CN111346513B - 含盐水的反渗透处理方法和反渗透系统 - Google Patents

含盐水的反渗透处理方法和反渗透系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及水处理领域，具体涉及一种含盐水的反渗透处理方法和反渗透系统。所述反渗透系统包括：第一高压泵、低盐通量反渗透单元、第一高盐通量反渗透单元、第二高压泵和第二高盐通量反渗透单元；所述第一高盐通量反渗透单元包括第一高盐通量反渗透单元第一分组和第一高盐通量反渗透单元第二分组，所述第二高盐通量反渗透单元包括第二高盐通量反渗透单元第一分组和第二高盐通量反渗透单元第二分组。采用本发明的反渗透系统可以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。

Description

含盐水的反渗透处理方法和反渗透系统
技术领域
本发明涉及水处理领域，具体涉及一种含盐水的反渗透处理方法和反渗透系统。
背景技术
随着对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领域的生产过程中，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。
然而，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50,000mg/L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。另外，超高压反渗透膜组件和由该常规反渗透膜组件形成的反渗透系统虽然可以突破此浓缩极限，但其投资成本和运行成本高，且存在一定的安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型的含盐水的反渗透处理方法和反渗透系统，采用本发明的反渗透系统可以在无需显著提高运行成本的情况下突破常规操作压力下的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。
根据本发明的第一方面，本发明提供了一种反渗透系统，包括：第一高压泵、低盐通量反渗透单元、第一高盐通量反渗透单元、第二高压泵和第二高盐通量反渗透单元；所述第一高盐通量反渗透单元包括第一高盐通量反渗透单元第一分组和第一高盐通量反渗透单元第二分组，所述第二高盐通量反渗透单元包括第二高盐通量反渗透单元第一分组和第二高盐通量反渗透单元第二分组；其中，
所述第一高压泵用于将原水、所述第一高盐通量反渗透单元第一分组产生的单元产水B21和所述第一高盐通量反渗透单元第二分组产生的单元产水B22增压后送至所述低盐通量反渗透单元处理，得到单元浓水A1和系统产水；
所述第一高盐通量反渗透单元第一分组用于处理所述单元浓水A1，得到单元浓水A21和单元产水B21；
所述第二高盐通量反渗透单元第一分组用于处理所述单元浓水A21，得到系统浓水I和单元产水B31；
所述第二高压泵用于将所述单元产水B31和所述第二高盐通量反渗透单元第二分组产生的单元产水B32增压后送至所述第一高盐通量反渗透单元第二分组处理，得到单元浓水A22和单元产水B22；
所述第二高盐通量反渗透单元第二分组用于处理所述单元浓水A22，得到系统浓水II和所述单元产水B32。
根据本发明的第二方面，本发明提供了一种含盐水的反渗透处理方法，该方法在反渗透系统中进行，所述反渗透系统包括：第一高压泵、低盐通量反渗透单元、第一高盐通量反渗透单元、第二高压泵和第二高盐通量反渗透单元；所述第一高盐通量反渗透单元包括第一高盐通量反渗透单元第一分组和第一高盐通量反渗透单元第二分组，所述第二高盐通量反渗透单元包括第二高盐通量反渗透单元第一分组和第二高盐通量反渗透单元第二分组；
该方法包括：将待处理的含盐水作为原水、来自所述第一高盐通量反渗透单元第一分组的单元产水B21和来自所述第一高盐通量反渗透单元第二分组的单元产水B22经所述第一高压泵增压后送至所述低盐通量反渗透单元中进行处理，得到单元浓水A1和系统产水；
将所述单元浓水A1送至所述第一高盐通量反渗透单元第一分组进行处理，得到单元浓水A21和单元产水B21；
将所述单元浓水A21送至所述第二高盐通量反渗透单元第一分组进行处理，得到系统浓水I和单元产水B31；
将所述单元产水B31和来自所述第二高盐通量反渗透单元第二分组的单元产水B32经所述第二高压泵增压后送至所述第一高盐通量反渗透单元第二分组进行处理，得到单元浓水A22和单元产水B22；
将所述单元浓水A22送至所述第二高盐通量反渗透单元第二分组进行处理，得到系统浓水II和所述单元产水B32。
利用本发明的反渗透系统处理含盐水，无需显著提高运行成本，在常规操作压力下(通常不高于8MPa)即可突破现有常规卷式膜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。通过巧妙的设计，避免了浓水泄压造成的能量浪费，进一步降低了系统的运行能耗。
附图说明
图1是本发明一种优选的实施方式的反渗透系统的示意图。
图2是对比例1采用的反渗透系统的示意图。
图3是对比例2采用的反渗透系统的示意图。
附图标记说明
1：低盐通量反渗透单元；
21：第一高盐通量反渗透单元第一分组；
22：第一高盐通量反渗透单元第二分组；
31：第二高盐通量反渗透单元第一分组；
32：第二高盐通量反渗透单元第二分组；
4：第一高压泵；5：第二高压泵；6：第一水箱；7：第二水箱；
2：第一高盐通量反渗透单元；3：第二高盐通量反渗透单元。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
在本文中，所提到的单元浓水均以字母A结合数字的方式来表示，单元产水均以字母B结合数字的方式来表示，其中，数字为图1和图2所示的反渗透单元或反渗透单元中的分组标记。例如，单元浓水A1是指经所述低盐通量反渗透单元处理所产生的单元浓水；单元浓水A21和单元产水B21分别是指经所述第一高盐通量反渗透单元第一分组处理产生的浓水和产水。另外，该表述方式是为了便于描述和解释本发明，并不是限制本发明。
根据本发明的第一方面，本发明提供了一种反渗透系统，所述反渗透系统包括：第一高压泵、低盐通量反渗透单元、第一高盐通量反渗透单元、第二高压泵和第二高盐通量反渗透单元；所述第一高盐通量反渗透单元包括第一高盐通量反渗透单元第一分组和第一高盐通量反渗透单元第二分组，所述第二高盐通量反渗透单元包括第二高盐通量反渗透单元第一分组和第二高盐通量反渗透单元第二分组。
所述第一高压泵用于将原水、所述第一高盐通量反渗透单元第一分组产生的单元产水B21和所述第一高盐通量反渗透单元第二分组产生的单元产水B22增压后送至所述低盐通量反渗透单元处理，得到单元浓水A1和系统产水；
所述第一高盐通量反渗透单元第一分组用于处理所述单元浓水A1，得到单元浓水A21和单元产水B21；
所述第二高盐通量反渗透单元第一分组用于处理所述单元浓水A21，得到系统浓水I和单元产水B31；
所述第二高压泵用于将所述单元产水B31和所述第二高盐通量反渗透单元第二分组产生的单元产水B32增压后送至所述第一高盐通量反渗透单元第二分组处理，得到单元浓水A22和单元产水B22；
所述第二高盐通量反渗透单元第二分组用于处理所述单元浓水A22，得到系统浓水II和单元产水B32。
在本文中，“低盐通量”与“高盐通量”是相对概念，具体是指，对于同一种盐水且在相同的测试条件下，所述低盐通量反渗透单元中反渗透膜元件的盐通量低于第一高盐通量反渗透单元两个分组的反渗透膜元件、第二高盐通量反渗透单元两个分组的反渗透膜元件的盐通量。盐通量用修正截留率来表示，修正截留率越高，盐通量越低。例如，若低盐通量反渗透单元反渗透膜元件的修正截留率为R1，则第一、第二高盐通量反渗透单元的各个分组的反渗透膜元件的修正截留率均小于R1。在本发明中，可以以本领域熟知的产品膜元件的一般测试标准，具体以固定的盐水和操作条件(压力、温度和产水回收率)为参照，选择所需的反渗透膜元件。
按照一种实施方式，针对35000mg/L的NaCl盐水，在5.5MPa、25℃和8％回收率的操作条件下，所述低盐通量反渗透单元的修正截留率不小于95％，优选不小于99％；在同样的操作条件下，第一高盐通量反渗透单元和第二高盐通量反渗透单元的修正截留率(以下可统称为“高盐通量反渗透单元”的修正截留率)不小于70％，优选不小于80％。应当理解的是，修正截留率根据进水的浓度、操作条件变化而不同。例如，在相同的操作条件下，若是针对70000mg/L的NaCl盐水，高盐通量反渗透单元的截留率会低于其处理35000mg/L的NaCl盐水的截留率。
在本发明中，针对35000mg/L的NaCl盐水，在5.5MPa、25℃和回收率8％的操作条件下，更优选所述第一高盐通量反渗透单元和第二高盐通量反渗透单元的修正截留率分别为85-90％，这样在保证浓缩程度的同时，能进一步降低系统能耗。
在本发明中，上述反渗透单元中的反渗透膜元件均可选自常规的非超高压卷式反渗透膜元件、管网式卷式膜组件、碟管式膜组件，优选为卷式反渗透组件，所采用的膜可以是本领域所熟知的各种反渗透膜、纳滤膜，本发明对此没有特别限定，只要满足所需截留率即可。为了便于操作，所述第一高盐通量反渗透单元和第二高盐通量反渗透单元的反渗透膜元件优选为相同。
在本发明中，所述低盐通量反渗透单元对其进水(由原水、单元产水B21和单元产水B22组成)的修正截留率通常大于90％，优选不小于95％，更优选不低于99％。
优选情况下，所述第一高盐通量反渗透单元中各分组(即所述第一高盐通量反渗透单元的第一分组和第二分组)对各自进水(即单元浓水A1，单元产水B31与单元产水B32)的修正截留率分别为40-90％，进一步优选为50-70％。
优选情况下，所述第二高盐通量反渗透单元中各分组对各自进水(即单元浓水A21、单元浓水A22)的修正截留率分别为20-70％，更优选为30-50％。
优选情况下，针对各自的进水，所述第二高盐通量反渗透单元中各分组的修正截留率小于所述第一高盐通量反渗透单元中各分组的修正截留率。
在本发明中，术语“修正截留率”是膜分离领域通用的术语，计算方法如下：
R＝[1-2Cp/(Cb+Cr)]×100％
其中，R为修正截留率，Cp为透过液浓度，Cb为进料液浓度，Cr为截留液浓度。
可选地，所述反渗透系统包括第一水箱和/或第二水箱，这样可促进所述反渗透系统的稳定运行并提供缓冲作用。
在所述系统包括所述第一水箱、第二水箱的情况下，按照物料流动方向，所述第一水箱、第一高压泵、低盐通量反渗透单元1依次连接，以使得所述原水、单元产水B21和单元产水B22在所述第一水箱汇合后，经所述第一高压泵增压，再进入所述低盐通量反渗透单元；所述第二水箱、第二高压泵、第一高盐通量反渗透单元第二分组依次连接，以使得所述单元产水B31和单元产水B32在所述第二水箱汇合后，经所述第二高压泵增压，再进入所述第一高盐通量反渗透单元第二分组进行处理。另外，在所述第一水箱、第一高压泵之间，所述第二水箱、第二高压泵之间还可以分别设有供水泵。
本领域技术人员应当理解的是，所述反渗透系统中，低盐通量反渗透单元、高盐通量反渗透单元的每个分组均包括进口、产水出口和浓水出口及相应的产水出口管线、浓水出口管线，以实现对各个单元之间的连接和起到处理对相应物流的作用。
按照一种优选的具体实施方式，本发明的反渗透系统如图1所示。图1中，反渗透系统包括：第一水箱6、第一高压泵4、低盐通量反渗透单元1、第一高盐通量反渗透单元第一分组21、第一高盐通量反渗透单元第二分组22、第二高盐通量反渗透单元第一分组31、第二高盐通量反渗透单元第二分组32、第二高压泵5和第二水箱7；其中，
原水管线、第一高盐通量反渗透单元第一分组21的产水出口管线、第一高盐通量反渗透单元第二分组22的产水出口管线分别连接至第一水箱6；第一高压泵4的入口与第一水箱6的出口连接，第一高压泵4的出口与低盐通量反渗透单元1的进口连接，使得原水、单元产水B21和单元产水B22的混合物流经增压后进入所述低盐通量反渗透单元1中，经处理得到单元浓水A1和系统产水；
低盐通量反渗透单元1的浓水出口管线连接至所述第一高盐通量反渗透单元第一分组21的进口，使得单元浓水A1进入所述第一高盐通量反渗透单元第一分组21中，经处理得到所述单元浓水A21和单元产水B21；
所述第一高盐通量反渗透单元第一分组21的浓水出口管线连接至所述第二高盐通量反渗透单元第一分组31的进口，使得所述单元浓水A21进入第二高盐通量反渗透单元第一分组31中，经处理得到系统浓水I和单元产水B31；
所述第二高盐通量反渗透单元第一分组31的产水出口管线、所述第二高盐通量反渗透单元第二分组32的产水出口管线分别连接至所述第二水箱7；第二高压泵5的入口与第二水箱7的出口连接，第二高压泵5的出口与第一高盐通量反渗透单元第二分组22的进口连接，使得单元产水B31和单元产水B32的混合物流经增压后进入第一高盐通量反渗透单元第二分组22中，经处理所述单元浓水A22和单元产水B22；
所述第一高盐通量反渗透单元第二分组22的浓水出口管线与所述第二高盐通量反渗透单元第二分组32的进口连接，使得所述单元浓水A22进入所述第二高盐通量反渗透单元第二分组32中，经处理得到系统浓水II和单元产水B32；
所述第二高盐通量反渗透单元第一分组31的浓水出口管线、所述第二高盐通量反渗透单元第二分组32的浓水出口管线分别设有憋压阀。
根据本发明的第二方面，本发明提供了一种含盐水的反渗透处理方法，该方法在反渗透系统中进行，所述反渗透系统包括：第一高压泵、低盐通量反渗透单元、第一高盐通量反渗透单元、第二高压泵和第二高盐通量反渗透单元；所述第一高盐通量反渗透单元包括第一高盐通量反渗透单元第一分组和第一高盐通量反渗透单元第二分组，所述第二高盐通量反渗透单元包括第二高盐通量反渗透单元第一分组和第二高盐通量反渗透单元第二分组；
该方法包括：将待处理的含盐水作为原水与来自所述第一高盐通量反渗透单元第一分组的单元产水B21、来自所述第一高盐通量反渗透单元第二分组的单元产水B22经所述第一高压泵增压后送至所述低盐通量反渗透单元中进行处理，得到单元浓水A1和系统产水；
将所述单元浓水A1送至所述第一高盐通量反渗透单元第一分组进行处理，得到单元浓水A21和单元产水B21；
将所述单元浓水A21送至所述第二高盐通量反渗透单元第一分组进行处理，得到系统浓水I和单元产水B31；
将所述单元产水B31和来自所述第二高盐通量反渗透单元第二分组的单元产水B32经所述第二高压泵增压后送至所述第一高盐通量反渗透单元第二分组进行处理，得到单元浓水A22和单元产水B22；
将所述单元浓水A22送至所述第二高盐通量反渗透单元第二分组进行处理，得到系统浓水II和所述单元产水B32。
本发明所述的方法在本发明所提供的反渗透系统中进行，因此本发明第二方面所述的反渗透系统如本发明第一方面所介绍的，在此不再赘述。
在本发明中，作为原水的待处理含盐水可以为本领域常规的各种盐浓度的含盐水，但本发明尤其适合对高浓度盐水进行进一步浓缩。例如所述含盐水为NaCl盐水，含盐水的浓度以NaCl计可以为10,000-50,000mg/L，通过本发明所述反渗透系统处理后所得到的系统浓水的浓度可达到100,000-200,000mg/L，优选为130,000-200,000mg/L，同时所得系统产水具有较低的盐浓度，例如为2,000mg/L以下，优选1,000mg/L以下；然而传统的反渗透系统仅能够将含盐水浓缩至浓度约为50,000-70,000mg/L的浓盐水，针对本身浓度已经较高的含盐水，在通常的操作压力下，根本无法实现浓缩。
另外，对于其它无机盐盐水(例如LiCl、KCl、Na2SO4等)，本发明的反渗透系统同样可以提高常规卷式反渗透系统对该无机盐盐水的浓缩极限。
在本发明中，所述第一高压泵的增压使得所述低盐通量反渗透单元的操作压力可以为4-10MPa，优选为5.5-7.5MPa。
在本发明中，所述第一高盐通量反渗透单元各分组的操作压力可以4-10MPa，优选为5.5-7.5MPa。
在本发明中，所述第二高盐通量反渗透单元各分组的操作压力可以4-10MPa，优选为5.5-7.5MPa。
优选情况下，作为所述低盐通量反渗透单元的进水，所述单元产水B21、单元产水B22流量的体积比为1：0.15-0.45。
优选情况下，作为所述第一高盐通量反渗透单元第二分组的进水，所述单元产水B31、单元产水B32流量的体积比为1：0.15-0.55。
本发明对各个反渗透处理的温度没有特别限定，可参照现有技术进行，例如在室温下(15-40℃)进行。
按照本发明一种优选的具体实施方式，本发明的方法采用图1所示的反渗透系统进行，包括以下流程：
将原水、单元产水B21和单元产水B22在第一水箱6汇合后，经第一高压泵4增压，然后进入所述低盐通量反渗透单元1中进行处理，得到单元浓水A1和系统产水，所述系统产水经该单元的产水出口管线排出系统；
所述单元浓水A1进入第一高盐通量反渗透单元第一分组21中，经处理得到所述单元浓水A21和单元产水B21，单元产水B21循环至所述第一水箱6中；
所述单元浓水A21进入第二高盐通量反渗透单元第一分组31中，经处理得到所述系统浓水I和单元产水B31，单元产水B31循环至所述第二水箱7中，系统浓水I通过该单元的浓水出口管线泄压后排出系统；
所述单元产水B31、单元产水B32在第二水箱7汇合后，经第二高压泵5增压，然后进入所述第一高盐通量反渗透单元第二分组22中进行处理，得到单元浓水A22和单元产水B22，单元产水B22循环至所述第一水箱6中；
所述单元浓水A22进入第二高盐通量反渗透单元第二分组32中，经处理得到所述系统浓水II和单元产水B32，单元产水B32循环至所述第二水箱7中，系统浓水II通过该单元的浓水出口管线泄压后排出系统。
本发明所提供的反渗透系统，通过高盐通量反渗透单元和低盐通量反渗透单元的组合和相应的管路设计，实现了对常规卷式膜系统浓缩极限的提升。通过对第一高盐通量反渗透单元和第二高盐通量反渗透单元进行分组以及产水的循环设计，无需在低盐通量反渗透单元浓水处进行憋压，而只需在第二高盐通量反渗透单元浓水处进行憋压，因此避免了由于反渗透膜处理单元之间的泄压而造成的能量浪费，大大降低了系统的运行成本。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
以下实施例均结合图1来说明本发明的反渗透系统和含盐水的反渗透处理方法。
为了便于描述，下文所列表格中，将“低盐通量反渗透单元1”简称为“单元1”，“第一高盐通量反渗透单元第一分组21”、“第一高盐通量反渗透单元第二分组22”分别简称为“单元2第一分组21”、“单元2第二分组22”，“第二高盐通量反渗透单元第一分组31”、“第二高盐通量反渗透单元第二分组32”分别简称为“单元3第一分组31”、“单元3第二分组32”；将“第一高盐通量反渗透单元2”简称为“单元2”，将“第二高盐通量反渗透单元3”简称为“单元3”。
实施例1
本实施例所处理的原水(即含盐水)的氯化钠浓度为35,000mg/L，体积流量为20m3/h。
对35000mg/L的NaCl盐水，在5.5MPa、25℃、8％回收率的操作条件下，所选择的低盐通量反渗透单元的修正截留率为99.1％，第一、第二高盐通量反渗透单元的修正截留率均为88.6％。
将原水、单元产水B21和单元产水B22在第一水箱6汇合后，经第一高压泵4增压后进入低盐通量反渗透单元1中，在6.7MPa的操作压力下进行处理，得到单元浓水A1和系统产水，将系统产水排出系统；
使单元浓水A1进入第一高盐通量反渗透单元第一分组21中，在6.8MPa的操作压力下进行处理，得到单元浓水A21和单元产水B21，将单元产水B21循环至所述第一水箱6中；
使单元浓水A21进入第二高盐通量反渗透单元第一分组31中，在6.8MPa的操作压力下进行处理，得到系统浓水I和单元产水B31，单元产水B31循环至第二水箱7中，将系统浓水I排出系统；
将单元产水B31、单元产水B32在第二水箱7汇合后，经第二高压泵5增压后进入第一高盐通量反渗透单元第二分组22中，在6.8MPa的操作压力下进行处理，得到单元浓水A22和单元产水B22，单元产水B22循环至所述第一水箱6中；
使单元浓水A22进入第二高盐通量反渗透单元第二分组32中，在6.8MPa的操作压力下进行处理，得到系统浓水II和单元产水B32，单元产水B32循环至所述第二水箱7中，系统浓水II排出系统。
每处理1吨的原水，该反渗透系统的能耗为5.45度电。
该系统稳定运行时，各反渗透处理单元的进水、产水及浓水的流量及盐浓度如表1所示。
表1
种类 流量(m<sup>3</sup>/h) 含盐量(mg/L)
原水 20 35,000
单元1进水 30.8 33,900
系统产水 14.9 400
单元浓水A1 16.0 65,000
单元2第一分组21进水 16.0 65,000
单元产水B21 8.4 28,800
单元浓水A21 7.6 105,000
单元3第一分组31进水 7.6 105,000
单元产水B31 3.6 72,000
系统浓水I 4.0 135,000
单元2第二分组22进水 4.6 72,000
单元产水B22 2.4 41,750
单元浓水A22 2.2 105,000
单元3第二分组32进水 2.2 105,000
单元产水B32 1.1 72,000
系统浓水II 1.1 135,000
由表1可见，针对各自的进水，低盐通量反渗透单元1的修正截留率为99.2％，第一高盐通量反渗透单元第一分组21、第二分组22的修正截留率为66.1％、52.8％，第二高盐通量反渗透单元每个分组的修正截留率为40％。采用实施例1的方法处理含盐量35,000mg/L的原水，能将原水浓缩到135,000mg/L，整个系统的产水盐含量为400mg/L。
对比例1
本对比例采用图2所示的反渗透系统对含盐水进行处理。
所处理的原水的氯化钠浓度为35,000mg/L，体积流量为20m3/h。如图2所示，直接将原水经第一高压泵4增压，然后进入低盐通量反渗透单元1(该单元同实施例1)中，在6.7MPa的操作压力下进行处理，得到系统浓水和系统产水。
该系统稳定运行时，处理结果如表2所示。
表2
种类 流量(m<sup>3</sup>/h) 含盐量(mg/L)
原水 20 35,000
产水 10.1 500
浓水 9.9 70,000
由表2可见，含盐量35,000mg/L的原水通过传统的常规反渗透膜元件(在6.7MPa下的修正截留率为99.0％)进行处理时，当浓水达到70,000mg/L时，在原有的操作压力下无法实现进一步浓缩；传统的方法若要突破浓缩极限，需要采用可耐受更高压力的超高压反渗透膜在更高的操作压力下进行。
对比例2
本对比例采用图3所示的反渗透系统对含盐水进行处理。
所处理的原水的氯化钠浓度为35,000mg/L，体积流量为20m3/h。
图3的反渗透系统包括：第一高压泵4、低盐通量反渗透单元1、第一高盐通量反渗透单元2、第二高盐通量反渗透单元3、第二高压泵5和第一水箱6；其中，原水管线、第一高盐通量反渗透单元2的产水出口管线分别连接至第一高压泵4的入口，第一高压泵4的出口与低盐通量反渗透单元1的进口连接；低盐通量反渗透单元1的浓水出口管线(管线设有憋压阀)、第二高盐通量反渗透单元3的产水出口管线分别连接至第一水箱6，第一水箱6的出口连接至第二高压泵5的入口，第二高压泵5的出口与第一高盐通量反渗透单元2的进口连接；第一高盐通量反渗透单元2的浓水出口管线连接至第二高盐通量反渗透单元3的进口，第二高盐通量反渗透单元3的浓水出口管线上设有憋压阀。
所选择的低盐通量反渗透单元、第一高盐通量反渗透单元1和第二高盐通量反渗透单元2分别与实施例1的低盐通量反渗透单元、第一高盐通量反渗透单元和第二高盐通量反渗透单元的相同。
将原水、来自第一高盐通量反渗透单元2的单元产水B2汇合后经第一高压泵4增压，然后进入低盐通量反渗透单元1中，在6.7MPa的操作压力下进行处理，得到单元浓水A1和系统产水；
使单元浓水A1与来自第二高盐反渗透单元3的单元产水B3在第一水箱6中汇合经第二高压泵5增压，进入第一高盐通量反渗透单元2中，在6.8MPa的操作压力下进行处理，得到单元产水B2和单元浓水A2；
使单元浓水A2进入第二高盐通量反渗透单元3中，在6.8MPa的操作压力下进行处理，得到单元产水B3和系统浓水，系统浓水排出系统。
每处理1吨的原水，该反渗透系统的能耗为7.95度电。
该系统稳定运行时，各反渗透处理单元和分组的进水、产水及浓水的流量及盐浓度如表3所示。
表3
Figure BDA0001914389180000151
Figure BDA0001914389180000161
由表3可知，对于各自的进水，低盐通量反渗透单元1的修正截留率为99.2％，第一高盐通量反渗透单元2的修正截留率为63.1％，第二高盐通量反渗透单元3的修正截留率为40％。尽管含盐量35,000mg/L的原水通过传统的串联反渗透系统进行处理时，也能达到与实施例1相当的浓缩效果，但是，在将低盐通量反渗透单元浓水进入第一高盐通量反渗透单元进行处理之前，低盐通量反渗透单元的浓水需要泄压，而泄压后的这股盐水与第二高盐通量反渗透单元产水混合后需再次升压才能满足第一高盐通量反渗透单元处理压力的需求，泄压再升压造成了能量浪费。与实施例1相比，处理相同浓度的盐水时，该对比例的能耗高出46％。
实施例2
本实施所处理的原水的氯化钠浓度为10,000mg/L，体积流量为20m3/h。
对35000mg/L的NaCl盐水，在5.5MPa、25℃、8％回收率的操作条件下，所选择的低盐通量反渗透单元的修正截留率为99.2％，第一高盐通量反渗透单元、第二高盐通量反渗透单元的修正截留率均为89.1％。
将原水、单元产水B21和单元产水B22在第一水箱6汇合后经第一高压泵4增压，然后进入低盐通量反渗透单元1中，在6.9MPa的操作压力下进行处理，得到单元浓水A1和系统产水，将系统产水排出系统；
使单元浓水A1进入第一高盐通量反渗透单元第一分组21中，在6.8MPa的操作压力下进行处理，得到单元浓水A21和单元产水B21，将单元产水B21循环至所述第一水箱6中；
使单元浓水A21进入第二高盐通量反渗透单元第一分组31中，在6.7MPa的操作压力下进行处理，得到系统浓水I和单元产水B31，单元产水B31循环至所述第二水箱7中，将系统浓水I排出系统；
将单元产水B31、单元产水B32在第二水箱7汇合后，经第二高压泵5增压后进入所述第一高盐通量反渗透单元第二分组22中，在6.8MPa的操作压力下进行处理，得到单元浓水A22和单元产水B22，单元产水B22循环至所述第一水箱6中；
使单元浓水A22进入第二高盐通量第二分组32中，在6.7MPa的操作压力下进行处理，得到系统浓水II和单元产水B32，单元产水B32循环至所述第二水箱7中，系统浓水II排出系统。
每处理1吨的原水，该反渗透系统的能耗为3.76度电。
该系统稳定运行时，各反渗透处理单元的进水、产水及浓水的流量及盐浓度如表4所示。
表4
Figure BDA0001914389180000171
Figure BDA0001914389180000181
由表4可见，对于各自的进水，低盐通量反渗透单元1的修正截留率为99.2％，第一高盐通量反渗透单元每个分组的修正截留率为51.0％，第二高盐通量反渗透单元每个分组的修正截留率为30％。采用实施例2的方法处理含盐量10,000mg/L的原水，能将原水浓缩到130,000mg/L，整个系统的产水盐含量为325mg/L。
实施例3
本实施所处理的原水的氯化钠浓度为50,000mg/L，体积流量为20m3/h。
对35000mg/L的NaCl盐水，在5.5MPa、25℃、8％回收率的操作条件下，所选择的低盐通量反渗透单元的修正截留率为99.2％；第一高盐通量反渗透单元、第二高盐通量反渗透单元的修正截留率均为89.3％。
将原水、单元产水B21和单元产水B22在第一水箱6汇合后，经第一高压泵4增压后进入低盐通量反渗透单元1中，在7.5MPa的操作压力下进行处理，得到单元浓水A1和系统产水，将系统产水排出系统；
使单元浓水A1进入第一高盐通量反渗透单元第一分组21中，在7.4MPa的操作压力下进行处理，得到单元浓水A21和单元产水B21，将单元产水B21循环至所述第一水箱6中；
使单元浓水A21进入第二高盐通量反渗透单元第一分组31中，在7.4MPa的操作压力下进行处理，得到系统浓水I和单元产水B31，单元产水B31循环至所述第二水箱7中，将系统浓水I排出系统；
将单元产水B31、单元产水B32在第二水箱7汇合后，经第二高压泵5增压后进入所述第一高盐通量反渗透单元第二分组22中，在7.4MPa的操作压力下进行处理，得到单元浓水A22和单元产水B22，单元产水B22循环至所述第一水箱6中；
使单元浓水A22进入第二高盐通量反渗透单元第二分组32中，在7.4MPa的操作压力下进行处理，得到系统浓水II和单元产水B32，单元产水B32循环至所述第二水箱7中，系统浓水II排出系统。
每处理1吨的原水，该反渗透系统的能耗为7.6度电。
该系统稳定运行时，各反渗透处理单元的进水、产水及浓水的流量及盐浓度如表5所示。
表5
Figure BDA0001914389180000191
Figure BDA0001914389180000201
由表5可见，对于各自的进水，低盐通量反渗透单元1反渗透膜元件构造成修正截留率为99.2％，第一高盐通量反渗透单元第一分组21、第二分组22分别构造成修正截留率为66.2％、61.5％；第二高盐通量反渗透单元第一分组31、第二分组32分别构造成修正截留率为44.6％、46.2％。采用实施例3的方法处理含盐量50,000mg/L的原水，能将原水浓缩到150,000mg/L，整个系统的产水盐含量为500mg/L。
对比例3
按照实施例3的方法对含盐水进行反渗透处理，所不同的是，
所选择的第二高盐通量反渗透单元第二分组替换为低盐通量反渗透单元的反渗透元件。
每处理1吨的原水，该反渗透系统的能耗为7.2度电。
该系统稳定运行时，各反渗透处理单元的进水、产水及浓水的流量及盐浓度如表6所示。
表6
Figure BDA0001914389180000202
Figure BDA0001914389180000211
由表6可见，对于各自的进水，低盐通量反渗透单元1的修正截留率为99.2％，第一高盐通量反渗透单元第一分组21、第二分组22的修正截留率为62.8％、72.9％；第二高盐通量反渗透单元第一分组31、第二分组32的修正截留率为45.4％、100％(由于所选用的低盐通量反渗透膜元件在操作压力下处理高浓度盐水时无法实现产水，故此处按全部截留理解)。与实施例3相比，该对比例既未达到实施例3的浓缩效果，而且单元3第二分组32无法正常运行，无端增加了投资成本。
对比例4
按照实施例3的方法对含盐水进行反渗透处理，所不同的是，将系统中的第二高盐通量反渗透单元各个分组均替换为低盐通量反渗透单元的反渗透膜元件(由表7可知，针对各自进水的修正截留率在此工艺条件下可以理解为是100％)。每处理1吨的原水，该反渗透系统的能耗为6.6度电。
该系统稳定运行时，各反渗透处理单元的进水、产水及浓水的流量及盐浓度如表7所示。
表7
种类 流量(m<sup>3</sup>/h) 含盐量(mg/L)
原水 20 50,000
单元1进水 27.4 45,000
系统产水 11.0 500
单元浓水A1 16.4 75,000
单元2第一分组21进水 16.4 75,000
单元产水B21 7.4 34,400
单元浓水A21 9.0 110,000
单元3第一分组31进水 9.0 110,000
单元产水B31 0 0
系统浓水I 9.0 110,000
单元2第二分组22进水 0 0
单元产水B22 0 0
单元浓水A22 0 0
单元3第二分组32进水 0 0
单元产水B32 0 0
系统浓水II 0 0
由上可见，将本发明的反渗透系统中的第二高盐通量反渗透单元均替换为低通量反渗透组件，在稳定运行状态，存在较对比例1更加严重的问题，所替换的反渗透单元以及单元2第二分组22均没有正常工作，白白增加的投资成本，没有得到理想的效果。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。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，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (20)

1.一种反渗透系统，其特征在于，所述反渗透系统包括：第一高压泵、低盐通量反渗透单元、第一高盐通量反渗透单元、第二高压泵和第二高盐通量反渗透单元；所述第一高盐通量反渗透单元包括第一高盐通量反渗透单元第一分组和第一高盐通量反渗透单元第二分组，所述第二高盐通量反渗透单元包括第二高盐通量反渗透单元第一分组和第二高盐通量反渗透单元第二分组；其中，
所述第一高压泵用于将原水、所述第一高盐通量反渗透单元第一分组产生的单元产水B21和所述第一高盐通量反渗透单元第二分组产生的单元产水B22增压后送至所述低盐通量反渗透单元处理，得到单元浓水A1和系统产水；
所述第一高盐通量反渗透单元第一分组用于处理所述单元浓水A1，得到单元浓水A21和单元产水B21；
所述第二高盐通量反渗透单元第一分组用于处理所述单元浓水A21，得到系统浓水I和单元产水B31；
所述第二高压泵用于将所述单元产水B31和所述第二高盐通量反渗透单元第二分组产生的单元产水B32增压后送至所述第一高盐通量反渗透单元第二分组处理，得到单元浓水A22和单元产水B22；
所述第二高盐通量反渗透单元第二分组用于处理所述单元浓水A22，得到系统浓水II和单元产水B32；
其中，所述第一高盐通量反渗透单元各分组的修正截留率≥所述第二高盐通量反渗透单元各分组的修正截留率。
2.根据权利要求1所述的反渗透系统，其中，针对35000mg/L的NaCl盐水，在5.5MPa、25℃和回收率8%的操作条件下，所述低盐通量反渗透单元的修正截留率不小于95%；所述第一高盐通量反渗透单元各分组、所述第二高盐通量反渗透单元各分组的修正截留率不小于70%。
3.根据权利要求2所述的反渗透系统，其中，针对35000mg/L的NaCl盐水，在5.5MPa、25℃和回收率8%的操作条件下，所述低盐通量反渗透单元的修正截留率不小于99%；所述第一高盐通量反渗透单元各分组、所述第二高盐通量反渗透单元各分组的修正截留率不小于80%。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的反渗透系统，其中，所述低盐通量反渗透单元对其进水的修正截留率不小于95%。
5.根据权利要求4所述的反渗透系统，其中，所述低盐通量反渗透单元对其进水的修正截留率不小于99%。
6.根据权利要求1-3中任意一项所述的反渗透系统，其中，所述第一高盐通量反渗透单元中各分组对各自进水的修正截留率分别为40-90%；和/或
所述第二高盐通量反渗透单元中各分组对各自进水的修正截留率为20-70%。
7.根据权利要求6所述的反渗透系统，其中，所述第一高盐通量反渗透单元中各分组对各自进水的修正截留率分别为50-70%；和/或
所述第二高盐通量反渗透单元中各分组对各自进水的修正截留率为30-50%。
8.一种含盐水的反渗透处理方法，其特征在于，该方法在反渗透系统中进行，所述反渗透系统包括：第一高压泵、低盐通量反渗透单元、第一高盐通量反渗透单元、第二高压泵和第二高盐通量反渗透单元；所述第一高盐通量反渗透单元包括第一高盐通量反渗透单元第一分组和第一高盐通量反渗透单元第二分组，所述第二高盐通量反渗透单元包括第二高盐通量反渗透单元第一分组和第二高盐通量反渗透单元第二分组；
该方法包括：将待处理的含盐水作为原水与来自所述第一高盐通量反渗透单元第一分组的单元产水B21、来自所述第一高盐通量反渗透单元第二分组的单元产水B22经所述第一高压泵增压后送至所述低盐通量反渗透单元中进行处理，得到单元浓水A1和系统产水；
将所述单元浓水A1送至所述第一高盐通量反渗透单元第一分组进行处理，得到单元浓水A21和单元产水B21；
将所述单元浓水A21送至所述第二高盐通量反渗透单元第一分组进行处理，得到系统浓水I和单元产水B31；
将所述单元产水B31和来自所述第二高盐通量反渗透单元第二分组的单元产水B32经所述第二高压泵增压后送至所述第一高盐通量反渗透单元第二分组进行处理，得到单元浓水A22和单元产水B22；
将所述单元浓水A22送至所述第二高盐通量反渗透单元第二分组进行处理，得到系统浓水II和所述单元产水B32；
其中，所述第一高盐通量反渗透单元各分组的修正截留率≥所述第二高盐通量反渗透单元各分组的修正截留率。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，针对35000mg/L的NaCl盐水，在5.5MPa、25℃和回收率8%的操作条件下，所述低盐通量反渗透单元的修正截留率不小于95%；所述第一高盐通量反渗透单元各分组、所述第二高盐通量反渗透单元各分组的修正截留率不小于70%。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，针对35000mg/L的NaCl盐水，在5.5MPa、25℃和回收率8%的操作条件下，所述低盐通量反渗透单元的修正截留率不小于99%；所述第一高盐通量反渗透单元各分组、所述第二高盐通量反渗透单元各分组的修正截留率不小于80%。
11.根据权利要求8-10中任意一项所述的方法，其中，所述低盐通量反渗透单元的操作压力为4-10MPa。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述低盐通量反渗透单元的操作压力为5.5-7.5MPa。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述低盐通量反渗透单元对其进水的修正截留率不小于95%。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述低盐通量反渗透单元对其进水的修正截留率不小于99%。
15.根据权利要求8-10中任意一项所述的方法，其中，所述第一高盐通量反渗透单元各个分组的操作压力分别为4-10MPa；和/或
所述第二高盐通量反渗透单元中各分组的操作压力分别为4-10MPa。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述第一高盐通量反渗透单元各个分组的操作压力分别为5.5-7.5MPa；和/或
所述第二高盐通量反渗透单元中各分组的操作压力分别为5.5-7.5MPa。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述第一高盐通量反渗透单元中各分组对其进水的修正截留率分别为40-90%；和/或
所述第二高盐通量反渗透单元中各分组对各自进水的修正截留率为20-70%。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述第一高盐通量反渗透单元中各分组对其进水的修正截留率分别为50-70%；和/或
所述第二高盐通量反渗透单元中各分组对各自进水的修正截留率为30-50%。
19.根据权利要求8所述的方法，其中，作为所述低盐通量反渗透单元的进水，所述单元产水B21、单元产水B22流量的体积比为1：0.15-0.45。
20.根据权利要求8所述的方法，其中，作为所述第一高盐通量反渗透单元第二分组的进水，所述单元产水B31、单元产水B32流量的体积比为1：0.15-0.55。
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