CN112384479A - 反渗透处理方法及系统 - Google Patents

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Abstract

原水在由加热泵(10)的冷凝器(13)加热后，经由以蒸气为热源的热交换器(4)而被供给至RO装置(6)。在加热泵(10)的蒸发器(11)的导热管(11a)中流通从冷冻系统(20)的热交换器(24)流出的温介质的一部分。由通过导热管(11a)而降温的介质被循环供给至热交换器(24)。冷冻系统(20)使来自冷冻机主体(21)的冷介质在空调等的热交换器(24)中循环流通。

Description

反渗透处理方法及系统
技术领域
本发明涉及一种使用反渗透膜装置来对水进行处理的反渗透处理方法及系统，特别涉及一种利用加热泵对向反渗透膜装置的供水进行加热的反渗透处理方法及系统。
背景技术
在反渗透膜装置(以下，有时称为反渗透(Reverse Osmosis，RO)装置)中，为了维持处理水量(通过防止水的粘度下降来维持通量(flux)，通过二氧化硅饱和溶解度上升来提高回收率)，将供水温度加温至25℃左右。所述供水的加热中使用蒸气、温水、电加热器等，会消耗能量。
虽然在日本特开2012-91118号公报的权利要求7中记载了将RO装置的供水通过加热泵加热至23℃～25℃，但在同号公报中并无关于加热泵的热源的具体记载。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-91118号公报。
发明内容
发明要解决的课题
本发明的目的在于降低利用加热泵对向RO装置的供水进行加热的反渗透处理方法及系统中的加热成本。
解决课题的技术方案
本发明的反渗透处理方法是将原水利用加热泵加热后，利用反渗透膜装置进行膜分离处理的反渗透处理方法，所述反渗透处理方法的特征在于，作为所述加热泵的热源流体，使用从冷冻系统的热交换器流出的温介质。
本发明的反渗透处理系统是将原水利用加热泵加热后，利用反渗透膜装置进行膜分离处理的反渗透处理系统，所述反渗透处理系统的特征在于，作为所述加热泵的热源流体，使用从冷冻系统的热交换器流出的温介质。
在本发明的一方式中，将由所述加热泵所加热的原水利用第二热交换器加热后，供给至所述反渗透装置。
在本发明的一方式中，对所述第二热交换器供给来自锅炉的蒸气作为原水加热用热源流体。
在本发明的一方式中，将由所述加热泵所加热的原水的至少一部分作为锅炉供水而送水至所述锅炉。
在本发明的一方式中，设置在与所述加热泵的冷凝器的导热管之间循环水的供水槽，将原水供给至所述供水槽，使原水在所述导热管与供水槽之间循环来加热，将经加热的原水从所述供水槽供给至所述反渗透膜装置。
在本发明的一方式中，设置在与所述加热泵的冷凝器的导热管之间循环水的供水槽，将原水供给至所述供水槽，使原水在所述导热管与供水槽之间循环来加热，将经加热的原水的至少一部分作为锅炉供水而送水至所述锅炉。
在本发明的一方式中，所述冷冻系统包括冷冻机主体及导入来自所述冷冻机主体的冷介质并流出温介质的所述热交换器，使从所述热交换器流出的温介质的一部分返回至所述冷冻机主体，将剩余部分导入至所述加热泵的蒸发器，并使利用所述蒸发器进行了降温的介质返回至所述热交换器的冷介质流入侧。
在本发明的一方式中，所述冷冻系统包括冷冻机主体及导入来自所述冷冻机主体的冷介质并流出温介质的所述热交换器，使从所述热交换器流出的温介质的一部分返回至所述冷冻机主体，将剩余部分导入至所述加热泵的蒸发器，并使利用所述蒸发器进行了降温的介质返回至所述冷冻机主体。
发明效果
根据本发明，通过利用以从冷冻系统的热交换器流出的温介质为热源的加热泵对向RO装置的供水进行加热，能够降低所述供水的加热成本。
在本发明的一方式中，由于利用加热泵的蒸发器来使从冷冻系统的热交换器流出的温介质降温，所以能够降低冷冻机的冷冻负荷。由此，能够削减冷冻机主体的消耗电力，增大因设置加热泵而产生的总效益。
附图说明
图1是第一实施方式的反渗透处理系统的框图。
图2是第二实施方式的反渗透处理系统的框图。
图3是第三实施方式的反渗透处理系统的框图。
图4是第四实施方式的反渗透处理系统的框图。
图5是第五实施方式的反渗透处理系统的框图。
具体实施方式
参照图1对第一实施方式进行说明。
要进行RO处理的原水从配管1由泵2供给至加热泵10的冷凝器13，被加热后从配管3通过以蒸气为热源的热交换器(第二热交换器)4，并经由配管5而被供给至RO装置6。RO装置6的透过水从配管7作为处理水而取出，而浓缩水流出至配管8。
用于对热交换器4供给蒸气的锅炉(boiler)的形式并无特别限定，可为小型直流锅炉、水管锅炉、圆锅炉、排热锅炉等中的任一者。另外，在通常运转时不需要利用蒸气进行加温，但在后述的冷冻机主体21的停止时或RO装置6的启动时等的加温等中使用。但是，也可视需要在通常运转时也利用热交换器4对RO供水进行加热。
加热泵10为周知的构成，构成为：将来自蒸发器11的氟利昂替代品等的热介质用压缩机12通过隔热压缩制成高温后导入至冷凝器13，并将来自冷凝器13的热介质经由膨胀阀14而导入至蒸发器11，使其隔热膨胀并降温。原水经由泵2而通水至冷凝器13内所设的导热管13a，与高温热介质进行热交换而被加热。
从冷冻系统20的热交换器24流出的温介质的一部分经由配管31及阀32而被导入至蒸发器11内所设的导热管11a。通过与蒸发器11内的低温热介质的热交换而降温的冷介质经由配管33而再度被导入至热交换器24。
冷冻系统20将由涡轮式冷冻机、抽吸式冷冻机等冷冻机主体21冷却的冷介质从冷冻机主体21的介质送出部21a经由配管22而供给至空调机等的热交换器(第一热交换器)24，使其吸收周围的热而将所述周围冷却。利用热交换器24吸收所述周围的热而升温的温介质的一部分从热交换器24经由介质循环用泵25、配管26、阀27而返回至冷冻机主体21的介质返回部21b。
从热交换器24流出的温介质的剩余部分经由从配管26分支的配管31、阀32而流通至蒸发器11的导热管11a，与加热泵热介质进行热交换而降温成为冷介质，并流出至配管33。配管33与所述配管22连通，所以来自配管33的冷介质与来自所述冷冻机主体21的冷介质合流而流入至热交换器24。
如此，在此实施方式中，作为在加热泵10的蒸发器11的导热管11a中流通的热源流体，利用了从热交换器24流出的温介质。而且，使由通过加热泵10的蒸发器11的导热管11a而降温的冷介质返回至热交换器24。
另外，此冷冻系统20的冷冻机主体21使用了来自冷却塔40的冷水作为冷却用的低温流体。
在此冷却塔40中，由洒水管41进行洒水的冷却水在从填充材料层42中流下期间与从百叶窗(Louver)43导入的空气接触，通过蒸发潜热而被冷却成为冷水，并贮留于池(pit)44(冷却塔下部水槽)。包含蒸气的空气通过排气扇(fan)48而排气至大气中。池44的冷水经由泵45、配管46而被供给至冷冻机主体21，并进行热交换而升温。来自冷冻机主体21的回温水经由配管47而被返送至洒水管41。
在如此构成的图1的反渗透处理装置中，原水在由加热泵10加热后，视需要由热交换器4进行加热，而被供给至RO装置6。
在此实施方式中，作为加热泵10的温热源，使用了从冷冻系统20中所设置的空调机等的热交换器24流出的温介质，所以能够降低冷冻机主体21的冷冻负荷。而且，由于能够由此降低冷冻机主体21的消耗电力，所以由加热泵10消耗的电力几乎被抵消。因此，能够将加温用蒸气的削减额直接作为效益来计入，因此能够尽早回收设置加热泵的投资。
参照图2对第二实施方式进行说明。
在图1的冷冻系统20中，使从冷冻机主体21经由配管22而送来的冷介质与从蒸发器11经由配管33而送来的冷介质合流后流入至空调机等的热交换器24，但在图2的实施方式中，仅使从冷冻机主体21的介质送出部21a经由配管22而送来的冷介质流入至热交换器24。
从所述热交换器24流出的温介质通过介质循环用泵25送出至配管28。被送出的温介质的一部分经由阀29、配管30而循环至冷冻机主体21的介质返回部21b。
被送出至配管28的温介质的剩余部分经由从配管28分支的配管35及阀36而流通至蒸发器11的导热管11a，与加热泵热介质进行热交换而降温成为冷介质，并从配管37合流至配管30，返回至冷冻机主体21的介质返回部21b。
图2的其他构成与图1相同，同一符号表示同一部分。
在此实施方式中，与图1的实施方式一样，作为加热泵10的温热源，使用了从冷冻系统20中所设置的空调机等的热交换器24流出的温介质，所以能够降低冷冻机主体21的冷冻负荷。
另外，按照图1的系统将原水(20℃)加热至25℃后以100m3/小时进行RO处理，以性能系数(Coefficient Of Performance，COP)5来运转作为冷冻机主体21的涡轮冷冻机(500RT)，将冷冻机主体21的介质设为水，并设冷冻机主体返回部21b的流入水(温介质)温度为12℃、冷冻机主体送出部21a的流出水(冷介质)温度为7℃，不对热交换器4供给蒸气，以COP(性能系数)6来运转加热泵(470kW)的情况下，据估算，与仅通过蒸气式热交换器4将原水从20℃加温至25℃，并利用3台小型直流锅炉(换算蒸发量2000kg/小时、燃料液化天然气(liquified natural gas，LNG)、蒸气压力0.7MPa)对蒸气式热交换器4供给蒸气的情况相比，能量成本成为80％以下。
而且，图1的系统据估算与仅通过加热泵将原水从20℃加温至25℃的情况相比，能量成本成为90％以下。
参照图3对第三实施方式进行说明。
在图1中，通过加热泵10的冷凝器13的导热管13a而被加热的原水其全部量从配管3被送水至热交换器4，并且从锅炉对热交换器4供给蒸气作为热源流体。在图3中，使所述配管3分支为配管50、配管60的两个系统。
流至配管50的加热原水经由阀51、供水槽52及配管53而被送水至热交换器4。而且，对供水槽52连接有具有阀85的配管86，以将不会由加热泵10进行加热的原水(以下，有时记载为“非加热原水”)供给至供水槽52。
流至配管60的加热原水经由阀61、第一软水器62及配管63而被送水至供水槽64。也将通过第二软水器65的锅炉用水经由配管66而导入至供水槽64。软水器62、软水器65具有容器及填充在所述容器内的离子交换树脂，将原水或锅炉用水制成软水。锅炉用水可为来自与原水同一水源的水，也可为来自另外的水源的水。
供水槽64内的水经由配管67而被供给至锅炉70。锅炉70中产生的蒸气经由配管71而被供给至热交换器4。来自配管53的原水由所述热交换器4加热，并被供给至RO装置6。另外，也可将由热交换器4中蒸气冷凝而产生的冷凝水送水至供水槽64。
图3的另一构成与图1相同，同一符号表示同一部分。
在图3中，与加热泵10连通的热交换器24、冷冻机20及冷却塔40的构成为图1的构成，但也可如图2那样构成。
根据此第三实施方式，通过1台加热泵10，不仅能够对向RO装置6的供水进行加热，也能够对向锅炉70的供水的一部分进行加热。
而且，能够通过阀51及阀61来切换加热原水的供给目标，或调整供给量。并且，通过使用阀51及阀61将基于加热泵10的加热原水优先地供给至RO装置6，并将加热原水的残余部分设为向锅炉70的供水，从而能有效地削减要被供给至RO装置6的原水的加温用蒸气，并且能够有效地利用由加热泵10加热的原水。
例如，在加热原水低于RO装置6的供水的设定温度(例如25℃)的情况下，以将RO装置6的供水的全部量设为加热原水的方式调整阀51、阀61。在加热原水的全部量超过RO装置6的供水量的情况下，将加热原水的残余部分送水至供水槽64作为锅炉供水来使用。在夏季等，加热原水超过RO装置6的供水的设定温度(例如25℃)的情况下，通过调整阀51、阀61进而阀85，以使RO装置6的供水成为设定温度的方式调整供给至供水槽64的加热原水与非加热原水的供给量，并且将加热原水的残余部分送水至供水槽64。通过如此，能够在一年间有效地利用由加热泵加热的原水。
另外，也可根据非加热原水的温度或者季节来切换加热原水的供给目标。例如，在非加热原水的温度超过了规定温度的情况下或者在夏季，也可以将RO装置6的供水的全部量设为非加热原水，而将加热原水全部用作锅炉供水的方式来调整阀51、阀61及阀85。而且，在非加热原水的温度为规定的温度以下的情况下或者在夏季以外的季节，也可以将RO装置6的供水的全部量设为加热原水，并将加热原水的残余部分用作锅炉供水的方式来调整阀51、阀61及阀85。
参照图4对第四实施方式进行说明。
在图3的系统中，将由加热泵10的冷凝器13加热的原水直接送水至配管3，但在图4的系统中，将来自配管1的原水导入至供水槽80，将供水槽80内的原水经由泵81及配管82而送水至冷凝器13的导热管13a。从导热管13a流出的经加热的原水经由配管83而被返送至供水槽80。如此，供水槽80内的原水的温度变高。所述供水槽80内的温度高的原水经由泵84而被送水至配管3。
图4的其他构成与图3相同，同一符号表示同一部分。根据图4的系统，也可获得与图3的系统同样的效果。另外，在图4中，使原水在供水槽80与冷凝器13中循环，所以能将与图3时相比加热为更高的温度的原水送出至配管3。
在图4中，与加热泵10连通的热交换器、冷冻机20及冷却塔40的构成为图1的构成，但也可如图2那样构成。
假定图3的装置，将估算在以下的条件下进行运转时的蒸气成本而得的结果示于表1。
＜运转条件＞
锅炉：直流锅炉、换算蒸发量6000kg/小时×10台、燃料LNG、蒸气压力0.7MPa；
RO装置：原水供给量100m3/小时；
加热泵：470kW、COP(性能系数)6；
RO供水的加温以外的蒸气使用量：240000t/年；
加热泵中的原水的平均加温温度：5℃；
LNG单价：50日元/Nm3＝蒸气单价3963日元/t、假定因5℃的热回收，蒸气的燃料被削减0.8％(蒸气单价3931日元)。
[试验例1]
将基于加热泵的加热原水的全部量用作锅炉供水，RO供水是利用来自锅炉的蒸气(1228t/年)将原水从20℃加热至25℃。
[试验例2]
在夏季以外的季节，将基于加热泵的加热原水的全部量用作RO供水。在夏季，假设原水有25℃而将原水不加热来利用。锅炉供水使用了全部量未加热的原水。
[试验例3]
夏季，将基于加热泵的加热原水的全部量用作锅炉供水，除此以外的季节，将基于加热泵的加热原水的全部量用作RO供水。
[表1]
Figure BDA0002883557140000081
(％)是基于加热泵的加热流体作为锅炉供水的使用率。
如表1所示，通过根据季节来切换基于加热泵的加热原水的供给目标，从而有效地削减要被供给至RO装置的原水的加温用蒸气，并且通过有效地利用由加热泵加热的原水，从而使抑制蒸气成本成为可能。
参照图5对第五实施方式进行说明。
此实施方式是在图1的系统中设置供水槽80、泵81、配管82、配管83、泵84而成。与图4时相同，使原水在导热管13a与供水槽80之间循环而加热。将经加热的原水从泵84经由配管3而仅送水至RO装置6。
根据此实施方式，将与图1的情况相比，被加热为更高的温度的原水送水至RO装置。
所述实施方式为本发明的一例，本发明也可采用图示以外的方式。
例如，在图1、图2、图5中使用了蒸气式热交换器4，但也可代替蒸气式热交换器4而设置以蒸气以外为热源的热交换器。
虽使用特定的方式详细地说明了本发明，但在不脱离本发明的意图及范围的情况下，能进行各种变更，这一点对本领域技术人员而言是显而易见的。
本申请基于2018年7月6日提出申请的日本专利申请2018-129257，并通过引用来援引其全部内容。
附图标记说明
4：蒸气式热交换器
6：RO装置
10：加热泵
11：蒸发器
12：压缩机
13：冷凝器
14：膨胀阀
20：冷冻系统
21：冷冻机主体
24：热交换器
40：冷却塔
52、64、80：供水槽
70：锅炉。

Claims (14)

1.一种反渗透处理方法，其是将原水利用加热泵加热后，利用反渗透膜装置进行膜分离处理的反渗透处理方法，所述反渗透处理方法的特征在于，
作为所述加热泵的热源流体，使用从冷冻系统的热交换器流出的温介质。
2.如权利要求1所述的反渗透处理方法，其中，将由所述加热泵所加热的原水利用第二热交换器加热后，供给至所述反渗透膜装置。
3.如权利要求2所述的反渗透处理方法，其中，对所述第二热交换器供给来自锅炉的蒸气作为原水加热用热源流体。
4.如权利要求3所述的反渗透处理方法，其中，将由所述加热泵所加热的原水的至少一部分作为锅炉供水而送水至所述锅炉。
5.如权利要求1～3中任一项所述的反渗透处理方法，其中，设置在与所述加热泵的冷凝器的导热管之间循环水的供水槽，将原水供给至所述供水槽，使原水在所述导热管与供水槽之间循环而加热，将经加热的原水从所述供水槽供给至所述反渗透膜装置。
6.如权利要求4所述的反渗透处理方法，其中，设置在与所述加热泵的冷凝器的导热管之间循环水的供水槽，将原水供给至所述供水槽，使原水在所述导热管与供水槽之间循环而加热，将经加热的原水的至少一部分作为锅炉供水而送水至所述锅炉。
7.如权利要求1～6中任一项所述的反渗透处理方法，其中，
所述冷冻系统包括冷冻机主体及导入来自所述冷冻机主体的冷介质并流出温介质的所述热交换器，
所述反渗透处理方法使从所述热交换器流出的温介质的一部分返回至所述冷冻机主体，将剩余部分导入至所述加热泵的蒸发器，并使利用所述蒸发器进行了降温的介质返回至所述热交换器的冷介质流入侧。
8.如权利要求1～6中任一项所述的反渗透处理方法，其中，
所述冷冻系统包括冷冻机主体及导入来自所述冷冻机主体的冷介质并流出温介质的所述热交换器，
所述反渗透处理方法使从所述热交换器流出的温介质的一部分返回至所述冷冻机主体，将剩余部分导入至所述加热泵的蒸发器，并使利用所述蒸发器进行了降温的介质返回至所述冷冻机主体。
9.一种反渗透处理系统，其是将原水利用加热泵加热后，利用反渗透膜装置进行膜分离处理的反渗透处理系统，所述反渗透处理系统的特征在于，
作为所述加热泵的热源流体，使用从冷冻系统的热交换器流出的温介质。
10.如权利要求9所述的反渗透处理系统，其中，具有将由所述加热泵所加热的原水进一步加热并供给至所述反渗透膜装置的第二热交换器。
11.如权利要求10所述的反渗透处理系统，其中，具有对所述第二热交换器供给蒸气作为原水加热用热源流体的锅炉。
12.如权利要求11所述的反渗透处理系统，其中，具有将由所述加热泵所加热的原水的至少一部分作为锅炉供水而送水至所述锅炉的部件。
13.如权利要求9～11中任一项所述的反渗透处理系统，其中，具有在与所述加热泵的冷凝器的导热管之间循环水的供水槽，将原水供给至所述供水槽，使原水在所述导热管与供水槽之间循环而加热，将经加热的原水从所述供水槽供给至所述反渗透膜装置。
14.如权利要求12所述的反渗透处理系统，其中，设置在与所述加热泵的冷凝器的导热管之间循环水的供水槽，将原水供给至所述供水槽，使原水在所述导热管与供水槽之间循环而加热，将经加热的原水的至少一部分作为锅炉供水而送水至所述锅炉。
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