CN108928884A - 一种反渗透膜前置阻垢设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种反渗透膜前置阻垢设备，包括第一过滤器、第二过滤器、反渗透设备、废液水箱和高压碳酸水箱，第一过滤器的下端出口和第二过滤器的上端进口相连通，第二过滤器的下端出口和反渗透设备的进口相连通，反渗透设备的废液出口和废液水箱的进口相连通，反渗透设备的净水出口和外界相连，废液水箱的出口和第二过滤器的下端进口相连通，高压碳酸水箱的出口和第一过滤器的下端进口相连通，第一过滤器的上端有和外界相连通的给水进口和再生出口，第二过滤器的上端有和外界相连通的再生出口，本发明在不使用盐溶液的同时，能够有效保护反渗透膜，减少甚至消除堵塞风险，减少更换次数，减少阻垢剂的使用，树脂材料可以再生，降低了成本。

Description

一种反渗透膜前置阻垢设备
技术领域
本发明属于反渗透及离子交换的技术领域，具体地说，本发明涉及一种反渗透膜前置阻垢设备。
背景技术
反渗透技术目前在水处理领域有着极其广泛的应用。在电厂发电过程中，需要利用反渗透技术，源源不断的向锅炉中输送高纯净度的水作为热能传输的媒介；在海水淡化过程中，需要利用反渗透技术脱盐生产淡水。但是处理过程中由于水中常含有钙镁离子及碳酸根硫酸根等离子，容易在膜表面产生结垢现象，从而堵塞反渗透膜，极大降低了反渗透膜的使用寿命及增加了维护成本。因此为防止反渗透膜被水中易结垢离子富集成的污垢所污堵，阻垢剂等外加药剂被大量使用，但在高硬度、高硫酸根浓度的水质条件下，硫酸盐结垢仍是不可避免的问题，造成膜堵塞而影响使用。
发明内容
本发明提供一种反渗透膜前置阻垢设备，去除水中钙镁，硫酸根离子，并且利用二氧化碳形成的碳酸溶液及反渗透膜本身产生的废液进行前置树脂设备再生的反渗透设备。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种反渗透膜前置阻垢设备，包括第一过滤器、第二过滤器、反渗透设备、废液水箱和高压碳酸水箱，所述第一过滤器的下端出口和第二过滤器的上端进口相连通，所述第二过滤器的下端出口和反渗透设备的进口相连通，所述反渗透设备的废液出口和废液水箱的进口相连通，所述反渗透设备的净水出口和外界相连，所述废液水箱的出口和第二过滤器的下端进口相连通，所述高压碳酸水箱的出口和第一过滤器的下端进口相连通，所述第一过滤器的上端有和外界相连通的给水进口和再生出口，所述第二过滤器的上端有和外界相连通的再生出口。
优选的，所述第一过滤器中的弱酸阳离子树脂只有部分官能团化，官能团主要分布在树脂外缘。
优选的，所述第二过滤器中填充材料为苯乙烯强碱阴离子交换树脂和丙烯酸强碱阴离子交换树脂的混合物。
一种反渗透膜前置阻垢设备的使用方法，具体操作步骤如下：
第一步：装填材料，在第一过滤器中装入弱酸阳离子树脂，在第二过滤器中装入混合阴离子树脂，在高压碳酸水箱中加入碳酸并加压；
第二步：给水净化处理，通过水泵的增压，将给水从第一过滤器上端的进口从上而下流过第一过滤器，再从第一过滤器下端的出口进入到第二过滤器上端的进口，从上而下流过第二过滤器，然后从第二过滤器的下端出口经过反渗透设备，经过反渗透处理之后，废液从废液出口流入到废液水箱，净水从净水出口流入外界需要的设备中；
第三步：树脂再生利用，停止给水进水，打开废液水箱的出口和第二过滤器的下端进口之间的管道，加压废液水箱，利用里面的废液对混合阴离子树脂进行反向冲洗，自下而上经过第二过滤器最后从其再生出口流出，同样打开高压碳酸水箱的出口和第一过滤器的下端进口之间的管道，利用高压碳酸溶液对弱酸阳离子树脂进行反向冲洗，自下而上经过第一过滤器最后从其再生出口流出。
采用以上技术方案的有益效果是：本发明的一种反渗透膜前置阻垢设备，第一过滤器中的树脂为部分官能化弱酸阳离子交换树脂，可有效去除钙镁易结垢阳离子，并通过交换出氢离子降低水中的碱度，减少碳酸盐钙镁沉淀，其部分官能团化的特殊结构可加快反应速率并可使用二氧化碳气体溶于水形成的碳酸溶液进行再生；混合阴离子树脂为混合的聚丙烯酸型和苯乙烯型强碱阴离子交换树脂，通过混合这两种阴离子交换树脂可以改变不同离子强度溶液下此过滤器对硫酸根的选择性，使得处理过程中，其可以选择性吸附硫酸根，并置换出氯离子，防止硫酸盐钙镁沉淀，保护反渗透膜；而反渗透膜产生的废液由于含有更高离子强度其氯离子浓度进一步提高，可以在通过第二过滤器时，使得混合阴离子树脂对氯离子有选择吸附性，从而应用此废液对混合阴离子树脂进行再生，无需额外的盐溶液。此技术设备在不使用盐溶液的同时，能够有效保护反渗透膜，减少甚至消除堵塞风险，减少更换次数，减少阻垢剂的使用。设备简单，操作方便，并极大降低了成本。
1.可以有效的吸附进水的硫酸根离子，经过混合阴离子树脂过滤器后，废水中几乎没有硫酸根，不会形成硫酸钙镁结垢。
2.所用的混合阴离子树脂是可以利用反渗透设备产生的废液有效的进行再生，再生后的树脂可以循环可持续使用。不需要另外使用其他的化学药品，避免药品消耗的问题，同时也使资源重复利用，实现循环可持续利用。
3.所用的阳离子交换树脂可以有效吸附钙镁离子，并降低进水碱度，减少碳酸盐结垢，且降低进水TDS，提高反渗透出水率。
4.所用阳离子交换树脂可以通过二氧化碳形成的高压碳酸溶液进行再生，同样不使用额外的再生盐造成环境二次污染。
5.操作简单，可以根据水量通过调节材料的用量来适用于大中小型不同应用，基础建设简单，废液可循环利用，极大降低了成本。
附图说明
图1是本发明的整体构造示意图；
图2是本发明的不同比例丙烯酸型及苯乙烯型树脂混合形成的不同的SO4 2-/Cl-吸附系数图；
图3是本发明的使用混合阴离子树脂处理含硫酸根的水并使用后续反渗透废液进行再生连续十次测试的效果图。
其中，1-第一过滤器，2-第二过滤器，3-反渗透设备，4-废液水箱，5-高压碳酸水箱。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。
如图1至图3所示，本发明是一种反渗透膜前置阻垢设备，包括第一过滤器1、第二过滤器2、反渗透设备3、废液水箱4和高压碳酸水箱5，所述第一过滤器1的下端出口和第二过滤器2的上端进口相连通，所述第二过滤器2的下端出口和反渗透设备3的进口相连通，所述反渗透设备3的废液出口和废液水箱4的进口相连通，所述反渗透设备3的净水出口和外界相连，所述废液水箱4的出口和第二过滤器2的下端进口相连通，所述高压碳酸水箱5的出口和第一过滤器1的下端进口相连通，所述第一过滤器1的上端有和外界相连通的给水进口和再生出口，所述第二过滤器2的上端有和外界相连通的再生出口。
本实施例中，所述第一过滤器1中的弱酸阳离子树脂只有部分官能团化，官能团主要分布在树脂外缘。
本实施例中，所述第二过滤器2中填充材料为苯乙烯强碱阴离子交换树脂和丙烯酸强碱阴离子交换树脂的混合物。
一种反渗透膜前置阻垢设备的使用方法，具体操作步骤如下：
第一步：装填材料，在第一过滤器1中装入弱酸阳离子树脂，在第二过滤器2中装入混合阴离子树脂，在高压碳酸水箱5中加入二氧化碳并加压形成碳酸；
第二步：给水净化处理，通过水泵的增压，将给水从第一过滤器1上端的进口从上而下流过第一过滤器1，再从第一过滤器1下端的出口进入到第二过滤器2上端的进口，从上而下流过第二过滤器2，然后从第二过滤器2的下端出口经过反渗透设备3，经过反渗透处理之后，废液从废液出口流入到废液水箱4，净水从净水出口流入外界需要的设备中；
第三步：树脂再生利用，停止给水进水，打开废液水箱4的出口和第二过滤器2的下端进口之间的管道，加压废液水箱4，利用里面的废液对混合阴离子树脂进行反向冲洗，自下而上经过第二过滤器2最后从其再生出口流出，同样打开高压碳酸水箱5的出口和第一过滤器1的下端进口之间的管道，利用高压碳酸溶液对弱酸阳离子树脂进行反向冲洗，自下而上经过第一过滤器1最后从其再生出口流出。
实施例一
给水净化处理，通过水泵的增压，将给水从第一过滤器1上端的进口从上而下流过第一过滤器1，弱酸阳离子树脂对给水进行钙镁离子去除及碱度和TDS的降低，反应式1和反应式2，再从第一过滤器1下端的出口进入到第二过滤器2上端的进口，从上而下流过第二过滤器2，对给水进行硫酸根离子的选择性吸附，反应式3
然后从第二过滤器2的下端出口经过反渗透设备3，经过反渗透处理之后，废液从废液出口流入到废液水箱4，净水从净水出口流入外界需要的设备中，出口为净化后可直接利用的水。
实施例二
树脂再生利用，停止给水进水，打开废液水箱4的出口和第二过滤器2的下端进口之间的管道，加压废液水箱4，利用里面的废液对第二过滤器2中的混合阴离子树脂进行反向冲洗，自下而上经过第二过滤器2最后从其再生出口流出，反应式4
同样打开高压碳酸水箱5的出口和第一过滤器1的下端进口之间的管道，利用高压碳酸溶液对弱酸阳离子树脂进行反向冲洗，自下而上经过第一过滤器1最后从其再生出口流出，利用高压碳酸溶液对阳离子树脂进行反冲洗和再生，反应式5，所述操作均可由自动阀门通过控制器形成自动操作。
实施例三
啤酒厂每产生一吨原浆需要至少一吨纯水，以利用自来水为水源为例，原水TDS含量为150ppm,通过传统反渗透设备3，制取纯水产水率为65％，产生35％的废水，且需要持续添加阻垢剂，同样的水通过本发明的整合了阻垢设备的反渗透设备3，通过第一过滤器1和第二过滤器2后不含钙镁硫酸根结垢离子，消除了膜阻风险，反渗透产水率大于90％，废水排放率降低接近70％，且相同产水率能耗减少60％以上。啤酒厂发酵自身会产生大量二氧化碳，压缩后充入到高压碳酸水箱5中，再对饱和的第一过滤器1中的弱酸阳离子树脂进行材料再生。同时反渗透产生的废水可对第二过滤器2中的混合阴离子树脂进行材料再生，利用自身碳排放及产生废水进行纯水制取环节的节能和废气废水双重减排，并极大降低成本和药剂使用。
实施例四
内陆反渗透盐水淡化厂，由于反渗透设备3的结垢风险，无法提高反渗透出水率，一般维持在60％-70％的产水率，即每100吨水产生60到70吨纯水，同时产生30-40吨废水。由于地处内陆，此30-40吨高浓度盐水只能长途运输处置，花费成本巨大。使用本发明的整合了除垢过滤器的反渗透设备3，则在同等能耗下，完全消除了结垢风险，使得反渗透的产水率可以达到90％，及每100吨水，可以产生90吨纯水，仅有10吨的废水产生，需排放的废水量减少了60％-70％，废水处置费用极大的降低，且此部分废水可以用来对本身的第二过滤器2中的混合阴离子树脂进行材料再生，极大减少了药品消耗，并达到节能减排
基于上述，本发明结构的一种反渗透膜前置阻垢设备，第一过滤器1中的树脂为部分官能化弱酸阳离子交换树脂，可有效去除钙镁易结垢阳离子，并通过交换出氢离子降低水中的碱度，减少碳酸盐钙镁沉淀，其部分官能团化的特殊结构可加快反应速率并可使用二氧化碳气体溶于水形成的碳酸溶液进行再生；混合阴离子树脂为混合的聚丙烯酸型和苯乙烯型强碱阴离子交换树脂，通过混合这两种阴离子交换树脂可以改变不同离子强度溶液下此过滤器对硫酸根的选择性，使得处理过程中，其可以选择性吸附硫酸根，并置换出氯离子，防止硫酸盐钙镁沉淀，保护反渗透膜；而反渗透膜产生的废液由于含有更高离子强度其氯离子浓度进一步提高，可以在通过第二过滤器2时，使得混合阴离子树脂对氯离子有选择吸附性，从而应用此废液对混合阴离子树脂进行再生，无需额外的盐溶液。此技术设备在不使用盐溶液的同时，能够有效保护反渗透膜，减少甚至消除堵塞风险，减少更换次数，减少阻垢剂的使用。设备简单，操作方便，并极大降低了成本。
(1)可以有效的吸附进水的硫酸根离子，经过混合阴离子树脂过滤器后，废水中几乎没有硫酸根，不会形成硫酸钙镁结垢。
(2)所用的混合阴离子树脂是可以利用反渗透设备3产生的废液有效的进行再生，再生后的树脂可以循环可持续使用。不需要另外使用其他的化学药品，避免药品消耗的问题，同时也使资源重复利用，实现循环可持续利用。
(3)所用的阳离子交换树脂可以有效吸附钙镁离子，并降低进水碱度，减少碳酸盐结垢，且降低进水TDS，提高反渗透出水率。
(4)所用阳离子交换树脂可以通过二氧化碳形成的高压碳酸溶液进行再生，同样不使用额外的再生盐造成环境二次污染。
(5)操作简单，可以根据水量通过调节材料的用量来适用于大中小型不同应用，基础建设简单，废液可循环利用，极大降低了成本。
以上结合附图对本发明进行了示例性描述，显然，本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种反渗透膜前置阻垢设备，包括第一过滤器(1)、第二过滤器(2)、反渗透设备(3)、废液水箱(4)和高压碳酸水箱(5)，其特征在于：所述第一过滤器(1)的下端出口和第二过滤器(2)的上端进口相连通，所述第二过滤器(2)的下端出口和反渗透设备(3)的进口相连通，所述反渗透设备(3)的废液出口和废液水箱(4)的进口相连通，所述反渗透设备(3)的净水出口和外界相连，所述废液水箱(4)的出口和第二过滤器(2)的下端进口相连通，所述高压碳酸水箱(5)的出口和第一过滤器(1)的下端进口相连通，所述第一过滤器(1)的上端有和外界相连通的给水进口和再生出口，所述第二过滤器(2)的上端有和外界相连通的再生出口。
2.根据权利要求1所述的一种反渗透膜前置阻垢设备，其特征在于：所述第一过滤器(1)中的弱酸阳离子树脂只有部分官能团化，官能团主要分布在树脂外缘。
3.根据权利要求1所述的一种反渗透膜前置阻垢设备，其特征在于：所述第二过滤器(2)中填充材料为苯乙烯强碱阴离子交换树脂和丙烯酸强碱阴离子交换树脂的混合物。
4.一种反渗透膜前置阻垢设备的使用方法，其特征在于，具体操作步骤如下：
第一步：装填材料，在第一过滤器(1)中装入弱酸阳离子树脂，在第二过滤器中装入混合阴离子树脂，在高压碳酸水箱中加入二氧化碳并加压形成碳酸；
第二步：给水净化处理，通过水泵的增压，将给水从第一过滤器上端的进口从上而下流过第一过滤器，再从第一过滤器下端的出口进入到第二过滤器上端的进口，从上而下流过第二过滤器，然后从第二过滤器的下端出口经过反渗透设备，经过反渗透处理之后，废液从废液出口流入到废液水箱，净水从净水出口流入外界需要的设备中；
第三步：树脂再生利用，停止给水进水，打开废液水箱(4)的出口和第二过滤器(2)的下端进口之间的管道，加压废液水箱(4)，利用里面的废液对混合阴离子树脂进行反向冲洗，自下而上经过第二过滤器(2)最后从其再生出口流出，同样打开高压碳酸水箱(5)的出口和第一过滤器(1)的下端进口之间的管道，利用高压碳酸溶液对弱酸阳离子树脂进行反向冲洗，自下而上经过第一过滤器(1)最后从其再生出口流出。
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