水肥一体化正渗透膜水处理系统及其应用的制作方法

本发明涉及水处理技术领域，具体地，涉及一种水肥一体化正渗透膜水处理系统及其应用。

背景技术：

目前广泛应用的水处理方法主要有热法和膜法两大类，其中反渗透（ro）膜法水处理技术研究较早，目前已发展较成熟，但由于其需要较高外加压力、占地面积大、膜易污染等缺点限制了进一步的发展。

而与反渗透相比，正渗透（fdfo）技术以膜两侧溶液渗透压差作为推动力，不需要外加压力、操作简单易行，具有低能耗、低污染以及过程易于实现等优点，是近些年提出的新型膜法水处理技术。

如图1所示，为了保证正渗透过程的可持续进行，需要对汲取液进行浓缩再利用，这个过程需要耗费大量能量，传统的正渗透处理如果不进行回收，一则需要源源不断的加入汲取液才能保持渗透压差，造成汲取液资源大量浪费，二则需外接一个反渗透系统来浓缩汲取液进行汲取液的回收利用，这样就加大了投资成本（反渗透系统功耗大）。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于针对上述技术缺陷，提供一种结构简单、汲取液不需回收、可自动控制工作进程的水肥一体化正渗透膜水处理系统。

本发明的上述目的通过以下技术方案予以实现：

一种水肥一体化正渗透膜水处理系统，包括原料液槽和汲取液槽，原料液槽和汲取液槽之间设有正渗透膜腔，正渗透膜腔包括正渗透膜和由正渗透膜分隔而成的原料液侧和汲取液侧，所述原料液槽的出水口与正渗透膜腔的原料液侧入口连接，所述原料液侧出口与原料液槽接通使正渗透处理后的原料液循环流入原料液槽；所述汲取液槽的出水口与正渗透膜腔的汲取液侧入口连接，所述汲取液侧出口与汲取液槽接通使正渗透处理后的汲取液循环流入汲取液槽；所述汲取液槽与汲取液侧入口之间的连接管路上设有用于释放正渗透处理后的汲取液的阀门一，所述汲取液为肥料溶液。

正渗透水处理技术是以需要处理的液体作为原料液，选取一种具有相对较高渗透压的溶液作为汲取液，在向正渗透压差驱动下，水分子透过正渗透膜进入汲取液侧，浓缩的原料液被排出系统。稀释后的汲取液在回收系统中以特定方式进行回收，同时得到淡水，回收的汲取液进入循环系统利用。

进一步地，所述肥料溶液为氯化钠、硝酸钾、尿素、硝酸铵、磷酸二氢钾中的任意一种。

更进一步地，所述阀门一处连接有农业灌溉装置，其与汲取液槽之间形成有序循环。

再进一步地，汲取液槽上设有液位感应装置一，其与阀门一信号连接，阀门一可在液位感应装置一的信号控制下进行开闭。

进一步地，所述原料液槽上接有原料液进水管，所述原料液进水管处设有用于过滤原料液的微滤装置。

更进一步地，所述微滤装置为目数为50～200目的筛网。

再进一步地，所述原料液槽与原料液侧入口之间的连接管路上设有用于释放正渗透处理后的原料液的阀门二。

还进一步地，原料液槽上设有液位感应装置二，其与阀门二信号连接，阀门二可在液位感应装置二的信号控制下进行开闭。

进一步地，所述正渗透膜为三乙酸纤维素正渗透膜（ctafo膜）。

本发明同时还提供所述水肥一体化正渗透膜水处理系统在污水、废水、盐碱水处理和水肥一体化灌溉方面的应用。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1）水肥一体化正渗透膜水处理系统可广泛应用于污水、废水、盐碱水等水的处理上，尤其对于重金属污染水具有显著的净化效果，可有效改善目前国内重工业污水污染严重的现状；

2）将正渗透水处理与农业灌溉相结合，采用化肥溶液作为汲取液，其可一直保持渗透压差，渗透处理后的汲取液可直接排放至农业灌溉装置中，无需经过后续冗杂处理或对汲取液进行回收利用，简单方便；

3）化肥溶液的汲取液对重金属污染水中的重金属离子具有超高拦截率，可达80%～90%；

4）以三乙酸纤维素正渗透膜为渗透膜，其选择透性强，性能优于目前其他正渗透膜，可以去除细菌，病毒，重金属和悬浮颗粒等有害物质，结合肥料溶液的应用，可大幅度提高水分和肥料的利用率；

5）液位控制装置一/二的设置及其与阀门一/二之间的信号连接方式，使所述水处理系统形成一个自反馈的智能处理闭环，无需人工参与；

6）微滤装置的设置可有效提高正渗透膜的运行效率和实用寿命。

附图说明

图1为现有技术中正渗透处理过程的结构示意图；

图2为本发明所述水肥一体化正渗透膜水处理系统的结构示意图；

图3为所述水肥一体化正渗透膜水处理系统的工作原理示意图。

具体实施方式

本发明实施例附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例

如图2～3所示，一种水肥一体化正渗透膜水处理系统，包括原料液槽1和汲取液槽2，原料液槽1和汲取液槽2之间设有正渗透膜腔3，正渗透膜腔3包括正渗透膜31和由正渗透膜分隔而成的原料液侧32和汲取液侧33。

本实施例所述水处理系统主要运用于重金属污染水的处理，其主要利用了原料液和汲取液之间产生的渗透压差，通过渗透压产生物质交换，即原料液侧中的水分子透过正渗透膜进入汲取液侧。

其中原料液槽1的出水口与正渗透膜腔3的原料液侧32入口连接，原料液侧32出口与原料液槽1接通使正渗透处理后的原料液循环流入原料液槽1；汲取液槽2的出水口与正渗透膜腔3的汲取液侧33入口连接，汲取液侧33出口与汲取液槽2接通使正渗透处理后的汲取液循环流入汲取液槽。

为优化本发明所述水处理系统，使正渗透处理后的汲取液不需经过回收步骤，本发明选用的汲取液为肥料溶液，并在汲取液槽2与汲取液侧33入口之间的连接管路上设置用于释放正渗透处理后的汲取液的阀门一v-8。

原料液槽1与原料液侧32入口之间依次设置有阀门v-1、磁力循环泵p-1、阀门v-4、流量表fg-1和压力表pg-1，从原料液侧出口和原料液槽之间还依次设有压力表pg-2和阀门v-5；汲取液槽与汲取液侧入口之间依次设置有阀门v-7、磁力循环泵p-2、阀门v-6、流量表fg-2和压力表pg-3，从汲取液侧33出口和汲取液槽2之间设有压力表pg-4。

具体地，肥料溶液可为氯化钠、硝酸钾、尿素、硝酸铵、磷酸二氢钾中的任意一种，可有效吸收原料液中的n、p、k等有效成分，同时还可针对原料液中的五种主要重金属如cd、cr、pb、hg、as和有机物污染进行处理，其重金属的拦截率在80%～90%。

经过正渗透处理的肥料溶液从阀门一v-8放出，为使其得到点对点的应用，减去中间过多的人工参与等环节，优选地在阀门一v-8处连接农业灌溉装置4。

本实施例的原料液取自于工业/生活污水、工业废水、盐碱水或海水等。

农业灌溉装置4可应用在耕地灌溉、果园灌溉等方面，具体地，从阀门一v-8释放的水溶液各项指标均显著优于国家灌溉水的标准。

为提升本水处理系统的自动化功能，汲取液槽2上设有液位感应装置一21，其与阀门一v-8信号连接，当汲取液槽33内液体体积达到液位感应装置一21的感应临界值时，阀门一v-8打开，汲取液进入农业灌溉装置4。

同时为实现原料液的自动供给，原料液槽1上还接有原料液进水管5，原料液进水管5处设有用于过滤原料液的微滤装置51。

因为水中会含有物理大分子，原料液经过微滤装置51过滤后再进入正渗透处理，一来不会造成水中的物理大分子（不能透过膜）堵塞在正渗透处理核心环节（即正渗透膜腔），则该正渗透膜腔不需经常清洗，节约工时；二来水中物理大分子不会吸附在正渗透膜上，避免堵塞正渗透膜通道（延长正渗透膜的使用寿命），使水能顺利渗透到汲取液侧去，提高工作效率。

具体地，微滤装置5为目数为50～200目的筛网，其可有效将水中的物理大分子过滤。

原料液槽1与原料液侧32入口之间的连接管路上设有用于释放正渗透处理后的原料液的阀门二v-2。

原料液槽1上设有液位感应装置二11，液位感应装置二11与阀门二v-2信号连接，当原料液槽1内的原料液体积减少到液位感应装置二11的感应值时，阀门二v-2自动开启，将原料液排出。

本实施例的正渗透膜31为高通量的三乙酸纤维素正渗透膜（ctafo膜），其膜材料亲水，膜皮层和多孔支撑层接触角分别为60°和63.6°，呈电中性，整体厚度约为50um，极大降低了膜的浓度差极化，非常适合正渗透过程，具有很好的抗污染性，水回收率，通量可以达到43.2l/（㎡*h）,性能优于目前其他正渗透膜，可以有效去除细菌，病毒，重金属和悬浮颗粒等有害物质。

本实施例的水处理系统运行过程为：需处理的水从原料液进水管5进入原料液槽1，然后阀门v-1和阀门v-4及阀门v-5打开，原料液在磁力循环泵p-1的动力作用下从原料液槽1流经磁力循环泵p-1进入正渗透膜腔的原料液侧32，期间通过流量表fg-1检测流速，压力表pg-1和pg-2分别用来检测进出口的压力差，并可根据压力差对流速等进行调整；汲取液侧的阀门v-6和阀门v-7打开，汲取液在磁力循环泵p-2的动力作用下进入汲取液侧33，期间通过流量表fg-2检测流速，压力表pg-3和pg-4分别用来检测进出口的压力差，并可根据压力差对流速等进行调整；进入正渗透膜腔3的原料液和汲取液在正渗透膜31的作用下产生物质交换，原料液侧32的水分子大量进入汲取液侧33对汲取液进行稀释，随着正渗透膜处理的持续进行，原料液槽1内的液体体积一直在减少，直至其减少至液位感应装置二11的感应值时，阀门二v-2打开将浓缩后的原料液排出，该循环结束后则由原料液进水管5继续进水，重复以上原料液侧操作步骤；而此时汲取液槽2内的液体体积大量增加，当体积达到液位感应装置一21的感应值时，阀门一v-8打开将汲取液释放至农业灌溉装置4。

具体地，原料液和汲取液的进入和排出均由该水处理系统自主反馈控制，无需人工参与，形成智能化循环。

本实施例的水处理系统应用在果园灌溉上得到了优良验证，经正渗透处理后的汲取液可减少大田漫灌及畦灌出现的次生盐土化，节约用水40%～50%，节约肥料50%～60%，提高产量14.6%～17.1%，缩短了果实成熟期，同时工业废水等原料液也得到了妥善处理。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的包含范围之内。