本發(fā)明屬于水處理領(lǐng)域中的膜分離技術(shù)，尤其涉及一種通過(guò)增加反滲透級(jí)數(shù)的方式降低跨膜壓差，以提高水通量，進(jìn)而強(qiáng)化對(duì)水中溶解性物質(zhì)的濃縮，提高產(chǎn)水率的方法。

背景技術(shù)：

膜分離技術(shù)是利用半透膜對(duì)具有不同粒徑的分子混合物進(jìn)行選擇性分離。膜分離可在常溫下進(jìn)行，無(wú)相態(tài)和化學(xué)變化，工藝簡(jiǎn)單，容易操作，依靠電能驅(qū)動(dòng)，費(fèi)用低于蒸發(fā)濃縮和冷凍濃縮方法。廣泛應(yīng)用于飲用水凈化、工業(yè)用水處理，食品、除菌，生物活性物質(zhì)回收、精制等。反滲透是一種典型的膜分離技術(shù)，其原理是在濃溶液側(cè)施加一個(gè)大于滲透壓的壓力，使?jié)馊芤褐械娜軇┫蛳∪芤毫鲃?dòng)。廢水在高于溶液滲透壓的壓力作用下，水分子透過(guò)反滲透膜，從溶液中分離，得到濃水和純水。反滲透在實(shí)際應(yīng)用中存在表面結(jié)垢、膜污染、濃差極化等問(wèn)題，導(dǎo)致膜的使用壽命縮短，運(yùn)行成本增加，清洗頻繁。

反滲透設(shè)備通常由多個(gè)反滲透膜元件組成，根據(jù)不同行業(yè)水質(zhì)特點(diǎn)及水質(zhì)要求，進(jìn)行分級(jí)、分段處理。反滲透級(jí)數(shù)是指進(jìn)料經(jīng)過(guò)加壓的次數(shù)，在同一級(jí)中以并聯(lián)排列的元件組成一段，多個(gè)元件串聯(lián)組成多段?，F(xiàn)有廢水反滲透處理單元大多為三通道，透過(guò)側(cè)稀溶液基本屬于純水，隨著反滲透濃水側(cè)鹽濃度升高，濃水側(cè)與透過(guò)側(cè)之間的濃度差不斷增大，使得反滲透膜間的滲透壓增大。為了得到更高濃度的濃水，需要增加高壓泵的壓力，即使用具有更高壓力的高壓泵，而壓力高的高壓泵不僅價(jià)格高，同時(shí)在使用時(shí)也增加了能耗，更重要的是，高壓會(huì)對(duì)反滲透膜的承壓能力帶來(lái)嚴(yán)峻的考驗(yàn)，因此也會(huì)要求反滲透膜具有相當(dāng)程度的耐高壓能力。而目前現(xiàn)有技術(shù)還很難制得這樣的反滲透膜，同時(shí)需要考慮將運(yùn)行費(fèi)用控制在一定范圍內(nèi)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服上述技術(shù)缺陷,本發(fā)明的目的是提供一種梯級(jí)反滲透水分離方法，旨在解決現(xiàn)有反滲透處理技術(shù)中存在的膜間滲透壓差大、產(chǎn)水率低、對(duì)高壓泵的壓力要求高、能耗大、膜耐壓高的問(wèn)題。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下所述：

一種梯級(jí)反滲透水分離方法，所述水分離方法為n級(jí)分離，其中n≥2，利用反滲透膜組件在級(jí)與級(jí)之間構(gòu)成梯級(jí)濃度差，將待處理低純度水逐級(jí)提高純度，所述梯級(jí)濃度差由預(yù)先配制的一價(jià)陽(yáng)離子鹽水溶液按逐級(jí)濃度遞減的順序配置在級(jí)與級(jí)之間所形成。

所述一價(jià)陽(yáng)離子為h⁺、li⁺、k⁺、na⁺、rb⁺或nh4⁺。

本發(fā)明的梯級(jí)反滲透水分離方法，包括以下步驟：

(1)一級(jí)分離：將待處理低純度水以一定壓力泵入一級(jí)反滲透膜組件的原料側(cè)，將預(yù)先配制的一級(jí)鹽水泵入一級(jí)反滲透膜組件的透過(guò)側(cè)，通過(guò)反滲透作用，一級(jí)鹽水與低純度水完成水傳遞，原料側(cè)出水得到濃水，透過(guò)側(cè)出水得到稀釋的一級(jí)鹽水；

(2)中間級(jí)分離：任一中間級(jí)分離過(guò)程如下，將稀釋的與任一中間級(jí)相鄰的上一級(jí)鹽水泵入中間級(jí)反滲透膜組件的原料側(cè)，將預(yù)先配制的中間級(jí)鹽水泵入中間級(jí)反滲透膜組件的透過(guò)側(cè)，由于反滲透作用，中間級(jí)鹽水與稀釋的上一級(jí)鹽水完成水傳遞，中間級(jí)反滲透膜組件原料側(cè)出水還原為預(yù)先配制的上一級(jí)鹽水，中間級(jí)反滲透膜組件透過(guò)側(cè)出水得到稀釋的中間級(jí)鹽水，所有中間級(jí)分離過(guò)程按級(jí)別順序依次按上述過(guò)程進(jìn)行，其中，當(dāng)n為2時(shí)候，沒(méi)有中間級(jí)分離，當(dāng)n大于2時(shí)，所述中間級(jí)依次為2級(jí)～n-1級(jí)；

(3)n級(jí)分離：待處理低純度水完成n-1次分離后，將所得稀釋的n-1級(jí)鹽水以一定壓力泵入n級(jí)反滲透膜組件的原料側(cè)，進(jìn)行常規(guī)的反滲透操作，n級(jí)反滲透膜組件原料側(cè)出水還原為預(yù)先配制的n-1級(jí)鹽水，透過(guò)側(cè)得到高純度水。

所述中間級(jí)反滲透膜組件的原料側(cè)出水還原為預(yù)先配制的上一級(jí)鹽水可通過(guò)通道進(jìn)入上一級(jí)反滲透膜組件的透過(guò)側(cè)作為上一級(jí)鹽水循環(huán)使用，所述n級(jí)反滲透膜組件原料側(cè)出水還原為預(yù)先配制的n-1級(jí)鹽水可通過(guò)通道進(jìn)入n-1級(jí)反滲透膜組件透過(guò)側(cè)作為n-1級(jí)鹽水循環(huán)使用。也即是任意級(jí)的反滲透膜組件原料側(cè)出水濃度可以還原為上一級(jí)預(yù)先配置的鹽水濃度，可以通過(guò)通道利用循環(huán)泵進(jìn)入上一級(jí)級(jí)反滲透膜組件透過(guò)側(cè)作為上一級(jí)的鹽水循環(huán)使用。

所述水分離方法為多段式，通過(guò)并聯(lián)設(shè)置n級(jí)分離方法，將待處理低純度水逐級(jí)提高純度。

所述每段的分離方法級(jí)數(shù)相同或者級(jí)數(shù)不相同。

本發(fā)明還公開(kāi)了一種實(shí)施上述梯級(jí)反滲透水分離方法的水分離系統(tǒng)，所述水分離系統(tǒng)為n級(jí)反滲透水分離系統(tǒng)，含有依次連接的n-1個(gè)四通道反滲透膜組件單元和一個(gè)三通道反滲透膜組件單元，在相鄰的兩個(gè)反滲透膜組件單元之間均配置有一個(gè)循環(huán)泵，所述水分離系統(tǒng)還設(shè)有進(jìn)水泵將低純度水泵入一級(jí)反滲透膜組件原料側(cè)。

所述每個(gè)四通道反滲透膜組件單元包括反滲透膜組件以及與反滲透膜組件連接的原料側(cè)進(jìn)水通道、原料側(cè)出水通道、透過(guò)側(cè)進(jìn)水通道、透過(guò)側(cè)出水通道，所述上一級(jí)的透過(guò)側(cè)出水通道連接下一級(jí)的原料側(cè)進(jìn)水通道，所述下一級(jí)的原料側(cè)出水通道連接上一級(jí)的透過(guò)側(cè)進(jìn)水通道。

所述水分離系統(tǒng)含有并聯(lián)設(shè)置的多個(gè)n級(jí)反滲透水分離系統(tǒng)。

所述并聯(lián)設(shè)置的多個(gè)n級(jí)反滲透水分離系統(tǒng)中，每個(gè)反滲透水分離系統(tǒng)級(jí)數(shù)相同或者不相同。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下的技術(shù)效果：

(1)提高濃水的濃縮倍數(shù)。由于梯級(jí)反滲透的設(shè)計(jì)，可以通過(guò)增加反滲透段數(shù)，提高高鹽廢水反滲透濃水的出水純度。

(2)提高產(chǎn)水率。由于梯級(jí)反滲透的設(shè)計(jì)，使含鹽廢水在不同的反滲透膜組件內(nèi)分別充當(dāng)濃溶液相和稀溶液相，可以實(shí)現(xiàn)廢水的多次分離，提高高鹽廢水的出水率。

(3)降低對(duì)泵的壓力要求。由于梯級(jí)反滲透的設(shè)計(jì)，降低了各級(jí)反滲透膜間滲透壓，因此降低了對(duì)高壓泵的壓力要求。

(4)降低對(duì)反滲透膜的耐壓要求。由于梯級(jí)反滲透的設(shè)計(jì)，降低了反滲透膜間滲透壓，因此降低了對(duì)反滲透膜的耐壓要求。

(5)本發(fā)明配置的梯度濃度的陽(yáng)離子鹽水溶液可以循環(huán)還原為原來(lái)的濃度，從而重復(fù)循環(huán)利用，減低成本。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明n級(jí)梯級(jí)反滲透水分離系統(tǒng)及工藝流程圖；

圖2是實(shí)施例1的反滲透水分離系統(tǒng)和工藝流程；

圖3是實(shí)施例2的反滲透水分離系統(tǒng)和工藝流程。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。

圖1是本發(fā)明反滲透水分離方法的水分離系統(tǒng)，所述水分離系統(tǒng)為n級(jí)反滲透水分離系統(tǒng)，含有依次連接的n-1個(gè)四通道反滲透膜組件單元和一個(gè)三通道反滲透膜組件單元，在相鄰的兩個(gè)反滲透膜組件單元之間均配置有一個(gè)循環(huán)泵，所述每個(gè)四通道反滲透膜組件單元包括反滲透膜組件以及與反滲透膜組件連接的原料側(cè)進(jìn)水通道10、原料側(cè)出水通道20、透過(guò)側(cè)進(jìn)水通道30、透過(guò)側(cè)出水通道40(圖1中只示例標(biāo)示出了一級(jí)反滲透膜組件單元的四通道，其他級(jí)別的四通道同一級(jí)反滲透膜組件單元的四通道結(jié)構(gòu))，所述上一級(jí)的透過(guò)側(cè)出水通道連接下一級(jí)的原料側(cè)進(jìn)水通道，所述下一級(jí)的原料側(cè)出水通道連接上一級(jí)的透過(guò)側(cè)進(jìn)水通道。通過(guò)這樣的系統(tǒng)設(shè)置，所述循環(huán)泵可實(shí)現(xiàn)相鄰兩個(gè)反滲透膜組件單元中的溶液按圖1所示箭頭方向滲透流動(dòng)，所述水分離系統(tǒng)還設(shè)有進(jìn)水泵將低純度水泵入一級(jí)反滲透膜組件原料側(cè)。

所述水分離系統(tǒng)含有并聯(lián)設(shè)置的多個(gè)n級(jí)反滲透水分離系統(tǒng)。

所述并聯(lián)設(shè)置的多個(gè)n級(jí)反滲透水分離系統(tǒng)中，每個(gè)反滲透水分離系統(tǒng)級(jí)數(shù)相同或者不相同。

本發(fā)明梯級(jí)反滲透水分離方法，利用上述n級(jí)梯級(jí)反滲透水分離系統(tǒng)實(shí)施，具體包括以下步驟：

(1)一級(jí)分離：將待處理低純度水ci以一定壓力泵入一級(jí)反滲透膜組件的原料側(cè)進(jìn)水通道10進(jìn)行反滲透操作，將預(yù)先配制的一級(jí)鹽水c1在通過(guò)一級(jí)反滲透膜組件的透過(guò)側(cè)進(jìn)水通道30泵入一級(jí)反滲透膜組件的透過(guò)側(cè)，通過(guò)反滲透作用，一級(jí)鹽水c1與低純度水ci完成水傳遞，原料側(cè)出水通道20得到濃水co，透過(guò)側(cè)出水通道40得到稀釋的一級(jí)鹽水；

(2)中間級(jí)分離：任一中間級(jí)分離過(guò)程如下，將稀釋的與任一中間級(jí)相鄰的上一級(jí)鹽水泵入中間級(jí)反滲透膜組件的原料側(cè)進(jìn)水通道，將預(yù)先配制的中間級(jí)鹽水通過(guò)透過(guò)側(cè)進(jìn)水通道泵入中間級(jí)反滲透膜組件的透過(guò)側(cè)，由于反滲透作用，中間級(jí)鹽水與稀釋的上一級(jí)鹽水完成水傳遞，中間級(jí)反滲透膜組件原料側(cè)出水還原為預(yù)先配制的上一級(jí)鹽水，中間級(jí)反滲透膜組件透過(guò)側(cè)出水得到稀釋的中間級(jí)鹽水，所有中間級(jí)分離過(guò)程按級(jí)別順序依次按上述過(guò)程進(jìn)行，其中，當(dāng)n為2時(shí)候，沒(méi)有中間級(jí)分離，當(dāng)n大于2時(shí)，所述中間級(jí)依次為2級(jí)～n-1級(jí)，如n為3時(shí)，中間級(jí)為2級(jí)，n為5時(shí)，中間級(jí)依次為2、3、4級(jí)，每個(gè)級(jí)別均按上述過(guò)程完成反滲透過(guò)程；

(3)n級(jí)分離：待處理低純度水完成n-1次分離后，將所得稀釋的n-1級(jí)鹽水以一定壓力泵入n級(jí)反滲透膜組件的原料側(cè)，進(jìn)行常規(guī)的反滲透操作，n級(jí)反滲透膜組件原料側(cè)出水還原為預(yù)先配制的n-1級(jí)鹽水，透過(guò)側(cè)出水得到高純度水或純水。

所述中間級(jí)反滲透膜組件的原料側(cè)出水還原為預(yù)先配制的上一級(jí)鹽水可通過(guò)通道進(jìn)入上一級(jí)反滲透膜組件的透過(guò)側(cè)作為上一級(jí)鹽水循環(huán)使用，所述n級(jí)反滲透膜組件原料側(cè)出水還原為預(yù)先配制的n-1級(jí)鹽水可通過(guò)通道進(jìn)入n-1級(jí)反滲透膜組件透過(guò)側(cè)作為n-1級(jí)鹽水循環(huán)使用，這些預(yù)先配置的鹽水重復(fù)循環(huán)利用，可以減低成本，簡(jiǎn)化工藝。

實(shí)施例1：

本實(shí)施例為一種三級(jí)梯級(jí)反滲透水分離系統(tǒng)和工藝流程，如圖2所示，三級(jí)梯級(jí)反滲透水分離系統(tǒng)包括兩個(gè)四通道反滲透膜組件單元和一個(gè)三通道反滲透膜組件單元，一個(gè)設(shè)置在一級(jí)反滲透膜組件單元原料側(cè)的進(jìn)水泵和兩個(gè)分別設(shè)置反滲透膜組件單元之間的循環(huán)泵，預(yù)先配制的高、中兩種濃度的氯化鈉溶液c1和c2，其鹽度分別為待分離低純度水ci的2/3和1/2。待分離的低純度水ci經(jīng)過(guò)一級(jí)反滲透膜組件后與透過(guò)側(cè)進(jìn)水的高濃度氯化鈉溶液c1進(jìn)行水交換得到濃水co，同時(shí)透過(guò)側(cè)出水的為稀釋的氯化鈉溶液c1。從一級(jí)反滲透膜組件透過(guò)側(cè)出水流出的稀釋的氯化鈉溶液c1泵入到二級(jí)反滲透膜組件內(nèi)原料側(cè)進(jìn)水，與二級(jí)反滲透膜組件透過(guò)側(cè)進(jìn)水的中濃度氯化鈉溶液c2進(jìn)行水交換，二級(jí)反滲透膜組件原料側(cè)出水還原為原來(lái)的高濃度氯化鈉溶液c1，二級(jí)反滲透膜組件透過(guò)側(cè)出水為稀釋的氯化鈉溶液c2。從二級(jí)反滲透膜組件透過(guò)側(cè)流出的稀釋的氯化鈉溶液c2流入到三級(jí)反滲透膜組件內(nèi)，從三級(jí)反滲透膜組件透過(guò)側(cè)流出最終的純水c3，三級(jí)反滲透膜組件原料側(cè)出水的氯化鈉溶液濃度還原為原來(lái)的中濃度氯化鈉溶液c2濃度。

實(shí)施例2：

本實(shí)施例公開(kāi)了一種二段式三級(jí)梯級(jí)反滲透分離系統(tǒng)和工藝流程。如圖3所示，二段式三級(jí)水梯級(jí)反滲透水分離系統(tǒng)包括兩個(gè)實(shí)施例1中的三級(jí)水梯級(jí)反滲透水分離系統(tǒng)。其中系統(tǒng)1進(jìn)水為待處理低純度水ci，系統(tǒng)2進(jìn)水co為系統(tǒng)1中一級(jí)反滲透膜組件原料側(cè)出水的濃水co，也即多段式的反滲透分離系統(tǒng)其下一段分離系統(tǒng)的進(jìn)水溶液為相鄰上一段分離系統(tǒng)一級(jí)反滲透膜組件原料側(cè)出水溶液。其兩個(gè)系統(tǒng)的工藝流程如實(shí)施例1所述，設(shè)置成兩段的可以提高水分離率和濃縮率，

綜上所述，但本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施方式，本領(lǐng)域一般技術(shù)人員在本發(fā)明所揭示的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。