專利名稱：一種利用濃差極化原理反滲透海水淡化生產(chǎn)飲用淡水和濃縮海水的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于海水綜合利用領(lǐng)域，涉及一種利用濃差極化原理反滲透海水淡化生產(chǎn)飲用淡水和濃縮海水的方法。
背景技術(shù)：
反滲透技術(shù)是近40多年來發(fā)展起來的處理海水的膜分離技術(shù)，它具有投資低、能耗低、建設(shè)周期短等諸多優(yōu)點(diǎn)，在海水脫鹽以及產(chǎn)水純凈度方面具有其它技術(shù)無法比擬的優(yōu)勢。傳統(tǒng)反滲透海水淡化方法雖然能生產(chǎn)飲用淡水，但是所產(chǎn)生的濃水鹽含量低，一般在70g/L以下，進(jìn)行綜合利用的經(jīng)濟(jì)性較差。同時(shí)傳統(tǒng)反滲透法存在的另外一個(gè)問題是，在反滲透處理海水的過程中，由于濃差極化和膜污染的存在，會(huì)導(dǎo)致膜滲透通量的急劇下降或跨膜壓力的急劇上升，從而導(dǎo)致整個(gè)反滲透系統(tǒng)處理效率的下降或能耗的增加，因而，盡可能減輕濃差極化的影響一直是傳統(tǒng)反滲透過程極力要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。本發(fā)明提出一種兩級反滲透處理海水以獲得高鹽濃度海水和飲用淡水的方法。一級反滲透利用濃差極化原理生產(chǎn)淡水并濃縮海水，得到的高鹽濃度濃縮海水可進(jìn)一步蒸發(fā)和結(jié)晶后得到粗鹽；一級反滲透的透過液經(jīng)二級反滲透處理，可獲得飲用淡水。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種利用濃差極化反滲透生產(chǎn)淡水并濃縮海水的方法和裝置，其特征在于，在一級反滲透系統(tǒng)中，膜組件垂直放置，利用低錯(cuò)流速度下反滲透海水淡化過程中膜表面濃差極化層形成速度快，溶質(zhì)濃度高的特點(diǎn)，及時(shí)從膜底部汲取收濃差極化層中的濃縮液，以獲取高鹽濃度海水；一級反滲透得到的透過液經(jīng)二級反滲透處理后得到可飲用的淡水。本發(fā)明所述的一級反滲透膜組件的形式是板式、卷式或中空纖維式；膜材質(zhì)是醋酸纖維素或聚酰胺。反滲透膜片選自美國海德能反滲透膜、美國陶氏反滲透膜、日本東麗反滲透膜、美國科氏反滲透膜中一種。一級卷式反滲透膜組件中的流道形式為直流道，厚度為28 80毫英寸。本發(fā)明所述的一級反滲透過程中的跨膜壓差控制在5(T70bar之間，抽取流量控制在0. 5飛L/m2 *h，濃縮液中鹽濃度在7(T200g/L之間，初次抽取時(shí)間是反滲透操作起始后的0. 5^3. 5h。當(dāng)一級反滲透裝置的濃縮單元的濃縮液達(dá)到預(yù)定的鹽濃度后，可進(jìn)行連續(xù)或間歇性的抽取。所述的連續(xù)抽取是指當(dāng)反滲透濃縮單元底部抽取口的溶質(zhì)濃度達(dá)到預(yù)定的鹽濃度后，連續(xù)不斷的進(jìn)行抽取操作。所述的間歇抽取是指反滲透濃縮單元底部抽取口的溶質(zhì)濃度達(dá)到預(yù)定的鹽濃度后，進(jìn)行抽取操作，當(dāng)抽取口的鹽濃度低于預(yù)定的鹽濃度后，停止抽取操作，當(dāng)抽取口的鹽濃度再次達(dá)到預(yù)定值后，開始抽取，如此反復(fù)操作。
本發(fā)明所述的一級反滲透裝置主要由以下三個(gè)單元組成反滲透單元、濃縮液抽取單元和在線檢測單元。反滲透單元的頂部有海水進(jìn)料口，底部有濃縮液抽取口 ；濃縮液抽取單元主要由抽取泵組成；在線檢測單元主要由在線電導(dǎo)率檢測儀組成。本發(fā)明提供的利用濃差極化原理反滲透海水淡化生產(chǎn)淡水和濃縮海水的方法和裝置，具有能耗低、效率高、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)，適于在工業(yè)化生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。



圖I是利用濃差極化濃縮海水同時(shí)生產(chǎn)淡水的反滲透裝置流程示意圖。附圖標(biāo)記I.儲(chǔ)料罐2.閥門3.高壓泵4.閥門5.進(jìn)口壓力表6. —級反滲透膜組件7.閥門8.在線電導(dǎo)率儀9.出口壓力表10.閥門圖2是卷式反滲透膜組件的直流道截面示意圖。圖3是卷式反滲透膜組件的直流道俯視示意圖。附圖標(biāo)記11.膜 12.隔網(wǎng)
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，本發(fā)明所涉及的主題保護(hù)范圍并非僅限于這些實(shí)施例。實(shí)施例I :步驟如下(I)開啟閥門2、4和10，關(guān)閉閥門7 ；(2)開啟高壓泵3，經(jīng)預(yù)處理的海水被泵入一級卷式直流道聚酰胺反滲透膜組件6(膜片是美國陶氏反滲透膜)，調(diào)節(jié)閥門4，使反滲透膜的跨膜壓力為50bar ；(3)開啟并調(diào)節(jié)閥門7，使抽取流量控制在6L/m2 h，連續(xù)抽取操作8h，得到的透過液進(jìn)行二級反滲透處理；(4)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，從一級反滲透膜組件抽取到的濃縮液的鹽含量是70g/L，比海水中的鹽濃度提高2. 2倍。與常規(guī)的海水反滲透過程相比，電耗降低26%。透過液調(diào)節(jié)pH至9，經(jīng)美國陶氏FilmTech BW30-4040苦咸水膜二級反滲透，得到的透過液經(jīng)檢測符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)施例2 :步驟如下(I)開啟閥門2、4和10，關(guān)閉閥門7 ；(2)開啟高壓泵3，經(jīng)預(yù)處理的海水被泵入一級卷式直流道聚酰胺反滲透膜組件6(膜片是美國陶氏反滲透膜)，調(diào)節(jié)閥門4，使反滲透膜的跨膜壓力為55bar ；(3)調(diào)節(jié)閥門7，使抽取流量控制在5L/m2 h，連續(xù)抽取操作8h，得到的透過液進(jìn)行二級反滲透處理；(4)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，從一級反滲透膜組件抽取到的濃縮液的鹽含量是82g/L，比海水中的鹽濃度提高2. 6倍。與常規(guī)的海水反滲透過程相比，電耗降低24%。透過液調(diào)節(jié)pH至10，經(jīng)美國陶氏FilmTech BW30-4040苦咸水膜二級反滲透，得到的透過液經(jīng)檢測符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)。
實(shí)施例3 :步驟如下(I)開啟閥門2、4和10，關(guān)閉閥門7 ；(2)開啟高壓泵3，經(jīng)預(yù)處理的海水被泵入一級卷式常規(guī)流道聚酰胺反滲透膜組件6 (膜片是美國陶氏反滲透膜)，調(diào)節(jié)閥門4，使反滲透膜的跨膜壓力為55bar ；(3)調(diào)節(jié)閥門7，使抽取流量控制在5L/m2 h，連續(xù)抽取操作8h，得到的透過液進(jìn)行二級反滲透處理； (4)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，從一級反滲透膜組件抽取到的濃縮液的鹽含量是72g/L，比海水中的鹽濃度提高2. 3倍。與常規(guī)的海水反滲透過程相比，電耗降低20%。透過液調(diào)節(jié)pH至10，經(jīng)美國陶氏FilmTech BW30-4040苦咸水膜二級反滲透，得到的透過液經(jīng)檢測符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)施例4 :步驟如下(I)開啟閥門2、4和10，關(guān)閉閥門7 ；(2)開啟高壓泵3，經(jīng)預(yù)處理的海水被泵入一級板式聚酰胺反滲透組件6 (膜片是日本東麗反滲透膜)，調(diào)節(jié)閥門4，使反滲透膜的跨膜壓力為70bar ；(3)維持3h后開啟并調(diào)節(jié)閥門7，使抽取流量控制在0. 5L/m2 h，抽取0. 5h后停止操作2h,然后再在0. 5L/m2 h的抽取流量下抽取0. 5h,如此重復(fù)操作8h ；(4)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，從一級反滲透膜組件抽取到的濃縮液的鹽含量是200g/L，比海水中的鹽濃度提高6. 3倍。與常規(guī)的海水反滲透過程相比，電耗降低11%。透過液調(diào)節(jié)pH至10，經(jīng)美國科氏4040-XR苦咸水膜二級反滲透，得到的透過液經(jīng)檢測符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種利用濃差極化原理反滲透海水淡化生產(chǎn)飲用淡水和濃縮海水的方法，其特征在于，在一級反滲透系統(tǒng)中，膜組件垂直放置，利用在低錯(cuò)流流速下反滲透海水淡化過程中膜表面濃差極化層形成速度快，溶質(zhì)濃度高的特點(diǎn)，及時(shí)從膜底部抽取收集因濃差極化作用產(chǎn)生的濃縮液，以獲取高鹽濃度海水；一級反滲透得到的透過液調(diào)節(jié)PH至8 11，再經(jīng)二級反滲透處理得到可飲用的淡水。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，一級反滲透膜組件的形式是板式、卷式或中空纖維式；膜材質(zhì)是醋酸纖維素或聚酰胺。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，一級卷式反滲透膜組件中的流道形式為直流道，厚度為28 80毫英寸。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，一級反滲透過程中的跨膜壓差控制在5(T70bar之間，抽取流量控制在0. 5飛L/m2 -h,濃縮液中鹽濃度在7(T200g/L之間，初次抽取濃縮液的時(shí)間是反滲透操作起始后的0. 5^3. 5h。
5.用于權(quán)利要求廣4中任意一種利用濃差極化原理反滲透海水淡化生產(chǎn)飲用淡水和濃縮海水的方法的裝置，其特征在于，一級反滲透系統(tǒng)的裝置主要由以下三個(gè)單元組成反滲透單元、濃縮液抽取單元和在線檢測單元。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，反滲透單元的頂部有海水進(jìn)料口，底部有濃縮液抽取口 ；濃縮液抽取單元主要由抽取泵組成；在線檢測單元主要由在線電導(dǎo)率檢測儀組成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用濃差極化原理反滲透海水淡化生產(chǎn)飲用淡水和濃縮海水的方法。其特征在于，一級反滲透系統(tǒng)中，膜組件垂直放置，利用低錯(cuò)流速度下反滲透海水淡化過程中膜表面濃差極化層形成速度快，溶質(zhì)濃度高的特點(diǎn)，及時(shí)從膜組件底部抽取收集因濃差極化產(chǎn)生的濃縮液，以獲取高鹽濃度海水。由于膜表面污染物可隨濃縮液及時(shí)排出，本發(fā)明所述的海水濃縮過程可連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，生產(chǎn)更高鹽濃度的濃鹽水。一級反滲透得到的透過液調(diào)節(jié)pH至8~11之間，經(jīng)二級反滲透處理后得到可飲用的淡水。本發(fā)明方法具有能耗低、效率高、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)，適于在工業(yè)化生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。
文檔編號(hào)C02F1/44GK102765781SQ20121028441
公開日2012年11月7日 申請日期2012年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月6日
發(fā)明者萬印華, 宋偉杰, 杭曉風(fēng), 沈飛, 陳向榮, 顏期植, 齊本坤 申請人:中國科學(xué)院過程工程研究所, 廣東中科保生物科技有限公司