CN210974236U - 水处理系统 - Google Patents

Abstract

一种水处理系统，用于脱除进水中的盐分，所述系统包括电脱盐单元、反渗透单元和控制单元。

Description

水处理系统

技术领域

本实用新型涉及水处理技术领域，主要涉及一种从进水中脱除盐分的新型水处理系统。

背景技术

当把相同体积、不同盐分浓度的稀溶液和浓溶液分别置于一容器的两侧，中间用半透膜阻隔，稀溶液中的溶剂将自然的穿过半透膜，向浓溶液侧流动，浓溶液侧的液面会比稀溶液的液面高出一定高度，形成一个压力差，达到渗透平衡状态，此种压力差即为渗透压。若在浓溶液侧施加一个大于渗透压的压力，浓溶液中的溶剂会向稀溶液流动，此种溶剂的流动方向与原来渗透的方向相反，这一过程称为反渗透。反渗透技术已广泛应用于溶液分离、提取和纯化，例如，从水溶液中脱离盐分。

目前，水处理系统中通常包括用于脱盐的反渗透单元。反渗透单元脱盐存在两个主要问题。第一，某些国家和地方法规对反渗透单元的脱盐率有要求，需要达到较高的脱盐率，因此，现在技术发展的趋势是做高废水比的反渗透单元，要满足高废水比，则反渗透单元进水的盐分浓度非常高，这种情况下，要达到国家要求的脱盐率难度很大，现在市场上的反渗透膜片只有少数能满足使用的要求，且价格非常高昂。另外，高脱盐率膜片一般通量相对比较低，所以同样的产水量需要更多的膜面积导致膜元件成本很高。第二，反渗透单元在不开启的时候，浓水侧的盐分会扩散到产水侧，从而影响产水的水质。例如，包含反渗透单元的家用净水器，在使用时，厂家会建议用户在每次制水时，先流掉一些产水，再使用后续产水，避免使用因浓水侧盐分扩散至产水侧产生的受污染水。

基于以上两个问题，水处理领域需要一种具有高废水比、高脱盐率，以及产水水质稳定的水处理系统。

实用新型内容

本实用新型针对水处理脱盐领域，高废水比、高脱盐率以及产水水质稳定的要求，设计了一种新型水处理系统，利用常规的膜元件即可实现高的废水比、高的脱盐率以及持续稳定的产水水质。

本实用新型实施例涉及一种水处理系统，用于脱除进水中的盐分，所述系统包括电脱盐单元、反渗透单元和控制单元，其中，所述电脱盐单元包括电极、进水口和淡化液出口；所述反渗透单元包括进水口、浓水出口、产水出口、高压泵、反渗透膜组件，所述反渗透单元的进水口与所述电脱盐单元的淡化液出口通过管道相连接；所述控制单元包括信号接收模块、信号处理模块和信号发射模块，用于控制所述水处理系统处于第一模式和第二模式，其中，所述第一模式包括：用所述电脱盐单元对进水进行处理，获得淡化液和浓缩液，以及用所述反渗透单元对所述淡化液进行处理，获得产水和浓水，所述第二模式包括：用所述电脱盐单元对进水进行处理，获得淡化液和浓缩液，以及关闭所述反渗透单元，用所述淡化液作为所述反渗透单元的进水，冲洗所述反渗透单元的浓水侧，得到从所述反渗透单元浓水出口流出的冲洗水。

通常，在水处理的脱盐步骤，会选用反渗透单元或者电脱盐单元，而本实用新型开创性地设计了同时具有电脱盐单元和反渗透单元的水处理系统，其中，电脱盐单元对进水进行预先脱盐，得到淡化液和浓缩液，浓缩液排出系统，淡化液进入反渗透单元进行处理，这样，在反渗透单元中采用普通膜元件即可实现高废水比、高脱盐率的效果。另外，本实用新型的水处理系统中，集成了控制单元，用于控制所述水处理系统处于第一模式、第二模式或其它模式(如有)，其中，第一模式为脱盐的工作模式，能够得到所需要的盐分含量很低或极低的产水；第二模式为冲洗反渗透单元模式，冲洗反渗透膜元件可以减少膜元件的结垢污堵，也能够避免在反渗透单元停止工作时，浓水侧盐分扩散到产水侧，造成系统重新开启供水时，产水水质不达标。因此，本实用新型提供了一种新颖的具有高废水比、高脱盐率，以及产水水质稳定的水处理系统。

附图说明

附图以及下面的详细描述用于帮助理解本实用新型的特征和优点，其中：

图1示意性地显示了根据本实用新型一个实施例的水处理系统100；

图2示意性地显示了使用水处理系统100进行水处理的一个实施例的第一模式的流程示意图；

图3示意性地显示了使用水处理系统100进行水处理的一个实施例的第二模式的流程示意图；以及

图4显示了实验示例的对比结果。

具体实施方式

除非本申请中清楚地另行定义，所用到的科学和技术术语的含义为本申请所述技术领域的技术人员通常所理解的含义。本申请中使用的“包括”、“包含”、“具有”或“含有”以及类似的词语是指除了列于其后的项目及其等同物外，其他的项目也可在范围以内。术语“或”、“或者”并不意味着排他，而是指存在提及项目(例如，成分)中的至少一个，并且包括提及项目的组合可能存在的情况。本申请中提及“一些实施例”等，表示所述与本实用新型相关的一种特定要素(例如特征、结构和/或特点)被包含在本说明书所述的至少一个实施例中，可能或可能不出现于其它实施例中。另外，需要理解的是，所述发明要素可以以任何适当的方式结合。

本申请提及的“脱盐”是指从待处理液体/溶液中除去至少一部分盐分，所述盐分可能以离子状态存在，包括各种价态的阴离子和阳离子。在大部分情况下，“去离子”与“脱盐”具有同样的含义。在某些情况下，脱盐也被称之为脱除矿物质。

本文中提到的“电脱盐”也称为“电去离子”，是水处理技术中的一种，通过对待处理液体施加电场，以电驱动使其中的离子发生迁移，达到将离子从待处理液体中除去的目的。电脱盐技术已广泛应用于硬水软化、海水淡化、重金属去除、超纯水制备、饮用水制备等各种水处理领域。电脱盐技术，根据具体原理不同，细分为以下几种：电渗析(ED)、频繁倒极电渗析(EDR)、填充式电渗析(EDI)、填充式倒极电渗析(EDIR)和电容脱盐(CDI)等。本实用新型实施例的电脱盐单元可以采用以上列举的至少一种设备。

ED设备，即电渗析器，一般包括：电极，由相当数量膜对组成的膜堆，以及压紧装置。交替排列的阳离子交换膜和阴离子交换膜将电渗析器内部分成许多淡化室和浓缩室。当待处理液体进入电渗析器时，在直流电场作用下，液体中的离子作定向迁移，形成淡化液和浓缩液，分别从淡化室和浓缩室的出口流出。

EDR的原理和ED基本是相同的，只是在运行过程中，EDR每隔一定时间(一般为15～20min)，正负电极极性相互倒换一次，因此称其为频繁倒极电渗析，它能自动清洗离子交换膜和电极表面形成的污垢，以确保离子交换膜效率的长期稳定性及淡化液的水质和水量。

EDI是一种将电渗析法和离子交换法结合起来的一种水处理方法，即将离子交换树脂填充在电渗析设备的淡化室中，利用电渗析过程中的极化现象对离子交换树脂进行电化学再生。在EDI的运行中，如果每隔一定时间倒换正负电极极性，即为EDIR。

CDI不采用膜类元件，它的原理是通过外加电压在电极之间形成静电场，带电粒子在静电场中受到静电力而被迫向带相反电荷的电极板移动，在电极板表面形成双电层，带电粒子吸附并暂时储存在双电层中。当吸附过程达到平衡时撤去电场或反接电源后，吸附在电极上的离子回到溶液中，达到脱附目的。电极是CDI的核心部件。图1所示为根据本实用新型一个实施例的水处理系统100的示意图。水处理系统100包括电渗析单元110、反渗透单元120和控制单元130。

电渗析单元110采用ED或EDR，包括膜堆、电极、夹紧装置、进水口、淡化液出口和浓缩液出口，其中，进水口、淡化液出口和浓缩液出口分别与进水管道151、淡化液管道153和浓缩液管道152相连接。电渗析单元110工作时，进水(也称之为待处理水，或待脱盐水)通过进水管道151进入电渗析单元110，进行电渗析，得到浓缩液和淡化液，分别经浓缩液管道152和淡化液管道153流出。

反渗透单元120包括进水口、浓水出口、产水出口、高压泵、反渗透膜组件，其中，反渗透单元120的进水口与电渗析单元110的淡化液出口通过管道153相连接，浓水出口和产水出口分别与回流管道154和产水管道155相连接。回流管道154连接反渗透单元120的浓水出口和电渗析单元110的进水口或进水管道151。反渗透单元120工作时，接收电渗析的淡化液，对其进行反渗透处理，得到浓水和产水，其中，反渗透浓水经回流管道154回流至电渗析单元110中进行再处理，反渗透产水经产水管道155流出。反渗透膜组件位于反渗透单元120内部，包括至少一张反渗透膜。与反渗透单元120的进水口、浓水出口相连通的反渗透膜一侧称之为浓水侧，而水在压力下透过反渗透膜得到产水的一侧称之为产水侧。在某些实施例中，水处理系统不包括回流管道154，这样，反渗透单元120的反渗透浓水直接排放，而不回流至电渗析单元110。

所述控制单元130包括信号接收模块、信号处理模块和信号发射模块，与电渗析单元110和反渗透单元120电连接，用于控制水处理系统100处于不同的模式。所述信号接收模块可以接收例如用户开启和关闭水处理系统的信号，所述信号处理模块可以根据接收的信号进行处理判断，所述信号发射模块能够向电渗析单元110和反渗透单元120发射信号，控制其开启和关闭，以及可选地，控制一些水流管道的开启与关闭。

图2和图3所示分别为采用水处理系统100进行水处理的第一模式和第二模式的流程示意图。

如图2所示，在第一模式下，即脱盐的工作模式下，控制单元130控制电渗析单元110和反渗透单元120均处于开启状态，进水首先经过电渗析单元110进行脱盐处理，得到浓缩液和淡化液，其中，浓缩液通过管道152排出水处理系统100之外，淡化液通过管道153进入反渗透单元120进行进一步脱盐处理，得到浓水和产水。其中，浓水通过回流管道154回流至电渗析单元110，作为进水的一部分再次进行电渗析处理。在某些实施例中，反渗透浓水也可以直接排出水处理系统100之外。

如图3所示，在第二模式下，即冲洗反渗透单元模式下，控制单元130控制电渗析单元110处于开启状态，反渗透单元120处于关闭状态，进水经过电渗析单元110进行脱盐处理，得到浓缩液和淡化液，其中，浓缩液通过管道152排出水处理系统100之外，淡化液通过管道153进入反渗透单元120，由于反渗透单元120处于关闭状态，产水出口无产水流出，电渗析的淡化液冲洗反渗透单元120的浓水侧，冲洗水由反渗透单元120的浓水出口流出。冲洗水通过回流管道154回流至电渗析单元110，作为进水的一部分再次进行电渗析处理。在某些实施例中，冲洗水也可以直接排出水处理系统100之外。

在本申请中，所述“关闭反渗透单元”、“关闭电渗析单元”、“关闭电脱盐单元”是指关闭电源，或者，关闭出水口(例如反渗透单元的产水出口)，使之不能进行脱盐工作。关闭反渗透单元还包括关闭反渗透单元中的高压泵。

在某些实施例中，水处理系统100还包括冲洗水盐分检测单元140，与冲洗水流相接触，用于在第二模式下，检测冲洗水的盐分含量。所述检测可以是实时监测，也可以是以一定频率间歇性检测。在这种情况下，控制单元130可以接收冲洗水盐分检测单元140的盐分含量数据。因此，水处理过程还可以包括：检测冲洗水的盐分含量，当冲洗水的盐分含量低于预设值时，控制单元130控制水处理系统100处于第三模式，所述第三模式包括关闭电渗析单元110和关闭反渗透单元120，即第三模式为完全停止工作模式。所述盐分含量的预设值，在某些实施例中，等于或基本等于水处理系统的产水盐分含量指标。

在本申请中，所述盐分含量是指液体中的盐或离子总量，通常以质量百分数形式表示，在某些实施例中，以溶解性固体总量(TDS)值来表征盐分含量。冲洗水盐分检测单元140可以采用TDS测量设备。

上述水处理系统100采用的是ED/EDR+RO的系统，在本实用新型某些实施例中，还可以采用CDI+RO的系统。CDI包括一个进口和一个出口，在静电吸附过程中，CDI出口流出脱除离子后的淡化液，当短路或倒极后，离子从电极脱附下来产生浓缩液，此时浓缩液从出口流出，因此CDI的出口交替流出淡化液和浓缩液。为了使整个CDI+RO系统连续运行，可采用至少两个CDI单元并联的方式，当其中一个CDI脱除离子流出淡化液时，另一个CID单元处于脱附离子状态，保证连续有CDI处理后的淡化液流入RO单元，CDI的浓缩液排出系统以外。

本实用新型提供的水处理系统，采用了电脱盐单元和反渗透单元两种脱盐设备，进水(或待脱盐水)先经过电脱盐单元进行电脱盐，使进水中的一部分盐分被脱除，这样，反渗透单元的进水盐分较低，不需要使用脱盐率高的膜元件，而系统整体具有较高的脱盐率，以及较高的废水比。另外，由于电脱盐单元先将一部分盐脱除，也降低了反渗透单元的结垢风险。本实用新型实施例中，反渗透单元的浓水可以直接排放，也可以回流至电脱盐单元的进水口，这样能够进一步提高水处理系统的水回收率。

本实用新型提供的水处理系统，能够保证产水的水质是持续稳定的，不会出现波动。本实用新型实施例的水处理系统的第二模式是一种反渗透冲洗模式，能够在用户不使用水处理系统制水的时候，开启电脱盐单元，而关闭反渗透单元，使电脱盐单元的淡化液冲洗反渗透单元的浓水侧，防止浓水侧的高盐分水扩散至产水侧，另外，冲洗水回流至电脱盐单元进行重新脱盐，能够减少水的浪费。当反渗透冲洗水的盐分含量降低至预设值时，某些情况下，是指反渗透单元浓水侧与产水侧的盐分含量基本一致时，这时，反渗透膜两侧不会产生渗透或扩散，此时可同时关闭电脱盐单元和反渗透单元，水处理系统进行第三模式。在本实用新型的水处理系统中，无论用户何时制水，得到的产水都是低盐分的、高质量的。

本实用新型提供的水处理系统，根据具体实施情况，还可以包括常见的其它水处理单元，例如氧化单元，超滤单元，活性炭吸附单元等。

实验示例

作为对比试验，将本实用新型实施例的电渗析+反渗透系统和仅含有反渗透单元的系统进行对比。试验过程中，反渗透单元均采用产水量为400加仑/天的系统，纯废水比为1:1，系统进水采用实验室配制的750mg/L氯化钠水溶液。试验时，每个系统均运行30分钟，然后系统停止运行，静置10分钟，然后再开启系统，测试系统产水的水质。两个系统的产水水质如图4所示。

因为在静置时，反渗透单元膜两侧有盐分扩散，仅含反渗透单元的系统出水一开始盐分很高，最高达到380ppm，而实用新型实施例的系统产水的盐分均小于75ppm，满足脱盐率大于90％的要求。

以上的水处理系统仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种水处理系统，用于脱除进水中的盐分，所述系统包括电脱盐单元、反渗透单元和控制单元，其中，

所述电脱盐单元包括电极、进水口和淡化液出口；

所述反渗透单元包括进水口、浓水出口、产水出口、高压泵、反渗透膜组件，其中，所述反渗透单元的进水口与所述电脱盐单元的淡化液出口通过管道相连接；

所述控制单元包括信号接收模块、信号处理模块和信号发射模块，与所述电脱盐单元和所述反渗透单元电连接，用于控制所述水处理系统处于第一模式和第二模式，其中，所述第一模式包括：用所述电脱盐单元对进水进行处理，获得淡化液和浓缩液，以及用所述反渗透单元对所述淡化液进行处理，获得产水和浓水；所述第二模式包括：用所述电脱盐单元对进水进行处理，获得淡化液和浓缩液，以及关闭所述反渗透单元，用所述淡化液作为所述反渗透单元的进水，冲洗所述反渗透单元的浓水侧，得到从所述反渗透单元浓水出口流出的冲洗水。

2.如权利要求1所述的水处理系统，还包括回流管道，用于连接所述反渗透单元的浓水出口与所述电脱盐单元的进水口。

3.如权利要求1所述的水处理系统，还包括冲洗水盐分检测单元，用于检测所述冲洗水的盐分含量。

4.如权利要求3所述的水处理系统，其中，所述控制单元接收所述冲洗水的盐分含量数据，当所述冲洗水的盐分含量低于预设值时，控制所述水处理系统处于第三模式，所述第三模式包括关闭所述电脱盐单元和所述反渗透单元。

5.如权利要求4所述的水处理系统，其中，所述预设值等于所述水处理系统的产水盐分含量指标。

6.如权利要求1所述的水处理系统，其中，所述第一模式还包括将所述反渗透浓水回流，作为所述电脱盐单元的进水的一部分。

7.如权利要求1所述的水处理系统，其中，所述第二模式还包括将所述冲洗水回流，作为所述电脱盐单元的进水的一部分。

8.如权利要求1所述的水处理系统，其中，所述关闭反渗透单元包括关闭所述反渗透单元的电源，关闭反渗透单元的高压泵，或者关闭所述反渗透单元的产水出口。

9.如权利要求1所述的水处理系统，其中，所述电脱盐单元包括选自电渗析(ED)、频繁倒极电渗析(EDR)、填充式电渗析(EDI)、填充式倒极电渗析(EDIR)和电容脱盐(CDI)设备中的一种或多种。

Images