专利名称：一种利用浓差极化原理反渗透海水淡化生产饮用淡水和浓缩海水的方法
技术领域：
本发明属于海水综合利用领域，涉及一种利用浓差极化原理反渗透海水淡化生产饮用淡水和浓缩海水的方法。
背景技术：
反渗透技术是近40多年来发展起来的处理海水的膜分离技术，它具有投资低、能耗低、建设周期短等诸多优点，在海水脱盐以及产水纯净度方面具有其它技术无法比拟的优势。传统反渗透海水淡化方法虽然能生产饮用淡水，但是所产生的浓水盐含量低，一般在70g/L以下，进行综合利用的经济性较差。同时传统反渗透法存在的另外一个问题是，在反渗透处理海水的过程中，由于浓差极化和膜污染的存在，会导致膜渗透通量的急剧下降或跨膜压力的急剧上升，从而导致整个反渗透系统处理效率的下降或能耗的增加，因而，尽可能减轻浓差极化的影响一直是传统反渗透过程极力要实现的目标。本发明提出一种两级反渗透处理海水以获得高盐浓度海水和饮用淡水的方法。一级反渗透利用浓差极化原理生产淡水并浓缩海水，得到的高盐浓度浓缩海水可进一步蒸发和结晶后得到粗盐；一级反渗透的透过液经二级反渗透处理，可获得饮用淡水。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用浓差极化反渗透生产淡水并浓缩海水的方法和装置，其特征在于，在一级反渗透系统中，膜组件垂直放置，利用低错流速度下反渗透海水淡化过程中膜表面浓差极化层形成速度快，溶质浓度高的特点，及时从膜底部汲取收浓差极化层中的浓缩液，以获取高盐浓度海水；一级反渗透得到的透过液经二级反渗透处理后得到可饮用的淡水。本发明所述的一级反渗透膜组件的形式是板式、卷式或中空纤维式；膜材质是醋酸纤维素或聚酰胺。反渗透膜片选自美国海德能反渗透膜、美国陶氏反渗透膜、日本东丽反渗透膜、美国科氏反渗透膜中一种。一级卷式反渗透膜组件中的流道形式为直流道，厚度为28 80毫英寸。本发明所述的一级反渗透过程中的跨膜压差控制在5(T70bar之间，抽取流量控制在0. 5飞L/m2 *h，浓缩液中盐浓度在7(T200g/L之间，初次抽取时间是反渗透操作起始后的0. 5^3. 5h。当一级反渗透装置的浓缩单元的浓缩液达到预定的盐浓度后，可进行连续或间歇性的抽取。所述的连续抽取是指当反渗透浓缩单元底部抽取口的溶质浓度达到预定的盐浓度后，连续不断的进行抽取操作。所述的间歇抽取是指反渗透浓缩单元底部抽取口的溶质浓度达到预定的盐浓度后，进行抽取操作，当抽取口的盐浓度低于预定的盐浓度后，停止抽取操作，当抽取口的盐浓度再次达到预定值后，开始抽取，如此反复操作。
本发明所述的一级反渗透装置主要由以下三个单元组成反渗透单元、浓缩液抽取单元和在线检测单元。反渗透单元的顶部有海水进料口，底部有浓缩液抽取口 ；浓缩液抽取单元主要由抽取泵组成；在线检测单元主要由在线电导率检测仪组成。本发明提供的利用浓差极化原理反渗透海水淡化生产淡水和浓缩海水的方法和装置，具有能耗低、效率高、操作简单等优点，适于在工业化生产中推广应用。
图I是利用浓差极化浓缩海水同时生产淡水的反渗透装置流程示意图。附图标记I.储料罐2.阀门3.高压泵4.阀门5.进口压力表6. —级反渗透膜组件7.阀门8.在线电导率仪9.出口压力表10.阀门图2是卷式反渗透膜组件的直流道截面示意图。图3是卷式反渗透膜组件的直流道俯视示意图。附图标记11.膜 12.隔网
具体实施例方式下面结合实施例对本发明做进一步说明，本发明所涉及的主题保护范围并非仅限于这些实施例。实施例I :步骤如下(I)开启阀门2、4和10，关闭阀门7 ；(2)开启高压泵3，经预处理的海水被泵入一级卷式直流道聚酰胺反渗透膜组件6(膜片是美国陶氏反渗透膜)，调节阀门4，使反渗透膜的跨膜压力为50bar ；(3)开启并调节阀门7，使抽取流量控制在6L/m2 h，连续抽取操作8h，得到的透过液进行二级反渗透处理；(4)实验结束后，从一级反渗透膜组件抽取到的浓缩液的盐含量是70g/L，比海水中的盐浓度提高2. 2倍。与常规的海水反渗透过程相比，电耗降低26%。透过液调节pH至9，经美国陶氏FilmTech BW30-4040苦咸水膜二级反渗透，得到的透过液经检测符合饮用水标准。实施例2 :步骤如下(I)开启阀门2、4和10，关闭阀门7 ；(2)开启高压泵3，经预处理的海水被泵入一级卷式直流道聚酰胺反渗透膜组件6(膜片是美国陶氏反渗透膜)，调节阀门4，使反渗透膜的跨膜压力为55bar ；(3)调节阀门7，使抽取流量控制在5L/m2 h，连续抽取操作8h，得到的透过液进行二级反渗透处理；(4)实验结束后，从一级反渗透膜组件抽取到的浓缩液的盐含量是82g/L，比海水中的盐浓度提高2. 6倍。与常规的海水反渗透过程相比，电耗降低24%。透过液调节pH至10，经美国陶氏FilmTech BW30-4040苦咸水膜二级反渗透，得到的透过液经检测符合饮用水标准。
实施例3 :步骤如下(I)开启阀门2、4和10，关闭阀门7 ；(2)开启高压泵3，经预处理的海水被泵入一级卷式常规流道聚酰胺反渗透膜组件6 (膜片是美国陶氏反渗透膜)，调节阀门4，使反渗透膜的跨膜压力为55bar ；(3)调节阀门7，使抽取流量控制在5L/m2 h，连续抽取操作8h，得到的透过液进行二级反渗透处理； (4)实验结束后，从一级反渗透膜组件抽取到的浓缩液的盐含量是72g/L，比海水中的盐浓度提高2. 3倍。与常规的海水反渗透过程相比，电耗降低20%。透过液调节pH至10，经美国陶氏FilmTech BW30-4040苦咸水膜二级反渗透，得到的透过液经检测符合饮用水标准。实施例4 :步骤如下(I)开启阀门2、4和10，关闭阀门7 ；(2)开启高压泵3，经预处理的海水被泵入一级板式聚酰胺反渗透组件6 (膜片是日本东丽反渗透膜)，调节阀门4，使反渗透膜的跨膜压力为70bar ；(3)维持3h后开启并调节阀门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,如此重复操作8h ；(4)实验结束后，从一级反渗透膜组件抽取到的浓缩液的盐含量是200g/L，比海水中的盐浓度提高6. 3倍。与常规的海水反渗透过程相比，电耗降低11%。透过液调节pH至10，经美国科氏4040-XR苦咸水膜二级反渗透，得到的透过液经检测符合饮用水标准。
权利要求
1.一种利用浓差极化原理反渗透海水淡化生产饮用淡水和浓缩海水的方法，其特征在于，在一级反渗透系统中，膜组件垂直放置，利用在低错流流速下反渗透海水淡化过程中膜表面浓差极化层形成速度快，溶质浓度高的特点，及时从膜底部抽取收集因浓差极化作用产生的浓缩液，以获取高盐浓度海水；一级反渗透得到的透过液调节PH至8 11，再经二级反渗透处理得到可饮用的淡水。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，一级反渗透膜组件的形式是板式、卷式或中空纤维式；膜材质是醋酸纤维素或聚酰胺。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，一级卷式反渗透膜组件中的流道形式为直流道，厚度为28 80毫英寸。
4.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，一级反渗透过程中的跨膜压差控制在5(T70bar之间，抽取流量控制在0. 5飞L/m2 -h,浓缩液中盐浓度在7(T200g/L之间，初次抽取浓缩液的时间是反渗透操作起始后的0. 5^3. 5h。
5.用于权利要求广4中任意一种利用浓差极化原理反渗透海水淡化生产饮用淡水和浓缩海水的方法的装置，其特征在于，一级反渗透系统的装置主要由以下三个单元组成反渗透单元、浓缩液抽取单元和在线检测单元。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，反渗透单元的顶部有海水进料口，底部有浓缩液抽取口 ；浓缩液抽取单元主要由抽取泵组成；在线检测单元主要由在线电导率检测仪组成。
全文摘要
本发明涉及一种利用浓差极化原理反渗透海水淡化生产饮用淡水和浓缩海水的方法。其特征在于，一级反渗透系统中，膜组件垂直放置，利用低错流速度下反渗透海水淡化过程中膜表面浓差极化层形成速度快，溶质浓度高的特点，及时从膜组件底部抽取收集因浓差极化产生的浓缩液，以获取高盐浓度海水。由于膜表面污染物可随浓缩液及时排出，本发明所述的海水浓缩过程可连续稳定运行，生产更高盐浓度的浓盐水。一级反渗透得到的透过液调节pH至8~11之间，经二级反渗透处理后得到可饮用的淡水。本发明方法具有能耗低、效率高、操作简单等优点，适于在工业化生产中推广应用。
文档编号C02F1/44GK102765781SQ20121028441
公开日2012年11月7日 申请日期2012年8月6日 优先权日2012年8月6日
发明者万印华, 宋伟杰, 杭晓风, 沈飞, 陈向荣, 颜期植, 齐本坤 申请人:中国科学院过程工程研究所, 广东中科保生物科技有限公司