CN110526339A - 压能复合型脱盐工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种压能复合型脱盐工艺，包括步骤:1）初始进液：利用给排水泵将盐水从进液管路的盐水预进液口送入压能回收容器；2）反渗透：在压能回收容器充满盐水后，利用循环泵将压能回收容器中的盐水经循环管路送入其内多个反渗透膜并联设置的膜组件的总盐水进口，膜组件产生的淡水经总淡水出口流出、产生的浓水经总浓水出口返回至压能回收容器，同时利用高压泵将盐水从补液管路的盐水常进液口补充到压能回收容器来维持正常工作的系统压力；3）排液：步骤2）的反渗透进行多个循环并达到预定循环时间后，利用给排水泵将压能回收容器中的浓盐水经排液管路的排液口全部排出；重复进行步骤1）～3）。本发明占地面积小、压力便于调控且节能。

Description

压能复合型脱盐工艺

技术领域：

本发明涉及脱盐技术领域，尤其涉及一种压能复合型脱盐工艺。

背景技术：

世界上可被人类直接利用的淡水资源不到总水资源的0.3%，而人口的增长，农业和工业的发展，导致淡水尤其是洁净的淡水迅速减少。目前有大约3亿人需要靠盐水或者含盐地下水的脱盐处理来获取生活用水，因而脱盐具有战略意义和发展前景。

目前，脱盐已经形成了以多级闪蒸法(MSF)、低温多效蒸馏法(MED)、电渗析法(EDI)和反渗透法(RO)为主要代表的工业化技术，今后一段时期仍将以这几项技术为主，但反渗透法的比重将逐步增大。

近年来反渗透技术以其耗电量低、设备简单、易于维护和设备模块化的优点迅速占领市场，逐步取代闪蒸法，成为应用最广泛的方法，并得到了快速的发展。目前，国内几乎所有的工业污水、脱盐等脱盐工艺皆是采用反渗透膜串联工作。图1示出了一种传统的反渗透膜串联布置生产工艺，在该工艺中，盐水由盐水进口110送入膜组件100，依次经由一级膜101、二级膜102、三级膜103、四级膜104、五级膜105、六级膜106进行反渗透，反渗透产生的淡水经由淡水出口120流出，反渗透产生的浓水经由浓盐水出口130排出。这种工艺的缺点如下：①膜组件占用空间面积大，基建投资费用高；②反渗透膜内压力逐级降低，渗透膜出水量逐级递减，脱盐效率较低；③反渗透膜的利用率不等，其使用寿命不一；④反渗透膜嵌装在同一膜壳内，不利于监测和检修。

总的来说，传统的脱盐工艺流程分两种：一种是不含能量回收机的工艺，例如盐水经过提升泵进入超滤装置，然后经增压泵增压进入保安过滤器，再经高压泵送入传统反渗透膜机组；另一种是含有典型进口PX能量回收机的工艺，例如盐水经过提升泵进入超滤装置，然后经增压泵增压进入保安过滤器，再经高压泵和与高压泵驱动连接的能量回收机、送入传统反渗透膜机组，经过传统反渗透膜机组反渗透之后淡水直接流出，高压浓水返回至能量回收机将压能转换为高压泵的动能，并将能量大部分已进行转换的低压浓水排掉。

然而，对于上述不具有能量回收机的这种传统工艺，将使得反渗透脱盐过程中排放掉的高压浓水中蕴含的约60%的进水余压能量白白浪费掉，使得整个淡水生产过程能耗过大；而对于上述使用能量回收机的这种传统工艺，虽然反渗透脱盐过程的高压浓水会再返回能量回收机进行能量回收，但仍有含有一部分能量的低压浓水会在排放掉的过程也将这部分能量排放掉，加上目前传统工艺中应用的能量回收机主要靠国外进口，本身造价就比较高，这些因素都大大增加了生产的成本。

另外，在传统工艺中，盐水依次通过串联的反渗透膜进行反渗透，但由于这一过程中能量会逐渐衰减，因此会出现经过第一级膜的盐水压力设置得大大高于渗透压，以保证到最后一级膜时仍高于渗透压。另外，传统工艺很多情况下泵与管路系统不能完美匹配，因此需要调节最后一级浓水出口的阀门来维持系统的压力，这就造成大量的能量损失。

发明内容

为克服上述缺陷，本发明提供一种结构紧凑、成本低、耗能少的压能复合型脱盐工艺将是有利的。

为此，本发明提供一种压能复合型脱盐工艺，其包括如下步骤:

1）初始进液：利用给排水泵M1将盐水从进液管路的盐水预进液口送入压能回收容器；

2）反渗透：在压能回收容器充满盐水后，利用循环泵M2将压能回收容器中的盐水经循环管路送入其内多个反渗透膜并联设置的膜组件的总盐水进口，膜组件产生的淡水经总淡水出口流出、产生的浓水经总浓水出口返回至压能回收容器，同时利用高压泵M3将盐水从补液管路的盐水常进液口补充到压能回收容器来维持正常工作的系统压力；

3）排液：步骤2）的反渗透进行多个循环并达到预定循环时间后，利用给排水泵M1将压能回收容器中的浓盐水经排液管路的排液口全部排出；

重复进行步骤1）～3）。

在本发明中，通过设置单独的初始进液步骤和排液步骤，能够节约盐水供应时间和浓盐水的排放时间，提高工作效率；通过利用高压泵M3维持正常工作的系统压力，以及利用循环泵M2为膜组件供应盐水，并通过压能回收容器回收浓盐水，反渗透步骤中盐水的初始压力只要能够高于其渗透压，则越循环压力越高，完全没有串联反渗透膜结构的最后一级膜可能压力不满足渗透压的情况，因此整个流程不需要阀门调节系统压力，而且，膜组件出口的带余压的浓盐水直接回收，进入压能回收容器，没有进行能量转换，能量回收效率高达99%-99.5%；并且，本发明通过反渗透多个循环并达到预定循环时间后再进行排放，因而能够在较大范围内灵活调整浓盐水与淡水的浓度，浓盐水的余压随着淡水的生产周期被重复利用，实现系统能量回收，相对目前普遍配有进口PX能量回收机的脱盐工艺可节约电能10%-20%。

进一步，上述压能复合型脱盐工艺还包括在步骤3）之后的步骤4）冲洗：分别利用上述循环泵M2和上述高压泵M3从各自对应的上述循环管路和上述补液管路的冲洗淡水进口吸入淡水来对上述膜组件和上述压能回收容器进行冲洗，该冲洗进行预定冲洗时间后，再利用上述给排水泵M1将冲洗后汇入压能回收容器中的冲洗水经上述排液管路的上述排液口排出，并随后重复进行步骤1）～4）。

在上述冲洗步骤中，淡水对高压泵M3、循环泵M2、给排水泵M1、膜组件、压能回收容器都进行了完整的清洗，可以提高整个机组的工作可靠性和使用寿命。

再进一步，在上述步骤1)中，上述盐水在上述进液管路上从上述盐水预进液口经电磁阀X1、单向阀C1、上述给排水泵M1、电磁阀X2进入上述压能回收容器。

又进一步，在上述步骤2）中，上述压能回收容器内的上述盐水在上述循环管路上经电磁阀X3、上述循环泵M2、上述总盐水进口进入上述膜组件进行反渗透，从上述膜组件的上述总浓水出口出来的浓水继续在上述循环管路上经手动阀H1、单向阀C2返回上述压能回收容器，同时，来自上述高压泵M3的上述盐水在上述补液管路上经上述盐水常进液口、电磁阀X4、上述高压泵M3、单向阀C3、手动阀H2进入上述压能回收容器。

又再进一步，在上述步骤2)中，来自上述总盐水进口的上述盐水首先进入上述多个反渗透膜每个上的分盐水进口，经上述膜组件渗透产生的淡水经上述多个反渗透膜每个上的分淡水出口进入上述总淡水出口流出，经上述膜组件渗透产生的浓水通过上述多个反渗透膜每个上的分浓水出口进入上述总浓水出口再返回至上述压能回收容器。

还进一步，在上述步骤3）中，上述压能回收容器中的上述浓盐水在排液管路上经电磁阀X5、上述单向阀C1、上述给排水泵M1、电磁阀X6，最后从上述排液口排出。

再又进一步，在上述步骤4）中，来自上述循环管路的上述冲洗淡水进口的上述淡水经电磁阀X7、上述循环泵M2进入上述膜组件进行冲洗，冲洗水经上述总浓水出口返回至上述压能回收容器；来自上述补液管路的上述冲洗淡水进口的上述淡水经电磁阀X8、上述高压泵M3、上述单向阀C3、上述手动阀H2进入上述压能回收容器，最后利用给所述排水泵M1使得所述压能回收容器中的冲洗水经电磁阀X5、单向阀C1、电磁阀X6排出，完成系统冲洗。

进一步，通过PLC控制器对上述各个电磁阀和上述各个泵进行全自动联动控制。

通过参考下面所描述的实施例，本发明的上述这些方面和其他方面将会得到更清晰地阐述。

附图说明：

本发明的结构以及进一步的目的和优点将通过下面结合附图的描述得到更好地理解，其中，相同的参考标记标识相同的元件：

图1是一种传统的反渗透膜串联布置生产工艺的示意图；

图2是根据本发明一个具体实施方式的压能复合型盐水淡化工艺所用到的压能复合型盐水淡化机组的示意图，在该图中用箭头示出了该工艺各个步骤中液体的流向；

图3是图2所示压能复合型盐水淡化机组的膜组件的并联布置结构示意图。

具体实施方式：

下面将结合附图描述本发明的具体实施方式。然而，应当理解的是，这里所披露的实施方式仅仅是本发明的典型例子而已，其可体现为各种形式。因此，这里披露的具体细节不被认为是限制性的，而仅仅是作为权利要求的基础以及作为用于教导本领域技术人员以实际中任何恰当的方式不同地应用本发明的代表性的基础。

本文所称的“脱盐”包括海水淡化、苦咸水淡化、工业废水脱盐等等；本文所称的“盐水”包括海水、苦咸水、工业废水等含盐量较高的水。

参考图2和图3所示，根据本发明的一个具体实施方式的本发明提供一种压能复合型脱盐工艺，其包括如下步骤:

1）初始进液：利用给排水泵M1将盐水从进液管路10的盐水预进液口11送入压能回收容器1；

2）反渗透：在压能回收容器1充满盐水后，利用循环泵M2将压能回收容器1中的盐水经循环管路20送入其内多个反渗透膜22并联设置的膜组件2的总盐水进口21，膜组件2产生的淡水经总淡水出口23流出、产生的浓水经总浓水出口25返回至压能回收容器1，同时利用高压泵M3将盐水从补液管路30的盐水常进液口31补充到压能回收容器1来维持正常工作的系统压力；

3）排液：步骤2）的反渗透进行多个循环并达到预定循环时间T2后（通过T2可以灵活调整浓盐水和淡水含盐量），利用给排水泵M1将压能回收容器1中的浓盐水经排液管路40的排液口43全部排出；

4）冲洗：利用循环泵M2从循环管路20的冲洗淡水进口27吸入淡水来对膜组件2和压能回收容器1进行冲洗，同时利用高压泵M3从补液管路30的冲洗淡水进口37吸入淡水来对压能回收容器1和膜组件2进行冲洗，该冲洗进行预定冲洗时间T4后，再利用给排水泵M1将冲洗后汇入压能回收容器1中的冲洗水经排液管路40的排液口43排出。

随后重复进行上述步骤1）～4）。

应当理解的是，在上述冲洗过程中，循环泵M2、高压泵M3以及给排水泵M1在吸或排淡水的过程中自然也得到了清洗。通过淡水对给排水泵M1、循环泵M2、高压泵M3、压能回收容器1、膜组件2都进行了完整的清洗，可以提高整个机组的工作可靠性和使用寿命。

具体地，在上述步骤1)中，盐水在进液管路10上从盐水预进液口11经电磁阀X1、单向阀C1、给排水泵M1、电磁阀X2进入压能回收容器1；在步骤2）中，压能回收容器1内的盐水在循环管路20上经电磁阀X3、循环泵M2、总盐水进口21进入膜组件2进行反渗透，从膜组件2的总浓水出口25出来的浓水继续在循环管路20上经手动阀H1、单向阀C2返回压能回收容器1，同时，来自高压泵M3的盐水在补液管路30上经盐水常进液口31、电磁阀X4、高压泵M3、单向阀C3、手动阀H2进入压能回收容器1。

如图3所示并参考图2，在步骤2)中，来自总盐水进口21的盐水首先进入多个反渗透膜22每个上的分盐水进口221，经膜组件2渗透产生的淡水经多个反渗透膜22每个上的分淡水出口223进入总淡水出口23流出，经膜组件2渗透产生的浓水通过多个反渗透膜22每个上的分浓水出口225进入总浓水出口25再返回至压能回收容器1。

具体地，在步骤3）中，压能回收容器1中的浓盐水在排液管路40上经电磁阀X5、单向阀C1、给排水泵M1、电磁阀X6，最后从排液口43排出；在步骤4）中，来自循环管路20的冲洗淡水进口27的淡水经电磁阀X7、循环泵M2进入膜组件2进行冲洗，冲洗水经总浓水出口25返回至压能回收容器1（冲洗的压力远低于盐水的渗透压，因而在冲洗的过程中不产生淡水，即总淡水出口不出水）；来自补液管路30的冲洗淡水进口37的淡水经电磁阀X8、高压泵M3、单向阀C3、手动阀H2进入压能回收容器1，最后利用给排水泵M1使得压能回收容器1中的冲洗水经电磁阀X5、单向阀C1、电磁阀X6排出，完成系统冲洗。

需要说明的是，压能回收容器1上还设置有机械式泄压阀14（当电控泄压即通过电磁阀泄压出现异常时，由机械式泄压阀14保证系统安全）、用于排气或进气以帮助压能回收容器1灌满盐水或排空浓盐水的电磁阀X9以及用于进行高压保护的压力传感器P1；另,需要说明的是，在本实施方式中，在系统未启动之前，电磁阀X1一直到电磁阀X9常闭，手动阀H1、手动阀H2常开（各个手动阀的设置是为了机组检修时使用）。上述各个电磁阀通过PLC控制器操控其关闭和打开，上述各个泵通过该PLC控制器操控其启动和停止，通过该PLC控制器对这些电磁阀和泵进行联动控制，实现全自动控制。

本发明的压能复合型脱盐工艺具有如下特点：

1) 采用反渗透膜并联设置的膜组件进行反渗透，占地面积小，系统压力方便调控；

2）通过控制反渗透的循环时间可以灵活调整浓盐水和淡水含盐量；

2) 通过PLC控制器进行智能化控制整个工艺所涉及的电控元件（例如电磁阀、泵等），进而控制该工艺的各个步骤（即各个流程：初始进液流程、反渗透流程、排液流程、冲洗流程）；

3) 具有自动冲洗功能，使得反渗透膜等的使用可靠性好，寿命长；

4）通过高压泵补液维持系统工作的正常压力以及通过并联的反渗透膜进行反渗透，大大减小了能量损耗。

5）采用系统能量回收技术，区别于传统能量回收机单个环节回收能量的模式，整体能量回收效率更高，成本更低。

本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而可以理解，在本发明的创作思想下，本领域的技术人员可以对上述结构作各种变化和改进，包括这里单独披露的或要求保护的技术特征的组合，以及明显地包括这些特征的其它组合。这些变形和/或组合均落入本发明所涉及的技术领域内，并落入本发明权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种压能复合型脱盐工艺，其特征在于包括如下步骤:

1）初始进液：利用给排水泵M1将盐水从进液管路的盐水预进液口送入压能回收容器；

2）反渗透：在压能回收容器充满盐水后，利用循环泵M2将压能回收容器中的盐水经循环管路送入其内多个反渗透膜并联设置的膜组件的总盐水进口，膜组件产生的淡水经总淡水出口流出、产生的浓水经总浓水出口返回至压能回收容器，同时利用高压泵M3将盐水从补液管路的盐水常进液口补充到压能回收容器来维持正常工作的系统压力；

3）排液：步骤2）的反渗透进行多个循环并达到预定循环时间后，利用给排水泵M1将压能回收容器中的浓盐水经排液管路的排液口全部排出；

重复进行步骤1）～3）。

2.根据权利要求1所述的压能复合型脱盐工艺，其特征在于，还包括在所述步骤3）之后的步骤4）冲洗：分别利用所述循环泵M2和所述高压泵M3从各自对应的所述循环管路和所述补液管路的冲洗淡水进口吸入淡水来对所述膜组件和所述压能回收容器进行冲洗，该冲洗进行预定冲洗时间后，再利用所述给排水泵M1将冲洗后汇入压能回收容器中的冲洗水经所述排液管路的所述排液口排出，并随后重复进行步骤1）～4）。

3.根据权利要求2所述的压能复合型脱盐工艺，其特征在于，在所述步骤1)中，所述盐水在所述进液管路上从所述盐水预进液口经电磁阀X1、单向阀C1、所述给排水泵M1、电磁阀X2进入所述压能回收容器。

4.根据权利要求2所述的压能复合型脱盐工艺，其特征在于，在所述步骤2）中，所述压能回收容器内的所述盐水在所述循环管路上经电磁阀X3、所述循环泵M2、所述总盐水进口进入所述膜组件进行反渗透，从所述膜组件的所述总浓水出口出来的浓水继续在所述循环管路上经手动阀H1、单向阀C2返回所述压能回收容器，同时，来自所述高压泵M3的所述盐水在所述补液管路上经所述盐水常进液口、电磁阀X4、所述高压泵M3、单向阀C3、手动阀H2进入所述压能回收容器。

5.根据权利要求4所述的压能复合型脱盐工艺，其特征在于，在所述步骤2)中，来自所述总盐水进口的所述盐水首先进入所述多个反渗透膜每个上的分盐水进口，经所述膜组件渗透产生的淡水经所述多个反渗透膜每个上的分淡水出口进入所述总淡水出口流出，经所述膜组件渗透产生的浓水通过所述多个反渗透膜每个上的分浓水出口进入所述总浓水出口再返回至所述压能回收容器。

6.根据权利要求2所述的压能复合型脱盐工艺，其特征在于，在所述步骤3）中，所述压能回收容器中的所述浓盐水在排液管路上经电磁阀X5、所述单向阀C1、所述给排水泵M1、电磁阀X6，最后从所述排液口排出。

7.根据权利要求2所述的压能复合型脱盐工艺，其特征在于，在所述步骤4）中，来自所述循环管路的所述冲洗淡水进口的所述淡水经电磁阀X7、所述循环泵M2进入所述膜组件进行冲洗，冲洗水经所述总浓水出口返回至所述压能回收容器；来自所述补液管路的所述冲洗淡水进口的所述淡水经电磁阀X8、所述高压泵M3、所述单向阀C3、所述手动阀H2进入所述压能回收容器，最后利用给所述排水泵M1使得所述压能回收容器中的冲洗水经电磁阀X5、单向阀C1、电磁阀X6排出，完成系统冲洗。

8.根据权利要求3至7任一项所述的压能复合型脱盐工艺，其特征在于，通过PLC控制器对上述各个电磁阀和上述各个泵进行全自动联动控制。