CN106554052A - 一种平行流反渗透膜组件、反渗透系统和处理含盐水的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水处理领域，公开了一种平行流反渗透膜组件、反渗透系统和处理含盐水的方法，所述平行流反渗透膜组件包括反渗透膜、浓水隔网和淡水隔网，浓水隔网形成浓水流道，淡水隔网形成淡水流道，浓水流道设置有原水进水口和浓水出水口，淡水流道设置有透过侧进水口和产水出水口。利用本发明的平行流反渗透膜组件和反渗透系统处理含盐水，无需显著提高操作压力和运行成本即可突破现有反渗透系统的浓缩极限，大幅度减少系统最终浓盐水的排放量，既能够提高水资源回收利用效率，也能够大幅度降低实现零液体排放的综合处理成本。
Description
技术领域
本发明涉及水处理领域，具体地，涉及一种平行流反渗透膜组件、反渗透系统和处理含盐水的方法。
背景技术
随着环保要求的不断提升，水资源不足以及环境容量有限等矛盾日益凸显。在石油化工、煤化工、电力、钢铁以及海水淡化等生产过程中，会产生大量的含盐废水。为了降低外排水量，提高水的使用效率，目前含盐废水一般使用以反渗透为主的膜法处理后循环使用，在一定程度上提高了水的使用效率。
但由于渗透压的存在和实际操作压力的限制，现有的常规反渗透膜组件(如图1所示，包括反渗透膜6、浓水隔网4和淡水隔网7，其中，浓水隔网4形成浓水流道5，淡水隔网7形成淡水流道8，浓水流道5设置有原水进水口1和浓水出水口2，淡水流道8仅设置有产水出水口3)和由该常规反渗透膜组件形成的反渗透系统通常只能将盐水浓缩到50,000至70,000mg/L，严重限制了反渗透系统的水回收率的进一步提高，并因此产生了大量的浓盐水。这对后续处理，特别是在要求零液体排放情况下的后续蒸发、结晶等工艺处理在投资和能耗上形成了巨大的压力。
因此，有必要在现有反渗透膜组件和反渗透系统的设计上进行改进，在无需显著提高操作压力和运行成本的情况下突破反渗透系统的浓缩极限，大幅度减少系统最终浓盐水的排放量，既提高水资源回收利用效率，也大幅度降低实现零液体排放的综合处理成本。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的上述缺陷，提供一种平行流反渗透膜组件、反渗透系统和处理含盐水的方法，利用本发明的平行流反渗透膜组件和反渗透系统处理含盐水，无需显著提高操作压力和运行成本即可突破现有反渗透系统的浓缩极限，大幅度减少系统最终浓盐水的排放量，既能够提高水资源回收利用效率，也能够大幅度降低实现零液体排放的综合处理成本。
为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种利用压力作为分离驱动力的平行流反渗透膜组件，所述平行流反渗透膜组件包括反渗透膜、浓水隔网和淡水隔网，其中，所述浓水隔网形成浓水流道，所述淡水隔网形成淡水流道，所述浓水流道设置有原水进水口和浓水出水口，所述淡水流道设置有透过侧进水口和产水出水口。
第二方面，本发明提供了一种反渗透系统，所述反渗透系统包括一个或至少两个并联的膜壳，每个膜壳内均设置有至少一个平行流反渗透膜组件，其中，所述平行流反渗透膜组件包括反渗透膜、浓水隔网和淡水隔网，浓水隔网形成浓水流道，淡水隔网形成淡水流道，浓水流道设置有原水进水口和浓水出水口，淡水流道设置有透过侧进水口和产水出水口。
第三方面，本发明提供了一种利用反渗透膜处理含盐水的方法，该方法包括以下步骤：
(1)向含盐水施加压力，得到增压后的原水；
(2)将增压后的原水供给至反渗透膜的浓水侧；
(3)提供透过侧进水并将所述透过侧进水供给至反渗透膜的透过侧；
(4)在压力作用下将增压后的原水进行反渗透处理，在反渗透膜的浓水侧和透过侧分别得到浓水和产水；
(5)收集所述浓水；以及
(6)收集所述产水。
第四方面，本发明提供了一种利用本发明所述的平行流反渗透膜组件处理含盐水的方法，该方法包括以下步骤：
(1)向含盐水施加压力，得到增压后的原水；
(2)将增压后的原水通过所述平行流反渗透膜组件的原水进水口供给至所述平行流反渗透膜组件的浓水流道；
(3)提供透过侧进水并将所述透过侧进水通过所述平行流反渗透膜组件的透过侧进水口供给至所述平行流反渗透膜组件的淡水流道；
(4)在压力作用下将浓水流道中增压后的原水进行反渗透处理，在平行流反渗透膜组件的浓水出水口和产水出水口分别得到浓水和产水；
(5)在所述平行流反渗透膜组件的浓水出水口收集所述浓水；以及
(6)在所述平行流反渗透膜组件的产水出水口收集所述产水。
第五方面，本发明提供了一种利用本发明所述反渗透系统处理含盐水的方法，该方法包括以下步骤：
(1)向含盐水施加压力，得到增压后的原水；
(2)将增压后的原水通过所述反渗透系统中每个膜壳的第一进水口供给至该膜壳内的第一个平行流反渗透膜组件的浓水流道；
(3)提供透过侧进水并将所述透过侧进水通过所述反渗透系统中每个膜壳的第二进水口供给至该膜壳内的第一个平行流反渗透膜组件的淡水流道；
(4)在压力作用下将增压后的原水进行反渗透处理，在反渗透系统的每个膜壳内的最后一个平行流反渗透膜组件的浓水出水口和产水出水口分别得到浓水和产水；
(5)在所述反渗透系统的每个膜壳的第一出水口收集所述浓水；以及
(6)在所述反渗透系统的每个膜壳的第二出水口收集所述产水。
利用本发明的平行流反渗透膜组件和反渗透系统处理含盐水，无需显著提高操作压力和运行成本即可突破现有反渗透系统的浓缩极限，大幅度减少系统最终浓盐水的排放量，既能够提高水资源回收利用效率，也能够大幅度降低实现零液体排放的综合处理成本。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
图1是常规反渗透膜组件的结构示意图。
图2是本发明的平行流反渗透膜组件的结构示意图。
图3是本发明实施例1中处理含盐水的方法的流程示意图。
图4是本发明实施例2中处理含盐水的方法的流程示意图。
图5是本发明实施例3中处理含盐水的方法的流程示意图。
附图标记说明
1原水进水口；2浓水出水口；3产水出水口；4浓水隔网；5浓水流道；6反渗透膜；7淡水隔网；8淡水流道；9透过侧进水口；10原水泵；11透过侧进水泵；12第一进水口；13第一出水口；14膜壳；15第二进水口；16第二出水口；17平行流反渗透膜组件；18第一平行流反渗透膜处理单元；19第二平行流反渗透膜处理单元；20增压泵。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
第一方面，本发明提供了一种利用压力作为分离驱动力但结构上有别于常规反渗透膜组件的平行流反渗透膜组件。如图2所示，该平行流反渗透膜组件包括反渗透膜6、浓水隔网4和淡水隔网7，其中，浓水隔网4形成浓水流道5，淡水隔网7形成淡水流道8，浓水流道5设置有原水进水口1和浓水出水口2，淡水流道8除设置有产水出水口3外，还设置有透过侧进水口9。
本领域技术人员应该理解的是，在正常运行时，原水在反渗透膜的浓水侧(即高压侧)从原水进水口向浓水出水口流动，在此过程中原水中的部分淡水在压力作用下透过反渗透膜进入反渗透膜的透过侧(即低压侧)，原水在失去所述部分淡水后被浓缩，得到浓水；与此同时，在透过侧，透过侧进水从透过侧进水口向产水出水口流动，在此过程中与从浓水侧透过反渗透膜的部分淡水混合后被稀释，得到产水并不断从产水出水口排出。由于在反渗透膜的两侧均有从进口向出口的流动，因此本发明中将具有该结构的反渗透膜组件称之为平行流反渗透膜组件。平行流反渗透膜组件的优势在于可以通过引入一定盐浓度的透过侧进水来调节透过侧液体的浓度和渗透压，这样可以在不提高膜两侧渗透压差的情况下提高膜浓水侧的盐浓度上限。因此，与常规反渗透膜组件相比，平行流反渗透膜组件可以处理更高盐浓度的进水，也可以把浓水浓缩到更高的盐浓度。
第二方面，本发明提供了一种反渗透系统，该反渗透系统包括一个或至少两个并联的膜壳，每个膜壳内均设置有至少一个平行流反渗透膜组件，其中，所述平行流反渗透膜组件包括反渗透膜、浓水隔网和淡水隔网，浓水隔网形成浓水流道，淡水隔网形成淡水流道，浓水流道设置有原水进水口和浓水出水口，淡水流道设置有透过侧进水口和产水出水口。
本发明的反渗透系统中，优选情况下，一个或至少两个并联的膜壳中的每个膜壳均设置有第一进水口、第一出水口、第二进水口和第二出水口，且
每个膜壳的第一进水口和第二进水口分别与设置于该膜壳内的第一个平行流反渗透膜组件的原水进水口和透过侧进水口相连；
每个膜壳的第一出水口和第二出水口分别与设置于该膜壳内的最后一个平行流反渗透膜组件的浓水出水口和产水出水口相连。
本发明的反渗透系统中，优选情况下，反渗透系统还包括原水泵和透过侧进水泵，且
原水泵与所述一个或至少两个并联的膜壳中的每个膜壳的第一进水口相连，用于将增压后的原水供给至设置于每个膜壳内的第一个平行流反渗透膜组件的浓水流道；
透过侧进水泵与所述一个或至少两个并联的膜壳中的每个膜壳的第二进水口相连，用于将透过侧进水供给至设置于每个膜壳内的第一个平行流反渗透膜组件的淡水流道。
本发明的反渗透系统中，优选情况下，反渗透系统包括至少两个串联的平行流反渗透膜处理单元，每个平行流反渗透膜处理单元均设置有原水进口、浓水出口、透过侧进口和产水出口，每个平行流反渗透膜处理单元包括一个或至少两个并联的膜壳，每个膜壳内均设置有至少一个平行流反渗透膜组件，每个平行流反渗透膜处理单元的原水进口和透过侧进口分别与所述一个或至少两个并联的膜壳中的每个膜壳的第一进水口和第二进水口相连，每个平行流反渗透膜处理单元的浓水出口和产水出口分别与所述一个或至少两个并联的膜壳中的每个膜壳的第一出水口和第二出水口相连，
原水泵与第一个平行流反渗透膜处理单元的原水进口相连，后一个平行流反渗透膜处理单元的原水进口与前一个平行流反渗透膜处理单元的浓水出口相连。
进一步优选地，前一个平行流反渗透膜处理单元的浓水出口与后一个平行流反渗透膜处理单元的原水进口之间设置有增压泵。
本发明的反渗透系统中，优选情况下，透过侧进水泵与第一个平行流反渗透膜处理单元的透过侧进口相连，后一个平行流反渗透膜处理单元的透过侧进口与前一个平行流反渗透膜处理单元的产水出口相连。
本发明的反渗透系统中，优选情况下，透过侧进水泵与最后一个平行流反渗透膜处理单元的透过侧进口相连，前一个平行流反渗透膜处理单元的透过侧进口与后一个平行流反渗透膜处理单元的产水出口相连。
本发明的反渗透系统中，优选情况下，设置于每个膜壳内的至少一个平行流反渗透膜组件包括至少两个串联的平行流反渗透膜组件，且对于相邻的两个平行流反渗透膜组件，前一个平行流反渗透膜组件的浓水出水口和产水出水口分别与后一个平行流反渗透膜组件的原水进水口和透过侧进水口相连。
第三方面，本发明提供了一种利用反渗透膜处理含盐水的方法，该方法包括以下步骤：
(1)向含盐水施加压力，得到增压后的原水；
(2)将增压后的原水供给至反渗透膜的浓水侧；
(3)提供透过侧进水并将所述透过侧进水供给至反渗透膜的透过侧；
(4)在压力作用下将增压后的原水进行反渗透处理，在反渗透膜的浓水侧和透过侧分别得到浓水和产水；
(5)收集所述浓水；以及
(6)收集所述产水。
本发明方法中，优选情况下，含盐水的盐浓度为10,000-200,000mg/L，进一步优选为50,000-150,000mg/L；透过侧进水的盐浓度小于浓水的盐浓度，进一步优选地，透过侧进水的盐浓度等于含盐水的盐浓度；产水的盐浓度小于含盐水的盐浓度。优选情况下，透过侧进水与原水均来自于待处理的含盐水。
本发明方法中，优选情况下，向含盐水施加的压力为1-10MPa，进一步优选为4-7MPa。
第四方面，本发明提供了一种利用本发明所述的平行流反渗透膜组件处理含盐水的方法，该方法包括以下步骤：
(1)向含盐水施加压力，得到增压后的原水；
(2)将增压后的原水通过所述平行流反渗透膜组件的原水进水口供给至所述平行流反渗透膜组件的浓水流道；
(3)提供透过侧进水并将所述透过侧进水通过所述平行流反渗透膜组件的透过侧进水口供给至所述平行流反渗透膜组件的淡水流道；
(4)在压力作用下将浓水流道中增压后的原水进行反渗透处理，在平行流反渗透膜组件的浓水出水口和产水出水口分别得到浓水和产水；
(5)在所述平行流反渗透膜组件的浓水出水口收集所述浓水；以及
(6)在所述平行流反渗透膜组件的产水出水口收集所述产水。
本发明方法中，使用的本发明所述的平行流反渗透膜组件具体参见前述相应内容描述，在此不再赘述。
本发明方法中，优选情况下，含盐水的盐浓度为10,000-200,000mg/L，进一步优选为50,000-150,000mg/L；透过侧进水的盐浓度小于浓水的盐浓度，进一步优选地，透过侧进水的盐浓度等于含盐水的盐浓度；产水的盐浓度小于含盐水的盐浓度。优选情况下，透过侧进水与原水均来自于待处理的含盐水。
本发明方法中，优选情况下，向含盐水施加的压力为1-10MPa，进一步优选为4-7MPa。
第五方面，本发明提供了一种利用本发明所述的反渗透系统处理含盐水的方法，该方法包括以下步骤：
(1)向含盐水施加压力，得到增压后的原水；
(2)将增压后的原水通过所述反渗透系统中每个膜壳的第一进水口供给至该膜壳内的第一个平行流反渗透膜组件的浓水流道；
(3)提供透过侧进水并将所述透过侧进水通过所述反渗透系统中每个膜壳的第二进水口供给至该膜壳内的第一个平行流反渗透膜组件的淡水流道；
(4)在压力作用下将增压后的原水进行反渗透处理，在反渗透系统的每个膜壳内的最后一个平行流反渗透膜组件的浓水出水口和产水出水口分别得到浓水和产水；
(5)在所述反渗透系统的每个膜壳的第一出水口收集所述浓水；以及
(6)在所述反渗透系统的每个膜壳的第二出水口收集所述产水。
本发明方法中，使用的本发明所述的反渗透系统具体参见前述相应内容描述，在此不再赘述。
本发明方法中，步骤(2)中可以通过原水泵将增压后的原水通过反渗透系统中每个膜壳的第一进水口供给至该膜壳内的至少一个平行流反渗透膜组件中的第一个平行流反渗透膜组件的浓水流道，步骤(3)中可以通过透过侧进泵将透过侧进水通过反渗透系统中每个膜壳的第二进水口供给至该膜壳内的至少一个平行流反渗透膜组件中的第一个平行流反渗透膜组件的淡水流道。
本发明方法中，优选情况下，反渗透系统包括至少两个串联的平行流反渗透膜处理单元，原水泵和透过侧进水泵分别与所述至少两个串联的平行流反渗透膜处理单元中的第一个平行流反渗透膜处理单元的原水进口和透过侧进口相连，所述至少两个串联的平行流反渗透膜处理单元中的前一个平行流反渗透膜处理单元的浓水出口和产水出口分别与所述至少两个串联的平行流反渗透膜处理单元中的后一个平行流反渗透膜处理单元的原水进口和透过侧进口相连，该方法包括以下步骤：
在压力作用下将增压后的原水在所述反渗透系统的前一个平行流反渗透膜处理单元中进行反渗透处理，在所述前一个平行流反渗透膜处理单元的浓水出口和产水出口分别收集浓水和产水；
将来自前一个平行流反渗透膜处理单元的产水作为透过侧进水供给至后一个平行流反渗透膜处理单元的透过侧进口，将来自前一个平行流反渗透膜处理单元的浓水增压后作为原水供给至后一个平行流反渗透膜处理单元的原水进口并在所述后一个平行流反渗透膜处理单中进行反渗透处理，在所述后一个平行流反渗透膜处理单元的浓水出口和产水出口分别收集浓水和产水。
本发明方法中，可以通过在至少两个串联的平行流反渗透膜处理单元中的前一个平行流反渗透膜处理单元的浓水出口与至少两个串联的平行流反渗透膜处理单元中的后一个平行流反渗透膜处理单元的原水进口之间设置的增压泵将来自前一个平行流反渗透膜处理单元的浓水增压后作为原水供给至后一个平行流反渗透膜处理单元的原水进口。
其中，反渗透系统包括的至少两个串联的平行流反渗透膜处理单元的结构为：反渗透系统包括至少两个串联的平行流反渗透膜处理单元，每个平行流反渗透膜处理单元均设置有原水进口、浓水出口、透过侧进口和产水出口，每个平行流反渗透膜处理单元包括一个或至少两个并联的膜壳，每个膜壳内均设置有至少一个平行流反渗透膜组件，每个平行流反渗透膜处理单元的原水进口和透过侧进口分别与所述一个或至少两个并联的膜壳中的每个膜壳的第一进水口和第二进水口相连，每个平行流反渗透膜处理单元的浓水出口和产水出口分别与所述一个或至少两个并联的膜壳中的每个膜壳的第一出水口和第二出水口相连，原水泵与第一个平行流反渗透膜处理单元的原水进口相连，后一个平行流反渗透膜处理单元的原水进口与前一个平行流反渗透膜处理单元的浓水出口相连；透过侧进水泵与第一个平行流反渗透膜处理单元的透过侧进口相连，后一个平行流反渗透膜处理单元的透过侧进口与前一个平行流反渗透膜处理单元的产水出口相连。
本发明方法中，优选情况下，反渗透系统包括至少两个串联的平行流反渗透膜处理单元，原水泵与所述至少两个串联的平行流反渗透膜处理单元中的第一个平行流反渗透膜处理单元的原水进口相连，透过侧进水泵与所述至少两个串联的平行流反渗透膜处理单元中的最后一个平行流反渗透膜处理单元的透过侧进口相连，所述至少两个串联的平行流反渗透膜处理单元中的前一个平行流反渗透膜处理单元的浓水出口与所述至少两个串联的平行流反渗透膜处理单元中的后一个平行流反渗透膜处理单元的原水进口相连，所述至少两个串联的平行流反渗透膜处理单元中的后一个平行流反渗透膜处理单元的产水出口与所述至少两个串联的平行流反渗透膜处理单元中的前一个平行流反渗透膜处理单元的透过侧进口相连，该方法包括以下步骤：
在压力作用下将增压后的原水在所述反渗透系统的第一个平行流反渗透膜处理单元中进行反渗透处理，在第一个平行流反渗透膜处理单元的浓水出口收集浓水；
将来自前一个平行流反渗透膜处理单元的浓水增压后作为原水供给至后一个平行流反渗透膜处理单元的原水进口并在所述后一个平行流反渗透膜处理单元中进行反渗透处理，在最后一个平行流反渗透膜处理单元的浓水出口收集浓水作为所述反渗透系统的浓水；
提供透过侧进水并将其供给至最后一个平行流反渗透膜处理单元的透过侧进口，在最后一个平行流反渗透膜处理单元的产水出口收集产水；
将来自后一个平行流反渗透膜处理单元的产水作为透过侧进水供给至前一个平行流反渗透膜处理单元的透过侧进口，在第一个平行流反渗透膜处理单元的产水出口收集产水作为所述反渗透系统的产水。
本发明方法中，可以通过在至少两个串联的平行流反渗透膜处理单元中的前一个平行流反渗透膜处理单元的浓水出口与至少两个串联的平行流反渗透膜处理单元中的后一个平行流反渗透膜处理单元的原水进口之间设置的增压泵将来自前一个平行流反渗透膜处理单元的浓水增压后作为原水供给至后一个平行流反渗透膜处理单元的原水进口。
其中，反渗透系统包括的至少两个串联的平行流反渗透膜处理单元的结构为：反渗透系统包括至少两个串联的平行流反渗透膜处理单元，每个平行流反渗透膜处理单元均设置有原水进口、浓水出口、透过侧进口和产水出口，每个平行流反渗透膜处理单元包括一个或至少两个并联的膜壳，每个膜壳内均设置有至少一个平行流反渗透膜组件，每个平行流反渗透膜处理单元的原水进口和透过侧进口分别与所述一个或至少两个并联的膜壳中的每个膜壳的第一进水口和第二进水口相连，每个平行流反渗透膜处理单元的浓水出口和产水出口分别与所述一个或至少两个并联的膜壳中的每个膜壳的第一出水口和第二出水口相连，原水泵与第一个平行流反渗透膜处理单元的原水进口相连，后一个平行流反渗透膜处理单元的原水进口与前一个平行流反渗透膜处理单元的浓水出口相连；透过侧进水泵与最后一个平行流反渗透膜处理单元的透过侧进口相连，前一个平行流反渗透膜处理单元的透过侧进口与后一个平行流反渗透膜处理单元的产水出口相连。
本发明方法中，优选情况下，对于每个膜壳，原水的盐浓度为10,000-200,000mg/L，进一步优选为50,000-150,000mg/L；透过侧进水的盐浓度小于浓水的盐浓度，进一步优选地，透过侧进水的盐浓度等于原水的盐浓度；产水的盐浓度小于原水的盐浓度。
本发明方法中，优选情况下，向原水施加的压力为1-10MPa，进一步优选为4-7MPa。
本发明方法中，本领域技术人员应该理解的是，盐浓度是指含盐水中含有的所有溶解盐的质量体积浓度之和。
实施例
以下将通过实施例对本发明进行详细描述，但并不因此限制本发明。
实施例1
结合图2和图3，本实施例用于说明本发明的反渗透系统及利用该反渗透系统处理含盐水的方法。
本实施例中，反渗透系统包括一个膜壳14、设置于该膜壳14内的3个串联的平行流反渗透膜组件17、原水泵10和透过侧进水泵11，其中，对于每个平行流反渗透膜组件，均包括反渗透膜6、浓水隔网4和淡水隔网7，浓水隔网4形成浓水流道5，淡水隔网7形成淡水流道8，浓水流道5设置有原水进水口1和浓水出水口2，淡水流道8设置有透过侧进水口9和产水出水口3。对于相邻的两个平行流反渗透膜组件，前一个平行流反渗透膜组件的浓水出水口和产水出水口分别与后一个平行流反渗透膜组件的原水进水口和透过侧进水口相连。
膜壳14设置有第一进水口12、第一出水口13、第二进水口15和第二出水口16，且膜壳14的第一进水口12和第二进水口15分别与置于该膜壳14内的3个串联的平行流反渗透膜组件中的第一个平行流反渗透膜组件的原水进水口和透过侧进水口相连；膜壳14的第一出水口13和第二出水口16分别与置于该膜壳14内的3个串联的平行流反渗透膜组件中的最后一个平行流反渗透膜组件的浓水出水口和产水出水口相连。
原水泵10与膜壳14的第一进水口12相连，用于将增压后的含盐水供给至设置于膜壳14内的3个串联的平行流反渗透膜组件中的第一个平行流反渗透膜组件的浓水流道；透过侧进水泵11与膜壳14的第二进水口15相连，用于将透过侧进水供给至设置于膜壳14内的3个串联的平行流反渗透膜组件中的第一个平行流反渗透膜组件的淡水流道。
如图3所示，利用原水泵10将盐浓度为75,000mg/L的含盐水增压至6MPa后作为原水通过反渗透系统的膜壳14的第一进水口12、膜壳14内第一个平行流反渗透膜组件的原水进水口以10m3/h的流量供给至该平行流反渗透膜组件的浓水流道，利用透过侧进水泵11将盐浓度为75,000mg/L的含盐水作为透过侧进水通过反渗透系统的膜壳14的第二进水口15、膜壳14内第一个平行流反渗透膜组件的透过侧进水口以7m3/h的流量供给至该平行流反渗透膜组件的淡水流道，在6MPa压力作用下，浓水流道中的原水从膜壳14的第一进水口12向第一出水口13流动，淡水流道中的透过侧进水从膜壳14的第二进水口15向第二出水口16流动，其中原水中的淡水以3m3/h的流量从3个平行流反渗透膜组件的浓水流道透过反渗透膜进入淡水流道，原水中剩下的浓水以7m3/h的流量、106,821mg/L的盐浓度从第3个平行流反渗透膜组件的浓水流道、膜壳14的第一出水口13排出，透过侧进水从3个平行流反渗透膜组件的淡水流道与从浓水流道透过的淡水混合，以10m3/h的流量、52,725mg/L的盐浓度从第3个平行流反渗透膜组件的淡水流道、膜壳14的第二出水口16排出。本实施例中各流股的流量与含盐量如表1所示。
表1
| 流股名称 | 原水 | 浓水 | 透过侧进水 | 产水 |
| 流量(m3/h) | 10 | 7 | 7 | 10 |
| 含盐量(mg/L) | 75000 | 106821 | 75000 | 52725 |
在本实施例中，使用同样的含盐水分别作为原水和透过侧进水，通过平行流反渗透膜系统，使用与常规反渗透系统相当的压力，将总计17m3/h的含盐量为75,000mg/L的含盐水分离成一股10m3/h的含盐量为52,725mg/L的产水和一股7m3/h的含盐量为106,821mg/L的浓水。尽管产水含盐量仍然较高，但其浓水的含盐量已经超过100,000mg/L，获得了常规反渗透系统不可能实现的分离效果。
实施例2
结合图2-图4，本实施例用于说明本发明的反渗透系统及利用该反渗透系统处理含盐水的方法。
本实施例中，反渗透系统包括两个串联的平行流反渗透膜处理单元、原水泵10、透过侧进水泵11和增压泵20。其中，每个平行流反渗透膜处理单元均设置有原水进口、浓水出口、透过侧进口和产水出口，每个平行流反渗透膜处理单元均包括10个并联的膜壳，每个膜壳内均设置有6个串联的平行流反渗透膜组件，对于每个平行流反渗透膜组件，均包括反渗透膜6、浓水隔网4和淡水隔网7，浓水隔网4形成浓水流道5，淡水隔网7形成淡水流道8，浓水流道5设置有原水进水口1和浓水出水口2，淡水流道8设置有透过侧进水口9和产水出水口3。对于每个膜壳内相邻的两个平行流反渗透膜组件，前一个平行流反渗透膜组件的浓水出水口和产水出水口分别与后一个平行流反渗透膜组件的原水进水口和透过侧进水口相连。每个平行流反渗透膜处理单元的原水进口和透过侧进口分别与所述10个并联的膜壳中的每个膜壳的第一进水口和第二进水口相连，每个平行流反渗透膜处理单元的浓水出口和产水出口分别与所述10个并联的膜壳中的每个膜壳的第一出水口和第二出水口相连。
每个膜壳均设置有第一进水口、第一出水口、第二进水口和第二出水口，且每个膜壳的第一进水口和第二进水口分别与置于该膜壳内的6个串联的平行流反渗透膜组件中的第一个平行流反渗透膜组件的原水进水口和透过侧进水口相连，每个膜壳的第一出水口和第二出水口分别与置于该膜壳内的6个串联的平行流反渗透膜组件中的最后一个平行流反渗透膜组件的浓水出水口和产水出水口相连。
原水泵10通过第一平行流反渗透膜处理单元18的原水进口与第一平行流反渗透膜处理单元18中10个并联的膜壳中每个膜壳的第一进水口相连，用于将增压后的原水供给至设置于每个膜壳内的6个串联的平行流反渗透膜组件中的第一个平行流反渗透膜组件的浓水流道；透过侧进水泵11通过第一平行流反渗透膜处理单元18的透过侧进口与第一平行流反渗透膜处理单元18中10个并联的膜壳中每个膜壳的第二进水口相连，用于将透过侧进水供给至设置于每个膜壳内的6个串联的平行流反渗透膜组件中的第一个平行流反渗透膜组件的淡水流道。第一平行流反渗透膜处理单元18中10个并联的膜壳中每个膜壳的第一出水口汇集形成第一平行流反渗透膜处理单元18的浓水出口，第一平行流反渗透膜处理单元18中10个并联的膜壳中每个膜壳的第二出水口汇集形成第一平行流反渗透膜处理单元18的产水出口，第一平行流反渗透膜处理单元18的浓水出口和产水出口分别与第二平行流反渗透膜处理单元19的原水进口和透过侧进口相连。第一平行流反渗透膜处理单元18的浓水出口与第二平行流反渗透膜处理单元19的原水进口之间设置有增压泵20，用于将增压后的来自第一平行流反渗透膜处理单元18的浓水供给至第二平行流反渗透膜处理单元19中10个并联的膜壳中每个膜壳内的第一个平行流反渗透膜组件的浓水流道。
如图4所示，将含盐量为50,000mg/L的含盐水以100m3/h的流量通过原水泵10增压至5.5MPa后送入第一平行流反渗透膜处理单元18的原水进口，同时，将含盐量为50,000mg/L的含盐水以100m3/h的流量通过透过侧进水泵11作为透过侧进水送入第一平行流反渗透膜处理单元18的透过侧进口，在第一平行流反渗透膜处理单元18中进行反渗透处理，在第一平行流反渗透膜处理单元18的浓水出口得到流量为65m3/h、盐浓度为76,654mg/L的浓水，在第一平行流反渗透膜处理单元18的产水出口得到流量为135m3/h、盐浓度为37,167mg/L的产水。
将来自第一平行流反渗透膜处理单元18的浓水通过增压泵20增压至6.9MPa后全部送入第二平行流反渗透膜处理单元19的原水进口，同时，将来自第一平行流反渗透膜处理单元18的产水全部送入第二平行流反渗透膜处理单元19的透过侧进口，在第二平行流反渗透膜处理单元19中进行反渗透处理，在第二平行流反渗透膜处理单元19的浓水出口得到流量为45m3/h、盐浓度为110,382mg/L的浓水，在第二平行流反渗透膜处理单元19的产水出口得到流量为155m3/h、盐浓度为32,470mg/L的产水。本实施例中各流股的流量与含盐量如表2所示。
表2
在本实施例中，使用同样的含盐水分别作为原水和透过侧进水，通过由两个浓水顺序串联、两个产水顺序串联的平行流反渗透膜处理单元组成的反渗透系统，使用与常规反渗透系统相当的压力，将总计200m3/h的含盐量为50,000mg/L的含盐水分离成一股155m3/h的含盐量为32,470mg/L的产水和一股45m3/h的含盐量为110,382mg/L的浓水。尽管产水含盐量仍然较高，但其浓水的含盐量已经超过110,000mg/L，同样获得了常规反渗透系统不可能实现的分离效果。
实施例3
结合图2、图3、图5，本实施例用于说明本发明的反渗透系统及利用该反渗透系统处理含盐水的方法。
本实施例中，反渗透系统包括两个串联的平行流反渗透膜处理单元、原水泵10、透过侧进水泵11和增压泵20。其中，每个平行流反渗透膜处理单元均设置有原水进口、浓水出口、透过侧进口和产水出口，每个平行流反渗透膜处理单元均包括10个并联的膜壳，每个膜壳内均设置有6个串联的平行流反渗透膜组件，对于每个平行流反渗透膜组件，均包括反渗透膜6、浓水隔网4和淡水隔网7，浓水隔网4形成浓水流道5，淡水隔网7形成淡水流道8，浓水流道5设置有原水进水口1和浓水出水口2，淡水流道8设置有透过侧进水口9和产水出水口3。对于每个膜壳内相邻的两个平行流反渗透膜组件，前一个平行流反渗透膜组件的浓水出水口和产水出水口分别与后一个平行流反渗透膜组件的原水进水口和透过侧进水口相连。每个平行流反渗透膜处理单元的原水进口和透过侧进口分别与所述10个并联的膜壳中的每个膜壳的第一进水口和第二进水口相连，每个平行流反渗透膜处理单元的浓水出口和产水出口分别与所述10个并联的膜壳中的每个膜壳的第一出水口和第二出水口相连。
每个膜壳均设置有第一进水口、第一出水口、第二进水口和第二出水口，且每个膜壳的第一进水口和第二进水口分别与置于该膜壳内的6个串联的平行流反渗透膜组件中的第一个平行流反渗透膜组件的原水进水口和透过侧进水口相连，每个膜壳的第一出水口和第二出水口分别与置于该膜壳内的6个串联的平行流反渗透膜组件中的最后一个平行流反渗透膜组件的浓水出水口和产水出水口相连。
原水泵10通过第一平行流反渗透膜处理单元18的原水进口与第一平行流反渗透膜处理单元18中10个并联的膜壳中每个膜壳的第一进水口相连，用于将增压后的原水供给至设置于每个膜壳内的6个串联的平行流反渗透膜组件中的第一个平行流反渗透膜组件的浓水流道；透过侧进水泵11通过第二平行流反渗透膜处理单元19的透过侧进口与第二平行流反渗透膜处理单元19中10个并联的膜壳中每个膜壳的第二进水口相连，用于将透过侧进水供给至设置于每个膜壳内的6个串联的平行流反渗透膜组件中的第一个平行流反渗透膜组件的淡水流道。第一平行流反渗透膜处理单元18中10个并联的膜壳中每个膜壳的第一出水口汇集形成第一平行流反渗透膜处理单元18的浓水出口，第一平行流反渗透膜处理单元18的浓水出口与第二平行流反渗透膜处理单元19的原水进口相连，第二平行流反渗透膜处理单元19中10个并联的膜壳中每个膜壳的第二出水口汇集形成第二平行流反渗透膜处理单元19的产水出口，第二平行流反渗透膜处理单元19的产水出口与第一平行流反渗透膜处理单元18的透过侧进口相连。第一平行流反渗透膜处理单元18的浓水出口与第二平行流反渗透膜处理单元19的原水进口之间设置有增压泵20，用于将增压后的来自第一平行流反渗透膜处理单元18的浓水作为原水供给至第二平行流反渗透膜处理单元19。
如图5所示，将含盐量为50,000mg/L的含盐水以100m3/h的流量通过原水泵10增压至6.1MPa后送入第一平行流反渗透膜处理单元18的原水进口，同时，将含盐量为50,000mg/L的含盐水以100m3/h的流量通过透过侧进水泵11作为透过侧进水送入第二平行流反渗透膜处理单元19的透过侧进口，在第一平行流反渗透膜处理单元18中进行反渗透处理，在第一平行流反渗透膜处理单元18的浓水出口得到流量为65m3/h、盐浓度为76,654mg/L的浓水。在第二平行流反渗透膜处理单元19的产水出口得到流量为126m3/h、盐浓度为39,841mg/L的产水。
将来自第一平行流反渗透膜处理单元18的浓水通过增压泵20增压至6.9MPa后全部送入第二平行流反渗透膜处理单元19的原水进口，同时，将来自第二平行流反渗透膜处理单元19的产水全部送入第一平行流反渗透膜处理单元18的透过侧进口，在第二平行流反渗透膜处理单元19中进行反渗透处理，在第二平行流反渗透膜处理单元19的浓水出口得到流量为39m3/h、盐浓度为127,245mg/L的浓水，在第一平行流反渗透膜处理单元18的产水出口得到流量为161m3/h、盐浓度为31,044mg/L的产水。本实施例中各流股的流量与含盐量如表3所示。
表3
在本实施例中，使用同样的含盐水分别作为第一平行流反渗透膜处理单元的原水和第二平行流反渗透膜处理单元的透过侧进水，通过由两个浓水顺序串联、两个产水逆向串联的平行流反渗透膜处理单元组成的反渗透系统，使用与常规反渗透系统相当的压力，将总计200m3/h的含盐量为50,000mg/L的含盐水分离成一股161m3/h的含盐量为31,044mg/L的产水和一股39m3/h的含盐量为127,245mg/L的浓水。尽管产水含盐量仍然较高，但其浓水的含盐量已经超过120,000mg/L，获得了常规反渗透系统不可能实现的分离效果。并且由于将透过侧进水的逆向串联，两个平行流反渗透膜处理单元的渗透压差更加均匀，获得了较实施例2更好的分离效果。
利用本发明的平行反渗透膜组件和反渗透系统处理含盐水，无需显著提高操作压力和运行成本即可突破现有反渗透系统的浓缩极限，大幅度减少系统最终浓盐水的排放量，既能够提高水资源回收利用效率，也能够大幅度降低实现零液体排放的综合处理成本。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (19)
1.一种利用压力作为分离驱动力的平行流反渗透膜组件，其特征在于，所述平行流反渗透膜组件包括反渗透膜、浓水隔网和淡水隔网，其中，所述浓水隔网形成浓水流道，所述淡水隔网形成淡水流道，所述浓水流道设置有原水进水口和浓水出水口，所述淡水流道设置有透过侧进水口和产水出水口。
2.一种反渗透系统，其特征在于，所述反渗透系统包括一个或至少两个并联的膜壳，每个膜壳内均设置有至少一个平行流反渗透膜组件，其中，所述平行流反渗透膜组件为权利要求1所述的平行流反渗透膜组件。
3.根据权利要求2所述的反渗透系统，其中，所述一个或至少两个并联的膜壳中的每个膜壳均设置有第一进水口、第一出水口、第二进水口和第二出水口，且
所述每个膜壳的第一进水口和第二进水口分别与设置于该膜壳内的第一个平行流反渗透膜组件的原水进水口和透过侧进水口相连；
所述每个膜壳的第一出水口和第二出水口分别与设置于该膜壳内的最后一个平行流反渗透膜组件的浓水出水口和产水出水口相连。
4.根据权利要求3所述的反渗透系统，其中，所述反渗透系统还包括原水泵和透过侧进水泵，且
所述原水泵与所述一个或至少两个并联的膜壳中的每个膜壳的第一进水口相连，用于将增压后的原水供给至设置于每个膜壳内的第一个平行流反渗透膜组件的浓水流道；
所述透过侧进水泵与所述一个或至少两个并联的膜壳中的每个膜壳的第二进水口相连，用于将透过侧进水供给至设置于每个膜壳内的第一个平行流反渗透膜组件的淡水流道。
5.根据权利要求4所述的反渗透系统，其中，所述反渗透系统包括至少两个串联的平行流反渗透膜处理单元，每个平行流反渗透膜处理单元均设置有原水进口、浓水出口、透过侧进口和产水出口，每个平行流反渗透膜处理单元包括一个或至少两个并联的膜壳，每个膜壳内均设置有至少一个平行流反渗透膜组件，每个平行流反渗透膜处理单元的原水进口和透过侧进口分别与所述一个或至少两个并联的膜壳中的每个膜壳的第一进水口和第二进水口相连，每个平行流反渗透膜处理单元的浓水出口和产水出口分别与所述一个或至少两个并联的膜壳中的每个膜壳的第一出水口和第二出水口相连，
所述原水泵与第一个平行流反渗透膜处理单元的原水进口相连，后一个平行流反渗透膜处理单元的原水进口与前一个平行流反渗透膜处理单元的浓水出口相连。
6.根据权利要求5所述的反渗透系统，所述前一个平行流反渗透膜处理单元的浓水出口与后一个平行流反渗透膜处理单元的原水进口之间设置有增压泵。
7.根据权利要求5所述的反渗透系统，其中，透过侧进水泵与第一个平行流反渗透膜处理单元的透过侧进口相连，后一个平行流反渗透膜处理单元的透过侧进口与前一个平行流反渗透膜处理单元的产水出口相连。
8.根据权利要求5所述的反渗透系统，其中，透过侧进水泵与最后一个平行流反渗透膜处理单元的透过侧进口相连，前一个平行流反渗透膜处理单元的透过侧进口与后一个平行流反渗透膜处理单元的产水出口相连。
9.根据权利要求2-8中任意一项所述的反渗透系统，其中，设置于每个膜壳内的至少一个平行流反渗透膜组件包括至少两个串联的平行流反渗透膜组件，且对于相邻的两个平行流反渗透膜组件，前一个平行流反渗透膜组件的浓水出水口和产水出水口分别与后一个平行流反渗透膜组件的原水进水口和透过侧进水口相连。
10.一种利用反渗透膜处理含盐水的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)向含盐水施加压力，得到增压后的原水；
(2)将增压后的原水供给至反渗透膜的浓水侧；
(3)提供透过侧进水并将所述透过侧进水供给至反渗透膜的透过侧；
(4)在压力作用下将增压后的原水进行反渗透处理，在反渗透膜的浓水侧和透过侧分别得到浓水和产水；
(5)收集所述浓水；以及
(6)收集所述产水。
11.利用权利要求1所述的平行流反渗透膜组件处理含盐水的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)向含盐水施加压力，得到增压后的原水；
(2)将增压后的原水通过所述平行流反渗透膜组件的原水进水口供给至所述平行流反渗透膜组件的浓水流道；
(3)提供透过侧进水并将所述透过侧进水通过所述平行流反渗透膜组件的透过侧进水口供给至所述平行流反渗透膜组件的淡水流道；
(4)在压力作用下将浓水流道中增压后的原水进行反渗透处理，在平行流反渗透膜组件的浓水出水口和产水出水口分别得到浓水和产水；
(5)在所述平行流反渗透膜组件的浓水出水口收集所述浓水；以及
(6)在所述平行流反渗透膜组件的产水出水口收集所述产水。
12.利用权利要求3或4所述的反渗透系统处理含盐水的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)向含盐水施加压力，得到增压后的原水；
(2)将增压后的原水通过所述反渗透系统中每个膜壳的第一进水口供给至该膜壳内的第一个平行流反渗透膜组件的浓水流道；
(3)提供透过侧进水并将所述透过侧进水通过所述反渗透系统中每个膜壳的第二进水口供给至该膜壳内的第一个平行流反渗透膜组件的淡水流道；
(4)在压力作用下将增压后的原水进行反渗透处理，在反渗透系统的每个膜壳内的最后一个平行流反渗透膜组件的浓水出水口和产水出水口分别得到浓水和产水；
(5)在所述反渗透系统的每个膜壳的第一出水口收集所述浓水；以及
(6)在所述反渗透系统的每个膜壳的第二出水口收集所述产水。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述反渗透系统包括至少两个串联的平行流反渗透膜处理单元，原水泵和透过侧进水泵分别与所述至少两个串联的平行流反渗透膜处理单元中的第一个平行流反渗透膜处理单元的原水进口和透过侧进口相连，所述至少两个串联的平行流反渗透膜处理单元中的前一个平行流反渗透膜处理单元的浓水出口和产水出口分别与所述至少两个串联的平行流反渗透膜处理单元中的后一个平行流反渗透膜处理单元的原水进口和透过侧进口相连，该方法包括以下步骤：
在压力作用下将增压后的原水在所述反渗透系统的前一个平行流反渗透膜处理单元中进行反渗透处理，在所述前一个平行流反渗透膜处理单元的浓水出口和产水出口分别收集浓水和产水；
将来自前一个平行流反渗透膜处理单元的产水作为透过侧进水供给至后一个平行流反渗透膜处理单元的透过侧进口，将来自前一个平行流反渗透膜处理单元的浓水增压后作为原水供给至后一个平行流反渗透膜处理单元的原水进口并在所述后一个平行流反渗透膜处理单中进行反渗透处理，在所述后一个平行流反渗透膜处理单元的浓水出口和产水出口分别收集浓水和产水。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述反渗透系统包括至少两个串联的平行流反渗透膜处理单元，原水泵与所述至少两个串联的平行流反渗透膜处理单元中的第一个平行流反渗透膜处理单元的原水进口相连，透过侧进水泵与所述至少两个串联的平行流反渗透膜处理单元中的最后一个平行流反渗透膜处理单元的透过侧进口相连，所述至少两个串联的平行流反渗透膜处理单元中的前一个平行流反渗透膜处理单元的浓水出口与所述至少两个串联的平行流反渗透膜处理单元中的后一个平行流反渗透膜处理单元的原水进口相连，所述至少两个串联的平行流反渗透膜处理单元中的后一个平行流反渗透膜处理单元的产水出口与所述至少两个串联的平行流反渗透膜处理单元中的前一个平行流反渗透膜处理单元的透过侧进口相连，该方法包括以下步骤：
在压力作用下将增压后的原水在所述反渗透系统的第一个平行流反渗透膜处理单元中进行反渗透处理，在第一个平行流反渗透膜处理单元的浓水出口收集浓水；
将来自前一个平行流反渗透膜处理单元的浓水增压后作为原水供给至后一个平行流反渗透膜处理单元的原水进口并在所述后一个平行流反渗透膜处理单元中进行反渗透处理，在最后一个平行流反渗透膜处理单元的浓水出口收集浓水作为所述反渗透系统的浓水；
提供透过侧进水并将其供给至最后一个平行流反渗透膜处理单元的透过侧进口，在最后一个平行流反渗透膜处理单元的产水出口收集产水；
将来自后一个平行流反渗透膜处理单元的产水作为透过侧进水供给至前一个平行流反渗透膜处理单元的透过侧进口，在第一个平行流反渗透膜处理单元的产水出口收集产水作为所述反渗透系统的产水。
15.根据权利要求10或11所述的方法，其中，所述含盐水的盐浓度为10,000-200,000mg/L，优选为50,000-150,000mg/L；所述透过侧进水的盐浓度小于所述浓水的盐浓度，优选地，所述透过侧进水的盐浓度等于所述含盐水的盐浓度；所述产水的盐浓度小于所述含盐水的盐浓度。
16.根据权利要求10或11所述的方法，其中，向所述含盐水施加的压力为1-10MPa，优选为4-7MPa。
17.根据权利要求12-14中任意一项所述的方法，其中，对于每个膜壳，原水的盐浓度为10,000-200,000mg/L，优选为50,000-150,000mg/L；所述透过侧进水的盐浓度小于所述浓水的盐浓度，优选地，所述透过侧进水的盐浓度等于所述原水的盐浓度；所述产水的盐浓度小于所述原水的盐浓度。
18.根据权利要求12-14中任意一项所述的方法，其中，向原水施加的压力为1-10MPa，优选为4-7MPa。
19.根据权利要求10-12中任意一项所述的方法，其中，所述透过侧进水来自于所述含盐水。
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