CN107715694A - 一种两段式反渗透膜浓缩组合装置及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种两段式反渗透膜浓缩组合装置及工艺，组合装置包括进水泵、保安过滤器、高压泵、第一循环泵、第一段反渗透膜组件、第二循环泵、第二段反渗透膜组件、调压阀；进水泵出口接保安过滤器入口，保安过滤器出口接高压泵入口，高压泵出口接第一循环泵入口，第一循环泵出口接第一段反渗透膜组件入口，第一段反渗透膜出口接第一循环泵入口和第二循环泵入口，第二循环泵出口接第二段反渗透膜组件入口，第二段反渗透膜组件出口接第二循环泵入口和调压阀入口。本发明可以发挥在低浓度条件下卷式膜高处理能力的特点，同时可以发挥在高浓度下碟管式反渗透膜抗污染性能高的特点，实现在同一个压力条件下的运行，降低系统二次提升所需要的能耗。
Description
技术领域
本发明涉及废水处理及物料分离浓缩技术领域，尤其是指一种两段式反渗透膜浓缩组合装置及工艺。
背景技术
现有的两段式或多段式反渗透膜浓缩组合装置都是采用同一种构型或者统一结构的膜组件，比如都采用卷式膜组件或者都采用碟管式膜组件。受不同膜组件的性能限制和进水/进料条件要求，为了达到一定的浓缩倍数，往往都需要设置两种设备，比如低浓度条件下先用卷式膜设备进行第一级浓缩，然后将第一级的浓缩液再提升进入第二级耐高压膜设备进行浓缩。
申请号为201610189904.2中国专利，提供了一种全膜法对脱硫废水深度处理膜分离组合零排放系统，脱硫废水加药软化除硬后进行TMF（管式微滤膜）过滤，TMF产水进行纳滤分盐，纳滤产水先进入SWRO浓缩后再进入DTRO浓缩，SWRO浓水是先泄压收集至SWRO浓水罐再由高压泵增压进入DTRO（碟管式反渗透膜组件）浓浓缩，且DTRO浓水也是直接泄压收集至DTRO水罐待后续蒸发处理，未利用SWRO浓水和DTRO浓水的高压能，导致能量损失。
发明内容
本发明的目的在于提供一种两段式反渗透膜浓缩组合装置及工艺，以保证反渗透膜系统稳定运行，有效提高浓缩效果，实现资源化利用，减少环境污染，同时降低投资成本和运行费用。
为了达成上述目的，本发明的解决方案为：
一种两段式反渗透膜浓缩组合装置，包括进水泵、保安过滤器、高压泵、第一循环泵、第一段反渗透膜组件、第二循环泵、第二段反渗透膜组件、调压阀；进水泵入口接原水灌，进水泵出口接保安过滤器入口，保安过滤器出口接高压泵入口，高压泵出口接第一循环泵入口，第一循环泵出口接第一段反渗透膜组件入口，第一段反渗透膜出口接第一循环泵入口和第二循环泵入口，第二循环泵出口接第二段反渗透膜组件入口，第二段反渗透膜组件出口接第二循环泵入口和调压阀入口，调压阀出口接排放管路；
第一段反渗透膜组件为耐高压高填装面积的卷式膜组件，第二段反渗透膜组件为碟管式反渗透膜组件或平板式反渗透组件，且第一段反渗透膜组件和第二段反渗透膜组件可耐受同等压力。
优选的，耐高压高填装面积的卷式膜组件和碟管式反渗透膜组件或平板式反渗透组件集成安装于同一设备上。
优选的，保安过滤器为过滤精度5-20μm的芯式或袋式精密过滤器。
上述一种两段式反渗透膜浓缩组合装置所应用的高盐废水反渗透膜浓缩组合工艺，包括以下步骤：
步骤一、经预处理的高盐废水进入反渗透膜系统原水罐，进水泵从原水灌输送高盐废水经过保安过滤器；
步骤二、过滤后的高盐废水通过高压泵增压；
步骤三、增压后的高盐废水进入第一循环泵，第一循环泵流出的高盐废水进入第一段反渗透膜组件进行浓缩，得到的部分浓水进入第二循环泵；
步骤四、第二循环泵流出的高盐废水进入第二段反渗透膜组件继续浓缩，得到的最终浓水通过调压阀调节后排出浓水。
优选的，经预处理的高盐废水总溶解性固体含量为10-50g/L，废水中盐分主要离子成分为：氯离子、硫酸根离子、钠离子、镁离子等溶解性盐。
优选的，高盐废水预处理包括：澄清除SS、化学加药软化除硬和气浮除油。
优选的，高压泵出口的高盐废水压力为30-150bar；第一循环泵出口高盐废水压力为35-155bar；经过第一反渗透膜组件浓缩后的浓水压力为30-150bar，且该段浓水在高压的驱动下部分回流至第一循环泵入口，第一循环泵直接回收该浓水压力，另一部分浓水直接进入第二循环泵，第二循环泵直接回收该浓水压力并将高盐废水增压至40-160bar；经过第二反渗透膜组件浓缩后的浓水压力为30-150bar，该段浓水在高压的驱动下部分回流至第二循环泵入口，第二循环泵直接回收该浓水压力，另一部分浓水通过调压阀排放。
优选的，第一循环泵和第二循环泵入口耐高压30-150bar，第一段和第二段的反渗透膜组件耐压等级相同，且通过循环泵出口压力确定对应的耐压等级。
优选的，第一循环泵和第二循环泵的扬程（水泵能够扬水的高度）应刚好克服第一段和第二段反渗透膜组件的压降，使得第一循环泵和第二循环泵的出口压力略低于入口压力，使得高压泵提供的出口压力能推动液体流动，并最终形成浓水。
采用上述方案后，本发明有益效果有：
一、将耐高压、高填装面积的卷式结构反渗透膜组件（MTRO/STRO）和耐高压的高率的碟管式反渗透膜组件DTRO两种形式的反渗透膜组件通过高压泵、第一循环泵、第二循环泵、调压阀等组合集成，占地面积小，基建费用和运行费用较低，且方便维修和日后扩建。
二、本发明采用的耐高压、高填装面积的卷式结构反渗透膜组件（SWRO/MTRO/STRO）为卷式膜结构，膜面积是碟管式反渗透DTRO的2-3倍；本发明可以先发挥在低含盐量条件下卷式结构单支膜组件处理的量大的特点，同时发挥DTRO抗污染性能高、浓缩倍数高的性能特点，对高盐废水先进行第一段SWRO/MTRO/STRO浓缩，再进行第二段DTRO浓缩，保证反渗透膜系统稳定运行的情况下降低系统投资。
三、本发明采用的耐高压高填装面积的卷式膜结构的膜组件和碟管式反渗透膜组件共用高压泵提供的压力，通过各自段间循环泵提供错流流量进行浓缩过滤，其运行压力和浓缩倍数通过调压阀控制，并连续排放浓缩液和产水。运行压力的范围可以在20-160bar范围内设置和调节。
本发明对反渗透膜浓缩组合装置设计压力、膜通量、回收率应根据具体水质并通过中试模拟不同压力下对应的膜通量、回收率，确定设计参数，一般情况下第一段膜的回收率与第二段膜的回收率应基本相当，比如约40-50%，系统总回收率50-80%。
附图说明
图1是本发明的结构框图。
标号说明
进水泵1
保安过滤器2
高压泵3
第一循环泵4 第一段反渗透膜组件5
第二循环泵6 第二段反渗透膜组件7
调压阀8。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明做详细描述。
请参阅图1所述，本发明揭示的一种两段式反渗透膜浓缩组合装置，包括进水泵1、保安过滤器2、高压泵3、第一循环泵4、第一段反渗透膜组件5、第二循环泵6、第二段反渗透膜组件7、调压阀8；进水泵1入口接原水灌（图中未示出），进水泵1出口接保安过滤器2入口，保安过滤器2出口接高压泵3入口，高压泵3出口接第一循环泵4入口，第一循环泵4出口接第一段反渗透膜组件5入口，第一段反渗透膜5出口接第一循环泵4入口和第二循环泵6入口，第二循环泵6出口接第二段反渗透膜组件7入口，第二段反渗透膜组件7出口接第二循环泵6入口和调压阀8入口，调压阀8出口接排放管路；
第一反渗透膜组件5为耐高压、高填装面积的卷式反渗透膜组件（SWRO/MTRO/STRO，其中微管式反渗透膜组件MTRO的具体结构见申请号201220032776.8中国专利，一种微管膜组件，SWRO为海水淡化卷式膜组件，如DOW公司出品产品，STRO为一种网管式膜组件，如RTS公司出品产品），第二反渗透膜组件7为碟管式反渗透膜组件DTRO；第一段的耐高压高填装面积卷式膜结构的膜组件（SWRO/MTRO/STRO膜组件）和第二段的碟管式反渗透膜组件DTRO集成安装于同一设备上。优选的，保安过滤器2为过滤精度5-20μm的芯式或袋式精密过滤器。
反渗透膜组件5和第二段反渗透膜组件6的产水输送至外部回收利用设备；第二段反渗透膜组件的浓水通过调压阀8出口输送至外部处理设备。
本例中，第一段卷式反渗透膜组件膜面积为25-30m2/支，设计膜通量为10-15LMH，水回收率40-50%,第二段碟管式膜组件膜面积为9.4m2/支，设计膜通量为10-12LMH，水回收率为30-45%，两段式组合设计后，总的平均膜通量约为10-12LMH，水回收率65-75%。在同等设计处理规模下，如果都采用碟管式膜组件，将比采用两段式组合工艺，多配置约30%的膜组件数量。
第一段
本发明还揭示一种高盐废水反渗透膜浓缩组合工艺，包括以下步骤：
步骤一、经预处理的高盐废水进入反渗透膜系统原水罐，进水泵1从原水灌输送高盐废水经过保安过滤器2；高盐废水预处理依次包括：澄清除SS、化学加药软化除硬和气浮除油；经预处理的高盐废水总溶解性固体含量（TDS）为10-50g/L，废水中盐分主要离子成分为：氯离子、硫酸根离子、钠离子、镁离子等溶解性盐；
步骤二、过滤后的高盐废水通过高压泵3增压，高压泵3出口的高盐废水压力为30-150bar；
步骤三、增压后的高盐废水进入第一循环泵4，第一循环泵4出口高盐废水压力为35-155bar，第一循环泵4流出的高盐废水进入第一段反渗透膜组件5进行浓缩，经过第一反渗透膜组件5浓缩后的浓水压力为30-150bar，该段浓水在高压的驱动下部分回流至第一循环泵4入口，第一循环泵4直接回收该浓水压力，另一部分浓水直接进入第二循环泵6，
步骤四、第二循环泵6直接回收该浓水压力并将高盐废水增压至40-160bar，第二循环泵6流出的高盐废水进入第二段反渗透膜组件7继续浓缩，经过第二反渗透膜组件7浓缩后的浓水压力为30-150bar，该段浓水在高压的驱动下部分回流至第二循环泵6入口，第二循环泵6直接回收该浓水压力，另一部分浓水通过调压阀8排放。
优选的，第一循环泵4和第二循环泵6入口耐高压30-150bar，第一段和第二段的反渗透膜组件耐压等级相同，且通过循环泵出口压力确定对应的耐压等级。
优选的，第一循环泵4和第二循环泵6的扬程（水泵能够扬水的高度）应刚好克服第一段和第二段反渗透膜组件5、7的压降，使得第一循环泵4和第二循环泵5的出口压力略低于入口压力，使得高压泵3提供的出口压力能推动液体流动，并最终形成浓水。
进一步，反渗透膜浓缩组合装置设计压力、膜通量、回收率应根据具体水质并通过中试模拟不同压力下对应的膜通量、回收率，确定设计参数，一般情况下第一段膜5的回收率与第二段膜7的回收率应基本相当，比如约40-50%，系统总回收率50-80%。
本发明的反渗透膜组合工艺充分利用高压泵能量和SWRO/MTRO/STRO和DTRO浓水能量，SWRO/MTRO/STRO部分浓水压力被SWRO/MTRO/STRO循环泵直接回收利用，保证SWRO/MTRO/STRO表面足够的流量和错流流速以避免膜污染，另一部分浓水压力被DTRO循环泵直接回收利用；DTRO部分浓水压力被DTRO循环泵直接回收利用，保证DTRO表面足够的流量和错流流速以避免膜污染，另一部分浓水压力通过调压阀8排放，提高了高压泵的压力利用效率。
而且，本发明可将高盐废水含盐量从10-50g/L浓缩到100-200g/L，减少了高盐废水量，为后续浓水处理创造更有利的条件。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非对本案设计的限制，凡依本案的设计关键所做的等同变化，均落入本案的保护范围。
Claims (9)
1.一种两段式反渗透膜浓缩组合装置，其特征在于：包括进水泵、保安过滤器、高压泵、第一循环泵、第一段反渗透膜组件、第二循环泵、第二段反渗透膜组件、调压阀；进水泵入口接原水灌，进水泵出口接保安过滤器入口，保安过滤器出口接高压泵入口，高压泵出口接第一循环泵入口，第一循环泵出口接第一段反渗透膜组件入口，第一段反渗透膜出口接第一循环泵入口和第二循环泵入口，第二循环泵出口接第二段反渗透膜组件入口，第二段反渗透膜组件出口接第二循环泵入口和调压阀入口，调压阀出口接排放管路；
所述第一段反渗透膜组件为耐高压高填装面积的卷式膜组件，第二段反渗透膜组件为碟管式反渗透膜组件或平板式反渗透组件，且第一段反渗透膜组件和第二段反渗透膜组件可耐受同等压力。
2.如权利要求1所述的一种两段式废水反渗透膜浓缩组合装置，其特征在于：耐高压高填装面积的卷式膜组件和碟管式反渗透膜组件集成安装于同一设备上。
3.如权利要求1所述的一种两段式废水反渗透膜浓缩组合装置，其特征在于：保安过滤器为过滤精度5-20μm的芯式或袋式精密过滤器。
4.一种高盐废水反渗透膜浓缩组合工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、经预处理的高盐废水进入反渗透膜系统原水罐，进水泵从原水灌输送高盐废水经过保安过滤器；
步骤二、过滤后的高盐废水通过高压泵增压；
步骤三、增压后的高盐废水进入第一循环泵，第一循环泵流出的高盐废水进入第一段反渗透膜组件进行浓缩，得到的部分浓水进入第二循环泵；
步骤四、第二循环泵流出的高盐废水进入第二段反渗透膜组件继续浓缩，得到的最终浓水通过调压阀调节后排出浓水。
5.如权利要求4所述的一种高盐废水反渗透膜浓缩组合工艺，其特征在于：经预处理的高盐废水总溶解性固体含量为10-50g/L，废水中盐分主要离子成分为：氯离子、硫酸根离子、钠离子、镁离子等溶解性盐。
6.如权利要求4所述的一种高盐废水反渗透膜浓缩组合工艺，其特征在于，高盐废水预处理包括：澄清除SS、化学加药软化除硬和气浮除油。
7.如权利要求4所述的一种高盐废水反渗透膜浓缩组合工艺，其特征在于：
高压泵出口的高盐废水压力为30-150bar；
第一循环泵出口高盐废水压力为35-155bar；
经过第一反渗透膜组件浓缩后的浓水压力为30-150bar，且该段浓水在高压的驱动下部分回流至第一循环泵入口，第一循环泵直接回收该浓水压力，另一部分浓水直接进入第二循环泵，第二循环泵直接回收该浓水压力并将高盐废水增压至40-160bar；
经过第二反渗透膜组件浓缩后的浓水压力为30-150bar，该段浓水在高压的驱动下部分回流至第二循环泵入口，第二循环泵直接回收该浓水压力，另一部分浓水通过调压阀排放。
8.如权利要求4所述的一种高盐废水反渗透膜浓缩组合工艺，其特征在于：第一循环泵和第二循环泵入口耐高压30-150bar，第一段和第二段的反渗透膜组件耐压等级相同，且通过循环泵出口压力确定对应的耐压等级。
9.如权利要求4所述的一种高盐废水反渗透膜浓缩组合工艺，其特征在于：第一循环泵和第二循环泵的扬程可克服第一段和第二段反渗透膜组件的压降，使得第一循环泵和第二循环泵的出口压力略低于入口压力，使得高压泵提供的出口压力能推动液体流动，并最终形成浓水。
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