CN115920635B - 一种具有段内能回和回流功能的多段半透膜装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种多段式半透膜系统的段内能量回收及回流方法，将低压原水形成两路分支，分别为低压原水一和低压原水二，所述低压原水一经加压形成高压原水一，所述高压原水一经半透膜单元一浓缩后形成剩余浓水一，所述剩余浓水一经加压形成增压浓水一，所述增压浓水一经半透膜单元二浓缩后形成高压浓水二，对所述高压浓水二的部分或全部进行能量回收，并将能量传递给所述低压原水二，形成高压原水二，有如下两种流向之一或全部：1)，与所述高压原水一混合，进行反渗透浓缩得到剩余浓水一；2)，与所述剩余浓水一混合，进行加压得到增压浓水一。本发明实施简单、新增设备少，对存量项目技改简单。

Description

一种具有段内能回和回流功能的多段半透膜装置和方法

技术领域

本发明属于膜分离技术领域，特别涉及一种具有段内能回和回流功能的多段半透膜装置和方法。

背景技术

半透膜(反渗透RO、纳滤NF)装置在海水、苦咸水淡化、再生水利用、工业废水零排放领域的应用不断增加，其中多段式半透膜设计方法及装置能够明显提高原水利用率，增加产量因此成为一种成熟的、广泛的应用。能量回收装置可实现半透膜尾水余压的回收利用，显著降低半透膜装置的能耗，因此越来越多地应用于各种半透膜装置中。

半透膜(反渗透RO和纳滤NF)的设计取决于所选用的膜类型。目前多数半透膜使用复合膜，型号较多，如高通量、高脱盐率、高表面积、超低压、极低压、低污染及高温型等。

本发明中多段式半透膜装置是指，如附图1所示，“一个标准的工业RO和NF装置，膜元件串联排列在压力容器内，几个压力容器并联排列成一段、两段或更多段，构成特定的一个系列，第二段通常用来处理第一段的浓水，以提高进水总体回收率。当水流通过串联在一起的膜元件时产品水和浓缩水流量的变化趋势：全部进水被高压泵泵入膜元件内时，经过膜的过滤成为产水，余下的水对于该元件来讲成为它的浓水，该浓水继续进入后续元件内，成为后续元件的进水，由于水量减少，水流流速降低，而水中的杂质浓度却不断升高，这一状况在所有的压力容器内沿水流方向连续变化，直至流速减慢至刚好维持涡流状态流过膜表面。

半透膜(反渗透RO、纳滤NF)膜系统设计的约束条件：

1.任何一个膜系统都是根据预先确定好的一组参数来设计的，如进水组成、水温、产水量和产水水质。在实际操作中，系统必须具备操作弹性以满足条件变化的需要。

2.苦咸水反渗透与纳滤系统运行的正确方法是保持产水流量、回收率、总浓水排放量和运行压力符合设计范围。

3.不能采取超过设计产水量的操作，系统产水量的调节就只能是指降低系统出力。

4.当降低产水量时，如果希望保持系统原有回收率不变，必须经过计算机膜系统分析软件进行核算，确保单支元件的回收率不会超出它们的极限，有时在低产水流量运行期间，系统脱盐率会比设计产水流量运行条件时低，同时还必须注意在低流量运行时，确保系统的浓水流量超过最小浓水流量。

5.还有一种降低产水量的做法是让多余的产水返回到反渗透或纳滤之前与原水混合，这样可以保证膜的水力学和压力状况基本恒定，这时最终产水品质将会提高，循环返回的产水对膜具有一定的清洗作用。

半透膜装置原水的组成变化范围极大，为了提出较佳的工艺设计方案，必须进行水质全分析。一旦半透膜装置投入运行，原水还应该定期进行分析，以便能随时掌握原水水质的波动情况，并及时调整预处理运行工艺参数和整个水处理工厂的运行条件。原水水质的波动是比较常见的，主要来自于以下原因：

1.对于再生水而言，污水处理厂提供的出水会季节性、行业变化以及居民生活习惯的影响而波动，供水管道也会受到地下海水入侵以及地表降水的渗入导致原水渗透压的大幅度波动。

2.对于工业废水零排放而言，工业废水的成分也容易随着订单、生产工艺、产量等诸多因素的调整而变化。

3.对于苦咸水淡化和海水淡化而言，如原水取自于河流的入海口或距离海岸线较近的地区，原水受潮汐及地表降雨影响，导致渗透压、含盐量大幅度波动，抽取地下水的水源也容易受地表水补给的波动以及含水层的变化，从而出现原水渗透压的变化。

4.半透膜(纳滤、反渗透)膜元件的脱盐率会随着膜污染及化学清洗次数的增加而降低，最终导致半透膜装置产水不合格；为了避免更换膜元件，往往需要将产水进行二次(二级)处理，对于已建成的半透膜装置，当原水渗透压远远偏离设计值后将不得不采取降低回收率，通量等做法，从而导致装置的低效率运行和资源的浪费。

目前，为了应对原水水质波动及膜元件脱盐率降低的问题，膜制造商通常建议在膜装置设计过程中加入“操作弹性条件”，例如，美国杜邦反渗透、纳滤产品手册中提出如下建议：

1.系统产水量的调节就只能是指降低系统出力。

2.如果进水水质分析报告发生变化造成结垢倾向增加，则应增加系统浓水的排放量，降低系统的回收率。

3.让多余的产水返回到反渗透或纳滤之前与原水混合。

4.分批处理运行方式。

上述方法都是以增加设备投资、多次处理或降低产量为代价实现的，代价高昂。

能量回收装置可以明显的降低系统的能耗同时降低制水成本，近年来已经逐渐成为半透膜装置中广泛使用的设备。根据GB/T 30299-2013定义，能量回收装置EnergyRecovery Device是指“用来回收反渗透淡化系统浓盐水水力能，并将其转变成膜的进水水力能的装置。”该国标进一步定义了多种类型的能量回收装置，如功交换式能量回收装置、往复切换的水压的缸式能量回收装置等。功交换式能量回收装置是指“经过一步能量转换，将浓盐水水力能通过活塞或直接接触传递给原水，从而达到回收浓水水力能目的的装置”。根据GB/T30299-2013定义，能量回收装置提升泵Booster Pump for Energy RecoveryDevice是指“安装在能量回收装置高压原水出口与反渗透装置进水总管间的耐高压增压泵，使经能量回收装置换能后的高压原水能达到反渗透高压泵出口同样的压力。”根据GB/T30299-2013定义的试验装置及流程中规定，能量回收装置性能测试平台包括循环水箱、增压泵、高压泵、减压阀，能量回收装置及能量回收装置提升泵等设备。由此可见，目前的现有技术，如附图2所示，能量回收装置9及能量回收装置提升泵20通常配套使用，完成反渗透淡化系统浓盐水水力能的回收。

综上所述，现有技术主要存在如下技术问题：

1.目前的半透膜装置对进水水质的适应性较差，其最优的性能只存在于预先确定好的一组参数来设计的，如进水组成、水温、产水量和产水水质。偏离设定好的参数将会导致半透膜污染或半透膜损坏。

2.在实践过程中，原水水质的波动是普遍存在的。

3.为实现“操作弹性”，需要提高一次性投资或运营费用。

4.通常能量回收装置需要与能量回收装置提升泵Booster Pump for EnergyRecovery Device通常配套使用，增加了建设成本及占地面积。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种具有段内能回和回流功能的多段半透膜装置和方法，以能够通过一套结构适应各种不同进水水质，并且，不需要使用能量回收装置提升泵，从而不显著增加成本与建造面积。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种多段式半透膜系统的段内能量回收及回流方法，将低压原水形成两路分支，分别为低压原水一和低压原水二，所述低压原水一经加压形成高压原水一，所述高压原水一经半透膜单元一浓缩后形成剩余浓水一，所述剩余浓水一经加压形成增压浓水一，所述增压浓水一经半透膜单元二浓缩后形成高压浓水二，其特征在于：

对所述高压浓水二的部分或全部进行能量回收，并将能量传递给所述低压原水二，形成高压原水二，有如下两种流向之一或全部：

1)，与所述高压原水一混合，进行反渗透浓缩得到剩余浓水一；

2)，与所述剩余浓水一混合，进行加压得到增压浓水一。

在一个实施例中，当仅对所述高压浓水二的一部分进行能量回收时，另一部分高压浓水二有如下两种流向之一或全部：

1)，与所述高压原水一混合，进行反渗透浓缩得到剩余浓水一；

2)，与所述剩余浓水一混合，进行加压得到增压浓水一。

在一个实施例中，当仅对所述高压浓水二的一部分进行能量回收时，所述半透膜系统的启动过程中，进入能量回收部分的部分先启动，并先到达设定值；回流部分后启动，并在能量回收部分流量到达设定值之后再到达设定值。

在一个实施例中，对所述高压浓水二进行能量回收的装置为等比例式功交换装置，参与能量交换的低压原水和高压浓水流量近似相等，所述等比例式功交换装置具有低压原水口、高压浓水口两个进水口和高压原水口和低压浓水口两个出水口，启动方法如下：

a)低压原水压力达到设定值后，调节所述低压浓水口处达到设定值；

b)所述低压原水一开始加压，形成所述高压原水一，调节所述高压原水口处流量达到设定值；

c)调节所述另一部分高压浓水二的流量到达设定值。

在一个实施例中，所述高压浓水二的压力至少比与其混合的所述高压原水一或所述剩余浓水一的压力高0.1MPa。

本发明的另一方面，还提供了一种多段式半透膜系统的段内能量回收及回流装置，包括高压泵、第一半透膜单元、段间增压泵一、第二半透膜单元和能量回收装置，所述高压泵的进水口和所述能量回收装置的低压原水口均与第一原水管相连，其中：

所述第一半透膜单元的原水进水端与所述高压泵的出水口相连，浓水排水端与所述段间增压泵一的进水口相连；

所述第二半透膜单元的原水进水端与所述段间增压泵一的出水口相连，浓水排水端与所述能量回收装置的高压浓水口相连；

所述能量回收装置的高压原水口具有如下两种连接方式之一或全部：

1)，与所述第一半透膜单元的原水进水端相连；

2)，与所述段间增压泵一的进水口相连。

在一个实施例中，所述第一半透膜单元和第二半透膜单元由单段式排列的半透膜组件构成；或由多段式排列的半透膜组件构成，在所述半透膜组件之间安装有一套或多套段间增压泵二。

在一个实施例中，所述能量回收装置的高压浓水口还具有如下两种连接方式之一或全部：

1)，与所述第一半透膜单元的原水进水端相连；

2)，与所述段间增压泵一的进水口相连。

在一个实施例中，还包括如下的控制装置中的一种或多种：

所述能量回收装置的高压原水口与所述第一半透膜单元的原水进水端的连接管路上的第一排放控制装置；

所述能量回收装置的高压原水口与所述段间增压泵一的进水口的连接管路上的第二排放控制装置；

所述能量回收装置的高压浓水口与所述第一半透膜单元的原水进水端的连接管路上的第一回流控制装置；

所述能量回收装置的高压浓水口与所述段间增压泵一的进水口的连接管路上的第二回流控制装置。

在一个实施例中，所述能量回收装置的是功交换装置，参与能量交换的低压原水和高压浓水流量近似相等，具有低压原水口、高压浓水口两个进水口和高压原水口和低压浓水口两个出水口，所述低压浓水口上安装有低压浓水排水管，所述低压浓水排水管上安装有排放控制装置。

在一个实施例中，根据进水水质的不同，装置分为3种工作模式：

模式一，纯首段能量回收模式：第一回流控制装置、第二排放控制装置、第二回流控制装置处于切断状态，第一排放控制装置处于开启状态，即所有高压浓水二均进入能量回收装置进行能量回收，实现反渗透膜堆的浓水能量回收及正常的浓水排放功能；

模式二，首段能量回收及首段、二段回流模式：第二排放控制装置处于切断状态；第一回流控制装置、第一排放控制装置、第二回流控制装置处于开启和流量控制状态，实现浓水的部分回流和部分能量回收，实现部分浓水回流及外排浓水的能量回收；通过控制第一回流控制装置、第一排放控制装置和第二回流控制装置的流量，在原水渗透压低于设计标准时通过浓水回流提高一段和二段进水的总溶解固体含量，从而确保首支膜元件产水通量可控，以及三段最后一支膜元件的浓水流量满足最低要求；

模式三，二段能量回收模式：第一排放控制装置、第一回流控制装置、第二回流控制装置处于切断状态，第二排放控制装置处于开启状态，实现在不增加、不修改现有泵体设备的情况下，膜堆的低回收率运行。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1，充分利用能量回收装置输出原水的压力、流量可预测的特性以及能量回收装置无需人为控制的特性，在节省了能量回收增压泵的同时扩大了其应用的方法。

2，通过流态的改变扩大了半透膜装置进水范围，且能够保证在各种情况下最佳的回收率及能耗。

3，本方法实施简单、成本低、增加的新装置少，能够方便地在存量项目上实施技改。

附图说明

图1为本发明第一半透膜单元和第二半透膜单元结构示意图。

图2为现有能量回收技术的应用。

图3为本发明具体实施方案的原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

典型现有技术如图2所示，反渗透系统中使用了一套第一半透膜单元5，并配套使用能量回收装置9和能量回收装置提升泵20，实现反渗透淡化系统浓盐水水力能回收。一方面，仅一套半透膜装置，使得整个系统对进水水质的适应性较差，无法满足各种不同水质的工况。另一方面，能量回收装置提升泵20的使用，不但增加了建设成本及占地面积，还消耗了额外的能量。

为此，本发明提供了一种多段式半透膜系统的段内能量回收及回流方法，以目前普遍运用的多段式半透膜(反渗透膜RO、纳滤膜NF)装置为基础，，通过控制能量回收装置输出的高压原水以及半透膜装置的回流浓水，优化各段内的流态，可省去能量回收增压泵的同时扩大半透膜装置对原水水质波动的适应性，使其在不同水质条件下满足半透膜元件的正常工作条件并获得最大的产量；现有的半透膜系统和能量回收装置的设计是独立进行的，而本发明利用能量回收将能量回收后的高压原水作为一种流态改变的方法，同时提供了对应的装置。

具体地，本发明同样将低压原水形成两路分支，分别为低压原水一和低压原水二，其中低压原水一经加压形成高压原水一，高压原水一再经半透膜单元一浓缩，形成剩余浓水一，剩余浓水一经加压形成增压浓水一，增压浓水一经半透膜单元二浓缩，形成高压浓水二。

本发明的能量回收，是指对高压浓水二的部分或全部进行能量回收，用于能量回收的高压浓水二，将能量传递给低压原水二，形成高压原水二，且高压原水二有如下两种流向之一或全部：

1)，与高压原水一混合，进行反渗透浓缩得到剩余浓水一；

2)，与剩余浓水一混合，进行加压得到增压浓水一。

在本发明中，通过两级半透膜单元，并在能量回收之后回送至第一半透膜单元，从而大大提升了对进水水质的适应程度，同时不再需要设置能量回收装置提升泵20。示例地，在本发明中，高压浓水二的压力至少应比与其混合的高压原水一或剩余浓水一的压力高0.1MPa。

在本发明的实施例中，当仅对高压浓水二的一部分进行能量回收时，另一部分高压浓水二有如下两种流向之一或全部：

1)，与高压原水一混合，进行反渗透浓缩得到剩余浓水一；

2)，与剩余浓水一混合，进行加压得到增压浓水一。

本实施例中，根据进水/出水水质，可设定仅回收部分高压浓水二的能量，而将另一部分高压浓水二直接回流，由此可大大提高运行效率。同时可通过控制各部分的通断，实现分段的能量回收和回流。

在现有技术中，通常的能量回收设计极力避免改变半透膜装置内的流态，所以不论是多段式还是单段式半透膜装置，都是将能量回收并经过增压的原水与高压泵输出的原水并联。本发明提出的方法和装置是将其作为一种可分配、受控的高压原水进行合理分配从而实现改变半透膜内的流态，从而实现优化半透膜的设计。

能量回收装置本质上是一台功交换装置，其原动力来自半透膜装置输出的高压尾水(浓水)。由于半透膜本身的特性决定其尾水(浓水)的流量、压力是随原水的流量及压力变化的，具有可预测性，且无需人为控制。因此，一旦半透膜装置设计完成后，半透膜元件的型号、数量及膜排列及高压泵、增压泵选定之后，本领域的设计人员可通过模拟软件方便的预测出高压尾水(浓水)的数值及各种条件下的变化范围。再结合相应的流量、压力控制手段，即可实现多段膜元件之前的流态分配。进一步的，根据高压尾水(浓水)的渗透压(总溶解固体TDS，电导率)以及相关的流量、压力等技术参数，本领域的技术人员也可以方便地通过浓水回来解决最末端膜元件浓水流量不足等问题。

在本发明的实施例中，当仅对高压浓水二的一部分进行能量回收时，在半透膜系统的启动过程中，进入能量回收部分的部分先启动，并先到达设定值；直接回流部分后启动，并在能量回收部分流量到达设定值之后再到达设定值。

通过该方式，可以确保半透膜系统的启动过程中压力平稳上升，膜元件的回收率均匀提高。

本发明所提供的多段式半透膜系统的段内能量回收及回流装置，主要包括高压泵2、第一半透膜单元5、段间增压泵一6、第二半透膜单元8和能量回收装置9。其中，高压泵2的进水口和能量回收装置9的低压原水口均与第一原水管1相连，即对应前述“将低压原水形成两路分支，分别为低压原水一和低压原水二”，其中，低压原水一送入高压泵2，低压原水二送入能量回收装置9。

第一半透膜单元5的原水进水端与高压泵2的出水口通过原水进水管3相连，浓水排水端与段间增压泵一6的进水口通过浓水排放管4相连。低压原水一经高压泵2加压形成高压原水一，高压原水一经第一半透膜单元5浓缩，形成剩余浓水一。剩余浓水一经段间增压泵一6加压，形成增压浓水一。

第二半透膜单元8的原水进水端与所述段间增压泵一6的出水口相连，浓水排水端与所述能量回收装置9的高压浓水口通过高压浓水进水管11相连。增压浓水一经第二半透膜单元8浓缩，形成高压浓水二。出第二半透膜单元8浓水排水端的高压浓水二进入能量回收装置9。

本发明能量回收装置9的高压原水口具有如下两种连接方式之一或全部：

1)，与第一半透膜单元5的原水进水端相连。具体地，可通过高压原水第一排放管10与原水进水管3相连。

2)，与段间增压泵一6的进水口相连。具体地，可通过高压原水第二排放管18与浓水排放管4相连。

即，在1)中，对应前述的“与高压原水一混合，进行反渗透浓缩得到剩余浓水一”。在2)中，对应前述的“与剩余浓水一混合，进行加压得到增压浓水一”。

在本发明的实施例中，能量回收装置9的高压浓水口还具有如下两种连接方式之一或全部：

1)，与第一半透膜单元5的原水进水端相连。具体地，可通过第一回流管16连接原水进水管3与高压浓水进水管11。

2)，与所述段间增压泵一6的进水口相连。具体地，第二回流管20连接浓水排放管4与高压浓水进水管11。

也即，在1)中，对应前述的“与高压原水一混合，进行反渗透浓缩得到剩余浓水一”。在2)中，对应前述的“与剩余浓水一混合，进行加压得到增压浓水一”。此时，提供了未进入能量回收装置9的高压浓水二的流向。

其中，另一部分高压浓水二与高压原水一混合时，混合点可位于高压原水二与高压原水一混合时混合点的下游。而另一部分高压浓水二与所述剩余浓水一混合时，混合点可位于高压原水二与剩余浓水一混合时混合点的下游。

在本发明的实施例中，第一半透膜单元5和第二半透膜单元8均可由单段式排列的半透膜组件构成；或可由多段式排列的半透膜组件构成，并可在半透膜组件之间安装有单套或多套段间增压泵二。

在传统的膜堆设计过程中，通常采用多段式设计，以实现提高回收率的目的。但是也存在回收率调节范围较窄、投资高、占地面积大等缺点。因此，利用本专利技术，宜采用单段式设计，降低投资的同时，通过控制能量回收装置的流量和回流流量(即另一部分高压浓水二)的数值和相对比例实现系统产水量和回收量的调节。

在本发明的实施例中，能量回收装置9作为对高压浓水二进行能量回收的装置，其采用功交换装置，优选为等比例式功交换装置。参与能量交换的低压原水和高压浓水流量近似相等，该等比例式功交换装置具有低压原水口、高压浓水口两个进水口和高压原水口和低压浓水口两个出水口，其中低压浓水口上安装有低压浓水排水管12，低压浓水排水管12上安装有排放控制装置13。启动方法如下：

a)低压原水压力达到设定值后，调节所述低压浓水口处达到设定值。通过本步骤，确保反渗透膜系统内半透膜元件和能量回收装置的低压侧(低压原水口和低压浓水口以及之内的管道连接)能够充满原水，确保反渗透膜系统的平稳升压和能量回收装置平稳启动。

b)低压原水一开始加压，形成高压原水一，调节高压原水口处流量达到设定值。通过本步骤，反渗透膜系统内半透膜元件内部压力继续平稳上身的同时，能量回收装置进入工作状态，实现高压浓水的压力(机械能)向低压原水传递。

c)调节高压浓水二的另一部分到达设定值。本步骤中，通过高压浓水二的回流可以实现更高的系统回收率。

在本发明的实施例中，还包括如下的控制装置中的一种或多种：

能量回收装置9的高压原水口与第一半透膜单元5的原水进水端的连接管路即高压原水第一排放管10上的第一排放控制装置15；其作用是控制高压原水第一排放管10的通断，进而控制能量回收后的水流流向。

能量回收装置9的高压原水口与段间增压泵一6的进水口的连接管路即高压原水第二排放管18上的第二排放控制装置19；其作用是控制高压原水第二排放管18的通断，进而控制控制能量回收后的水流流向。

能量回收装置9的高压浓水口与第一半透膜单元5的原水进水端的连接管路即第一回流管16上的第一回流控制装置17；其作用是控制第一回流管16的通断，进而控制直接回流的高压浓水二的水流流向。

能量回收装置9的高压浓水口与段间增压泵一6的进水口的连接管路即第二回流管20上的第二回流控制装置21。其作用是控制第二回流管20的通断，进而控制直接回流的高压浓水二的水流流向。

在本发明的一个具体实施例中，以国内某再生水项目为例，如附图3所示，第一半透膜单元5(以下简称一段)由单段式排列的30支反渗透膜压力容器构成；第二半透膜单元8由双段式排列反渗透膜元件构成，其中首段(以下简称二段)由16支反渗透膜压力容器构成，末段(以下简称三段)由10支反渗透膜压力容器构成；该膜堆的设计进水总溶解固体TDS的范围是进水TDS：2500mg/L-4000mg/L，没有安装能量回收装置。

经实地测量，第一半透膜单元(一段)跨膜压力约0.1MPa，二段跨膜压差约0.7Mpa,三段跨膜压差为0.7Mpa。目前正常工作时候，高压泵出口压力10.1Mpa,一段浓水压力(增压泵一入口)9.1Mpa，增压泵出口压力12.3Mpa,尾水压力10.9MPa。

该系统在实际运行中，面临如下问题：

1.在原水渗透压低于设计标准时(进水总溶解固体TDS为1000mg/l左右)，为了确保一段首支膜元件的通量不超过设计值，需要降低产量，此时三段最后一支膜元件浓水流量不满足要求。

2.由于反渗透膜元件老化，在设计状态下产水电导率(总溶解固体TDS)超标，产水需要进行二次(二级处理)，在此工况下，进水总溶解固体TDS<300mg/l，与问题1同样的原因，该系统必须将二、三段停止运行勉强维持生产。此时虽然进水水质很好，但是系统总回收率无法超过50％；

3.为了尽量延长膜元件寿命，决定降低系统回收率运行以确保产水合格，但受制于现有高压泵2的限制，当回收率下降后，产水量无法满足要求。

该套设备使用本专利所述的方法及装置技改后，可根据进水水质的不同，具体分为3种工作模式。

模式一：纯首段能量回收模式：第一回流控制装置17、第二排放控制装置19、第二回流控制装置21处于切断状态；第一排放控制装置15处于开启状态，即所有高压浓水二均进入能量回收装置9进行能量回收，可实现反渗透膜堆的浓水能量回收及正常的浓水排放功能。

模式二：首段能量回收及首段、二段回流模式：第二排放控制装置19处于切断状态；第一回流控制装置17、第一排放控制装置15、第二回流控制装置21处于开启和流量控制状态。该模式实现了浓水的部分回流和部分能量回收，能够实现部分浓水回流及外排浓水的能量回收。通过控制第一回流控制装置17、第一排放控制装置15和第二回流控制装置21的流量，在原水渗透压低于设计标准时通过浓水回流提高一段和二段进水的总溶解固体含量，从而确保首支膜元件产水通量可控，以及三段最后一支膜元件的浓水流量满足最低要求；该模式可确保问题2所述的进水总溶解固体极低时设备的正常运行。

模式三：二段能量回收模式：第一排放控制装置15、第一回流控制装置17、第二回流控制装置21处于切断状态；第二排放控制装置19处于开启状态。由于二段的进水电导率降低，因此二段、三段产量相应得到提升，而高压泵的流量相应降低，从而实现了在不增加、不修改现有泵体设备的情况下，膜堆的较低回收率运行；当然，受益于能量回收装置的节能作用该膜堆的总体电耗将大幅降低，从而完全抵消由于回收率降低导致的能耗增加。

综上，本发明以目前普遍运用的多段式半透膜(反渗透膜RO、纳滤膜NF)装置为基础，通过控制能量回收装置输出的高压原水以及半透膜装置的回流浓水，优化各段内的流态，可省去能量回收增压泵的同时扩大半透膜装置对原水水质波动的适应性，使其在不同水质条件下满足半透膜元件的正常工作条件并获得最大的产量；现有的半透膜系统和能量回收装置的设计是独立进行的，而本发明利用能量回收将能量回收后的高压原水作为一种流态改变的方法，同时提供了对应的装置；本发明实施简单、新增设备少，对存量项目技改简单。

Claims (5)

1.一种多段式半透膜系统的段内能量回收及回流方法，将低压原水形成两路分支，分别为低压原水一和低压原水二，所述低压原水一经加压形成高压原水一，所述高压原水一经半透膜单元一浓缩后形成剩余浓水一，所述剩余浓水一经加压形成增压浓水一，所述增压浓水一经半透膜单元二浓缩后形成高压浓水二，其特征在于：

对所述高压浓水二的一部分进行能量回收，并将能量传递给所述低压原水二，形成高压原水二，高压原水二分为两股，分别有如下流向：

1），与所述高压原水一混合，进行反渗透浓缩得到剩余浓水一；

2），与所述剩余浓水一混合，进行加压得到增压浓水一；

另一部分高压浓水二分为两股，分别有如下流向：

1），与所述高压原水一混合，进行反渗透浓缩得到剩余浓水一；

2），与所述剩余浓水一混合，进行加压得到增压浓水一；

对所述高压浓水二进行能量回收的装置为等比例式功交换装置，参与能量交换的低压原水和高压浓水流量相等，所述等比例式功交换装置具有低压原水口、高压浓水口两个进水口和高压原水口和低压浓水口两个出水口，所述半透膜系统的启动过程中，进入能量回收部分的部分先启动，并先到达设定值；回流部分后启动，并在能量回收部分流量到达设定值之后再到达设定值；

所述高压浓水二的压力至少比与其混合的所述高压原水一或所述剩余浓水一的压力高0.1MPa。

2.一种多段式半透膜系统的段内能量回收及回流装置，其特征在于，包括高压泵（2）、第一半透膜单元（5）、段间增压泵一（6）、第二半透膜单元（8）和能量回收装置（9），所述高压泵（2）的进水口和所述能量回收装置（9）的低压原水口均与第一原水管（1）相连，其特征在于：

所述第一半透膜单元（5）的原水进水端与所述高压泵（2）的出水口相连，浓水排水端与所述段间增压泵一（6）的进水口相连；

所述第二半透膜单元（8）的原水进水端与所述段间增压泵一（6）的出水口相连，浓水排水端与所述能量回收装置（9）的高压浓水口相连；

所述能量回收装置（9）的高压原水口与所述第一半透膜单元（5）的原水进水端相连，同时与所述段间增压泵一（6）的进水口相连；

所述能量回收装置（9）的高压浓水口与所述第一半透膜单元（5）的原水进水端相连，同时与所述段间增压泵一（6）的进水口相连。

3.根据权利要求2所述多段式半透膜系统的段内能量回收及回流装置，其特征在于，所述第一半透膜单元（5）和第二半透膜单元（8）由单段式排列的半透膜组件构成；或由多段式排列的半透膜组件构成，在所述半透膜组件之间安装有一套或多套段间增压泵二。

4.根据权利要求2所述多段式半透膜系统的段内能量回收及回流装置，其特征在于，还包括如下的控制装置中的一种或多种：

所述能量回收装置（9）的高压原水口与所述第一半透膜单元（5）的原水进水端的连接管路上的第一排放控制装置（15）；

所述能量回收装置（9）的高压原水口与所述段间增压泵一（6）的进水口的连接管路上的第二排放控制装置（19）；

所述能量回收装置（9）的高压浓水口与所述第一半透膜单元（5）的原水进水端的连接管路上的第一回流控制装置（17）；

所述能量回收装置（9）的高压浓水口与所述段间增压泵一（6）的进水口的连接管路上的第二回流控制装置（21）。

5.根据权利要求4所述多段式半透膜系统的段内能量回收及回流装置，其特征在于，工作模式如下：

首段能量回收及首段、二段回流模式：第二排放控制装置（19）处于切断状态；第一回流控制装置（17）、第一排放控制装置（15）、第二回流控制装置（21）处于开启和流量控制状态，实现浓水的部分回流和部分能量回收，实现部分浓水回流及外排浓水的能量回收；通过控制第一回流控制装置（17）、第一排放控制装置（15）和第二回流控制装置（21）的流量，在原水渗透压低于设计标准时通过浓水回流提高一段和二段进水的总溶解固体含量，从而确保首支膜元件产水通量可控，以及三段最后一支膜元件的浓水流量满足最低要求。