CN111994999A - 一种正渗透耦合反渗透的浓缩系统及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种正渗透耦合反渗透的浓缩系统及其使用方法，涉及渗透技术领域，可在常规操作压力下，提升反渗透单元的浓缩极限，降低反渗透单元的能耗和成本，增加正渗透单元对含盐水的水回收率。正渗透耦合反渗透的浓缩系统，包括正渗透单元组和反渗透单元组，反渗透单元组包括至少两个反渗透单元，至少两个反渗透单元沿滤液流通方向串联设置，相邻的反渗透单元中位于下游的反渗透单元的修正截留率大于位于上游的反渗透单元的修正截留率，正渗透单元组连通有含盐水和汲取液，含盐水中的水分在渗透压的作用下移动至汲取液一侧，经正渗透单元作用后，携带含盐水中水分的汲取液经流入反渗透单元组内。本发明用于含盐水脱盐处理。
Description
技术领域
本发明涉及反渗透技术领域，尤其涉及一种正渗透耦合反渗透的浓缩系统及其使用方法。
背景技术
水资源尤其是淡水资源的短缺和污染是全球环境面临的重大问题，海水淡化、含盐水脱盐、污水废水循环利用等是解决水资源匮乏的重要发展方向。其中，利用膜技术的反渗透技术在海水淡化或者含盐水脱盐处理中占据越来越重要的地位。
现有技术提供了一种正渗透耦合反渗透系统，如图1所示，包括正渗透单元01、反渗透单元02、含盐水蓄水池03和汲取液蓄水池04，正渗透单元01采用溶解度较高的、不易挥发的盐类做汲取液，将清水吸入产水侧，再通过反渗透单元02将稀释后的汲取液进行浓缩，得到浓缩的汲取液和产品水。正渗透单元01对含盐水的浓缩极限受到反渗透单元02浓缩极限的限制，为了提升反渗透单元02的浓缩极限，一般采用超高压反渗透的方式进行反渗透浓缩；含盐水蓄水池03用于储存待处理的含盐水，汲取液蓄水池04用于储存汲取液。
但是，上述正渗透耦合反渗透系统，在常规操作压力条件下，反渗透单元的浓缩极限较低，使正渗透单元对含盐水的浓缩极限较低，导致含盐水的水回收率较低；而如果采用超高压反渗透的方式增加系统的浓缩极限，会极大的增加能耗和成本。
发明内容
本发明的实施例提供了一种正渗透耦合反渗透的浓缩系统及其使用方法，可在常规操作压力下，提升反渗透单元的浓缩极限，增加正渗透单元对含盐水的水回收率；在相同浓缩极限下，降低反渗透单元的能耗和成本。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
一方面，本发明实施例提供了一种正渗透耦合反渗透的浓缩系统，该系统包括正渗透单元组和反渗透单元组，正渗透单元组连通有含盐水和汲取液，正渗透单元组具有汲取液出液口，反渗透单元组具有进液口，正渗透单元的汲取液出液口与反渗透单元组的进液口连通，以使经正渗透单元作用后，携带了含盐水中水分的汲取液可经过正渗透单元的汲取液出液口和反渗透单元组的进液口流入反渗透单元组内；反渗透单元组包括至少两个反渗透单元，至少两个反渗透单元沿反渗透单元的滤液流通方向串联设置，构成梯级反渗透，每相邻的两个反渗透单元中位于下游的反渗透单元的修正截留率大于位于上游的反渗透单元的修正截留率。
可选择的，正渗透单元组包括一个正渗透单元，反渗透单元组包括两个反渗透单元，每个反渗透单元都包括进液口、未滤液出口和滤液出口，两个反渗透单元沿反渗透单元滤液的流通方向依次为第一反渗透单元和第二反渗透单元；
第一反渗透单元的进液口也正渗透单元组的汲取液出液口连通，第一反渗透单元的未滤液出口与汲取液连通，第一反渗透单元的滤液出口与第二反渗透单元的进液口连通，第二反渗透单元的未滤液出口与第一反渗透单元的进液口连通，第二反渗透单元的滤液出口即为产品水出口。
可选择的，第一反渗透单元的修正截留率为40％～90％，第二反渗透单元的修正截留率大于95％。
可选择的，第一反渗透单元的操作压力为4MPa～10MPa，第二反渗透单元的操作压力4MPa～10MPa。
可选择的，反渗透单元组包括三个反渗透单元，每个反渗透单元都包括进液口、未滤液出口和滤液出口，沿反渗透单元滤液的流通方向依次为第一反渗透单元、第二反渗透单元以及第三反渗透单元；
第一反渗透单元的进液口与正渗透单元组的汲取液出液口连通，第一反渗透单元的未滤液出口与汲取液连通，第一反渗透单元的滤液出口与第二反渗透单元的进液口连通，第二反渗透单元的未滤液出口与第一反渗透单元的进液口连通，第二反渗透单元的滤液出口与第三反渗透单元的进液口连通，第三反渗透单元的未滤液出口与第二反渗透单元的进液口相连，第三反渗透单元的滤液出口即为产品水出口。
可选择的，第一反渗透单元的修正截留率为20％～70％；第二反渗透单元的修正截留率为40％～90％；第三反渗透单元的修正截留率大于95％。
可选择的，第一反渗透单元的操作压力为4MPa～10MaPa；第二反渗透单元的操作压力为4MPa～10MPa；第三反渗透单元的操作压力为4MPa～10MPa。
进一步的，正渗透单元还具有含盐水蓄水池、含盐水进液口、含盐水出液口，以及汲取液进液口和汲取液蓄水池；
所述含盐水进液口与所述含盐水蓄水池连通，所述汲取液进液口与所述汲取液蓄水池连通。
进一步的，含盐水蓄水池和正渗透单元的含盐水进液口之间设置有第一进料泵，汲取液蓄水池与正渗透单元的汲取液进液口之间设置有第二进料泵。
进一步的，反渗透单元组内的每个反渗透单元的进液口之前设置有进水调节池，在进水调节池和与之连通的反渗透单元的进液口之间内设置有高压泵。
进一步的，正渗透单元组的每个正渗透单元内都包括至少一支膜元件，当膜元件为多个时，多个膜元件以串联形式连接；
反渗透单元组的每个反渗透单元内都包括至少一支膜元件，当膜元件为多个时，多个膜元件以串联形式连接。
进一步的，正渗透单元组的正渗透单元内的膜元件为平板膜、中空纤维膜和卷式膜中的任意一种或者多种；正渗透单元内的膜元件为复合膜或单层膜；
反渗透单元组的每个反渗透单元内的膜元件都为平板膜、中空纤维膜、碟管式反渗透膜和卷式反渗透膜中的任意一种或者多种；多个所述反渗透单元内的膜元件为单层膜或者复合膜。
进一步的，正渗透单元组的含盐水蓄水池之前设有含盐水预处理单元，含盐水预处理单元包括软化、超滤等。
本发明实施例提供的正渗透耦合反渗透的浓缩系统，包括正渗透单元组和反渗透单元组，正渗透单元组连通有含盐水和汲取液，正渗透单元组内的汲取液的渗透压远高于含盐水的渗透压，以使含盐水中的水分在渗透压的作用下移动至汲取液一侧。正渗透单元组具有汲取液出液口，反渗透单元组具有进液口，正渗透单元的汲取液出液口与反渗透单元组的进液口连通，携带了含盐水中水分的被稀释后的汲取液经过正渗透单元的汲取液出液口和反渗透单元组的进液口流入反渗透单元组内，进而将含盐水中的水分转移到反渗透单元组内。反渗透单元组包括至少两个反渗透单元，至少两个反渗透单元沿反渗透单元滤液的流通方向串联设置，构成梯级反渗透，逐步的将溶于汲取液中的含盐水的水分分离出来，得到合格的产品水。每相邻的两个反渗透单元中位于下游的反渗透单元的修正截留率大于位于上游的反渗透单元的修正截留率，以使位于下游的反渗透单元能够进一步的对位于上游的反渗透单元的滤液进行反渗透作用，提升整个反渗透单元组的浓缩极限，提升汲取液的浓度，进而提升含盐水的水分回收率。相较于现有技术中只含有一个反渗透单元的正渗透耦合反渗透系统，本发明实施例提供的正渗透耦合反渗透的浓缩系统的反渗透单元组包括至少两个反渗透单元，且至少两个反渗透单元沿反渗透单元的滤液流通方向串联设置，使至少两个反渗透单元构成梯级反渗透，以梯级反渗透的方式实现提升反渗透单元的浓缩极限，进而增加正渗透单元对含盐水的水回收率；实现在相同浓缩极限的要求下，降低对反渗透单元的操作压力需求，降低系统的能耗和成本。
另一方面，本发明实施例还提供了一种上述正渗透耦合反渗透的浓缩系统的使用方法，方法包括：
将含盐水和汲取液进入正渗透单元组内，在渗透压作用下，含盐水中的水分转移到汲取液内，获得被浓缩的含盐水和被稀释的汲取液；被稀释的汲取液通入反渗透单元组的上游反渗透单元内，获得上游滤液和上游未滤液；上游滤液通入下游反渗透单元内，获得下游滤液和下游未滤液；下游滤液继续通入下游反渗透单元内，反渗透单元组的最下游的反渗透单元获得的滤液为产品水。
进一步的，正渗透单元组获得的被浓缩的含盐水排出正渗透耦合反渗透的浓缩系统；上游反渗透单元获得的上游未滤液与汲取液混合均匀后通入正渗透单元组内；下游反渗透单元获得的下游未滤液通入与下游反渗透单元连接的上游反渗透单元内。
本发明实施例的正渗透耦合反渗透的浓缩系统的使用方法，由于使用了上述的正渗透耦合反渗透的浓缩系统，可以实现在较低的操作压力下提升反渗透单元组的浓缩极限的目的，在常规操作环境下，通过串联设置的多个第二反渗透单元，提升第一反渗透单元得到的未滤液的浓度，降低了反渗透单元组的耗能和运行成本；同时提升正渗透单元内汲取液与含盐水之间的渗透压差，使得汲取液可以从含盐水中提取吸收更多的水分，进而提升正渗透单元组的水回收率。
附图说明
图1为现有技术的正渗透耦合反渗透系统的结构示意图；
图2为本发明实施例的反渗透单元组包含两个反渗透单元时的正渗透耦合反渗透的浓缩系统的结构示意图；
图3为本发明实施例的反渗透单元组包含三个反渗透单元时反渗透单元组的结构示意图；
图4为本发明实施例的提取含盐水水分的方法的步骤流程图。
附图标记：
01-正渗透单元；02-反渗透单元；03-含盐水蓄水池；04-汲取液蓄水池；1-正渗透单元组；11-正渗透单元；2-反渗透单元组；21-反渗透单元；211-第一反渗透单元；212-第二反渗透单元；213-第三反渗透单元；3-含盐水蓄水池；4-汲取液蓄水池。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明实施例提供了一种正渗透耦合反渗透的浓缩系统，如图2所示，该系统包括正渗透单元组1和反渗透单元组2，正渗透单元组1连通有含盐水和汲取液，正渗透单元组1具有汲取液出液口，反渗透单元组2具有进液口，正渗透单元组1的汲取液出液口与反渗透单元组2的进液口连通，以使经过正渗透作用后，携带含盐水中水分的汲取液经过正渗透单元组1的汲取液出液口和反渗透单元组2的进液口流入反渗透单元组2内；反渗透单元组2包括至少两个反渗透单元21，至少两个反渗透单元21沿反渗透单元21滤液的流通方向串联设置，构成梯级反渗透，每相邻的两个反渗透单元21中位于下游的反渗透单元21的修正截留率大于位于上游的反渗透单元21的修正截留率。
本发明实施例提供的正渗透耦合反渗透的浓缩系统，如图2所示，包括正渗透单元组1和反渗透单元组2，正渗透单元组1连通有含盐水和汲取液，正渗透单元组1内的汲取液的渗透压远高于含盐水的渗透压，以使含盐水中的水分在渗透压的作用下移动至汲取液一侧。正渗透单元组1具有汲取液出液口，反渗透单元组2具有进液口，正渗透单元组1的汲取液出液口与反渗透单元组2的进液口连通，经过正渗透作用后，携带了含盐水中水分的被稀释后的汲取液经过正渗透单元组1的汲取液出液口和反渗透单元组2的进液口流入反渗透单元组2内，可将含盐水中的水分转移到反渗透单元组2内。反渗透单元组2包括至少两个反渗透单元21，至少两个反渗透单元21沿反渗透单元21的滤液流通方向串联设置，构成梯级反渗透，逐步的将溶于汲取液中的含盐水的水分分离出来，得到合格的产品水。每相邻的两个反渗透单元21中位于下游的反渗透单元21的修正截留率大于位于上游的反渗透单元的21修正截留率，以使位于下游的反渗透单元21能够进一步的对位于上游的反渗透单元21的滤液进行反渗透作用，提升整个反渗透单元组2的浓缩极限，提升汲取液的浓度，进而提升含盐水的水分回收率。相较于现有技术中只含有一个反渗透单元02的正渗透耦合反渗透系统，本发明实施例提供的正渗透耦合反渗透的浓缩系统的反渗透单元组2包括至少两个反渗透单元21，且至少两个反渗透单元21沿反渗透单元21的滤液流通方向串联设置，使至少两个反渗透单元21构成梯级反渗透，以梯级反渗透的方式实现提升反渗透单元组2的浓缩极限，进而增加正渗透单元组1对含盐水的水回收率；实现在相同浓缩极限的要求下，降低对反渗透单元组2的操作压力需求，降低系统的能耗和成本。
需要说明的是，滤液是指，经过反渗透单元21作用后，流出的含盐浓度变低的稀释液；未滤液是指，经过反渗透单元21作用后，流出的含盐浓度变高的浓缩液。
实施例一
本发明实施的正渗透耦合反渗透的浓缩系统，如图2所示，正渗透单元组1包括一个正渗透单元11，反渗透单元组2包括两个反渗透单元21，两个反渗透单元21沿反渗透单元21的滤液流通方向依次为第一反渗透单元211和第二反渗透单元212，每个反渗透单元21都包括进液口、未滤液出口和滤液出口。第一反渗透单元211的进液口与正渗透单元11的汲取液出液口连通，以使经过正渗透作用后携带含盐水水分的汲取液进入反渗透单元组2中。第一反渗透单元211的修正截留率较低，以使第一反渗透单元211可得到浓度与汲取液浓度相同的未滤液，未滤液出口与汲取液连通，使汲取液在系统中的流向构成一个循环，不需要持续不断的向系统内添加汲取液，降低系统的使用成本。第一反渗透单元211的滤液出口与第二反渗透单元212的进液口连通，对经过第一反渗透单元211的滤液进行进一步反渗透，从而得到产品水。第二反渗透单元212的未滤液出口与第一反渗透单元211的进液口连通，将第二反渗透单元212产生的浓度较高的未滤液重新进行反渗透加以利用，不仅可以提升汲取液的利用率，还能增加最终产水的量，提升系统的含盐水和汲取液的利用率。第二反渗透单元212的滤液出口即为产品水出口。
当反渗透单元21为两个时，根据工艺需求，包括所过滤的滤液以及汲取液的选择等诸多因素，含盐水可以是各种价态的盐，例如：氯化钠(NaCl)盐溶液；氯化钾溶液；硫酸钠溶液；氯化镁溶液；或者多种混合溶液。第一反渗透单元211的修正截留率为40％～90％，优选的，第一反渗透单元211的修正截留率为50％～80％，第二反渗透单元212的修正截留率大于95％，优选的，第二反渗透单元212的修正截留率大于99.5％。
正渗透耦合反渗透的浓缩系统在运行过程中，第一反渗透单元211的操作压力为4MPa～10MPa，第二反渗透单元212的操作压力为4MPa～10MPa；优选的，第一反渗透单元211和/或第二反渗透单元212的操作压力为5.5MPa～7.5MPa。为获取相同高浓度的未滤液，现有技术通常采用高压反渗透或者超高压反渗透的方式获得，其操作压力通常为大于12MPa，相较于现有技术，本发明实施例的正渗透耦合反渗透的浓缩系统的操作压力属于低压操作，系统的操作和运行成本更低，反渗透单元组2可在较低的操作压力下，获得高浓度的未滤液，提升了反渗透单元组2的浓缩极限。较高浓度的未滤液作为正渗透单元组1的汲取液参与正渗透单元组1对含盐水水分的回收，可提升含盐水的水资源利用率，并且提升正渗透单元组1的工作效率。
需要说明的是，本发明实施例中的修正截留率是指：针对35000mg/L的氯化钠溶液(NaCl盐水)，在5.5MPa、25℃和回收率8％的操作条件下，测得的截留率。应当理解的是，修正截留率根据未滤液的浓度、操作条件的变化而不同。例如，在相同的操作条件下，若是针对70000mg/L的NaCl盐水，同一反渗透单元21的修正截留率会低于其处理35000mg/L的NaCl盐水的修正截留率。
实施例二
与实施例一不同的是，本发明实施例的正渗透耦合反渗透的浓缩系统，如图3所示，反渗透单元组2包括三个反渗透单元21，沿反渗透单元组2的滤液流通方向依次为第一反渗透单元211、第二反渗透单元212以及第三反渗透单元213，每个反渗透单元21都包括进液口、未滤液出口和滤液出口；第一反渗透单元211的进液口与正渗透单元组1的汲取液出液口连通，第一反渗透单元211的未滤液出口与汲取液连通，第一反渗透单元211的滤液出口与第二反渗透单元212的进液口连通，第二反渗透单元212的未滤液出口与第一反渗透单元211的进液口连通，第二反渗透单元212的滤液出口与第三反渗透单元213的进液口连通，第三反渗透单元213的未滤液出口与第二反渗透单元212的进液口相连，第三反渗透单元213的滤液出口即为产品水出口。
与实施例一相似的，当反渗透单元21的数量为三个时，根据工艺需求，第一反渗透单元211的修正截留率为20％～70％，优选的，第一反渗透单元211的修正截留率为30％～50％；第二反渗透单元212的修正截留率为40％～90％，优选的，第二反渗透单元212的修正截留率为50％～80％；第三反渗透单元213的修正截留率大于95％，优选的，第三反渗透单元213的修正截留率大于95％。
第一反渗透单元211的操作压力为4MPa～10MaPa；第二反渗透单元212的操作压力为4MPa～10MPa；第三反渗透单元212的操作压力为4MPa～10MPa；优选的，第一反渗透单元211、第二反渗透单元212以及第三反渗透单元213中的任一个或者多个的操作压力为5.5MPa～7.5MPa。
需要说明的是，本发明实施例中的修正截留率是指：针对35000mg/L的氯化钠溶液(NaCl盐水)，在5.5MPa、25℃和回收率8％的操作条件下，测得的截留率。应当理解的是，修正截留率根据未滤液的浓度、操作条件的变化而不同。例如，在相同的操作条件下，若是针对70000mg/L的NaCl盐水，同一反渗透单元21的修正截留率会低于其处理35000mg/L的NaCl盐水的修正截留率。
与实施例一相比，本发明实施例增加的第三反渗透单元213可以进一步的提升反渗透单元组2对汲取液的浓缩极限。具体的，反渗透单元21的数量可以根据实际需求设置，不仅限于两个或者三个数量的反渗透单元21，也可以设置四个、五个或者更多数量的反渗透单元21；在相同的运行条件下，随着设置的反渗透单元21的数量的增加，反渗透单元组2对汲取液的浓缩极限增加，提升反渗透单元组2得到的汲取液浓度，进而提升正渗透单元组1的含盐水和汲取液之间的渗透压，增加含盐水向汲取液进行水分转移的动力，进而提升含盐水的水分回收率。但是，一般的，汲取液的溶质在溶剂内的溶解度存在一定的极限，当汲取液的浓度上升到一定程度后，即使增加反渗透单元21的数量也不会对汲取液的浓缩极限产生更大的提升，而且会增加系统的制造成本，因此，一般的，设置两个或者三个反渗透单元21即可满足绝大多数的使用需求。
可以根据需求，设置不同数量的反渗透单元21，不仅限于两个或者三个数量的反渗透单元21。
正渗透单元11具有含盐水蓄水池3、含盐水进液口、含盐水出液口，以及汲取液进液口和汲取液蓄水池4；如图2所示，含盐水蓄水池3位于正渗透单元组1的含盐水进液口之前，含盐水蓄水池3用于储存待处理的含盐水；汲取液蓄水池4位于正渗透单元组1的汲取液进液口之前，汲取液蓄水池4用于存储汲取液。
含盐水由含盐水进液口进入正渗透单元11，经过正渗透作用后的含盐水经过含盐水出液口排出，汲取液经汲取液进液口通入正渗透单元11内，经过正渗透作用后携带了含盐水中水分的汲取液经过正渗透单元11的汲取液出液口排出并经过反渗透单元组2的进液口流入反渗透单元组2内，具体的，进入第一反渗透单元211内。经过第一反渗透单元211处理后得到的未滤液浓度与汲取液的浓度相同，并将上述未滤液直接通入汲取液蓄水池4内，与汲取液蓄水池4内的汲取液混合均匀，以待进一步输送至正渗透单元11内，实现汲取液的循环利用。含盐水蓄水池3和汲取液蓄水池4内会存储着一定量的含盐水或者汲取液，可有效的控制进入正渗透单元组1内的液体流量，防止某一单元液体流量的变化对正渗透单元组1的运行造成不良影响。
含盐水蓄水池3和正渗透单元组1的含盐水进液口之间设置有第一进料泵，汲取液蓄水池4与正渗透单元组1的汲取液进口之间设置有第二进料泵。第一进料泵可将含盐水泵入正渗透单元组1的内，第二进料泵可将汲取液泵入正渗透单元组1内，第一进料泵不对正渗透单元组1的含盐水侧提供压力，或者正渗透单元组1的含盐水进水压力小于1MPa(一兆帕)。
多个反渗透单元21的进液口之前设置有进水调节池。如图2或图3所示，反渗透单元21的进液口前管路较多，设置的进水调节池可将来源不同的待处理液体进行充分混合。进水调节池与含盐水蓄水池3和汲取液蓄水池4相似的，会在进水调节池内维持一定的水量，可有效的控制进入反渗透单元21内的液体流量，防止管道内的流量波动对系统运行造成不良的影响。进水调节池和与之相连通的反渗透单元21的进液口之间内设有高压泵，高压泵用于提升进入反渗透单元21内的未滤液的进液水压，进而提升反渗透单元21的工作效率。
正渗透单元组1的每个正渗透单元11内都包括至少一支膜元件，当膜元件为多个时，多个膜元件以串联形式连接。反渗透单元组2的每个反渗透单元21内都包括至少一支膜元件，当膜元件为多个时，多个膜元件以串联形式连接。
正渗透单元内11的膜元件为平板膜、中空纤维膜、或者卷式膜中的任意一种或者多种；正渗透单元内11的膜元件为复合膜或单层膜。多个反渗透单元内21的膜元件为平板膜、中空纤维膜、卷式反渗透膜、碟管式反渗透膜中的任意一种或者多种；多个反渗透单元21内的膜元件为单层膜或者复合膜。
正渗透单元组1的含盐水蓄水池3之前设有预处理单元，预处理单元包括但不仅限于软化和超滤。预处理单元用于对待进入含盐水蓄水池3的含盐水进行预处理，使含盐水满足正渗透工艺的需求。
需要说明的是，为了提升含盐水水资源的回收效率，或者处理大流量的含盐水时，可同时并联多个正渗透单元组1，以及并联多个反渗透单元组2，例如，当需要处理每小时二十吨流量的含盐水时，设计时，可并联两个正渗透单元组1，同时并联两个反渗透单元组2，以增加单位时间内的含盐水的处理量。
参照图2，第一进料泵将含盐水蓄水池3内的海水泵入正渗透单,11的含盐水一侧，同时第二进料泵将汲取液蓄水池4内的汲取液泵入正渗透单元11的汲取液一侧。正渗透单元11汲取液侧的渗透压远大于海水侧的渗透压，在渗透压的作用下，海水内的水分从正渗透单元11的含盐水一侧移动到汲取液一侧，此过程以正渗透单元11的含盐水和汲取液两侧的渗透压为动力进行，随着汲取液吸收海水中水分的增加，正渗透单元11的含盐水侧和汲取液侧之间的渗透压差逐渐减小，汲取液吸收海水速度降低，之后，将含盐水侧浓缩后的海水从正渗透单元11的含盐水出液口排除水，将汲取液侧稀释后的汲取液从正渗透单元11的汲取液出液口排除，并送入位于第一反渗透单元211之前的进水调节池内。再次向正渗透单元11的含盐水侧通入海水，向汲取液侧通入汲取液，进行下一次正渗透过程。
进入第一反渗透单元211之前的进水调节池内的被稀释后的汲取液，经过第一高压泵提升压力后，从第一反渗透单元211的进液口处泵入第一反渗透单元211内，经第一反渗透单元211处理后，在第一反渗透单元211的未滤液出口处得到浓缩后的汲取液，并将得到的汲取液通入汲取液蓄水池4内备用；在第一反渗透单元211的滤液出口处得到的低含盐量的产品水。
为了进一步降低产品水中的含盐量，提升产品水的品质，将第一反渗透单元211的产品水通入第二反渗透单元212之前的进水调节池内，经第二高压泵提升压力后，从第二反渗透单元212的进液口处进入第二反渗透单元212内，经过第二反渗透单元212处理后，在第二反渗透单元212的未滤液出口处得到浓缩后的含盐水，在第二反渗透单元212的滤液出口处得到进一步脱盐处理的高品质产品水。为了增加水资源的利用率，将在第二反渗透单元212的滤液出口处得到的浓缩后的含盐水通入位于第一反渗透单元211进液口前的进水调节池内，并与正渗透单元11得到的被稀释后的汲取液混合均匀，等待进入第一反渗透单元211内处理。
其中，根据工艺要求，第一反渗透单元211运行过程中修正截留率R小于95％，优选的，第一反渗透单元211运行过程中修正截留率R大于40％且小于80％；第二反渗透单元212运行过程中修正截留率R大于95％，优选的，第二反渗透单元211运行过程中修正截留率R大于99％，更优选的，第二反渗透单元211运行过程中修正截留率R大于99.5％。
汲取液可以选择盐度为1～25％的氯化钠溶液，优选的，汲取液选择盐度为10～22％的氯化钠溶液。
海水通过第一进料泵泵入正渗透单元11的含盐水侧的进水压力小于1MPa，优选的，所述进水压力小于0.5MPa。
第一反渗透单元211和第二反渗透单元212的高压泵提供的操作压力为1～14MPa，优选的，所述操作压力为3～10MPa，更优选的，所述操作压力为5～8MPa。
需要说明的是，当操作压力为8MPa一下时，反渗透单元21采用常规卷式反渗透膜；当操作压力为8～12MPa时，反渗透单元21采用高压卷式反渗透膜；当操作压力为8～14MPa时，反渗透单元21采用碟管式反渗透膜。
另一方面，本发明实施例还提供了一种上述正渗透耦合反渗透的浓缩系统的使用方法，所述方法包括：含盐水和汲取液进入正渗透单元组1内，在渗透压作用下，含盐水中的水分转移到汲取液内，获得被浓缩的含盐水和被稀释的汲取液；被稀释的汲取液通入反渗透单元组2的上游反渗透单元21内，获得上游滤液和上游未滤液；上游滤液通入下游反渗透单元21内，获得下游滤液和下游未滤液；下游滤液继续通入下游反渗透单元21内，反渗透单元组2的最下游的反渗透单元21获得的滤液为产品水。
正渗透单元组1获得的被浓缩的含盐水排出正渗透耦合反渗透的浓缩系统；上游反渗透单元21获得的上游未滤液与汲取液混合均匀后通入正渗透单元组1内；下游反渗透单元21获得的下游未滤液通入与下游反渗透单元连接的上游反渗透单元内。
具体的，如图4所示，上述正渗透耦合反渗透的浓缩系统的使用方法包括以下步骤：
步骤S1，将含盐水和汲取液进入正渗透单元组内，在渗透压作用下，含盐水中的水分转移到汲取液内，获得被浓缩的含盐水和被稀释的汲取液；
步骤S2，正渗透单元组获得的被稀释的汲取液通入反渗透单元组的上游反渗透单元内，获得上游滤液和上游未滤液；
步骤S21，正渗透单元组获得的被浓缩的含盐水排出正渗透耦合反渗透的浓缩系统；
步骤S3，上游滤液通入下游反渗透单元内，获得下游滤液和下游未滤液；
步骤S31，上游反渗透单元获得的上游未滤液与汲取液混合均匀后通入正渗透单元组内；
步骤S4，下游滤液继续通入下游反渗透单元内，反渗透单元组的最下游的反渗透单元获得的滤液为产品水；
步骤S41，下游反渗透单元获得的下游未滤液通入与下游反渗透单元连接的上游反渗透单元内。
本发明实施例的正渗透耦合反渗透的浓缩系统的使用方法，正渗透单元组1获得的被稀释的汲取液，依次通过多级串联设置的反渗透单元21，在较低的操作压力下，提升反渗透单元组2的浓缩极限，降低生产成本，同时，提升最上游反渗透单元21获得的未滤液的浓度，从而正渗透单元内汲取液与含盐水之间的渗透压差，使得汲取液可以从含盐水中提取吸收更多的水分，进而提升正渗透单元组的水回收率。
本发明实施例的提取含盐水水分的方法，由于使用了上述的正渗透耦合反渗透的浓缩系统，高压泵为进入第一反渗透单元211和第二反渗透单元212提供的操作压力为4MPa～10MPa，实现在较低的操作压力下提升反渗透单元组2的浓缩极限得目的，在常规操作环境下，通过串联设置的第一反渗透单元211和第二反渗透单元212，提升第一反渗透单元211得到的未滤液的浓度，降低了反渗透单元组2的耗能和运行成本；同时提升正渗透单元11汲取液侧与含盐水侧的渗透压差，使得汲取液可以从含盐水中提取吸收更多的水分，进而提升正渗透单元组1的水回收率。
需要说明的是，根据工艺需求，反渗透单元组2内的各个反渗透单元21的操作压力为4MPa～10MPa，串联设置的多个反渗透单元21，沿着滤液流通方向下游的反渗透单元的修正截留率大于位于上游的反渗透单元的修正截留率，其中最后一级反渗透单元21的修正截留率，优选的，大于99.5％。
以下为基于本发明实施例提供的正渗透耦合反渗透的浓缩系统的使用方法进行的从海水中提取淡水的示例，简要说明本发明实施例的正渗透耦合反渗透的浓缩系统设置一个正渗透单元11和两个反渗透单元21时的工作过程：
示例1：
在示例1中，待处理的海水浓度为30000mg/L，体积流量为20m3/h，通过图2所示的系统处理，汲取液为100000mg/L的氯化钠盐水，反渗透单元21的操作压力为6.5MPa。系统稳定运行时，各单元的进料出料的流量和盐度如下表所示。
需要说明的是，本发明实施例的正渗透耦合反渗透的浓缩系统，适用于各种含盐水的淡水提取或者液体浓缩，液体的溶剂可以是水，也可以是其它溶剂，例如醇类，液体的溶质可以是盐类，例如氧化纳，氯化镁，硫酸锂，氯化锂等，也可以是小分子有机物。
在本说明书的描述中，具体特征、结构或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (15)
1.一种正渗透耦合反渗透的浓缩系统，用于海水淡化或者含盐水脱盐处理，其特征在于，所述系统包括正渗透单元组和反渗透单元组，所述正渗透单元组连通有含盐水和汲取液，所述正渗透单元组具有汲取液出液口，所述反渗透单元组具有进液口，所述正渗透单元的汲取液出液口与所述反渗透单元组的进液口连通，以使经正渗透单元作用后，携带了含盐水中水分的被稀释后的汲取液可经过正渗透单元的汲取液出液口以及反渗透单元组的进液口流入反渗透单元组内；
所述反渗透单元组包括至少两个反渗透单元，所述至少两个反渗透单元沿反渗透单元的滤液流通方向串联设置，构成梯级反渗透，每相邻的两个所述反渗透单元中位于下游的反渗透单元的修正截留率大于位于上游的所述反渗透单元的修正截留率。
2.根据权利要求1所述的正渗透耦合反渗透的浓缩系统，其特征在于，所述正渗透单元组包括一个正渗透单元，所述反渗透单元组包括两个反渗透单元，每个反渗透单元都包括进液口、未滤液出口和滤液出口，沿反渗透单元的滤液流通方向依次为第一反渗透单元和第二反渗透单元；
所述第一反渗透单元的进液口与所述正渗透单元的汲取液出液口连通，所述第一反渗透单元的未滤液出口与所述第一反渗透单元的汲取液进液口连通，所述第一反渗透单元的滤液出口与所述第二反渗透单元的进液口连通，所述第二反渗透单元的未滤液出口与所述第一反渗透单元的进液口连通，所述第二反渗透单元的滤液出口为产品水出口。
3.根据权利要求2所述的正渗透耦合反渗透的浓缩系统，其特征在于，所述第一反渗透单元的正截留率为40％～90％，所述第二反渗透单元的修正截留率为大于95％。
4.根据权利要求3所述的正渗透耦合反渗透的浓缩系统，其特征在于，所述第一反渗透单元的操作压力为4MPa～10MPa，所述第二反渗透单元的操作压力4MPa～-10MPa。
5.根据权利要求1所述的正渗透耦合反渗透的浓缩系统，其特征在于，所述正渗透单元组包括一个正渗透单元，所述反渗透单元组包括三个反渗透单元，每个反渗透单元都包括进液口、未滤液出口和滤液出口，三个反渗透单元沿反渗透单元的滤液流通方向依次为第一反渗透单元、第二反渗透单元以及第三反渗透单元；
所述第一反渗透单元的进液口与所述正渗透单元的汲取液出液口连通，所述第一反渗透单元的未滤液出口与所述第一反渗透单元的汲取液进液口连通，所述第一反渗透单元的滤液出口与所述第二反渗透单元的进液口连通，所述第二反渗透单元的未滤液出口与所述第一反渗透单元的进液口连通，所述第二反渗透单元的滤液出口与所述第三反渗透单元的进液口连通，所述第三反渗透单元的未滤液出口与所述第二反渗透单元的进液口相连，所述第三反渗透单元的滤液出口为产品水出口。
6.根据权利要求5所述的正渗透耦合反渗透的浓缩系统，其特征在于，所述第一反渗透单元的修正截留率为20％～70％；所述第二反渗透单元的修正截留率为40％～90％；所述第三反渗透单元的修正截留率大于95％。
7.根据权利要求6所述的正渗透耦合反渗透的浓缩系统，其特征在于，所述第一反渗透单元的操作压力4MPa～10MaPa；所述第二反渗透单元的操作压力4MPa～10MPa；所述第三反渗透单元的操作压力4～10MPa。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的正渗透耦合反渗透的浓缩系统，其特征在于，所述正渗透单元组还具有含盐水蓄水池、含盐水进液口、含盐水出液口，以及汲取液进液口和汲取液蓄水池；
所述含盐水进液口与所述含盐水蓄水池连通，所述汲取液进液口与所述汲取液蓄水池连通。
9.根据权利要求8所述的正渗透耦合反渗透的浓缩系统，其特征在于，所述含盐水蓄水池和所述含盐水进液口之间设置有第一进料泵，所述汲取液蓄水池与所述汲取液进液口之间设置有第二进料泵。
10.根据权利要求9所述的正渗透耦合反渗透的浓缩系统，其特征在于，多个所述反渗透单元的所述进液口之前设置有进水调节池，所述进水调节池与之相连通的所述反渗透单元的所述进液口之间内设置有高压泵。
11.根据权利要求10所述的正渗透耦合反渗透的浓缩系统，其特征在于，所述正渗透单元组的每个所述正渗透单元内都包括至少一支膜元件，当所述膜元件为多个时，多个所述膜元件以串联形式连接；
所述反渗透单元组的每个所述反渗透单元内都包括至少一支膜元件，当所述膜元件为多个时，多个所述膜元件以串联形式连接。
12.根据权利要求11所述的正渗透耦合反渗透的浓缩系统，其特征在于，所述正渗透单元内的所述膜元件为平板膜、中空纤维膜和卷式膜中的任意一个或者多个；所述正渗透单元内的所述膜元件为复合膜或单层膜；
多个所述反渗透单元内的膜元件为平板膜、中空纤维膜、碟管式反渗透膜和卷式反渗透膜中的任意一个或者多个；多个所述反渗透单元内的膜元件为单层膜或者复合膜。
13.根据权利要求12所述的正渗透耦合反渗透的浓缩系统，其特征在于，所述正渗透单元组的含盐水蓄水池之前设有预处理单元，所述预处理单元包括软化、超滤等。
14.一种权利要求1～13中任一项所述的正渗透耦合反渗透的浓缩系统的使用方法，其特征在于，
所述含盐水和所述汲取液进入所述正渗透单元组内，在渗透压作用下，所述含盐水中的水分转移到所述汲取液内，获得被浓缩的含盐水和被稀释的汲取液；
所述被稀释的汲取液通入所述反渗透单元组的上游反渗透单元内，获得上游滤液和上游未滤液；
所述上游滤液通入下游反渗透单元内，获得下游滤液和下游未滤液；
所述下游滤液继续通入下游反渗透单元内，所述反渗透单元组的最下游的所述反渗透单元获得的滤液为产品水。
15.根据权利要求14所述的正渗透耦合反渗透的浓缩系统的使用方法，其特征在于，所述正渗透单元组获得的被浓缩的含盐水排出所述正渗透耦合反渗透的浓缩系统；
所述上游反渗透单元获得的上游未滤液与所述汲取液混合均匀后通入所述正渗透单元组内；
所述下游反渗透单元获得的下游未滤液通入与所述下游反渗透单元连接的上游反渗透单元内。
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- 2019-05-27 CN CN201910445812.XA patent/CN111994999B/zh active Active
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