CN205773848U - 一种正渗透汲取液循环再生系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及正渗透汲取液循环再生系统，包括原水箱，与原水箱连接的正渗透装置、与正渗透装置连接的汲取液循环回收单元，汲取液循环回收单元包括与正渗透装置连接的稀释汲取液箱、与稀释汲取液箱出水口连接的浓缩机构、与浓缩机构出水口连接的浓缩汲取液箱，浓缩汲取液箱的出水口连接至正渗透装置的进水口。本实用新型汲取液溶解度高，浓度高，产生渗透压高，具有原料来源广泛、配制方法简单快捷、成本低廉、无腐蚀气体泄漏风险的特点，其成本低廉，即使出现反向扩散较大需要补充的情况也可忽略不计或者以零排放系统的最终产品进行补充。本实用新型系统占地面积极小，控制简单，可避免污堵和结垢，延长清洗周期和使用寿命，降低投资成本。

Description

一种正渗透汲取液循环再生系统

技术领域

本实用新型涉及水处理技术领域，具体涉及一种正渗透汲取液循环再生系统。

背景技术

正渗透是近年来发展起来的一种浓度驱动的新型膜分离技术，它是依靠选择性渗透膜两侧的渗透压差为驱动力自发实现水传递的膜分离过程，是目前世界膜分离领域研究的热点之一。相对于压力驱动的膜分离过程如微滤、超滤和反渗透技术，这一技术从过程本质上讲具有许多独特的优点：如低压甚至无压操作，因而能耗较低。对许多污染物几乎完全截留，分离效果好，具有低膜污染等特点。在许多领域，特别是在海水淡化、饮用水处理和废水处理中表现出很好的应用前景。

正渗透过程无需外加压力，通过具有高渗透压的汲取液，可以透过半渗透膜将水分子自发的由低渗透压的原水侧汲取出来，而且将原水中的其他溶质截留，然后再采用其他工艺将水从被稀释的汲取液中分离出来，最终获得纯净的水，汲取液可以循环利用。这一过程的实现需要几个必要条件：一是可允许水通过而截留其他溶质分子或离子的选择性渗透膜及膜组件；二是提供驱动力的汲取液；三是对稀释后的汲取液再浓缩途径。由于正渗透过程无需额外施加能量驱动，整个工艺的主要能耗集中在汲取液再生过程，因此，汲取液再生过程直接关系整个正渗透系统的运行成本。理想的汲取液应具有以下特征：高溶解度、低分子质量以产生高渗透压，能够用简单经济的方法分离或再生，与膜兼容性好，惰性、稳定、无毒、接近中性。

目前常用的汲取液及其回收工艺有：

氨和二氧化碳混合气体溶解水中形成(NH₄)₂CO₃复合溶液，以此为汲取液可产生很高的渗透压驱动力，使水分子渗透过膜，稀释后的汲取液可以通过加热蒸发分解其中的溶质而得到循环利用，分解后氨和二氧化碳通过冷凝回收再溶解到汲取液中进行重复使用，除去了溶解氨和二氧化碳以后的水即为比较纯净的水。虽然该类汲取液具有渗透压大、水通量高的优点，但由于该类汲取液再生过程需要加入大量热量，能耗偏高，且选取的氨为腐蚀性气体，对现场操作安全及环境危害有一定的隐患，并且其分解再吸收的过程操作复杂，不易控制，汲取液有效成分不能100％回收，需要定期补充。

也有采用溶解度较高的无机盐做为汲取液，并采用反渗透技术进行浓缩回收的工艺应用，无机盐类汲取液相对比较简单，容易配制和回收，但是受制于渗透压的影响，采用反渗透回收工艺根据所选无机盐种类的不同只能浓缩至8-12％以上。

以上，正渗透系统能够连续稳定运行的关键因素是如何高效并且低能耗的实现汲取液再生回收，由于正渗透过程的动力来源是原料液和汲取液之间的渗透压差，渗透压差越大，过程驱动力就越大，故汲取液本身的渗透压直接影响正渗透的运行效率。其汲取液再生是正渗透工艺能耗的主要部分，再生过程的难易程度和经济性直接关系正渗透工艺的能耗与运行成本。因此，如何开发合适的汲取液，提高正渗透过程推动力并降低工艺的能耗是正渗透技术发展和应用的关键点。

实用新型内容

鉴于上述现有技术存在的缺陷，本实用新型的目的是提供一种正渗透汲取液循环再生系统，解决现有碳铵类汲取液分解和吸收过程复杂、不易控制、能耗高且容易泄漏产生氨气、构成隐患的问题，同样能解决传统无机盐汲取液反渗透回收仅限于低浓度废水浓缩、难以实现高浓盐水的浓缩和零排放、系统运行压力高、设备管路材质要求高、投资成本较高等问题。为实现前述实用新型目的，本实用新型采用的技术方案包括：

一种正渗透汲取液循环再生系统，包括原水箱，还包括与原水箱连接的正渗透装置、与所述正渗透装置连接的汲取液循环回收单元，所述正渗透装置的汲取液是无机盐水溶液，所述汲取液循环回收单元包括与正渗透装置连接的稀释汲取液箱、与所述稀释汲取液箱出水口连接的浓缩机构、与浓缩机构出水口连接的浓缩汲取液箱，所述浓缩汲取液箱的出水口连接至正渗透装置的进水口。其中，所述汲取液包括但不限于NaCl、MgCl₂或CaCl₂的一种或多种组合，无机盐水溶液中无机盐的浓度范围在1～40％之间。

本实用新型正渗透汲取液循环再生系统进一步地，所述浓缩机构包括电渗析装置和反渗透装置，所述电渗析装置进水口连接的稀释汲取液箱出水口，电渗析装置产水出水口连接反渗透装置进水口，电渗析装置浓水出水口连接浓缩汲取液箱进水口，所述反渗透装置的浓水出口连接至稀释汲取液箱。

本实用新型正渗透汲取液循环再生系统进一步地，所述浓缩机构设置为机械蒸汽压缩装置，所述机械蒸汽压缩装置进水口连接的稀释汲取液箱出水口，机械蒸汽压缩装置的浓水出口连接至浓缩汲取液箱进水口。

本实用新型正渗透汲取液循环再生系统进一步地，设置一用于接收浓缩机构淡水的淡水箱。

本实用新型正渗透汲取液循环再生系统进一步地，正渗透装置由一段正渗透装置、二段正渗透装置和三段正渗透装置构成。

本实用新型正渗透汲取液循环再生系统进一步地，与所述正渗透装置还连接设置一用于回收浓水的浓盐水箱。

借由上述方案，本实用新型至少具有以下优点：

①本实用新型汲取液溶解度高，浓度高，能产生的渗透压也更高，具有原料来源广泛、配制方法简单快捷、成本低廉、无腐蚀气体泄漏风险的特点，由于废水中的主要成分也是Na、K、Ca、Mg、Cl、SO₄、NO₃等常规离子，因此本实用新型汲取液无需考虑正渗透膜汲取液反向扩散以及对原水离子截留率较低的问题，即使出现反向扩散较大需要补充的情况，由于其成本低廉，可基本忽略不计或者以零排放系统的最终产品进行补充。

②本实用新型工艺流程简单，根据所采用汲取液，电渗析浓缩单元或机械蒸汽压缩浓缩单元可将汲取液浓缩至15～32％以上，以此产生很高的渗透压回用于正渗透膜分离系统。本实用新型浓缩单元，其占地面积极小，过程控制简单，可避免电渗析膜污堵和结垢，延长清洗周期和使用寿命，利用正渗透膜抗污染的优点可减少对预处理工艺的需求甚至取消预处理工艺。本实用新型运行成本低，适应溶解性固体总量的波动范围广，可与正渗透相结合处理波动较大的浓盐水，投资成本低。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本实用新型正渗透汲取液循环再生系统实施例一结构示意图；

图2是本实用新型正渗透汲取液循环再生系统实施例二结构示意图。

图中各附图标记的含义如下。

1 原水箱 2 正渗透装置

3 稀释汲取液箱 4 浓缩机构

41 电渗析装置 42 反渗透装置

43 机械蒸汽压缩装置 5 浓缩汲取液箱

6 淡水箱 7 浓盐水箱

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，不用来限制本实用新型的范围。基于本实用新型的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

正渗透技术是目前水处理前沿技术，可用于高污染废水的回用和浓缩，也可用于反渗透浓盐水的进一步浓缩及零排放系统、特种物料的分离提纯等领域。可缩短工艺流程，减少膜污染，延长使用寿命，有效降低能耗。具体优势，首先，用于反渗透浓盐水浓缩及零排放系统时，与其他技术相比运行能耗低、投资成本低。其次，进水条件宽泛，产水水质稳定回收率高，最后浓缩的浓水可直接进结晶器，无需传统蒸发技术所需的高压蒸汽系统，正渗透系统管路和设备简单，并且无需选用耐腐蚀、耐高温材料。再次，其运行费用低，操作自动化程度高模块化设计，占地面积少，建设周期短。

本实用新型正渗透汲取液，所述汲取液是无机盐水溶液，包括但不限于NaCl、MgCl₂或CaCl₂的一种或多种组合，其中无机盐水溶液中无机盐的浓度范围在1～40％之间，该浓度是指质量百分比浓度，优选包括NaCl和MgCl₂，该NaCl和MgCl₂的质量比为1:1。经试验证明，本实用新型汲取液溶解度高，浓度高，能产生的渗透压也更高，具有原料来源广泛、配制方法简单快捷、成本低廉、无腐蚀气体泄漏风险的特点，由于废水中的主要成分也是Na、K、Ca、Mg、Cl、SO₄、NO₃等常规离子，因此本实用新型汲取液无需考虑正渗透膜汲取液反向扩散以及对原水离子截留率较低的问题，即使出现反向扩散较大需要补充的情况，由于其成本低廉，可基本忽略不计或者以零排放系统的最终产品进行补充。

采用本实用新型上述汲取液，其正渗透汲取液循环再生方法简单易行，具体为：以浓度范围1～40％的无机盐溶液为汲取液，在进料液侧的水透过正渗透组件进入汲取液侧后，将得到的稀释汲取液进行电渗析浓缩再生或机械蒸汽压缩浓缩再生，再生后的汲取液重返正渗透过程中循环使用，上述无机盐包括但不限于NaCl、MgCl₂或CaCl₂的一种或多种组合，优选包括NaCl和MgCl₂，NaCl和MgCl₂的质量比为1:1。优选地，电渗析浓缩的产水经反渗透除盐处理，将得到的反渗透浓水返回稀释汲取液中进入下一次浓缩再生。本实用新型方法流程简单，可将汲取液浓缩至32％，如以电渗析浓缩可浓缩到28～32％范围，如机械蒸汽压缩浓缩可浓缩到15～25％范围，以此产生很高的渗透压回用于正渗透膜分离系统。

如图1和图2所示，本实用新型正渗透汲取液循环再生系统，包括原水箱1，还包括与原水箱1连接的正渗透装置2、与所述正渗透装置2连接的汲取液循环回收单元，所述正渗透装置2的汲取液是无机盐水溶液，所述汲取液包括但不限于NaCl、MgCl2或CaCl2的一种或多种组合，其中无机盐水溶液中无机盐的浓度范围在1～40％之间，汲取液温度与正渗透膜的使用温度范围相关联。所述汲取液循环回收单元包括与正渗透装置2连接的稀释汲取液箱3、与所述稀释汲取液箱3出水口连接的浓缩机构4、与浓缩机构4出水口连接的浓缩汲取液箱5，所述浓缩汲取液箱5的出水口连接至正渗透装置2的进水口。

应当说明的是，设置一用于接收浓缩机构4淡水的淡水箱6。并且，正渗透装置2由一段正渗透装置21、二段正渗透装置22和三段正渗透装置23构成，正渗透效果好。与所述正渗透装置2还连接设置一用于回收浓水，即回收合格的正渗透浓缩液的浓盐水箱7。

实施例一

参见图1，正渗透汲取液循环再生系统包括原水箱1、正渗透装置2、稀释汲取液箱3、浓缩机构4和浓缩汲取液箱5，所述浓缩机构4包括电渗析装置41，和反渗透装置42，所述电渗析装置41进水口连接的稀释汲取液箱3出水口，电渗析装置41产水出水口连接反渗透装置42进水口，电渗析装置41浓水出水口连接浓缩汲取液箱5进水口，所述反渗透装置42的浓水出口连接至稀释汲取液箱3。

实施例二

参见图2，正渗透汲取液循环再生系统包括原水箱1、正渗透装置2、稀释汲取液箱3、浓缩机构4和浓缩汲取液箱5，所述浓缩机构4设置为机械蒸汽压缩装置43，所述机械蒸汽压缩装置43进水口连接的稀释汲取液箱3出水口，机械蒸汽压缩装置43的浓水出口连接至浓缩汲取液箱5进水口。

本实用新型工作时，原水箱1源水进入正渗透装置2，合格的浓缩液出料至浓盐水箱7。正渗透装置2内的汲取液由于具有较高的渗透压，与原水箱1中原液的压差相差很大，可将原液的水分吸收，而盐分被正渗透膜阻挡，汲取液吸收水分后变稀。稀释后的汲取液流出至稀释汲取液箱3，稀释汲取液进入浓缩机构4浓缩后，产出的浓汲取液进入正渗透装置2使用。其电渗析装置41产水可采用反渗透装置42进行进一步的除盐处理，产水作为纯水回用，反渗透装置42浓水回到稀释汲取液箱3循环使用，反渗透装置42的浓缩液回到浓缩汲取液箱5循环使用。机械蒸汽压缩装置43产水可直接作为纯水回用，不需要再用反渗透方式进一步脱盐，机械蒸汽压缩装置43的浓缩液回到浓缩的汲取液箱循环使用。

因此，本实用新型汲取液溶解度高，浓度高，能产生的渗透压也更高，具有原料来源广泛、配制方法简单快捷、成本低廉、无腐蚀气体泄漏风险的特点，由于废水中的主要成分也是Na、K、Ca、Mg、Cl、SO₄、NO₃等常规离子，因此本实用新型汲取液无需考虑正渗透膜汲取液反向扩散以及对原水离子截留率较低的问题，即使出现反向扩散较大需要补充的情况，由于其成本低廉，可基本忽略不计或者以零排放系统的最终产品进行补充。并且，本实用新型工艺流程简单，根据所采用汲取液，电渗析浓缩单元或机械蒸汽压缩浓缩单元可将汲取液浓缩至15～32％以上，以此产生很高的渗透压回用于正渗透膜分离系统。本实用新型浓缩单元，其占地面积极小，过程控制简单，可避免电渗析膜污堵和结垢，延长清洗周期和使用寿命，利用正渗透膜抗污染的优点可减少对预处理工艺的需求甚至取消预处理工艺。本实用新型运行成本低，适应溶解性固体总量的波动范围广，可与正渗透相结合处理波动较大的浓盐水，投资成本低。本实用新型尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种正渗透汲取液循环再生系统，包括原水箱(1)，其特征在于：还包括与原水箱(1)连接的正渗透装置(2)、与所述正渗透装置(2)连接的汲取液循环回收单元，所述正渗透装置(2)的汲取液是无机盐水溶液，所述汲取液循环回收单元包括与正渗透装置(2)连接的稀释汲取液箱(3)、与所述稀释汲取液箱(3)出水口连接的浓缩机构(4)、与浓缩机构(4)出水口连接的浓缩汲取液箱(5)，所述浓缩汲取液箱(5)的出水口连接至正渗透装置(2)的进水口。

2.根据权利要求1所述的一种正渗透汲取液循环再生系统，其特征在于：所述浓缩机构(4)包括电渗析装置(41)和反渗透装置(42)，所述电渗析装置(41)进水口连接的稀释汲取液箱(3)出水口，电渗析装置(41)产水出水口连接反渗透装置(42)进水口，电渗析装置(41)浓水出水口连接浓缩汲取液箱(5)进水口，所述反渗透装置(42)的浓水出口连接至稀释汲取液箱(3)。

3.根据权利要求1所述的一种正渗透汲取液循环再生系统，其特征在于：所述浓缩机构(4)设置为机械蒸汽压缩装置(43)，所述机械蒸汽压缩装置(43)进水口连接的稀释汲取液箱(3)出水口，机械蒸汽压缩装置(43)的浓水出口连接至浓缩汲取液箱(5)进水口。

4.根据权利要求1所述的一种正渗透汲取液循环再生系统，其特征在于：设置一用于接收浓缩机构(4)淡水的淡水箱(6)。

5.根据权利要求1所述的一种正渗透汲取液循环再生系统，其特征在于：正渗透装置(2)由一段正渗透装置(21)、二段正渗透装置(22)和三段正渗透装置(23)构成。

6.根据权利要求1所述的一种正渗透汲取液循环再生系统，其特征在于：与所述正渗透装置(2)还连接设置一用于回收浓水的浓盐水箱(7)。