CN1733615A - 节能型反渗透海水/苦咸水淡化工艺方法与装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种节能型反渗透海水/苦咸水淡化工艺方法与装置。方法过程：海水/苦咸水经提水泵，一部分由切换阀进入水压缸，推动活塞，挤压另一侧浓盐水，经该水压缸另一端的切换阀排出；同时，另一部分经高压泵进入反渗透膜器，排出的浓盐水进入另一个水压缸，推动活塞，挤压另一侧海水/苦咸水，经切换阀及增压泵，进入反渗透膜器；有节奏调控切换阀动作，实现不同规模海水/苦咸水的反渗透淡化过程。所述装置包括提升泵、高压泵、增压泵、反渗透膜器及能量回收器，能量回收器两端切换阀包括阀体、衬套和阀芯，阀体和阀芯上按1/4圆周开设4个连接口，阀芯设有两个流道。本发明优点在于工艺方法操作可调、灵活和节能；装置结构紧凑，使用可靠。

Description

节能型反渗透海水/苦咸水淡化工艺方法与装置
                            技术领域
本发明涉及一种节能型反渗透海水/苦咸水淡化工艺方法与装置，属于海水淡化技术领域。
                            背景技术
反渗透是一种压力驱动的膜分离技术。反渗透海水/苦咸水淡化就是利用反渗透膜的特性，在高压力的作用下将海水或苦咸水中的淡水进行分离的过程。被分离出的淡水以渗透液的形式流出，剩余的被浓缩的海水或苦咸水则以浓盐水的形式被排放。以海水反渗透淡化过程为例，进料海水通常需被加压到5.5-8.0MPa，而从膜组件中排放的浓盐水也同样具有很高的压力(＞5.0MPa)。因此，高效回收利用浓盐水中的余压能对于大幅降低反渗透淡化系统的运行能耗和造水成本至关重要。
工业上回收利用浓盐水余压能的典型方法，是在反渗透淡化系统浓盐水排放管路中串联能量回收透平以达到节能降耗的目的。但由于能量回收透平工作时需要首先将余压能转化为机械能/轴功，然后再将机械能/轴功转化为进料海水的压力能，即需要经过“压力能-轴功-压力能”两步转化过程，能量回收效率仅为50％-75％。
其他形式的降低反渗透淡化系统能耗的技术方法和装置，如专利ZL96120787.6将能量回收装置与高压泵耦合在一起，利用膜组中排放浓盐水辅助驱动往复式高压泵来达到节能降耗的目的。但由于该工艺过程为间歇操作，而且受往复泵工作容积的限制，淡化装置的处理水量较小。专利ZL00266242.6提供了一种带活塞式能量回收器的反渗透装置，能量回收器采用不等面积的双活塞工作原理，但由于通过能量回收器被增压的海水流量Q1与膜组件排放高压浓盐水流量Q2不等(Q2＞Q1)，工艺操作中需额外增设流量阀和调节阀等辅助设备，增加了系统投资和运行操作的复杂性。
                            发明内容
本发明的目的在于提供一种节能型反渗透海水/苦咸水淡化工艺方法与装置。该工艺方法具有操作可调性、灵活性和节能性；其装置结构紧凑，使用可靠。
本发明是通过下述技术方案加以实现的。一种节能型反渗透海水/苦咸水的淡化工艺方法，该工艺方法采用包括提水泵、高压泵、增压泵、反渗透膜器及能量回收器组成的装置系统，实现其海水/苦咸水的淡化过程的，其特征在于包括以下过程：将海水/苦咸水经提水泵，以0.1-0.3MPa压力，一部分海水/苦咸水通过能量回收器水压缸一端的切换阀进入能量回收器的水压缸内，并推动该水压缸内的隔离活塞运动，隔离活塞的运动挤压隔离活塞另一侧水压缸内的浓盐水，并使之通过该水压缸另一端的切换阀排出；与此同时，经提水泵加压后的另一部分海水/苦咸水经高压泵加压至2.0-8.0MPa后进入反渗透膜器，排出反渗透膜器的浓盐水经过切换阀进入能量回收器的另一个水压缸内，推动该水压缸内隔离活塞运动，隔离活塞运动并挤压隔离活塞另一侧的海水/苦咸水，该股海水/苦咸水通过水压缸端部切换阀流经增压泵增压，与经高压泵的海水/苦咸水并流进入反渗透膜器；于是能量回收器中的两个水压缸在同一时间内进行两种不同的工作状态，其中一个水压缸的一端是进入海水/苦咸水，而另一端是排出浓盐水；另一个水压缸，对应的同一端，则是排出海水/苦咸水，并经增压泵进入反渗透膜器，而另一端进入高压浓盐水；这样的两个水压缸同时进行两种不同的运行状态，是通过水压缸两端的切换阀实现交替进行的，因此通过有节奏调控切换阀的动作，能够实现不同规模的海水/苦咸水的反渗透淡化过程。
实现上述海水/苦咸水反渗透淡化的工艺方法采用的装置，包括提升泵、高压泵、增压泵、反渗透膜组及能量回收器，所述的提升泵的压头为0.1-0.3MPa，所述的高压泵的压头为2.0-8.0MPa，所述的增压泵的压头为0.2-0.5MPa，高压泵和增压泵并联设置并与反渗透膜器的进口相连；所述的反渗透膜器，主要为卷式膜组件，所述的能量回收器包括两个水压缸，水压缸内的隔离活塞及水压缸两端分别设置的切换阀，其特征在于：切换阀的阀体上按1/4圆周开设4个连接口，阀体内是衬套，衬套内是阀芯，阀芯亦按1/4圆周开设流水孔，其中两两流水孔之间连通形成流道，阀芯由驱动轴转动。
上述能量回收器的一端的切换阀的阀体上开的4个连接口，相邻的两个连接口分别与海水/苦咸水的进水管相连及与一个水压缸的接口相连；该切换阀的另外两个相邻的连接口，分别与增压泵进口及另一个水压缸接口相连；能量回收器的一端的切换阀的阀体上的4个连接口，其中两个相邻的连接口分别与反渗透膜器浓盐水出口管相连及一个水压缸接口相连，该切换阀的另外两个连接口分别与另一个水压缸接口相连及与浓盐水排放管相连。
本发明所提供的节能型反渗透海水/苦咸水淡化工艺方法与装置，与现有技术相比，其主要特点在于：工艺系统中由高压泵增压的海水/苦咸水流E与系统产品水流G相等，而由能量回收器和增压泵增压的海水/苦咸水流B与反渗透膜器排放出的高压浓盐水的流D相同，因此通过有节奏调控切换阀的动作和增压泵的频率，可灵活实现不同产水规模和产水回收率的海水/苦咸水的反渗透淡化过程；另外，工艺中配套的能量回收器，效率可达90％-95％，使系统运行能耗更少、更经济。
                       附图说明
图1为节能型反渗透海水/苦咸水淡化工艺流程图
图2为能量回收器工作状态一
图3为能量回收器工作状态二
图4为切换阀结构图
图中：
1-水池；2-提水泵；3-高压泵；4-增压泵；5-反渗透膜器；6-能量回收器；7-切换阀；8-水压缸；9-隔离活塞；10-切换阀；11-隔离活塞；12-水压缸；13-阀体；14-衬套；15-流道；16-阀芯；17-流道。
A表示进入能量回收器的海水/苦咸水流；B表示流出能量回收器的海水/苦咸水流，即进入反渗透膜器的海水/苦咸水流；C表示流出能量回收器的浓盐水流；D表示进入能量回收器的浓盐水流，即反渗透膜器排出的高压浓盐水流；E表示经高压泵进入反渗透膜器的海水/苦咸水流；F为E和B的汇合海水/苦咸水流；G表示反渗透膜器产品水流。
                     具体实施方式
本发明专利的具体实施方式结合各附图加以说明。
图1为反渗透淡化装置的工艺流程图。图中水池1中的预处理海水/苦咸水经提水泵2加压后分为两路，其中一部分海水/苦咸水流E由高压泵3增压，而另一部分海水/苦咸水流A由能量回收器6的切换阀7经切换阀7的接口a、阀芯上的一个流道和接口b流出，并进入水压缸12中，推动水压缸12中的隔离活塞11运动，隔离活塞11运动挤压隔离活塞11另一侧的浓盐水，使之由该水压缸另一端的切换阀10上的接口b、阀芯上的一个流道及接口a排出；与此同时，由反渗透膜器5中排放的高压浓盐水流D由能量回收器6水压缸端部的切换阀10，经切换阀10的接口c、阀芯上的另一个流道及接口d进入能量回收器6的另一个水压缸8，浓盐水推动水压缸8中隔离活塞9运动，隔离活塞9挤压隔离活塞另一侧的海水/苦咸水，经该水压缸8另一端的切换阀6的接口d、阀芯上的另一个流道及接口c，再经增压泵4，并与经高压泵3的海水/苦咸水并流进入反渗透膜器5。
图2为能量回收器工作状态一。图中，能量回收器6中的两个水压缸8和12在同一时间内进行两种不同的工作状态，其中水压缸12的一端是进入海水/苦咸水，而另一端是排出浓盐水；另一个水压缸8，对应的的同一端，则是排出海水/苦咸水，而该水压缸的另一端是进入浓盐水；当水压缸12中的隔离活塞11运动至该水压缸的最右端，同时水压缸8中的隔离活塞9运动至该水压缸的最左端时，能量回收器6的工作状态一结束，水压缸端部的切换阀7和切换阀10的阀芯同时顺时针旋转90°，能量回收器即进入工作状态二。
图3为余压能量回收装置工作状态二。图中，水压缸8的一端是进入能量回收器6的海水/苦咸水流A，而另一端是流出能量回收器6的浓盐水流C；另一个水压缸12，对应的同一端，则是流出能量回收器6的海水/苦咸水流B，而该水压缸的另一端是进入能量回收器6的浓盐水流D；此时，能量回收器6水压缸端部的两个切换阀7和10上的4个连接口中的a与d、b与c分别通过对应切换阀阀芯上的流道处于连通状态；当水压缸8中的隔离活塞9运动至该水压缸的最右端，同时水压缸12中的隔离活塞11运动至该水压缸的最左端时，能量回收器6的工作状态二结束，水压缸端部的切换阀7和10的阀芯再顺时针旋转90°，能量回收器又循环进行工作状态一。
图4为切换阀结构图。切换阀7和10主要由阀体13、衬套14和阀芯16组成，阀体13上按1/4圆周开设4个连接接口a、b、c和d，阀体13内是衬套14，衬套14内是阀芯16，阀芯亦按1/4圆周开设流水孔，其中两两之间由阀芯16上的两条流道15和17连通，通过阀芯有规律的旋转，可连续实现阀体13上4个接口有规律的连通和断开，阀芯16由驱动轴转动。
以下是本发明的一个实施例。对于产水量为1000m3/d的反渗透海水淡化系统，以标准海水(盐浓度为3.5％)为处理对象，系统的工作压力为6.0MPa，回收率为40％，采用本发明工艺方法和装置，产品水的吨水电耗仅为2.25kWh(见表1)。但对于以水力透平为能量回收装置的同规模的反渗透海水淡化系统而言，产品水的吨水电耗为3-5kWh，可见本发明工艺和装置的节能效果是明显的。
表1 1000m3/d反渗透海水淡化系统能耗分析
Figure A20051001429500071

Claims (3)

1.一种节能型反渗透海水/苦咸水的淡化工艺方法，该工艺方法采用包括提水泵、高压泵、增压泵、反渗透膜器及能量回收器组成的装置系统，实现其海水/苦咸水的淡化过程的，其特征在于包括以下过程：将海水/苦咸水经提水泵，以0.1-0.3MPa压力，一部分海水/苦咸水通过能量回收器水压缸一端的切换阀进入能量回收器的水压缸内，并推动该水压缸内的隔离活塞运动，隔离活塞的运动挤压隔离活塞另一侧水压缸内的浓盐水，并使之通过该水压缸另一端的切换阀排出；与此同时，经提水泵加压后的另一部分海水/苦咸水经高压泵加压至2.0-8.0MPa后进入反渗透膜器，排出反渗透膜器的浓盐水经过切换阀进入能量回收器的另一个水压缸内，推动该水压缸内隔离活塞运动，隔离活塞运动并挤压隔离活塞另一侧的海水/苦咸水，该股海水/苦咸水通过水压缸端部切换阀流经增压泵增压，与经高压泵的海水/苦咸水并流进入反渗透膜器；于是能量回收器中的两个水压缸在同一时间内进行两种不同的工作状态，其中一个水压缸的一端是进入海水/苦咸水，而另一端是排出浓盐水；另一个水压缸，对应的同一端，则是排出海水/苦咸水，并经增压泵进入反渗透膜器，而另一端进入高压浓盐水；这样的两个水压缸同时进行两种不同的运行状态，是通过水压缸两端的切换阀实现交替进行的，因此通过有节奏调控切换阀的动作，能够实现不同规模的海水/苦咸水的反渗透淡化过程。
2.一种实现权利要求1所述的节能型反渗透海水/苦咸水淡化工艺方法的装置，该装置包括提升泵、高压泵、增压泵、反渗透膜组及能量回收器，所述的提升泵的压头为0.1-0.3MPa，所述的高压泵的压头为2.0-8.0MPa，所述的增压泵的压头为0.2-0.5MPa，高压泵和增压泵并联设置并与反渗透膜器的进口相连；所述的反渗透膜器，主要为卷式膜组件，所述的能量回收器包括两个水压缸，水压缸内的隔离活塞及水压缸两端分别设置的切换阀，其特征在于：切换阀的阀体上按1/4圆周开设4个连接口，阀体内是衬套，衬套内是阀芯，阀芯亦按1/4圆周开设流水孔，其中两两流水孔之间连通形成流道，阀芯由驱动轴转动。
3.按权利要求2所述的装置，其特征在于：能量回收器的一端的切换阀的阀体上开的4个连接口，相邻的两个连接口分别与海水/苦咸水的进水管相连及与一个水压缸的接口相连；该切换阀的另外两个相邻的连接口，分别与增压泵进口及另一个水压缸接口相连；能量回收器的一端的切换阀的阀体上的4个连接口，其中两个相邻的连接口分别与反渗透膜器浓盐水出口管相连及一个水压缸接口相连，该切换阀的另外两个连接口分别与另一个水压缸接口相连及与浓盐水排放管相连。
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