CN219652751U - 一种新型高倍浓缩的三段反渗透膜系统 - Google Patents
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Abstract
一种新型高倍浓缩的三段反渗透膜系统，包括依次连接的进水池、增压泵、保安过滤器、高压泵和高倍反渗透膜浓缩单元，以及分别与高倍反渗透膜浓缩单元产水口和浓水口连接的产水箱和浓水箱，高倍反渗透膜浓缩单元为一级三段反渗透膜系统，包括一段反渗透膜组件A、二段反渗透膜组件B和三段反渗透膜组件C，各段膜组件的单支膜元件透水系数和盐透过系数均不同，本发明可使浓盐水的含盐量提升15％‑30％，浓盐水量相应减少15％‑30％，实现含盐废水更高倍的浓缩，减少后续处理设备的规模；并可充分利用二段反渗透膜组件B的浓水能量，最大限度地降低能耗和投资。
Description
技术领域
本发明属于水处理技术领域，特别涉及一种新型高倍浓缩的三段反渗透膜系统。
背景技术
随着我国水资源利用和保护政策的升级强化，废水高倍浓缩和零排放技术逐渐成为煤化工、电力、焦化、冶金、造纸、印染和石油化工等诸多行业的必然选择，其中膜浓缩工艺是废水高倍浓缩和零排放过程中的关键核心技术。通常反渗透膜产水水质较好，可以实现回收利用；反渗透浓水进入后续处理单元。最大限度减少浓水量的高倍膜浓缩技术，是影响废水高倍浓缩和零排放工程整体造价及其运行成本高低的关键因素之一。
常规的反渗透膜浓缩技术采用一级一段或一级两段浓缩系统工艺，即使采用83bar压力等级反渗透膜浓缩工艺，氯化钠溶液浓缩的最高浓度仅为70000-80000mg/L。如需更高的盐浓缩终点，须采用压力等级更高的120Bar压力等级的反渗透膜，但120Bar压力等级的反渗透膜能耗和工程造价高，操作安全成本和管理难度大。因此，如何研究开发在不提高反渗透膜压力又能提高废水浓缩终点的膜浓缩工艺技术，是废水高倍浓缩和零排放节能减排亟待解决的关键。
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新型高倍浓缩的三段反渗透膜系统，在不提高进水压力的情况下实现含盐废水的高倍浓缩，相比传统一级一段或一级两段反渗透膜浓缩系统，盐溶液浓缩终点可提高15％-30％，浓水量可减少15％-30％，可大幅度降低后续处理设备的规模及运行成本。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种新型高倍浓缩的三段反渗透膜系统，包括依次连接的进水池、增压泵、保安过滤器、高压泵和高倍反渗透膜浓缩单元，以及分别与高倍反渗透膜浓缩单元产水口和浓水口连接的产水箱和浓水箱，所述高倍反渗透膜浓缩单元为一级三段反渗透膜系统，包括一段反渗透膜组件A、二段反渗透膜组件B和三段反渗透膜组件C，各段膜组件的单支膜元件透水系数和盐透过系数均不同，一段反渗透膜组件A浓水口经段间增压泵或直接与二段反渗透膜组件B进水口管路连接，二段反渗透膜组件B浓水口与三段反渗透膜组件C进水口管路连接，一段反渗透膜组件A和二段反渗透膜组件B产水口均与产水箱管路连接；三段反渗透膜组件C产水口与进水池或增压泵前端管路连接，三段反渗透膜组件C浓水口与浓水箱管路连接。
在本发明的一个实施例中，所述一段反渗透膜组件A、二段反渗透膜组件B和三段反渗透膜组件C的单支膜元件透水系数依次增大，盐透过系数依次增大。
在本发明的一个实施例中，所述一段反渗透膜组件A的单支膜元件透水系数为1.1-4.9LMH/bar，盐透过系数小于0.45mm/h；二段反渗透膜组件B的单支膜元件透水系数为1.2-3.1LMH/bar，盐透过系数0.14-0.32mm/h；三段反渗透膜组件C的单支膜元件透水系数大于3.2LMH/bar，盐透过系数大于4.90mm/h。
在本发明的一个实施例中，所述一段反渗透膜组件A与二段反渗透膜组件B之间是否设置段间增压泵与高倍反渗透膜浓缩单元系统回收率有关：当高倍反渗透膜浓缩单元系统回收率小于60％时不设置段间增压泵，当高倍反渗透膜浓缩单元系统回收率大于70％时设置段间增压泵，当高倍反渗透膜浓缩单元系统回收率介于60％-70％时，根据来水含盐量及其组分确定是否设置段间增压泵。
在本发明的一个实施例中，当高倍反渗透膜浓缩单元来水TDS为20000ppm，系统回收率为65％，如果TDS为氯化钠体系，则设置段间增压泵，且增压压力8bar；如果TDS为硫酸钠体系，则不设置段间增压泵；当高倍反渗透膜浓缩单元来水TDS为30000ppm，系统回收率为65％，如果TDS为氯化钠体系，则设置段间增压泵，增压压力12bar；如果TDS为硫酸钠体系，则设置段间增压泵，增压压力7bar。
在本发明的一个实施例中，所述二段反渗透膜组件B与三段反渗透膜组件C之间不需要段间增压泵。
在本发明的一个实施例中，所述增压泵将出水压力提升至保安过滤器压力，所述高压泵为反渗透系统提供压力。
本发明还提供了基于所述新型高倍浓缩的三段反渗透膜系统的工艺，待处理废水从进水池经增压泵增压后进入保安过滤器初步过滤，然后利用高压泵送入一段反渗透膜组件A进行第一次反渗透过滤，出一段反渗透膜组件A的产水送入产水箱，浓水通过段间增压泵或直接送入二段反渗透膜组件B进行第二次反渗透过滤，出二段反渗透膜组件B的产水送入产水箱，浓水直接送入三段反渗透膜组件C进行第三次反渗透过滤，出三段反渗透膜组件C的产水回送至进水池或增压泵前端，浓水送入浓水箱。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)相比传统一级一段或一级两段反渗透膜浓缩系统，在相同压力条件下，突破了传统高压反渗透膜浓缩系统的盐浓缩终点，可实现含盐废水的更高倍浓缩，盐溶液浓缩终点可提高15％-30％，浓水量可减少15％-30％，可大幅度降低后续处理设备的规模及运行成本。
(2)该高倍反渗透膜浓缩单元中二段反渗透膜组件B与三段反渗透膜组件C之间不需要设置段间增压泵，能够降低系统投资及能耗成本，生产管理操作更方便。
附图说明
图1是本发明的系统结构示意图。
图2是本发明的系统结构示意图(不设段间增压泵)。
图3是本发明的系统结构示意图(设段间增压泵)。
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。
如图1所示，本发明提供了一种新型高倍浓缩的三段反渗透膜系统，主要包括：进水池1、增压泵2、保安过滤器3、高压泵4、高倍反渗透膜浓缩单元5、产水箱6和浓水箱7。进水池1、增压泵2、保安过滤器3、高压泵4和高倍反渗透膜浓缩单元5依次连接，产水箱6和浓水箱7分别与高倍反渗透膜浓缩单元5产水口和浓水口连接。
其中，进水池1用于存储或临时存储待处理废水，且可均化水质，稳定系统的水量和水质。增压泵2用于将出水压力提升至保安过滤器3压力，常见如3bar，保安过滤器3一般内置过滤精度为5微米的滤芯，以保护高压泵4及反渗透膜。高压泵4的主要作用是克服液体渗透压，为反渗透系统提供压力。
高倍反渗透膜浓缩单元5为一级三段反渗透膜系统，包括一段反渗透膜组件A51、二段反渗透膜组件B52和三段反渗透膜组件C53。或，也可仅由一段反渗透膜组件A51、二段反渗透膜组件B52和三段反渗透膜组件C53以及其连接管路组成。其中各段膜组件的单支膜元件透水系数和盐透过系数均不同。示例地，一段反渗透膜组件A51、二段反渗透膜组件B52和三段反渗透膜组件C53的单支膜元件透水系数依次增大，盐透过系数依次增大。进一步示例地，为最大限度的利用前段反渗透膜组件浓水的能量，一段反渗透膜组件A51的单支膜元件透水系数为1.1-4.9LMH/bar，盐透过系数小于0.45mm/h；二段反渗透膜组件B52的单支膜元件透水系数为1.2-3.1LMH/bar，盐透过系数0.14-0.32mm/h；三段反渗透膜组件C53的单支膜元件透水系数大于3.2LMH/bar，盐透过系数大于4.90mm/h。
其连接关系为：一段反渗透膜组件A51浓水口经段间增压泵54或直接与二段反渗透膜组件B52进水口管路连接，二段反渗透膜组件B52浓水口与三段反渗透膜组件C53进水口管路连接，一段反渗透膜组件A51和二段反渗透膜组件B52产水口均与产水箱6管路连接，一段反渗透膜组件A51和二段反渗透膜组件B52产水水质较好，可以直接回用。三段反渗透膜组件C53产水口与进水池1或增压泵2前端管路连接，三段反渗透膜组件C53产水水质较差，因此将其产水回流，三段反渗透膜组件C53浓水口与浓水箱7管路连接。
一段反渗透膜组件A51与二段反渗透膜组件B52之间是否设置段间增压泵54与高倍反渗透膜浓缩单元5系统回收率有关：当高倍反渗透膜浓缩单元5系统回收率小于60％时不设置段间增压泵54，如图2所示；当高倍反渗透膜浓缩单元5系统回收率大于70％时设置段间增压泵54，如图3所示，当高倍反渗透膜浓缩单元5系统回收率介于60％-70％时根据来水含盐量及其组分确定是否设置段间增压泵54。
在本发明的一个具体实施例中，高倍反渗透膜浓缩单元5来水TDS为20000ppm，系统回收率为65％，如果TDS为氯化钠体系，需要段间增压泵54，增压压力约8bar；如果TDS为硫酸钠体系，不需要段间增压泵54。高倍反渗透膜浓缩单元5来水TDS为30000ppm，系统回收率为65％，如果TDS为氯化钠体系，需要段间增压泵54，增压压力约12bar；如果TDS为硫酸钠体系，需要段间增压泵54，增压压力约7bar。
示例地，二段反渗透膜组件B52与三段反渗透膜组件C53之间不需要段间增压泵54。仅利用二段反渗透膜组件B52的浓水能量即可满足传输要求，从而最大限度的降低能耗和投资。
本发明的工艺过程：待处理废水从进水池1经增压泵2增压后进入保安过滤器3初步过滤，然后利用高压泵4送入一段反渗透膜组件A51进行第一次反渗透过滤，出一段反渗透膜组件A51的产水送入产水箱6，浓水通过段间增压泵54或直接送入二段反渗透膜组件B52进行第二次反渗透过滤，出二段反渗透膜组件B52的产水送入产水箱6，浓水直接送入三段反渗透膜组件C53进行第三次反渗透过滤，出三段反渗透膜组件C53的产水回送至进水池1或增压泵2前端，浓水送入浓水箱7。
以下是本发明若干具体的实施例。
实施例1：
如图2所示，本实施例中，高倍反渗透膜浓缩单元5进水TDS为47765mg/L，一段反渗透膜组件A51选择美国杜邦公司的FORTILIFETM XC70，二段反渗透膜组件B52选择美国杜邦公司的FORTILIFETM XC80，三段反渗透膜组件C53选择美国杜邦公司的FORTILIFETM XC120，各段膜元件的性能参数如表1所示，膜壳排列方式8:5:4(6芯装)，高倍反渗透膜浓缩单元5系统回收率为53.0％，一段和二段之间不设置段间增压泵54，系统最大运行压力为57.3Bar，常规的一级两段反渗透膜浓缩系统最大运行压力为67.2Bar。采用新型高倍浓缩的三段反渗透膜系统工艺，系统运行压力比常规的一级两段反渗透膜浓缩系统运行压力低14.7％(计算式为：1-(57.3/67.2)＝14.7％)。
实施例2：
如图3所示，本实施例中，高倍反渗透膜浓缩单元5进水TDS为47765mg/L，一段反渗透膜组件A51选择美国杜邦公司的FORTILIFETM XC70，二段反渗透膜组件B52选择美国杜邦公司的FORTILIFETM XC80，三段反渗透膜组件C53选择美国杜邦公司的FORTILIFETM XC120，各段膜元件的性能参数如表1所示，膜壳排列方式9:7:5(6芯装)，高倍反渗透膜浓缩单元5系统回收率为65.0％，一段和二段之间设置段间增压泵54，增压压力3Bar，系统最大运行压力为74.4Bar，常规的一级两段反渗透膜浓缩系统最大运行压力为91.6Bar。采用新型高倍浓缩的三段反渗透膜系统工艺，系统运行压力比常规的一级两段反渗透膜浓缩系统运行压力低18.8％(计算式为：1-(74.4/91.6)＝18.8％)。
表1各段膜元件的性能参数
可见，本发明在相同压力条件下，突破了传统高压反渗透膜浓缩系统的盐浓缩终点，使浓盐水的含盐量提升15％-30％，浓盐水量相应地减少15％-30％，能够实现含盐废水更高倍的浓缩，减少后续处理设备的规模。
以氯化钠体系为例，进水TDS为30000ppm，进水水量为50m3/h，进水压力为70bar。常规的一级两段反渗透膜浓缩系统浓水TDS为79852ppm，浓盐水量为18.7m3/h；高倍反渗透膜浓缩单元5浓水TDS为96965ppm，浓盐水量为14.8m3/h。浓水TDS提升21.4％，浓盐水量减少20.8％。
Claims (5)
1.一种新型高倍浓缩的三段反渗透膜系统，包括依次连接的进水池、增压泵、保安过滤器、高压泵和高倍反渗透膜浓缩单元，以及分别与高倍反渗透膜浓缩单元产水口和浓水口连接的产水箱和浓水箱，其特征在于，所述高倍反渗透膜浓缩单元为一级三段反渗透膜系统，包括一段反渗透膜组件A、二段反渗透膜组件B和三段反渗透膜组件C，各段膜组件的单支膜元件透水系数和盐透过系数均不同，一段反渗透膜组件A浓水口经段间增压泵或直接与二段反渗透膜组件B进水口管路连接，二段反渗透膜组件B浓水口与三段反渗透膜组件C进水口管路连接，一段反渗透膜组件A和二段反渗透膜组件B产水口均与产水箱管路连接；三段反渗透膜组件C产水口与进水池或增压泵前端管路连接，三段反渗透膜组件C浓水口与浓水箱管路连接。
2.根据权利要求1所述新型高倍浓缩的三段反渗透膜系统，其特征在于，所述一段反渗透膜组件A、二段反渗透膜组件B和三段反渗透膜组件C的单支膜元件透水系数依次增大，盐透过系数依次增大。
3.根据权利要求1所述新型高倍浓缩的三段反渗透膜系统，其特征在于，所述一段反渗透膜组件A与二段反渗透膜组件B之间是否设置段间增压泵与高倍反渗透膜浓缩单元系统回收率有关：当高倍反渗透膜浓缩单元系统回收率小于60％时不设置段间增压泵，当高倍反渗透膜浓缩单元系统回收率大于70％时设置段间增压泵，当高倍反渗透膜浓缩单元系统回收率介于60％-70％时，根据来水含盐量及其组分确定是否设置段间增压泵。
4.根据权利要求1所述新型高倍浓缩的三段反渗透膜系统，其特征在于，所述二段反渗透膜组件B与三段反渗透膜组件C之间不需要段间增压泵。
5.根据权利要求1所述新型高倍浓缩的三段反渗透膜系统，其特征在于，所述增压泵将出水压力提升至保安过滤器压力，所述高压泵为反渗透系统提供压力。
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