專利名稱：分離單元和控制具有反滲透元件的分離單元的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及控制具有反滲透元件(reverse osmosis element)的分離單元的方法，
以及分離單元，所述分離單元包括反滲透元件、原水泵、滲透物排出管道和濃縮物排出 管道，其中預(yù)定產(chǎn)率基本上保持恒定。
背景技術(shù)：
從WO 96/41675已知這種類型的分離單元和方法?，F(xiàn)有的方法能夠應(yīng)對分離單 元的變化的工作負(fù)荷，即處理劇烈變化的原水(raw water)量，同時允許產(chǎn)率基本恒定， 即保持滲透物(permeate)和濃縮物(concentrate)之間的預(yù)定比率大致恒定。為此、濃縮 物流(flow)自動地適合于原水流(influx)，使得該兩個流具有并維持相對于彼此的恒定比 率。從而即使容量利用發(fā)生變化，也能夠?qū)崿F(xiàn)濃縮物相對于原水流注的再循環(huán)的自動適 應(yīng)。通過配置在用于提供濾過壓力的泵的上游的、即配置在該泵的前方的流量計檢測原 水注入量，并且該注入量被用于控制濃縮物排出管道內(nèi)的流動截面和流阻。然而，該泵 的的泵送能力保持不變，即泵被控制成維持恒定的壓力。雖然該步驟有助于實(shí)現(xiàn)恒定的 產(chǎn)率，但泵的泵送能力的一部分被放棄。該處理特別適合于具有較小的產(chǎn)量的單元。例如當(dāng)原水泵被控制為具有恒定的輸入壓力時，則原水溫度的變化不被考慮。 但如果原水溫度已變化而原水泵被控制成仍然保持恒定的壓力，則滲透物和濃縮物流根 據(jù)溫度變化會減少或增大。結(jié)果，產(chǎn)率出現(xiàn)失調(diào)(misalign)，并且在極端情況下導(dǎo)致在濃 縮物中發(fā)生鹽的急劇析出(precipitation)。該急劇析出堵塞膜，而需要耗時和繁重的清潔 處理。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目標(biāo)是提供反滲透過濾的方法和分離單元，所提供的方法和分 離單元允許以結(jié)構(gòu)上簡單的方式保持產(chǎn)率的恒定，而與例如入口的溫度和壓力變化無 關(guān)，并且不要求為此設(shè)置用于初餾物(foreran)的緩沖容器。此外，通過利用滲透物對單 元進(jìn)行取決于質(zhì)量(quality-dependent)的沖洗，不但節(jié)約了水，而且節(jié)約了所使用的清潔
化學(xué)品的量。根據(jù)如下的方法和單元完成本目標(biāo)在該方法中，預(yù)定產(chǎn)率基本上保持恒定， 其中為使產(chǎn)率保持恒定，響應(yīng)于原水泵和反滲透元件之間的原水的流率測量結(jié)果控制原 水泵的泵送能力；所述單元包括反滲透元件、原水泵、滲透物排出管道、濃縮物排出管 道和流率測量元件，其流率測量元件被布置在原水泵和反滲透元件之間并且被連接到原 水泵。根據(jù)本發(fā)明，通過基于泵產(chǎn)生的流量控制原水泵，能夠以結(jié)構(gòu)上簡單的、很有效 的和靈敏的方式確保穿過膜的滲透不受外部影響而保持恒定，因此可以自動實(shí)現(xiàn)預(yù)先設(shè) 定的產(chǎn)率，即自動實(shí)現(xiàn)預(yù)先設(shè)定的滲透量與濃縮量的比率并使該比率保持恒定。這通過 使注入量和濃縮量保持恒定來完成。在下述方案中限定優(yōu)選實(shí)施方式。
在如上的方法中，濃縮物排出管道的流動截面響應(yīng)于濃縮物排出管道中的流率 測量結(jié)果而變化。在如上的方法中，滲透量發(fā)生變化，特別地滲透量在士 10%到士 20%的范圍內(nèi)變化。在如上的方法中，原水泵的泵送能力由檢測滲透物貯存器中的充填液面的液面 測量部件控制。在如上的方法中，響應(yīng)于濃縮物的導(dǎo)電率的測量結(jié)果而沖洗分離單元。在上述分離單元中，流量計和由該流量計控制的控制閥被布置于濃縮物排出管 道。在上述分離單元中，滲透物排出管道連接到設(shè)置有液面計的貯存器，并且液面 計被連接到原水泵。在上述分離單元中，導(dǎo)電率測量部件被設(shè)置于濃縮物排出管道。能夠通過響應(yīng)于在管道中執(zhí)行的流率測量結(jié)果改變濃縮物排出管道的流動截面 來改變產(chǎn)率。此外，可以在一定的范圍(bandwidth)內(nèi)改變滲透量以實(shí)現(xiàn)對例如滲透物貯存器 的液面(level)控制。這具有另外的優(yōu)點(diǎn)反滲透單元由此實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化的運(yùn)行時間(關(guān)閉 和啟動被最小化，從而增加了膜的使用壽命)。根據(jù)本發(fā)明的單元提供的另一優(yōu)點(diǎn)是取決于質(zhì)量的清潔處理，清潔成果 (cleaning success)在實(shí)際中被監(jiān)測(而不是在經(jīng)過預(yù)定時間之后自動假定清潔成果)，該 監(jiān)測優(yōu)選地通過在濃縮物排出管道中的導(dǎo)電率測量來完成。該測量不僅可用于包括流控 泵的創(chuàng)造性的分離單元和創(chuàng)造性的方法，并且也用于不同地構(gòu)造的分離單元和方法。


下面將借助于單個附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的分離單元1的示意圖。
具體實(shí)施例方式圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的分離單元1的示意圖。分 離單元1包括傳統(tǒng)地構(gòu)造成的、具有例如多個膜的反滲透元件2，其中根據(jù)待過濾的分子 調(diào)整膜的滲透性。在本實(shí)施方式中，示出了單個成套設(shè)備(single aggregate)。然而該單 元也可以與通常的多個成套設(shè)備一起工作。反滲透元件2通過管道3被供給待過濾的原水(未凈化的水)。通常，原水管 道3首先流過去除粗的機(jī)械雜質(zhì)的預(yù)濾器(prefilter)4。同時，借助于相應(yīng)地構(gòu)造的裝置 5使硬度保持穩(wěn)定。然后原水流入高集成泵(pump complex) 6,高集成泵6包括具有變頻 器的普通高壓泵。該泵提供預(yù)定的容積流率。在離開高集成泵后，原水經(jīng)過溫度測量部 件7、導(dǎo)電率(conductivity)測量部件8而流入通常地并且可選地構(gòu)造的流量計9。優(yōu)選 地，流量計9是感應(yīng)式流量計(IDM)。流量計9經(jīng)由信號線10連接到高集成泵6。在 流量計的下游，原水流入反滲透元件2。用于清潔后的水的滲透物排出管道11和用于具有增加的濃度的鹽飽合了的(salt-loaded)液體的濃縮物排出管道12從反滲透元件2伸出。濃縮物排出管道12通過 另一個流量計13、控制閥14和導(dǎo)電率測量部件15延伸直到其達(dá)到排出通道16，其中流 量計13優(yōu)選地為感應(yīng)式流量計(IDM)。濃縮物排出管道12內(nèi)的流量計13通過信號線17與控制閥14通信，因此本控制 閥14可響應(yīng)于流率測量結(jié)果而被控制。滲透物排出管道11通過截止閥18直接延伸到用戶和/或延伸到可供取得滲透物 的貯存器19。貯存器19設(shè)置有液面計20，液面計20在圖中表示為下部液面電極和上部 液面電極。液面計經(jīng)由信號線21連接到泵6。在分離單元1的操作期間，首先限定所期望的產(chǎn)率(根據(jù)包含在原水中的、待 被除去的物質(zhì)的類型和量)和產(chǎn)生用于獲得期望的最佳產(chǎn)率的最佳滲透所要求的流率 (flow) O開始單元的操作，由流量計9監(jiān)視流率。如果流率(flow rate)改變，例如由 于原水流注(influx)的溫度改變而導(dǎo)致流率改變，則控制泵以重新實(shí)現(xiàn)預(yù)定值的流率。 在本示例中，這意味著由于原水流注的溫度變化，原水流注的粘性發(fā)生變化。例如， 較低的溫度意味著較高的原水粘性，這也意味著與穿過膜的滲透直接相關(guān)聯(lián)的降低的容 積流率。此刻被控制為較高的泵速具有增加容積流率并且由此實(shí)現(xiàn)穿過膜的定量平衡 (quantitatively balanCed)的滲透效果。即使由于任何原因而使?jié)B透量變化，根據(jù)本發(fā)明的分離單元和根據(jù)本發(fā)明的方 法仍然以令人滿意的方式起作用。該變化的范圍為士 10%到士20%，其因此例如可用以 將貯存器19始終保持于一定的充填液面(filling level)。例如能夠以如下方式引起滲透量 的變化以調(diào)節(jié)的方式開啟或關(guān)閉控制閥14，從而改變流動截面并且由此改變濃縮物通 過濃縮物排出管道12的流出量(outflow)。由于滲透量的適應(yīng)性，該優(yōu)于傳統(tǒng)系統(tǒng)的優(yōu) 點(diǎn)允許較小的貯存器尺寸，即使在分離單元的下游也可以對變化的情況更快反應(yīng)。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，原水的流率在12°C和10.5bar的狀態(tài)下被設(shè)定為29.4m3/ h。當(dāng)產(chǎn)率為85%時，該數(shù)值對應(yīng)于85%的滲透物份額和15%的濃縮物份額，即對應(yīng)于 滲透物在0.3bar正壓下的25m7h的流率和濃縮物在7.7bar正壓下的4.4m7h的流率。如 果原水溫度改變，流量計將原水的流率保持成12°C時的值，也就是說，流率減小或者增 加，即采用85%的滲透物和15%的濃縮物的產(chǎn)率保持恒定的方式(當(dāng)然，同時濃縮物量 和滲透物量發(fā)生變化)。可在士 10%至士20%的范圍內(nèi)完成該變化，因此創(chuàng)造性的分離 單元1可產(chǎn)生例如流率在20m3/h和31m3/h之間的滲透，而不會使85 %的產(chǎn)率發(fā)生變 化。如此，以簡單的方式防止了濃縮物過飽合和發(fā)生不受控制的析出。根據(jù)本發(fā)明的分離單元也允許改進(jìn)的清潔處理。然而，該清潔也可用于其他不 具有流控泵(floW-controlledpump)的分離單元。根據(jù)本發(fā)明，響應(yīng)于濃縮物排出管道12 內(nèi)的導(dǎo)電率測量部件15所測量的值，以取決于質(zhì)量的方式完成清潔處理。以該方式，可 靠地確定流出并進(jìn)入通道16的液體(濃縮物/清潔液/沖洗液)是否包含足夠低的含鹽量 以被認(rèn)為是清潔的。以此，確保了所有的鹽已被除去，而且沒有剩余的鹽因?yàn)閴毫Σ▌?而殘留在系統(tǒng)中。該沖洗替換例節(jié)省了沖洗液并防止在工作時間以外出現(xiàn)水銹(scaling) 和生物附著物(biofouling)。圖1示出了可選地設(shè)置的其他修改例。例如，圖1包括將單元切換到常規(guī)控制 的可能性。為此，在泵6的上游設(shè)置輸入壓力傳感器(admission pressure sensor) 25，在泵6下游設(shè)置壓力傳感器26。如果需要，信號經(jīng)由信號線27被傳輸以允許切換到由傳感器 25進(jìn)行輸入壓力檢測和切換到由壓力傳感器26控制泵6的壓力。第二可選實(shí)施方式涉及在必要時另外用滲透物沖洗單元的可能性。為此，由泵 29 (頻率控制)通過管道28從貯存器19 (或另一個來源)為單元1供給滲透物。管道28 優(yōu)選地在溫度傳感器7上游延伸入原水流。在該情況下，沖洗結(jié)果也可通過濃縮物排出 管道中的導(dǎo)電率測量部件來監(jiān)測。此外，經(jīng)由濃縮物排出管道的質(zhì)量控制允許基于要求而預(yù)先確定操作期間的沖 洗定時。因此，膜的最佳使用壽命已經(jīng)在操作期間決定，從而減少由于太長時間的操作 引起的水銹以及生物附著物。此外，避免不必要的短時循環(huán)而帶來了總的來說更小的清 潔負(fù)荷，從而顯著地增加了膜的使用期限。此外，另一個導(dǎo)電率傳感器30可以整合到滲透物排出管道11，這樣提供了針對 取決于質(zhì)量的利用滲透物沖洗的附加的質(zhì)量控制。為此，可以比較導(dǎo)電率傳感器8和導(dǎo) 電率傳感器30所測量的導(dǎo)電率值。在利用滲透物沖洗的情況中，此后通過管道路徑28 和頻率控制泵29進(jìn)行沖洗，直到導(dǎo)電率傳感器8和導(dǎo)電率傳感器30的導(dǎo)電率測量結(jié)果相 同。因此，該分離單元提供了對兩個容積流率的取決于質(zhì)量的控制，借助于該質(zhì)量 控制能夠補(bǔ)償溫度和輸入壓力波動。該質(zhì)量控制在原水側(cè)和濃度側(cè)介入，即在附圖標(biāo)記 9 (流量計)和附圖標(biāo)記13 (流量計)處介入。取決于質(zhì)量，沖洗可利用滲透物和化學(xué)物 質(zhì)來完成。與傳統(tǒng)的、定時控制的沖洗(其定時太短或者太長)相比，本沖洗節(jié)省水和清 潔劑。由于沖洗時間不太長，減少了水銹和生物附著物。由于清潔不太頻繁并且僅必要 時進(jìn)行清潔并且僅進(jìn)行必要的時間長度的清潔，因此延長了膜的使用壽命。如果需要， 可以切換到傳統(tǒng)的控制。本發(fā)明的單元的范圍允許補(bǔ)償原水波動。此外，由此能夠控制 緩沖貯存器中的充填液面。因此，緩沖貯存器可以比通常的緩沖貯存器小。如果在緩沖 貯存器(滲透物貯存器)中的貯存量不極其的大，這是有益的。本發(fā)明不局限于所述的和所示出的實(shí)施方式。流控泵例如也可用于具有其他的 膜和/或其他的薄的組合的其他分離單元。包括有液面控制部件的貯存器不必需連接到 泵，而可根據(jù)來自分離單元外部的請求信號獨(dú)立地控制。此外，該分離單元可包括圖中 未示出的任何標(biāo)準(zhǔn)的和有用的組件。
權(quán)利要求
1.一種控制分離單元(1)的方法，所述分離單元(1)包括反滲透元件(2)、原水泵 (6)、滲透物排出管道(11)和濃縮物排出管道(12)，其中預(yù)定產(chǎn)率基本上保持恒定，所 述方法的特征在于，為使所述產(chǎn)率保持恒定，響應(yīng)于所述原水泵(6)和所述反滲透元件 (2)之間的原水的流率測量結(jié)果控制所述原水泵(6)的泵送能力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述濃縮物排出管道(12)的流動截面 響應(yīng)于所述濃縮物排出管道(12)中的流率測量結(jié)果而變化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，滲透量發(fā)生變化，特別地所述滲透 量在士 10%到士20%的范圍內(nèi)變化。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述原水泵(6)的泵送 能力由檢測滲透物貯存器(19)中的充填液面的液面測量部件(20)控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，響應(yīng)于所述濃縮物的導(dǎo) 電率的測量結(jié)果而沖洗所述分離單元。
6.一種分離單元(1)，所述分離單元(1)包括反滲透元件(2)、原水泵(6)、滲透物 排出管道(11)、濃縮物排出管道(12)和流率測量元件(9)，其特征在于，所述流率測量 元件(9)被布置在所述原水泵(6)和所述反滲透元件(2)之間并且被連接到所述原水泵 (6)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的分離單元，其特征在于，流量計(13)和由該流量計(13)控 制的控制閥(14)被布置于所述濃縮物排出管道(12)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的分離單元，其特征在于，所述滲透物排出管道(11)連 接到設(shè)置有液面計(20)的貯存器(19)，并且所述液面計(20)被連接到所述原水泵(6)。
9.一種分離單元，特別是根據(jù)權(quán)利要求6到8中的任一項(xiàng)所述的分離單元，其特征在 于，導(dǎo)電率測量部件(15)被設(shè)置于所述濃縮物排出管道(12)。
全文摘要
描述了一種分離單元和控制分離單元的方法，分離單元包括反滲透元件、原水泵、濃縮物排出管道和滲透物排出管道，其中預(yù)定的產(chǎn)率基本保持恒定。為此，根據(jù)本發(fā)明，響應(yīng)于原水泵和反滲透元件之間的原水的流率測量結(jié)果控制原水泵。
文檔編號B01D61/12GK102008894SQ20101027563
公開日2011年4月13日 申請日期2010年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月3日
發(fā)明者迪克·舒爾 申請人:克朗斯股份公司