CN110550701B - 一种利用正渗透膜组件进行反渗透过程的零排放浓缩系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种利用正渗透膜组件进行反渗透过程的零排放浓缩系统，包括：预处理子系统、反渗透装置子系统和正渗透装置子系统，所述正渗透装置子系统包括：反渗透浓水箱、正渗透进水泵、正渗透高压泵、正渗透装置、正渗透汲取液进水泵和正渗透精密过滤器，所述正渗透装置内设有至少一个正渗透膜组件；反渗透浓水箱的浓水同时作为正渗透膜组件的原液和汲取液。本发明创造性地利用正渗透膜组件结构特征，在正渗透膜组件两侧同时输入反渗透子系统浓水，大幅降低膜两侧渗透压差与操作压力，在正渗透高压泵驱动下，正渗透原液中的水分子克服渗透压差透过正渗透膜，进入汲取液测，从而得到高浓盐水和低浓盐水，分别用于结晶和作为反渗透装置子系统进水。
Description
技术领域
本发明属于零排放水处理技术领域，尤其是涉及一种利用正渗透膜组件进行反渗透过程的零排放浓缩系统。
背景技术
零排放水处理技术是指含盐类或污染物的废水（如造纸废水、电镀废水、矿场废水等）经过膜分离过程和蒸发过程，浓缩结晶后，其中的盐类或污染物以固体的形式作为化工原料回收利用或转送至垃圾处理厂处理，其中的淡水全部回收重复利用，无任何废液排出工厂的技术。零排放工程通常包括预处理系统、一级浓缩系统、二级浓缩系统和蒸发系统。其中，二级浓缩系统是将初步浓缩的废水进一步浓缩至盐类或污染物接近饱和的高浓状态，是降低蒸发系统规模和能耗，影响零排放工程投资与运行成本的重要系统。
目前，二级浓缩系统主要是超高压反渗透、电渗析、多效蒸发等工艺或工艺组合组成的系统。超高压反渗透工艺操作压力高达12 MPa，对高压泵、反渗透膜壳、能量回收装置等设备，管道，阀门和仪表的要求都非常高，使得超高压反渗透工艺设备投资很高，系统稳定性不高。电渗析工艺处理规模较小，惰性电极在高浓盐水中损耗严重，限制了其规模应用。二级浓缩系统的本质是降低蒸发系统规模和能耗，在此阶段采用多效蒸发工艺，废水处理量较大，蒸发设备规模将放大数倍，更需要大量能量消耗在水的汽化潜热上，使得零排放工程用地、设备投资和运行成本都很高。因此，需要一种设备投资和运行成本都较低，稳定性高，可规模应用的二级浓缩系统，提高零排放工程的经济性、稳定性和适应性。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术中存在的不足，提供一种利用正渗透膜组件进行反渗透过程的零排放浓缩系统。
为此，本发明的上述目的通过以下技术方案来实现：
一种利用正渗透膜组件进行反渗透过程的零排放浓缩系统，所述零排放浓缩系统包括：预处理子系统、反渗透装置子系统和正渗透装置子系统，其特征在于，所述正渗透装置子系统包括：反渗透浓水箱、正渗透进水泵、正渗透高压泵、正渗透装置、正渗透汲取液进水泵、正渗透精密过滤器，所述正渗透装置内设有至少一个正渗透膜组件；反渗透浓水箱的浓水同时作为正渗透膜组件的原液和汲取液，分别通过正渗透进水泵、正渗透高压泵进入正渗透膜组件的原液侧以及通过正渗透汲取液进水泵、正渗透精密过滤器进入正渗透膜组件的汲取液侧。
在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用如下技术方案：
作为本发明的优选技术方案，所述正渗透膜组件的汲取液出口的稀释后的汲取液与预处理子系统所处理后的原水汇合后作为反渗透装置子系统的进水通入至反渗透装置子系统的入口。
作为本发明的优选技术方案，所述预处理子系统包括：原水泵、过滤器、COD去除器、软化器、再生装置和中间水箱；原水依次通过原水泵增压，过滤器、COD去除器和软化器过滤、去除COD和硬度后进入中间水箱，作为反渗透装置子系统的进水。
作为本发明的优选技术方案，所述反渗透装置子系统包括：反渗透进水泵、反渗透精密过滤器、反渗透高压泵、反渗透装置，所述反渗透装置内设有至少一个反渗透膜组件；反渗透装置子系统的进水依次通过反渗透进水泵、反渗透精密过滤器、反渗透高压泵后进入反渗透膜组件，反渗透膜组件的产水为零排放浓缩系统产水；所述反渗透装置子系统的进水经反渗透膜组件浓缩后作为正渗透装置子系统的进水，并进入反渗透浓水箱。
作为本发明的优选技术方案，所述正渗透精密过滤器和/或反渗透精密过滤器的过滤精度为5 μm。
作为本发明的优选技术方案，所述零排放浓缩系统还设有能量回收子系统，所述能量回收子系统用于回收反渗透装置和正渗透装置的浓水中的压力能。
作为本发明的优选技术方案，所述能量回收子系统包括第一能量回收装置和第二能量回收装置；所述第一能量回收装置的高压侧入口与反渗透装置的浓水出口相连通，低压侧出口与反渗透浓水箱相连通；所述第一能量回收装置的低压侧入口与反渗透高压泵前的管道相连通，高压侧出口与压力提升泵相连通并输送至反渗透装置的进水口；所述第二能量回收装置的高压侧入口与正渗透装置的浓水出口相连通，低压侧出口与蒸发系统相连通；所述第二能量回收装置的低压侧入口与反渗透高压泵前的管道相连通，高压侧出口与反渗透装置的进水口相连通。
作为本发明的优选技术方案，所述反渗透高压泵和/或正渗透高压泵的操作压力范围为5.0~7.0 Mpa，扬程为500~700 m。
作为本发明的优选技术方案，所述压力提升泵的操作压力范围为5.0~7.0 Mpa，扬程为20~40 m。
本发明提供一种利用正渗透膜组件进行反渗透过程的零排放浓缩系统，创造性地利用正渗透膜组件结构特征，在正渗透膜组件两侧同时输入反渗透子系统的浓水，大幅降低膜两侧渗透压差与操作压力，在正渗透高压泵驱动下，正渗透原液中的水分子克服渗透压差透过正渗透膜，进入汲取液测，从而得到高浓盐水和低浓盐水，并分别用于结晶和作为反渗透装置子系统进水。而反渗透膜组件的结构特征，使得在反渗透膜产水侧（组件中心管）输入浓水，不能起到降低膜两侧渗透压差与操作压力的效果。此外，本发明所提供的利用正渗透膜组件进行反渗透过程的零排放浓缩系统还具有如下有益效果：
（1）通过反渗透装置子系统与正渗透装置子系统耦合，大幅降低原零排放浓缩系统所需操作压力或处理规模，从而削减系统设备投资和运行成本，提高系统稳定性和适应性。
（2）系统产水符合《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）；系统浓水为盐类或污染物接近饱和的高浓状态，可直接进入蒸发系统结晶。
（3）该零排放浓缩系统已经在某海水淡化浓盐水综合利用工程中试验研究，将海水淡化厂排放的7%浓盐水浓缩为18%高浓盐水，高浓盐水直接进入盐田晒盐，晒盐效率提高近5倍。试验研究结果表明，上述利用正渗透膜组件进行反渗透过程的零排放浓缩系统设计合理，产水水质达标，运行稳定可靠，是零排放工程合理有效的浓缩系统。
附图说明
图1为本发明所提供的一种利用正渗透膜组件进行反渗透过程的含能量回收装置的零排放浓缩系统的示意图。
具体实施方式
参照附图和具体实施例对本发明作进一步详细地描述。
一种利用正渗透膜组件进行反渗透过程的零排放浓缩系统，包括：预处理子系统、反渗透装置子系统和正渗透装置子系统，正渗透装置子系统包括：反渗透浓水箱11、正渗透进水泵12、正渗透高压泵13、正渗透装置14、正渗透汲取液进水泵15、正渗透精密过滤器16，正渗透装置14内设有至少一个正渗透膜组件；反渗透浓水箱11的浓水同时作为正渗透装置14内正渗透膜组件的原液和汲取液，分别通过正渗透进水泵12、正渗透高压泵13进入正渗透装置14内正渗透膜组件的原液侧以及通过正渗透汲取液进水泵15、正渗透精密过滤器16进入正渗透装置14内正渗透膜组件的汲取液侧。
正渗透装置14内正渗透膜组件的汲取液出口的稀释后的汲取液与预处理子系统所处理后的原水汇合后作为反渗透装置子系统的进水通入至反渗透装置子系统的入口。
预处理子系统包括：原水泵1、过滤器2、COD去除器3、软化器4、再生装置5和中间水箱6；原水依次通过原水泵1增压，过滤器2、COD去除器3和软化器4过滤、去除COD和硬度后进入中间水箱6，作为反渗透装置子系统的进水。
反渗透装置子系统包括：反渗透进水泵7、反渗透精密过滤器8、反渗透高压泵9、反渗透装置10，反渗透装置10内设有至少一个反渗透膜组件；反渗透装置子系统的进水依次通过反渗透进水泵7、反渗透高压泵9增压后进入反渗透装置10内反渗透膜组件，反渗透装置10的产水为零排放浓缩系统产水；反渗透装置子系统的进水经反渗透装置10内反渗透膜组件浓缩后作为正渗透装置子系统的进水，并进入反渗透浓水箱11。
上述两个精密过滤器（反渗透精密过滤器8和正渗透精密过滤器16）的过滤精度为5 μm。
零排放浓缩系统还设有能量回收子系统，能量回收子系统用于回收反渗透装置和正渗透装置的浓水中的压力能。
能量回收子系统包括第一能量回收装置17和第二能量回收装置19；第一能量回收装置17的高压侧入口与反渗透装置10的浓水出口相连通，低压侧出口与反渗透浓水箱11相连通；第一能量回收装置17的低压侧入口与反渗透高压泵9前的管道相连通，高压侧出口与压力提升泵相18连通并输送至反渗透装置10的进水口；第二能量回收装置19的高压侧入口与正渗透装置14的浓水出口相连通，低压侧出口与蒸发系统相连通；第二能量回收装置19的低压侧入口与反渗透高压泵9前的管道相连通，高压侧出口与反渗透装置10的进水口相连通。
反渗透高压泵9和正渗透高压泵13的操作压力范围为5.0~7.0 Mpa，扬程为500~700 m。
压力提升泵18的操作压力范围为5.0~7.0 Mpa，扬程为20~40 m。
上述具体实施方式用来解释说明本发明，仅为本发明的优选实施例，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改、等同替换、改进等，都落入本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种利用正渗透膜组件进行反渗透过程的零排放浓缩系统，所述零排放浓缩系统包括：预处理子系统、反渗透装置子系统和正渗透装置子系统，其特征在于，所述正渗透装置子系统包括：反渗透浓水箱、正渗透进水泵、正渗透高压泵、正渗透装置、正渗透汲取液进水泵、正渗透精密过滤器，所述正渗透装置内设有至少一个正渗透膜组件；反渗透浓水箱的浓水同时作为正渗透膜组件的原液和汲取液，分别通过正渗透进水泵、正渗透高压泵进入正渗透膜组件的原液侧以及通过正渗透汲取液进水泵、正渗透精密过滤器进入正渗透膜组件的汲取液侧；
所述正渗透膜组件的汲取液出口的稀释后的汲取液与预处理子系统所处理后的原水汇合后作为反渗透装置子系统的进水通入至反渗透装置子系统的入口；
所述反渗透装置子系统包括：反渗透进水泵、反渗透精密过滤器、反渗透高压泵、反渗透装置，所述反渗透装置内设有至少一个反渗透膜组件；反渗透装置子系统的进水依次通过反渗透进水泵、反渗透精密过滤器、反渗透高压泵后进入反渗透膜组件，反渗透膜组件的产水为零排放浓缩系统产水；所述反渗透装置子系统的进水经反渗透膜组件浓缩后作为正渗透装置子系统的进水，并进入反渗透浓水箱；
所述反渗透高压泵和/或正渗透高压泵的操作压力范围为5.0~7.0 Mpa，扬程为500~700 m。
2.根据权利要求1所述的利用正渗透膜组件进行反渗透过程的零排放浓缩系统，其特征在于：所述预处理子系统包括：原水泵、过滤器、COD去除器、软化器、再生装置和中间水箱；原水依次通过原水泵增压，过滤器、COD去除器和软化器过滤、去除COD和硬度后进入中间水箱，作为反渗透装置子系统的进水。
3. 根据权利要求1所述的利用正渗透膜组件进行反渗透过程的零排放浓缩系统，其特征在于：所述正渗透精密过滤器和/或反渗透精密过滤器的过滤精度为5 μm。
4.根据权利要求1所述的利用正渗透膜组件进行反渗透过程的零排放浓缩系统，其特征在于：所述零排放浓缩系统还设有能量回收子系统，所述能量回收子系统用于回收反渗透装置和正渗透装置的浓水中的压力能。
5.根据权利要求4所述的利用正渗透膜组件进行反渗透过程的零排放浓缩系统，其特征在于：所述能量回收子系统包括第一能量回收装置和第二能量回收装置；所述第一能量回收装置的高压侧入口与反渗透装置的浓水出口相连通，低压侧出口与反渗透浓水箱相连通；所述第一能量回收装置的低压侧入口与反渗透高压泵前的管道相连通，高压侧出口与压力提升泵相连通并输送至反渗透装置的进水口；所述第二能量回收装置的高压侧入口与正渗透装置的浓水出口相连通，低压侧出口与蒸发系统相连通；所述第二能量回收装置的低压侧入口与反渗透高压泵前的管道相连通，高压侧出口与反渗透装置的进水口相连通。
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