CN110124523A - 可用于梯级反渗透的膜组件及其梯级反渗透水分离方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可用于梯级反渗透的膜组件及其梯级反渗透水分离方法。所述膜组件由膜壳、膜壳的两端分别套装用于汇聚及分配外部循环盐溶液的端盖、壳腔内均匀布设的若干膜管、位于二端盖的膜壳周壁分别沿径向开设的原水进口和浓缩液出口、二端盖分别与原水进口、浓缩液出口之间的膜壳内腔装有端板、端板设有多个均匀排布用来固定膜管位置并起到密封作用的孔、位于原水进口一侧的端盖中心沿轴向开设的供浓循环盐水注入的进孔、位于浓缩液出口一侧的端盖中心沿轴向开设的供淡循环盐水排出的出孔组成。
Description
技术领域
本发明属于水处理领域的膜分离设备,特别涉及一种可用于梯级反渗透的膜组件及其梯级反渗透水分离方法。
背景技术
反渗透是一种借助于选择透过(半透过)性膜的功能以压力为推动力的膜分离技术，当系统中所加的压力大于进水溶液渗透压时，水分子不断地透过膜，经过产水流道流入中心管，然后在一端流出水中的杂质，如离子、有机物、细菌、病毒等，被截留在膜的进水侧，然后在浓水出水端流出，从而达到分离净化目的。
现有的反渗透处理单元在浓缩的过程中，随着浓水侧盐浓度升高，渗透压增大。若想得到得到更高浓度的浓水，就必须进一步增加进水的压力，对泵及管道设备的承压要求也大大提高，且反渗透膜的承压能力有限，使得最终浓水的浓缩程度并不高，且能耗较大。
CN201710006310.8公开了一种梯级反渗透水分离方法及水分离系统,它的目的是提供一种旨在解决现有反渗透处理技术中存在的膜间渗透压差大、产水率低、对高压泵的压力要求高、能耗大、膜耐压高问题的梯级反渗透水分离方法及水分离系统。该技术方案:本发明反渗透水分离方法的水分离系统，所述水分离系统为n级反渗透水分离系统，含有依次连接的n～1个四通道反渗透膜组件单元和一个三通道反渗透膜组件单元，在相邻的两个反渗透膜组件单元之间均配置有一个循环泵，所述每个四通道反渗透膜组件单元包括反渗透膜组件以及与反渗透膜组件连接的原料侧进水通道10、原料侧出水通道20、透过侧进水通道30、透过侧出水通道40(图1中只示例标示出了一级反渗透膜组件单元的四通道，其他级别的四通道同一级反渗透膜组件单元的四通道结构)，所述上一级的透过侧出水通道连接下一级的原料侧进水通道，所述下一级的原料侧出水通道连接上一级的透过侧进水通道。通过这样的系统设置，所述循环泵可实现相邻两个反渗透膜组件单元中的溶液按图1所示箭头方向渗透流动，所述水分离系统还设有进水泵将低纯度水泵入一级反渗透膜组件原料侧。其不足之处是:目前市场上的膜组件均无法满足梯级反渗透工艺的要求，其主要问题在于首先膜组件必须有四个通道，其产水必须要有两个通道；其次外部提供循环的盐溶液与膜的透过测要有充分的接触。而现有的平板膜承压能力有限，管式膜及中空纤维膜多用于微滤及超滤，应用范围最广的卷式膜虽有两个出水口的膜壳，但其独特的淡水流道使得外层膜的透过侧很难与中心管的盐溶液充分接触。因此要实现梯级反渗透工艺，必须开发一种新型的适用于梯级反渗透的膜组件。
CN201611016142.2公开了一种高效开放式网管流道反渗透膜组件，它的目的是提供一种解决螺旋式卷式反渗透膜元件的进水流道畅通，耐污堵能力强，进水分布均匀的高效开放式网管流道反渗透膜组件。其技术方案：所述反渗透膜组件，包括膜壳、设置在膜壳内的中心产水管，和围绕中心产水管布置的若干膜元件，膜元件具有开放式网管流道，膜壳进水口一端设置进水法兰端盖，进水法兰端盖内侧再设置有进水旋流式导流盘；膜壳出水口一端设置出水法兰端盖，出水法兰端盖内侧再设置有出水旋流式导流盘；中心产水管端部分别设置产水接头；膜壳内周壁上开设环向卡槽，卡槽内配合设置有护环片，护环片与端盖相抵紧；沿进水方向至少包括前后串接的两组膜元件，轴向串接的前后倆膜元件之间通过导流管连接器连通。CN201710264214.3公开了一种超高压开放式流道网管式高压反渗透膜组件，它的目的是提供一种解决螺旋式卷式反渗透膜元件的进水流道畅通，耐污堵能力强，进水分布均匀、耐高压能力强的超高压开放式流道网管式高压反渗透膜组件。其技术方案：所述反渗透膜组件，包括膜壳、中心产水管、中心拉杆、单只膜元件，膜壳两端设置端头固定盘，两端头固定盘之间设置外围拉杆，膜壳端部固定在端头固定盘的固定槽内。中心拉杆穿设在中心产水管内腔，且中心拉杆两端均露出于膜壳之外，中心拉杆的一端与中心产水管密封，另一端设置透过液接头。单只膜元件设置在前后两抗应力盘之间，抗应力盘的中心与圆周连接的支撑片为弧形，呈辐射状支撑。上述两件专利文献共同存在的不足之处是：上述组件设计的目的是防污堵和耐高压(90～160公斤级别)等，但高压同时对设备及管道的要求也就更高，也会增加设备投资及维护成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种旨在解决现有膜组件通道少，膜的透过测无法与循环的盐溶液充分接触的问题，从而实现原水的梯级浓缩，减小进水压力，提高浓缩比的可用于梯级反渗透的膜组件。本发明的另一目的是提供一种利用产水的渗透压去平衡部分原水的渗透压，从而能减小原水的进水压力，节约能耗及设备投资可用于梯级反渗透的膜组件。本发明的再目的是提供一种配置设定渗透压的盐溶液在膜管内形成循环，且盐溶液与膜的透过侧有充分的接触，使得产水也具有一定的渗透压，从而可减小进水的压力，提高浓缩比，并能达到节省能耗，提高产水率和浓缩率目的的梯级反渗透水分离方法。
本发明的技术解决方案是所述可用于梯级反渗透的膜组件，其特殊之处在于，所述膜组件由膜壳、膜壳的两端分别套装用于汇聚及分配外部循环盐溶液的端盖、壳腔内均匀布设的若干膜管、位于二端盖的膜壳周壁分别沿径向开设的原水进口和浓缩液出口、二端盖分别与原水进口、浓缩液出口之间的膜壳内腔装有端板、所述端板设有多个均匀排布用来固定膜管位置并起到密封作用的孔、位于原水进口一侧的端盖中心沿轴向开设的供浓循环盐水注入的进孔、位于浓缩液出口一侧的端盖中心沿轴向开设的供淡循环盐水排出的出孔组成。
作为优选：所述膜管由里向外层层包裹着的支撑管、内隔网、膜、外隔网组成。
作为优选：所述膜管的直径为5mm～10mm之间；膜管与膜管之间的间距为4mm～8mm之间，宽的间距使得膜不易被堵塞和污染，而且易清洗。
作为优选：所述膜壳由不锈钢材料或内衬材料制作，所述膜壳的直径为100mm～200mm之间，长度为1300mm～2600mm之间。
作为优选：所述支撑管的材料选用不锈钢管、钛合金管或者高分子管材；所述支撑管沿管壁径向开设若干穿孔。
本发明的另一技术解决方案是所述梯级反渗透水分离方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
⑴原水由膜组件的一端进入膜组件，流经各膜管的外侧，透过液经内隔网再从穿孔的支撑管流至膜管的中心，浓缩液从膜组件的另一端流出；
⑵配置设定浓度的盐溶液，利用膜组件两端的通道及泵形成盐溶液的循环，盐溶液由中心管的孔扩散至膜的表面与透过液混合，从而增加了透过液的浓度，提高了透过液的渗透压。
作为优选：膜壳直径为100mm，长度为1300mm，膜管直径为5mm，采用三支膜原件串联的形式进行实验；原水为浓度1.2％氯化钠溶液，流量1m3/h，压力2MPa，产水侧配置浓度1％的氯化钠溶液作为循环盐水，流量为1m3/h；过膜后浓缩液的流量0.5m3/h，浓度为2.4％，循环盐水流量为1.5m3/h,浓度为0.67％。
作为优选：膜壳直径为200mm，长度为2600mm，膜管直径为10mm，采用四支膜原件串联的形式进行实验；原水为浓度3％硫酸钠溶液，流量4m3/h，压力2.3MPa；产水侧配置浓度1％的氯化钠溶液作为循环盐水，流量为4m3/h；过膜后浓缩液的流量2m3/h，浓度为6％左右，循环盐水流量为6m3/h,浓度为0.67％。
作为优选：膜壳直径为150mm，长度为2000mm，膜管直径为8mm，采用四支膜原件串联的形式进行实验；进水为浓度1％氯化钠和3％硫酸钠混合溶液，流量2m3/h，压力3.3MPa；产水侧配置浓度2％的氯化钠溶液为循环盐水，流量为2m3/h；过膜后浓缩液的流量1m3/h，浓度为2％氯化钠和6％硫酸钠混合溶液，循环盐水流量为3m3/h,浓度为1.3％。
与现有技术相比，本发明的有益效果:
⑴本发明的膜组件适用于梯级反渗透，可在膜的透过水侧，通过配制具有一定浓度的盐溶液并形成循环，使得膜的透过测也具有渗透压，从而减小过膜压差，节省能耗
⑵原水及配置的循环盐水在膜的两侧都有充分的接触，从而能迅速与过膜的产水混合，能快速稳定的提高透过液侧的渗透压。
⑶本发明的膜元件具有四个通道，其中原水进出有两个通道，透过水也具有两个通道流出。易清洗，使用方便。
⑷本发明的膜管之间的间距大，原水的流道就宽，从而不易堵塞，大大减少了洗清的次数。
⑸由于透过侧的渗透压平衡了部分原水的渗透压，从而在同样的进水压力下，原水中能透过膜的产水增多，浓缩比增大。
⑹本发明的膜管由穿孔的中心管做支撑，保证膜管能够承受较高压力且不变形，中心管往外有一层内隔网，为透过水提供一定的流出通道，内隔网外层为反渗透膜，反渗透膜外有一层外隔网，为反渗透膜提供保护并使原水流经膜表面时为湍流状态，减少了膜表面结垢、污染及浓差极化现象的产生。
⑺本发明的膜管在使用过程中，原水由侧面一端进入膜组件，然后流经各个膜管的外侧，透过液经内隔网再从穿孔的支撑管流至膜管的中心，浓缩液从组件的另一端流出。运行过程中，配置一定浓度的盐溶液，利用膜组件两端的通道及泵形成盐溶液的循环，盐溶液由中心管的孔扩散至膜的表面与透过液混合，从而增加了透过液的浓度，提高了透过液的渗透压，可平衡部分原水的渗透压，使得原水浓缩所需的压力减小。
⑻本发明的膜组件为管式膜结构，膜组件由内部多根膜管排列组成；本发明的进水流道即为膜壳内部膜管的外侧，虽有隔网，但流道主要由相邻膜管之间的间距决定。
⑼本发明利用产水的渗透压去平衡部分原水的渗透压，从而能减小原水的进水压力，节约能耗及设备投资。
附图说明
图1是本发明可用于梯级反渗透的膜组件的结构示意图；
图2是图1的侧视图；
图3是本发明可用于梯级反渗透的膜组件单个膜管的结构示意图；
图4是图3的侧视图。
主要组件符号说明：
膜壳1 原水进口11 浓缩液出口12 端盖2
进孔21 出孔22 膜管3 支撑管31
穿孔311 内隔网32 膜33 外隔网34
端板4 孔41
具体实施方式
本发明下面将结合附图作进一步详述：
请参阅图1所示，所述可用于梯级反渗透的膜组件，由膜壳1、膜壳1的两端分别套装用于汇聚及分配外部循环盐溶液的端盖2、壳腔内均匀布设的若干膜管3、位于二端盖2的膜壳1周壁分别沿径向开设的原水进口11和浓缩液出口12、二端盖2分别与原水进口11、浓缩液出口12之间的膜壳1内腔装有端板4、所述端板4设有多个均匀排布用来固定膜管3位置并起到密封作用的孔41、位于原水进口11一侧的端盖2中心沿轴向开设的供浓循环盐水注入的进孔21、位于浓缩液出口12一侧的端盖2中心沿轴向开设的供淡循环盐水排出的出孔22组成。
请参阅图3、图4所示，所述膜管3由里向外层层包裹着的支撑管31、内隔网32、膜33、外隔网34组成。
请参阅图2所示，所述膜管3的直径为5mm～10mm之间；膜管3与膜管3之间的间距为4mm～8mm之间，宽的间距使得膜33不易被堵塞和污染，而且易清洗。
本实施例中，所述膜壳1由不锈钢材料或内衬材料制作，所述膜壳1的直径为100mm～200mm之间，长度为1300mm～2600mm之间。
请参阅图3所示，所述支撑管31的材料选用不锈钢管、钛合金管或者高分子管材；所述支撑管31沿管壁径向开设若干穿孔311。
请参阅图1至图4所示，梯级反渗透水分离方法，包括以下步骤：
⑴原水由膜组件的一端进入膜组件，流经各膜管3的外侧，透过液经内隔网32再从穿孔311的支撑管31流至膜管3的中心，浓缩液从膜组件的另一端流出；
⑵配置设定浓度的盐溶液，利用膜组件两端的通道及泵形成盐溶液的循环，盐溶液由中心管的孔扩散至膜的表面与透过液混合，从而增加了透过液的浓度，提高了透过液的渗透压。
实施例1：
膜壳1直径为100mm，长度为1300mm，膜管3直径为5mm，采用三支膜原件串联的形式进行实验。原水为浓度1.2％氯化钠溶液，流量1m3/h，压力2MPa，产水侧配置浓度1％的氯化钠溶液作为循环盐水(浓)，流量为1m3/h。
过膜后浓缩液的流量0.5m3/h，浓度为2.4％左右，循环盐水(淡)流量为1.5m3/h,浓度为0.67％左右。
实施例2：
膜壳1直径为200mm，长度为2600mm，膜管3直径为10mm，采用四支膜原件串联的形式进行实验。原水为浓度3％硫酸钠溶液，流量4m3/h，压力2.3MPa。产水侧配置浓度1％的氯化钠溶液作为循环盐水(浓)，流量为4m3/h。
过膜后浓缩液的流量2m3/h，浓度为6％左右，循环盐水(淡)流量为6m3/h,浓度为0.67％左右。
实施例3：
膜壳1直径为150mm，长度为2000mm，膜管3直径为8mm，采用四支膜原件串联的形式进行实验。进水为浓度1％氯化钠和3％硫酸钠混合溶液，流量2m3/h，压力3.3MPa。产水侧配置浓度2％的氯化钠溶液为循环盐水(浓)，流量为2m3/h。
过膜后浓缩液的流量1m3/h，浓度为2％氯化钠和6％硫酸钠混合溶液，循环盐水(淡)流量为3m3/h,浓度为1.3％左右。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明权利要求的涵盖范围。
Claims (9)
1.一种可用于梯级反渗透的膜组件，其特征在于，所述膜组件由膜壳、膜壳的两端分别套装用于汇聚及分配外部循环盐溶液的端盖、壳腔内均匀布设的若干膜管、位于二端盖的膜壳周壁分别沿径向开设的原水进口和浓缩液出口、二端盖分别与原水进口、浓缩液出口之间的膜壳内腔装有端板、所述端板设有多个均匀排布用来固定膜管位置并起到密封作用的孔、位于原水进口一侧的端盖中心沿轴向开设的供浓循环盐水注入的进孔、位于浓缩液出口一侧的端盖中心沿轴向开设的供淡循环盐水排出的出孔组成。
2.根据权利要求1所述可用于梯级反渗透的膜组件，其特征在于，所述膜管由里向外层层包裹着的支撑管、内隔网、膜、外隔网组成。
3.根据权利要求2所述可用于梯级反渗透的膜组件，其特征在于，所述膜管的直径为5mm～10mm之间；膜管与膜管之间的间距为4mm～8mm之间，宽的间距使得膜不易被堵塞和污染，而且易清洗。
4.根据权利要求2所述可用于梯级反渗透的膜组件，其特征在于，所述膜壳由不锈钢材料或内衬材料制作，所述膜壳的直径为100mm～200mm之间，长度为1300mm～2600mm之间。
5.根据权利要求1所述可用于梯级反渗透的膜组件，其特征在于，所述支撑管的材料选用不锈钢管、钛合金管或者高分子管材；所述支撑管沿管壁径向开设若干穿孔。
6.一种梯级反渗透水分离方法，其特征在于，包括以下步骤：
⑴原水由膜组件的一端进入膜组件，流经各膜管的外侧，透过液经内隔网再从穿孔的支撑管流至膜管的中心，浓缩液从膜组件的另一端流出；
⑵配置设定浓度的盐溶液，利用膜组件两端的通道及泵形成盐溶液的循环，盐溶液由中心管的孔扩散至膜的表面与透过液混合，从而增加了透过液的浓度，提高了透过液的渗透压。
7.根据权利要求6所述梯级反渗透水分离方法，其特征在于，膜壳直径为100mm，长度为1300mm，膜管直径为5mm，采用三支膜原件串联的形式进行实验；原水为浓度1.2％氯化钠溶液，流量1m3/h，压力2MPa，产水侧配置浓度1％的氯化钠溶液作为循环盐水，流量为1m3/h；过膜后浓缩液的流量0.5m3/h，浓度为2.4％，循环盐水流量为1.5m3/h,浓度为0.67％。
8.根据权利要求6所述梯级反渗透水分离方法，其特征在于，膜壳直径为200mm，长度为2600mm，膜管直径为10mm，采用四支膜原件串联的形式进行实验；原水为浓度3％硫酸钠溶液，流量4m3/h，压力2.3MPa；产水侧配置浓度1％的氯化钠溶液作为循环盐水，流量为4m3/h；过膜后浓缩液的流量2m3/h，浓度为6％左右，循环盐水流量为6m3/h,浓度为0.67％。
9.根据权利要求6所述梯级反渗透水分离方法，其特征在于，膜壳直径为150mm，长度为2000mm，膜管直径为8mm，采用四支膜原件串联的形式进行实验；进水为浓度1％氯化钠和3％硫酸钠混合溶液，流量2m3/h，压力3.3MPa；产水侧配置浓度2％的氯化钠溶液为循环盐水，流量为2m3/h；过膜后浓缩液的流量1m3/h，浓度为2％氯化钠和6％硫酸钠混合溶液，循环盐水流量为3m3/h,浓度为1.3％。
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