一种梯级反渗透水分离方法及水分离系统与流程

本发明属于水处理领域中的膜分离技术，尤其涉及一种通过增加反渗透级数的方式降低跨膜压差，以提高水通量，进而强化对水中溶解性物质的浓缩，提高产水率的方法。

背景技术：

膜分离技术是利用半透膜对具有不同粒径的分子混合物进行选择性分离。膜分离可在常温下进行，无相态和化学变化，工艺简单，容易操作，依靠电能驱动，费用低于蒸发浓缩和冷冻浓缩方法。广泛应用于饮用水净化、工业用水处理，食品、除菌，生物活性物质回收、精制等。反渗透是一种典型的膜分离技术，其原理是在浓溶液侧施加一个大于渗透压的压力，使浓溶液中的溶剂向稀溶液流动。废水在高于溶液渗透压的压力作用下，水分子透过反渗透膜，从溶液中分离，得到浓水和纯水。反渗透在实际应用中存在表面结垢、膜污染、浓差极化等问题，导致膜的使用寿命缩短，运行成本增加，清洗频繁。

反渗透设备通常由多个反渗透膜元件组成，根据不同行业水质特点及水质要求，进行分级、分段处理。反渗透级数是指进料经过加压的次数，在同一级中以并联排列的元件组成一段，多个元件串联组成多段。现有废水反渗透处理单元大多为三通道，透过侧稀溶液基本属于纯水，随着反渗透浓水侧盐浓度升高，浓水侧与透过侧之间的浓度差不断增大，使得反渗透膜间的渗透压增大。为了得到更高浓度的浓水，需要增加高压泵的压力，即使用具有更高压力的高压泵，而压力高的高压泵不仅价格高，同时在使用时也增加了能耗，更重要的是，高压会对反渗透膜的承压能力带来严峻的考验，因此也会要求反渗透膜具有相当程度的耐高压能力。而目前现有技术还很难制得这样的反渗透膜，同时需要考虑将运行费用控制在一定范围内。

技术实现要素：

为克服上述技术缺陷,本发明的目的是提供一种梯级反渗透水分离方法，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、膜耐压高的问题。

本发明的技术方案如下所述：

一种梯级反渗透水分离方法，所述水分离方法为n级分离，其中n≥2，利用反渗透膜组件在级与级之间构成梯级浓度差，将待处理低纯度水逐级提高纯度，所述梯级浓度差由预先配制的一价阳离子盐水溶液按逐级浓度递减的顺序配置在级与级之间所形成。

所述一价阳离子为h⁺、li⁺、k⁺、na⁺、rb⁺或nh4⁺。

本发明的梯级反渗透水分离方法，包括以下步骤：

(1)一级分离：将待处理低纯度水以一定压力泵入一级反渗透膜组件的原料侧，将预先配制的一级盐水泵入一级反渗透膜组件的透过侧，通过反渗透作用，一级盐水与低纯度水完成水传递，原料侧出水得到浓水，透过侧出水得到稀释的一级盐水；

(2)中间级分离：任一中间级分离过程如下，将稀释的与任一中间级相邻的上一级盐水泵入中间级反渗透膜组件的原料侧，将预先配制的中间级盐水泵入中间级反渗透膜组件的透过侧，由于反渗透作用，中间级盐水与稀释的上一级盐水完成水传递，中间级反渗透膜组件原料侧出水还原为预先配制的上一级盐水，中间级反渗透膜组件透过侧出水得到稀释的中间级盐水，所有中间级分离过程按级别顺序依次按上述过程进行，其中，当n为2时候，没有中间级分离，当n大于2时，所述中间级依次为2级～n-1级；

(3)n级分离：待处理低纯度水完成n-1次分离后，将所得稀释的n-1级盐水以一定压力泵入n级反渗透膜组件的原料侧，进行常规的反渗透操作，n级反渗透膜组件原料侧出水还原为预先配制的n-1级盐水，透过侧得到高纯度水。

所述中间级反渗透膜组件的原料侧出水还原为预先配制的上一级盐水可通过通道进入上一级反渗透膜组件的透过侧作为上一级盐水循环使用，所述n级反渗透膜组件原料侧出水还原为预先配制的n-1级盐水可通过通道进入n-1级反渗透膜组件透过侧作为n-1级盐水循环使用。也即是任意级的反渗透膜组件原料侧出水浓度可以还原为上一级预先配置的盐水浓度，可以通过通道利用循环泵进入上一级级反渗透膜组件透过侧作为上一级的盐水循环使用。

所述水分离方法为多段式，通过并联设置n级分离方法，将待处理低纯度水逐级提高纯度。

所述每段的分离方法级数相同或者级数不相同。

本发明还公开了一种实施上述梯级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。

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、原料侧出水通道、透过侧进水通道、透过侧出水通道，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。

所述水分离系统含有并联设置的多个n级反渗透水分离系统。

所述并联设置的多个n级反渗透水分离系统中，每个反渗透水分离系统级数相同或者不相同。

与现有技术相比，本发明具有以下的技术效果：

(1)提高浓水的浓缩倍数。由于梯级反渗透的设计，可以通过增加反渗透段数，提高高盐废水反渗透浓水的出水纯度。

(2)提高产水率。由于梯级反渗透的设计，使含盐废水在不同的反渗透膜组件内分别充当浓溶液相和稀溶液相，可以实现废水的多次分离，提高高盐废水的出水率。

(3)降低对泵的压力要求。由于梯级反渗透的设计，降低了各级反渗透膜间渗透压，因此降低了对高压泵的压力要求。

(4)降低对反渗透膜的耐压要求。由于梯级反渗透的设计，降低了反渗透膜间渗透压，因此降低了对反渗透膜的耐压要求。

(5)本发明配置的梯度浓度的阳离子盐水溶液可以循环还原为原来的浓度，从而重复循环利用，减低成本。

附图说明

图1是本发明n级梯级反渗透水分离系统及工艺流程图；

图2是实施例1的反渗透水分离系统和工艺流程；

图3是实施例2的反渗透水分离系统和工艺流程。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的说明。

图1是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。

所述水分离系统含有并联设置的多个n级反渗透水分离系统。

所述并联设置的多个n级反渗透水分离系统中，每个反渗透水分离系统级数相同或者不相同。

本发明梯级反渗透水分离方法，利用上述n级梯级反渗透水分离系统实施，具体包括以下步骤：

(1)一级分离：将待处理低纯度水ci以一定压力泵入一级反渗透膜组件的原料侧进水通道10进行反渗透操作，将预先配制的一级盐水c1在通过一级反渗透膜组件的透过侧进水通道30泵入一级反渗透膜组件的透过侧，通过反渗透作用，一级盐水c1与低纯度水ci完成水传递，原料侧出水通道20得到浓水co，透过侧出水通道40得到稀释的一级盐水；

(2)中间级分离：任一中间级分离过程如下，将稀释的与任一中间级相邻的上一级盐水泵入中间级反渗透膜组件的原料侧进水通道，将预先配制的中间级盐水通过透过侧进水通道泵入中间级反渗透膜组件的透过侧，由于反渗透作用，中间级盐水与稀释的上一级盐水完成水传递，中间级反渗透膜组件原料侧出水还原为预先配制的上一级盐水，中间级反渗透膜组件透过侧出水得到稀释的中间级盐水，所有中间级分离过程按级别顺序依次按上述过程进行，其中，当n为2时候，没有中间级分离，当n大于2时，所述中间级依次为2级～n-1级，如n为3时，中间级为2级，n为5时，中间级依次为2、3、4级，每个级别均按上述过程完成反渗透过程；

(3)n级分离：待处理低纯度水完成n-1次分离后，将所得稀释的n-1级盐水以一定压力泵入n级反渗透膜组件的原料侧，进行常规的反渗透操作，n级反渗透膜组件原料侧出水还原为预先配制的n-1级盐水，透过侧出水得到高纯度水或纯水。

所述中间级反渗透膜组件的原料侧出水还原为预先配制的上一级盐水可通过通道进入上一级反渗透膜组件的透过侧作为上一级盐水循环使用，所述n级反渗透膜组件原料侧出水还原为预先配制的n-1级盐水可通过通道进入n-1级反渗透膜组件透过侧作为n-1级盐水循环使用，这些预先配置的盐水重复循环利用，可以减低成本，简化工艺。

实施例1：

本实施例为一种三级梯级反渗透水分离系统和工艺流程，如图2所示，三级梯级反渗透水分离系统包括两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，一个设置在一级反渗透膜组件单元原料侧的进水泵和两个分别设置反渗透膜组件单元之间的循环泵，预先配制的高、中两种浓度的氯化钠溶液c1和c2，其盐度分别为待分离低纯度水ci的2/3和1/2。待分离的低纯度水ci经过一级反渗透膜组件后与透过侧进水的高浓度氯化钠溶液c1进行水交换得到浓水co，同时透过侧出水的为稀释的氯化钠溶液c1。从一级反渗透膜组件透过侧出水流出的稀释的氯化钠溶液c1泵入到二级反渗透膜组件内原料侧进水，与二级反渗透膜组件透过侧进水的中浓度氯化钠溶液c2进行水交换，二级反渗透膜组件原料侧出水还原为原来的高浓度氯化钠溶液c1，二级反渗透膜组件透过侧出水为稀释的氯化钠溶液c2。从二级反渗透膜组件透过侧流出的稀释的氯化钠溶液c2流入到三级反渗透膜组件内，从三级反渗透膜组件透过侧流出最终的纯水c3，三级反渗透膜组件原料侧出水的氯化钠溶液浓度还原为原来的中浓度氯化钠溶液c2浓度。

实施例2：

本实施例公开了一种二段式三级梯级反渗透分离系统和工艺流程。如图3所示，二段式三级水梯级反渗透水分离系统包括两个实施例1中的三级水梯级反渗透水分离系统。其中系统1进水为待处理低纯度水ci，系统2进水co为系统1中一级反渗透膜组件原料侧出水的浓水co，也即多段式的反渗透分离系统其下一段分离系统的进水溶液为相邻上一段分离系统一级反渗透膜组件原料侧出水溶液。其两个系统的工艺流程如实施例1所述，设置成两段的可以提高水分离率和浓缩率，

综上所述，但本发明并不局限于上述实施方式，本领域一般技术人员在本发明所揭示的技术范围内，可轻易想到的变化，均在本发明的保护范围之内。