專利名稱：節(jié)能型反滲透海水/苦咸水淡化工藝方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種節(jié)能型反滲透海水/苦咸水淡化工藝方法與裝置，屬于海水淡化技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
反滲透是一種壓力驅(qū)動的膜分離技術(shù)。反滲透海水/苦咸水淡化就是利用反滲透膜的特性，在高壓力的作用下將海水或苦咸水中的淡水進(jìn)行分離的過程。被分離出的淡水以滲透液的形式流出，剩余的被濃縮的海水或苦咸水則以濃鹽水的形式被排放。以海水反滲透淡化過程為例，進(jìn)料海水通常需被加壓到5.5-8.0MPa，而從膜組件中排放的濃鹽水也同樣具有很高的壓力(＞5.0MPa)。因此，高效回收利用濃鹽水中的余壓能對于大幅降低反滲透淡化系統(tǒng)的運行能耗和造水成本至關(guān)重要。
工業(yè)上回收利用濃鹽水余壓能的典型方法，是在反滲透淡化系統(tǒng)濃鹽水排放管路中串聯(lián)能量回收透平以達(dá)到節(jié)能降耗的目的。但由于能量回收透平工作時需要首先將余壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能/軸功，然后再將機(jī)械能/軸功轉(zhuǎn)化為進(jìn)料海水的壓力能，即需要經(jīng)過“壓力能-軸功-壓力能”兩步轉(zhuǎn)化過程，能量回收效率僅為50％-75％。
其他形式的降低反滲透淡化系統(tǒng)能耗的技術(shù)方法和裝置，如專利ZL96120787.6將能量回收裝置與高壓泵耦合在一起，利用膜組中排放濃鹽水輔助驅(qū)動往復(fù)式高壓泵來達(dá)到節(jié)能降耗的目的。但由于該工藝過程為間歇操作，而且受往復(fù)泵工作容積的限制，淡化裝置的處理水量較小。專利ZL00266242.6提供了一種帶活塞式能量回收器的反滲透裝置，能量回收器采用不等面積的雙活塞工作原理，但由于通過能量回收器被增壓的海水流量Q1與膜組件排放高壓濃鹽水流量Q2不等(Q2＞Q1)，工藝操作中需額外增設(shè)流量閥和調(diào)節(jié)閥等輔助設(shè)備，增加了系統(tǒng)投資和運行操作的復(fù)雜性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種節(jié)能型反滲透海水/苦咸水淡化工藝方法與裝置。該工藝方法具有操作可調(diào)性、靈活性和節(jié)能性；其裝置結(jié)構(gòu)緊湊，使用可靠。
本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案加以實現(xiàn)的。一種節(jié)能型反滲透海水/苦咸水的淡化工藝方法，該工藝方法采用包括提水泵、高壓泵、增壓泵、反滲透膜器及能量回收器組成的裝置系統(tǒng)，實現(xiàn)其海水/苦咸水的淡化過程的，其特征在于包括以下過程將海水/苦咸水經(jīng)提水泵，以0.1-0.3MPa壓力，一部分海水/苦咸水通過能量回收器水壓缸一端的切換閥進(jìn)入能量回收器的水壓缸內(nèi)，并推動該水壓缸內(nèi)的隔離活塞運動，隔離活塞的運動擠壓隔離活塞另一側(cè)水壓缸內(nèi)的濃鹽水，并使之通過該水壓缸另一端的切換閥排出；與此同時，經(jīng)提水泵加壓后的另一部分海水/苦咸水經(jīng)高壓泵加壓至2.0-8.0MPa后進(jìn)入反滲透膜器，排出反滲透膜器的濃鹽水經(jīng)過切換閥進(jìn)入能量回收器的另一個水壓缸內(nèi)，推動該水壓缸內(nèi)隔離活塞運動，隔離活塞運動并擠壓隔離活塞另一側(cè)的海水/苦咸水，該股海水/苦咸水通過水壓缸端部切換閥流經(jīng)增壓泵增壓，與經(jīng)高壓泵的海水/苦咸水并流進(jìn)入反滲透膜器；于是能量回收器中的兩個水壓缸在同一時間內(nèi)進(jìn)行兩種不同的工作狀態(tài)，其中一個水壓缸的一端是進(jìn)入海水/苦咸水，而另一端是排出濃鹽水；另一個水壓缸，對應(yīng)的同一端，則是排出海水/苦咸水，并經(jīng)增壓泵進(jìn)入反滲透膜器，而另一端進(jìn)入高壓濃鹽水；這樣的兩個水壓缸同時進(jìn)行兩種不同的運行狀態(tài)，是通過水壓缸兩端的切換閥實現(xiàn)交替進(jìn)行的，因此通過有節(jié)奏調(diào)控切換閥的動作，能夠?qū)崿F(xiàn)不同規(guī)模的海水/苦咸水的反滲透淡化過程。
實現(xiàn)上述海水/苦咸水反滲透淡化的工藝方法采用的裝置，包括提升泵、高壓泵、增壓泵、反滲透膜組及能量回收器，所述的提升泵的壓頭為0.1-0.3MPa，所述的高壓泵的壓頭為2.0-8.0MPa，所述的增壓泵的壓頭為0.2-0.5MPa，高壓泵和增壓泵并聯(lián)設(shè)置并與反滲透膜器的進(jìn)口相連；所述的反滲透膜器，主要為卷式膜組件，所述的能量回收器包括兩個水壓缸，水壓缸內(nèi)的隔離活塞及水壓缸兩端分別設(shè)置的切換閥，其特征在于切換閥的閥體上按1/4圓周開設(shè)4個連接口，閥體內(nèi)是襯套，襯套內(nèi)是閥芯，閥芯亦按1/4圓周開設(shè)流水孔，其中兩兩流水孔之間連通形成流道，閥芯由驅(qū)動軸轉(zhuǎn)動。
上述能量回收器的一端的切換閥的閥體上開的4個連接口，相鄰的兩個連接口分別與海水/苦咸水的進(jìn)水管相連及與一個水壓缸的接口相連；該切換閥的另外兩個相鄰的連接口，分別與增壓泵進(jìn)口及另一個水壓缸接口相連；能量回收器的一端的切換閥的閥體上的4個連接口，其中兩個相鄰的連接口分別與反滲透膜器濃鹽水出口管相連及一個水壓缸接口相連，該切換閥的另外兩個連接口分別與另一個水壓缸接口相連及與濃鹽水排放管相連。
本發(fā)明所提供的節(jié)能型反滲透海水/苦咸水淡化工藝方法與裝置，與現(xiàn)有技術(shù)相比，其主要特點在于工藝系統(tǒng)中由高壓泵增壓的海水/苦咸水流E與系統(tǒng)產(chǎn)品水流G相等，而由能量回收器和增壓泵增壓的海水/苦咸水流B與反滲透膜器排放出的高壓濃鹽水的流D相同，因此通過有節(jié)奏調(diào)控切換閥的動作和增壓泵的頻率，可靈活實現(xiàn)不同產(chǎn)水規(guī)模和產(chǎn)水回收率的海水/苦咸水的反滲透淡化過程；另外，工藝中配套的能量回收器，效率可達(dá)90％-95％，使系統(tǒng)運行能耗更少、更經(jīng)濟(jì)。


圖1為節(jié)能型反滲透海水/苦咸水淡化工藝流程2為能量回收器工作狀態(tài)一圖3為能量回收器工作狀態(tài)二圖4為切換閥結(jié)構(gòu)中1-水池；2-提水泵；3-高壓泵；4-增壓泵；5-反滲透膜器；6-能量回收器；7-切換閥；8-水壓缸；9-隔離活塞；10-切換閥；11-隔離活塞；12-水壓缸；13-閥體；14-襯套；15-流道；16-閥芯；17-流道。
A表示進(jìn)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，即進(jìn)入反滲透膜器的海水/苦咸水流；C表示流出能量回收器的濃鹽水流；D表示進(jìn)入能量回收器的濃鹽水流，即反滲透膜器排出的高壓濃鹽水流；E表示經(jīng)高壓泵進(jìn)入反滲透膜器的海水/苦咸水流；F為E和B的匯合海水/苦咸水流；G表示反滲透膜器產(chǎn)品水流。
具體實施例方式
本發(fā)明專利的具體實施方式
結(jié)合各附圖加以說明。
圖1為反滲透淡化裝置的工藝流程圖。圖中水池1中的預(yù)處理海水/苦咸水經(jīng)提水泵2加壓后分為兩路，其中一部分海水/苦咸水流E由高壓泵3增壓，而另一部分海水/苦咸水流A由能量回收器6的切換閥7經(jīng)切換閥7的接口a、閥芯上的一個流道和接口b流出，并進(jìn)入水壓缸12中，推動水壓缸12中的隔離活塞11運動，隔離活塞11運動擠壓隔離活塞11另一側(cè)的濃鹽水，使之由該水壓缸另一端的切換閥10上的接口b、閥芯上的一個流道及接口a排出；與此同時，由反滲透膜器5中排放的高壓濃鹽水流D由能量回收器6水壓缸端部的切換閥10，經(jīng)切換閥10的接口c、閥芯上的另一個流道及接口d進(jìn)入能量回收器6的另一個水壓缸8，濃鹽水推動水壓缸8中隔離活塞9運動，隔離活塞9擠壓隔離活塞另一側(cè)的海水/苦咸水，經(jīng)該水壓缸8另一端的切換閥6的接口d、閥芯上的另一個流道及接口c，再經(jīng)增壓泵4，并與經(jīng)高壓泵3的海水/苦咸水并流進(jìn)入反滲透膜器5。
圖2為能量回收器工作狀態(tài)一。圖中，能量回收器6中的兩個水壓缸8和12在同一時間內(nèi)進(jìn)行兩種不同的工作狀態(tài)，其中水壓缸12的一端是進(jìn)入海水/苦咸水，而另一端是排出濃鹽水；另一個水壓缸8，對應(yīng)的的同一端，則是排出海水/苦咸水，而該水壓缸的另一端是進(jìn)入濃鹽水；當(dāng)水壓缸12中的隔離活塞11運動至該水壓缸的最右端，同時水壓缸8中的隔離活塞9運動至該水壓缸的最左端時，能量回收器6的工作狀態(tài)一結(jié)束，水壓缸端部的切換閥7和切換閥10的閥芯同時順時針旋轉(zhuǎn)90°，能量回收器即進(jìn)入工作狀態(tài)二。
圖3為余壓能量回收裝置工作狀態(tài)二。圖中，水壓缸8的一端是進(jìn)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的濃鹽水流C；另一個水壓缸12，對應(yīng)的同一端，則是流出能量回收器6的海水/苦咸水流B，而該水壓缸的另一端是進(jìn)入能量回收器6的濃鹽水流D；此時，能量回收器6水壓缸端部的兩個切換閥7和10上的4個連接口中的a與d、b與c分別通過對應(yīng)切換閥閥芯上的流道處于連通狀態(tài)；當(dāng)水壓缸8中的隔離活塞9運動至該水壓缸的最右端，同時水壓缸12中的隔離活塞11運動至該水壓缸的最左端時，能量回收器6的工作狀態(tài)二結(jié)束，水壓缸端部的切換閥7和10的閥芯再順時針旋轉(zhuǎn)90°，能量回收器又循環(huán)進(jìn)行工作狀態(tài)一。
圖4為切換閥結(jié)構(gòu)圖。切換閥7和10主要由閥體13、襯套14和閥芯16組成，閥體13上按1/4圓周開設(shè)4個連接接口a、b、c和d，閥體13內(nèi)是襯套14，襯套14內(nèi)是閥芯16，閥芯亦按1/4圓周開設(shè)流水孔，其中兩兩之間由閥芯16上的兩條流道15和17連通，通過閥芯有規(guī)律的旋轉(zhuǎn)，可連續(xù)實現(xiàn)閥體13上4個接口有規(guī)律的連通和斷開，閥芯16由驅(qū)動軸轉(zhuǎn)動。
以下是本發(fā)明的一個實施例。對于產(chǎn)水量為1000m3/d的反滲透海水淡化系統(tǒng)，以標(biāo)準(zhǔn)海水(鹽濃度為3.5％)為處理對象，系統(tǒng)的工作壓力為6.0MPa，回收率為40％，采用本發(fā)明工藝方法和裝置，產(chǎn)品水的噸水電耗僅為2.25kWh(見表1)。但對于以水力透平為能量回收裝置的同規(guī)模的反滲透海水淡化系統(tǒng)而言，產(chǎn)品水的噸水電耗為3-5kWh，可見本發(fā)明工藝和裝置的節(jié)能效果是明顯的。
表1 1000m3/d反滲透海水淡化系統(tǒng)能耗分析
權(quán)利要求
1.一種節(jié)能型反滲透海水/苦咸水的淡化工藝方法，該工藝方法采用包括提水泵、高壓泵、增壓泵、反滲透膜器及能量回收器組成的裝置系統(tǒng)，實現(xiàn)其海水/苦咸水的淡化過程的，其特征在于包括以下過程將海水/苦咸水經(jīng)提水泵，以0.1-0.3MPa壓力，一部分海水/苦咸水通過能量回收器水壓缸一端的切換閥進(jìn)入能量回收器的水壓缸內(nèi)，并推動該水壓缸內(nèi)的隔離活塞運動，隔離活塞的運動擠壓隔離活塞另一側(cè)水壓缸內(nèi)的濃鹽水，并使之通過該水壓缸另一端的切換閥排出；與此同時，經(jīng)提水泵加壓后的另一部分海水/苦咸水經(jīng)高壓泵加壓至2.0-8.0MPa后進(jìn)入反滲透膜器，排出反滲透膜器的濃鹽水經(jīng)過切換閥進(jìn)入能量回收器的另一個水壓缸內(nèi)，推動該水壓缸內(nèi)隔離活塞運動，隔離活塞運動并擠壓隔離活塞另一側(cè)的海水/苦咸水，該股海水/苦咸水通過水壓缸端部切換閥流經(jīng)增壓泵增壓，與經(jīng)高壓泵的海水/苦咸水并流進(jìn)入反滲透膜器；于是能量回收器中的兩個水壓缸在同一時間內(nèi)進(jìn)行兩種不同的工作狀態(tài)，其中一個水壓缸的一端是進(jìn)入海水/苦咸水，而另一端是排出濃鹽水；另一個水壓缸，對應(yīng)的同一端，則是排出海水/苦咸水，并經(jīng)增壓泵進(jìn)入反滲透膜器，而另一端進(jìn)入高壓濃鹽水；這樣的兩個水壓缸同時進(jìn)行兩種不同的運行狀態(tài)，是通過水壓缸兩端的切換閥實現(xiàn)交替進(jìn)行的，因此通過有節(jié)奏調(diào)控切換閥的動作，能夠?qū)崿F(xiàn)不同規(guī)模的海水/苦咸水的反滲透淡化過程。
2.一種實現(xiàn)權(quán)利要求1所述的節(jié)能型反滲透海水/苦咸水淡化工藝方法的裝置，該裝置包括提升泵、高壓泵、增壓泵、反滲透膜組及能量回收器，所述的提升泵的壓頭為0.1-0.3MPa，所述的高壓泵的壓頭為2.0-8.0MPa，所述的增壓泵的壓頭為0.2-0.5MPa，高壓泵和增壓泵并聯(lián)設(shè)置并與反滲透膜器的進(jìn)口相連；所述的反滲透膜器，主要為卷式膜組件，所述的能量回收器包括兩個水壓缸，水壓缸內(nèi)的隔離活塞及水壓缸兩端分別設(shè)置的切換閥，其特征在于切換閥的閥體上按1/4圓周開設(shè)4個連接口，閥體內(nèi)是襯套，襯套內(nèi)是閥芯，閥芯亦按1/4圓周開設(shè)流水孔，其中兩兩流水孔之間連通形成流道，閥芯由驅(qū)動軸轉(zhuǎn)動。
3.按權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于能量回收器的一端的切換閥的閥體上開的4個連接口，相鄰的兩個連接口分別與海水/苦咸水的進(jìn)水管相連及與一個水壓缸的接口相連；該切換閥的另外兩個相鄰的連接口，分別與增壓泵進(jìn)口及另一個水壓缸接口相連；能量回收器的一端的切換閥的閥體上的4個連接口，其中兩個相鄰的連接口分別與反滲透膜器濃鹽水出口管相連及一個水壓缸接口相連，該切換閥的另外兩個連接口分別與另一個水壓缸接口相連及與濃鹽水排放管相連。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種節(jié)能型反滲透海水/苦咸水淡化工藝方法與裝置。方法過程海水/苦咸水經(jīng)提水泵，一部分由切換閥進(jìn)入水壓缸，推動活塞，擠壓另一側(cè)濃鹽水，經(jīng)該水壓缸另一端的切換閥排出；同時，另一部分經(jīng)高壓泵進(jìn)入反滲透膜器，排出的濃鹽水進(jìn)入另一個水壓缸，推動活塞，擠壓另一側(cè)海水/苦咸水，經(jīng)切換閥及增壓泵，進(jìn)入反滲透膜器；有節(jié)奏調(diào)控切換閥動作，實現(xiàn)不同規(guī)模海水/苦咸水的反滲透淡化過程。所述裝置包括提升泵、高壓泵、增壓泵、反滲透膜器及能量回收器，能量回收器兩端切換閥包括閥體、襯套和閥芯，閥體和閥芯上按1/4圓周開設(shè)4個連接口，閥芯設(shè)有兩個流道。本發(fā)明優(yōu)點在于工藝方法操作可調(diào)、靈活和節(jié)能；裝置結(jié)構(gòu)緊湊，使用可靠。
文檔編號C02F1/44GK1733615SQ20051001429
公開日2006年2月15日 申請日期2005年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月1日
發(fā)明者王世昌, 王越, 徐世昌, 余瑞霞, 孫家喜 申請人:天津大學(xué)