级的高压侧溶液室出口的溶液一起进入第三级的高压侧溶液室；第三级的高压侧溶液室出口的浓溶液，一部分经减压节流后外排，另一部分经减压节流后返回第三级的低压侧溶液室的入口；第三级的低压侧溶液室出口的溶液，流向第二级的低压侧溶液室的入口；第二级的低压侧溶液室出口的溶液，经加压后，进入第一级的高压侧溶液室；第一级的高压侧溶液室的出口溶液，进入第二级的高压侧溶液室入口；第一级低压侧溶液室出口的水，向外排出。
第一级采用常规的反渗透装置，主要功能是制取纯水，保证出水的纯度；第二级采用了逆流反渗透，主要功能是预浓缩，即将第一级排出的溶液，预浓缩到与原料液浓度相近或相同的浓度，同时将第二级低压侧入口的溶液稀释到极低的浓度，降低渗透压，以便送往第一级制取纯水，逆流反渗透的设计方案，可以在高浓度和高渗透压环境下，大大降低反渗透的操作压力，同时还保证了高压侧出口浓溶液的高浓度，以及低压侧出口的稀溶液的极低浓度；第三级采用了逆流反渗透的方案，主要功能是深度浓缩，即将原料液浓缩至极高的浓度，同样的，逆流反渗透的设计方案，可以在高浓度和高渗透压环境下，大大降低反渗透的操作压力，保证了高压侧出口浓溶液的高浓度。
中段进液的方案，使本发明能在很低的操作压力下，可以将高浓度的原料溶液同时分离为水和极高浓度的浓缩液。
通过调节第三级高压侧出口浓溶液的排出和回流的比例，从而可以有效的控制浓溶液的出口浓度。
每级的反渗透膜元件的长度，对整个制冷工艺的效率、操作压力、产水率等都有着很大的影响。它的具体长度取决于膜的种类、溶液性质、初始浓度、操作压力、温度、回流比例、流程设计等因素。
由于在逆流反渗透装置的高压侧溶液室以及低压侧溶液室中，进口和出口及沿流程方向上的溶液存在着较大的浓度差，浓差扩散现象会降低制冷效率。解决这个问题的方法，可以采用优化流体设计，如加长反渗透膜的长度从而延长流程，提高的溶液流速，蛇形管布置，多级串联并联使用等等方法，降低浓差扩散带来的负效应。
每一级反渗透装置可以由多个反渗透膜元件串联而成。串联的方案利于满足膜元件在长度方面的要求及布置便利。另外，每级之间可以加设阀门或其他隔离装置，可以减低停机时因为浓差扩散造成的效率降低。
为保证产水量，以达到设计的制冷量的要求，每一级反渗透装置可以由多个反渗透膜元件并联而成。
在膜蒸馏技术中，它的膜与反渗透膜在结构和制造工艺上很相似，部分膜蒸馏的膜甚至只是在反渗透膜的基础上，做了疏水的处理，使膜只能通过水蒸气而不能通过液相水而已。由于通过水蒸气和通过液相水，对本技术不造成实质影响。因此，三级反渗透的膜元件，可以是反渗透膜，也可以用膜蒸馏的膜来替代。尤其是在第二级和第三级逆流反渗透中。
为了进一步的降低操作压力和提高产率，可以在高压侧溶液室对溶液加温，在低压侧溶液室对溶液冷却降温。这个增温和降温的方案在采用膜蒸馏的膜的时候，尤其重要。
本发明的优点及效果：
常规反渗透的特点是能产出纯水，缺点是操作压力受限于溶液的浓度及渗透压。逆流反渗透的特点是可以在很低的操作压力下，将高浓度高渗透压的溶液浓缩或稀释，缺点是产出的稀溶液含有一定量的溶质，出水纯度远小于常规反渗透产出的纯水。本发明有效的利用了常规反渗透和逆流反渗透的特点，在工艺上进行有效的组合，达到了在很低的操作压力下，对高浓度的原料液进行反渗透分离，即能产出纯水，又能产出高浓度的浓缩液的理想效果。
本发明具有反渗透操作压力低，能耗低，工艺简单，浓度的自平衡调节能力强，能在很低的操作压力下将高浓度的原料溶液同时分离成水及极高浓度的浓缩液等优点。
附图说明
说明书附图是本发明的实施例图。
图中：1、淡水出口；2、第一级常规反渗透装置；3、泵；4、第二级逆流反渗透装置；5、第三级逆流反渗透装置；6、原料液入口；7、浓缩液出口；8、泵；9、减压节流阀；10、减压节流阀。
具体实施方式
说明书附图是本发明的一个实施例。
原料液自原料液入口6，经泵8加压后，与第二级逆流反渗透装置4的高压侧溶液室出口的溶液一起，进入第三级逆流反渗透装置5的高压侧溶液室；第三级逆流反渗透装置5的高压侧溶液室出口的浓缩液，一部分经减压节流阀10后，经浓缩液出口7向外排出，另一部分经减压节流阀9后返回第三级逆流反渗透装置5的低压侧溶液室的入口；第三级逆流反渗透装置5的低压侧溶液室出口的溶液，流向第二级逆流反渗透装置4的低压侧溶液室的入口；第二级逆流反渗透装置4的低压侧溶液室出口的溶液，经泵3加压后，进入第一级常规反渗透装置2的高压侧溶液室；第一级常规反渗透装置2的高压侧溶液室的出口溶液，进入第二级逆流反渗透装置4的高压侧溶液室入口；第一级常规反渗透装置2低压侧溶液室出口的水，经过淡水出口1，向外排出。
Claims (7)
1.一种三级反渗透，其特征是：三级反渗透由第一级常规反渗透装置，第二级逆流反渗透装置，以及第三级逆流反渗透装置串联组成；待处理的原料液从第二级和第三级之间进入三级反渗透装置。
2.根据权利要求1中所述的三级反渗透，其特征是：待处理的原料液经加压后，与来自第二级的高压侧溶液室出口的溶液一起进入第三级的高压侧溶液室；第三级的高压侧溶液室出口的浓溶液，一部分经减压节流后外排，另一部分经减压节流后返回第三级的低压侧溶液室的入口；第三级的低压侧溶液室出口的溶液，流向第二级的低压侧溶液室的入口；第二级的低压侧溶液室出口的溶液，经加压后，进入第一级的高压侧溶液室；第一级的高压侧溶液室的出口溶液，进入第二级的高压侧溶液室入口；第一级低压侧溶液室出口的水，向外排出。
3.根据权利要求2中所述的三级反渗透装置，其特征是：每一级反渗透装置可以由多个反渗透膜元件串联而成。
4.根据权利要求2中所述的三级反渗透装置，其特征是：每一级反渗透装置可以由多个反渗透膜元件并联而成。
5.根据权利要求2中所述的三级反渗透装置，其特征是：三级反渗透的膜元件，可以用膜蒸馏的膜来取代反渗透膜。
6.根据权利要求2中所述的三级反渗透装置，其特征是：可以在高压侧溶液室对溶液加温，在低压侧溶液室对溶液冷却降温。
7.根据权利要求2中所述的三级反渗透装置，其特征是：可以将第二级和第三级的逆流反渗透装置合并成一个逆流反渗透装置，原料液从合并后的逆流反渗透装置的中段进入。
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