反渗透浓水回用处理系统及方法与流程

本发明涉及水处理技术领域，特别是涉及反渗透浓水回用处理系统及方法。

背景技术：

水资源是基础性自然资源和战略性经济资源，是社会经济可持续发展、维系生态平衡与和谐环境的重要基础。

锅炉补给水处理系统是火力发电的重要附属系统，主要用于补充机组热力系统正常汽水损失，对于供热电厂，也用于热网系统补水。反渗透是锅炉补给水处理系统中常用设备，但反渗透自用水率较高，一般在25％左右，因此，反渗透浓水回用是节水的重点。目前，反渗透浓水回用常规处理工艺为：反渗透浓水+混凝澄清软化+海水膜反渗透，其中混凝澄清软化的目的是降低反渗透出水硬度，利于提高海水膜反渗透的回收率。然而，混凝澄清软化存在设备投资及占地大、运行成本高等不足。

技术实现要素：

基于此，有必要针对传统反渗透浓水处理成本高的问题，提供一种反渗透浓水回用处理系统及方法。

一种反渗透浓水回用处理系统，包括：依次连接的过滤系统和电吸附处理系统，所述电吸附处理系统包括离子吸附组件，所述离子吸附组件包括相对的正极和负极。

在其中一个实施例中，所述离子吸附组件包括电极组件，所述电极组件包括交替设置的正极和负极，各个正极均电连接在一起，各个负极均电连接在一起，相邻的电极之间留有间隙。

在其中一个实施例中，包括刮垢刷件，所述刮垢刷件的刃部紧挨着所述负极设置。

在其中一个实施例中，所述负极的第一表面与所述正极相对设置，所述第一表面为平面，所述负极与旋转齿轮连接，在所述旋转齿轮的带动下使得所述负极绕与所述第一平面相互平行的旋转面进行旋转。

在其中一个实施例中，所述正极上具有过水孔；和/或，所述负极上具有过水孔。

在其中一个实施例中，所述电吸附处理系统包括检测仪表，所述检测仪表包括电导率检测仪、温度监测仪、水流量检测仪、水压力检测仪、电压表和电流检测表中的任意一种或多种。

一种反渗透浓水回用处理方法，采用所述的反渗透浓水回用处理系统，并包括以下步骤：

预冲洗阶段，将待处理水样通入所述反渗透浓水回用处理系统进行预冲洗；

吸附净化阶段，对所述离子吸附组件通电，使所述正极和所述负极表面吸附所述待处理水样中的阴离子和阳离子；

排污再生阶段，解吸所述正极和所述负极上的电极上的阴离子和阳离子，通水使所述阴离子和阳离子从所述反渗透浓水回用处理系统中排出。

在其中一个实施例中，进水流速≤20l/min。

在其中一个实施例中，所述离子吸附组件的操作电流为32a～36a。

在其中一个实施例中，预处理时间为55s～65s，吸附净化时间为205s～215s，排污再生时间为145s～155s。

本发明摒弃了传统的处理方法，而是采用过滤和电吸附的方式对反渗透浓水进行处理，反渗透浓水通过电吸附方式吸附浓水中的阴阳离子后回用。电吸附方法节能节水，环境友好，运行成本低。电吸附设备回收率在70％以上，核心部件的寿命较长，不需要添加药剂，不存在二次污染，电吸附的运行成本和备品备件的费用很低。并且设备可靠，运行稳定，可实现高程度自动化。根据电吸附除盐装置除盐原理，阴、阳离子分别去除，不会互相结合产生垢体；在停机期间也无需对核心部件作特别保养；系统可采用计算机控制，自动化程度高。

附图说明

图1为本发明一实施例的反渗透浓水回用处理系统的结构示意图；

图2为本发明一实施例的出水电导率与时间变化的关系；

图3为本发明一实施例的操作电流、出水电导率、电导去除率的关系图；

图4为本发明一实施例的操作电流、进水电导率、出水电导率、排污水电导率的关系图；

图5为本发明一实施例的进水流速、出水电导率、电导去除率的关系图；

图6为本发明一实施例的进水流速、进水电导率、出水电导率、排污水电导率的关系图；

图7为本发明一实施例的排污再生时间、出水电导率、电导去除率的关系图；

图8为本发明一实施例的排污再生时间、进水电导率、出水电导率、排污水电导率的关系图；

图9为本发明一实施例的操作电流、出水钙离子浓度、钙离子去除率的关系图；

图10为本发明一实施例的操作电流、出水镁离子浓度、镁离子去除率的关系图；

图11为本发明一实施例的操作电流、出水钠离子浓度、钠离子去除率的关系图；

图12为本发明一实施例的操作电流、出水钙离子浓度、镁离子浓度、钠离子浓度的关系图；

图13为本发明一实施例的操作电流、入水口镁离子浓度、出水口镁离子浓度和排污水镁离子浓度的关系图；

图14为本发明一实施例的操作电流、入水口钠离子浓度、出水口钠离子浓度和排污水钠离子浓度的关系图；

图15为本发明一实施例的进水流速、钙离子去除率、镁离子去除率、钠离子去除率的关系图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明实施例提供一种反渗透浓水回用处理系统，包括：依次连接的过滤系统10和电吸附处理系统20。

本发明摒弃了传统的处理方法，而是采用过滤电吸附的方式对反渗透浓水进行处理，反渗透浓水通过电吸附方式吸附浓水中的阴阳离子后回用。电吸附方法节能节水，环境友好，运行成本低。电吸附设备回收率在70％以上，核心部件的寿命较长，不需要添加药剂，不存在二次污染，电吸附的运行成本和备品备件的费用很低。并且设备可靠，运行稳定，可实现高程度自动化。根据电吸附除盐装置除盐原理，阴、阳离子分别去除，不会互相结合产生垢体；在停机期间也无需对核心部件作特别保养；系统可采用计算机控制，自动化程度高。

电吸附处理系统20设有电极组件，用于吸附水中的阳离子和阴离子。

在一些实施方式中，所述电吸附处理系统20包括离子吸附组件，所述离子吸附组件包括相对的正极和负极。在直流电流的作用下，水体中的钙、镁阳离子流向负极，积聚在负极附近的钙、镁阳离子形成一个很强的碱性环境区域，会加速使溶于水中的二氧化碳与钙、镁离子发生化学反应，生成大量的碳酸钙、碳酸镁沉淀物，吸附在负极的内壁上。同理，阴离子则流向并吸附在正极。

在一些实施方式中，电极组件包括交替设置的正极和负极，各个正极均电连接在一起，各个负极均电连接在一起，相邻的电极之间留有间隙。通过将各个正极均电连接在一起，各个负极均电连接在一起，使得各个正极均被加压，各个负极也均被加压，可以使得电压值更稳定，更有利于电极片稳定脱盐。

正极可以为金属材料或碳材料，具体形状可以是棒状、也可以是各种型材、也可以是条形、也可以是网状、还可以是板材。

负极可以为金属材料或碳材料，具体形状可以是棒状、也可以是各种型材、也可以是条形、也可以是网状、还可以是板材。

在一些实施方式中，所述过滤系统10包括保安过滤器，用于对反渗透水进行初步过滤。

在一些实施方式中，所述过滤系统10的前端设有并联设置的工作泵30和再生泵40。在水处理的不同阶段启动不同的泵将水抽吸至该反渗透浓水回用处理系统中。以免因泵体造成系统内的污染。例如，在预冲洗阶段、吸附净化阶段启用工作泵30。在再生阶段启用再生泵40。

在一些实施方式中，再生泵40和工作泵30前端可设有原水箱50，用于盛放待处理的反渗透浓水。

在一些实施方式中，电吸附处理系统20的末端设有净水箱60，用于盛放电吸附后的净水。

在一些实施方式中，电吸附处理系统20包括刮垢刷件，所述刮垢刷件的刃部紧挨着所述负极设置，以便刮除负极的内壁上的水垢。

刮垢刷件可以是金属材料、橡胶材料、或者其他有一定强度的材料制作的至少一端具有刃部的结构体。

在一些实施方式中，所述负极的第一表面与所述正极相对设置，所述第一表面为平面，所述负极与旋转齿轮连接，在所述旋转齿轮的带动下使得所述负极绕与所述第一平面相互平行的旋转面进行旋转。在旋转齿轮的作用下，沉淀、吸附水垢的负极旋转，周期性的经过对应的刮垢刷件，使负极内壁上沉淀、吸附的水垢被刮除。

在一些实施方式中，所述正极和所述负极的尺寸相同。

电极上可设有过水孔，从而可以使得待处理的反渗透水在电吸附处理系统20的电极上稳定通过，而不仅仅局限在电极的两侧通过，加速水处理的过程。在一些实施方式中，所述正极上具有过水孔。在一些实施方式中，所述负极上具有过水孔。

在一些实施方式中，所述电吸附处理系统20包括检测仪表。设置检测仪表可以随时监控水的处理情况，以便进行各种参数的调控，例如电导率、温度、水流量、水压、电压、电流等。

在一些实施方式中，所述检测仪表包括电导率检测仪、温度监测仪、水流量检测仪、水压力检测仪、电压表和电流检测表中的任意一种或多种。

本发明实施例还提供一种反渗透浓水回用处理方法，采用反渗透浓水回用处理系统，并包括以下步骤：

预冲洗阶段，将待处理水样通入所述反渗透浓水回用处理系统进行预冲洗；

吸附净化阶段，对所述离子吸附组件通电，使所述正极和所述负极表面吸附所述待处理水样中的阴离子和阳离子；

排污再生阶段，解吸所述正极和所述负极上的电极上的阴离子和阳离子，通水使所述阴离子和阳离子从所述反渗透浓水回用处理系统中排出。

在一些实施方式中，进水流速≤20l/min。

在一些实施方式中，所述离子吸附组件的操作电流为32a～36a。

在一些实施方式中，预处理时间为55s～65s，吸附净化时间为205s～215s，排污再生时间为145s～155s。

以下为具体实施例。

中试装置流程参见图1。试验装置采用连续进水、连续出水的方式运行。试验用水为锅炉补给水反渗透浓水，试验水质见表1。试验过程中主要调节设备操作电流、进水流量和处理时间，在预处理和吸附净化阶段，浓水中的离子和带电粒子被吸附在电吸附模块的电极板上；排污再生阶段通过改变电流方向，使吸附在电极板上的各种离子和带电粒子被解析排放。

表1反渗透浓水原水水质

试验结果及分析：

(1-1)出水电导率与操作时间的关系

电吸附装置运行周期为420s，其中预处理时间60s,吸附时间210s,排污再生时间为150s；进水流速控制并稳定在26l/min；操作电流设置为36a，出水电导率与工作时间的关系如图2所示。

由图2可以看出，在预处理和吸附净化这两个阶段，出水电导率持续下降，吸附阶段电导率由进水的2130μs/cm降至1000μs/cm左右，处理效果显著；在吸附净化阶段的末段，装置出水电导率达到并保持在最低值附近。排污再生阶段电导率提升迅速，说明电极得到有效再生。

(1-2)操作电流对电导率去除率的影响(以ca²⁺浓度变化为例)

在预处理时间60s,吸附时间210s,排污再生时间为150s，得水率50％，进水流速控制并稳定在26l/min的前提下，改变操作电流(32a、33a、34a、35a、36a、37a、38a)以考察操作电流对运行效果的影响。设置任一固定操作电流后，保持电吸附装置在此电流下连续运行若干个周期，期间不改变其它操作条件。热网补给水反渗透浓水经电吸附中试装置处理后的出水电导率变化、ca²⁺浓度变化分别如图3、4所示。

由图3、4可知，热网补给水反渗透浓水经电吸附中试装置处理后的出水电导率随着操作电流的增加而逐渐减少，电导率去除率逐渐增大。操作电流由32a增加至36a时，出水电导率降低速度明显优于操作电流36～38a阶段，说明当操作电流达到一定值后，继续增大操作电流的数值，电导率仍然在下降，但是除盐效果增幅并不明显，没有经济价值；所以工程设备实际运行时需要优化操作电流。

(1-3)进水流速对电导率去除率的影响

改变进水流速(20l/min、22l/min、24l/min、26l/min、28l/min、30l/min)，通过试验考察流速对出水水质的影响。操作电流控制并稳定在36a，其它条件不变，试验结果如图5、6所示。

通过图5、6可以看出，热网补给水反渗透浓水经电吸附中试装置处理后的出水电导率随着进水流速的增加而逐渐增大，电导率去除率逐渐减小。在不考虑极板吸附饱和的情况下，电吸附装置对于离子的去除率与进水流速呈反比关系。分析认为，主要是因为进水流速影响水力停留时间所致。所以在工程设备实际运行过程中，需要结合产水量、产水水质的实际需求，优化运行流速，也就是优化单元设备的产水量。

(1-4)排污再生时间与出水电导率的关系

实验过程中保持装置的预处理时间(60s)和吸附净化时间(210s)不变，改变再生排污时间(60s、90s、120s、150s、180s)，操作电流控制并稳定在36a，进水流速为20l/min，考察电吸附中试装置的排污再生时间对出水电导率及其去除率的影响。连续运行若干个周期，在吸附净化阶段的最后60s收集水样测定出水电导率。试验结果如图7、8所示。

通过图7、8可以看出，反渗透浓水经电吸附装置处理后的出水电导率随着装置排污再生时间的增加而逐渐减小，电导率去除率逐渐增大。电吸附装置排污再生时间越长意味着预处理与吸附净化阶段吸附在极板上的带电粒子被解析得越彻底，因此对下一周期出水电导率的影响就越小。然而排污再生时间越长，电吸附装置的得水率就越低。因此，在实际工程应用中，为保证电吸附技术处理浓盐水的经济性，应在保证浓盐水除盐效果的范围内，合理设置电吸附装置再生排污时间，力求达到经济与效果的平衡。本中试实验为保证处理反渗透浓水的得水率不低于50％，综合除盐效果与技术经济性考虑，特选择装置排污再生时间为150s。

(2)电吸附装置操作条件对离子吸附优先级的研究

反渗透浓水的主要成分ca²⁺、mg²⁺、na⁺、cl^-、so4^2-，在一定操作条件下达到电导率去除效果，但是不同离子对去除率的贡献不同。以主要成分构成为研究对象-阳离子，考察操作电流、进水流速对不同价态阳离子去除率的影响。

(2-1)操作电流对离子吸附优先级的研究

根据前述研究，设置不同的操作电流(32a、33a、34a、35a、36a、37a、38a)，其它操作条件保持不变，研究操作电流对ca²⁺、mg²⁺、na⁺去除率的影响。实验结果如图所示。

通过图9可以看出，反渗透浓水经电吸附装置处理后，三个阳离子的去除率度逐均步提升，其中钙离子去除效果较好。出水中钙离子浓度随着操作电流的增加而逐渐减少，钙离子去除率逐渐增大。即在一定范围内，操作电流越大反渗透浓水中的钙离子数量减小得越多，钙离子去除效果越好。操作电流由32a增加至37a时，钙离子去除效果明显，由81mg/l降至61mg/l。当再次增加操作电流的数值至38a时，出水钙离子浓度不在随操作电流增加而减小。

通过图10可以看出，随着电流的增加，出水中镁离子浓度隋电流增加而下降，镁离子去除率上升。即在一定范围内，操作电流越大热网补给水反渗透浓水中的镁离子数量减小得越多，镁离子去除效果越好。操作电流由32a增加至37a时，镁离子去除效果明显，由220mg/l降至185mg/l以下。当再次增加操作电流的数值至38a时，出水镁离子浓度不在随操作电流增加而减小。建议也加上离子去除率。

通过图11可以看出，钠离子去除效果一般，特别是当操作电流较低时，钠离子去除效果较差。出水中钠离子浓度随着操作电流的增加而逐渐减少，钠离子去除率随操作电流增大而逐渐增大。即在一定范围内，操作电流越大热网补给水反渗透浓水中的钠离子数量减小得越多，钠离子去除效果越好。当操作电流达到38a时，出水中钠离子浓度为182mg/l，钠离子去除率达到37.46％。

图12～14可知，根据基于离子受力分析建立的吸附模型和基于装置电阻变化建立的吸附模型分析来看，在不考虑极板吸附饱和及电解的情况下，两模型中离子去除率与操作电压(流)均呈正比，因此钠离子去除率随着操作电流的增大而增加。“基于离子受力分析建立的吸附模型”认为离子去除率与离子的化合价价态高低同样呈正比，而钠离子为一价阳离子，因此钠离子的去除效果明显劣于二价阳离子。

通过基于离子受力分析建立的吸附模型和基于装置电阻变化建立的吸附模型分析来看，在不考虑极板吸附饱和及电解的情况下，两模型中离子去除率与操作电压(流)均呈正比，同时“基于离子受力分析建立的吸附模型”认为离子去除率与离子的化合价价态高低同样呈正比，因此钙离子、镁离子去除效果较好。

(2-2)进水流速对离子优先吸附的影响

保持其它操作条件不变，操作电流控制并稳定在36a，改变进水流速(20l/min、22l/min、24l/min、26l/min、28l/min、30l/min)，研究进水流速对ca²⁺、mg²⁺、na⁺去除率的影响。实验结果如图所示。

通过图15可以看出，首先电吸附中试装置对热网补给水反渗透浓水中的钙离子去除效果明显。出水中钙离子浓度随着进水流速的减小而逐渐减少，钙离子去除率逐渐增大。即在一定范围内，进水流速越小热网补给水反渗透浓水中的钙离子数量减小得越多，盐水中钙离子去除效果越好。进水流速由20l/min增加至30l/min的过程中，钙离子去除效果明显降低。

通过基于离子受力分析建立的吸附模型和基于装置电阻变化建立的吸附模型分析来看，在不考虑极板吸附饱和情况下，两模型中离子去除率与进水流速均呈反比，流速越大意味着更短的停留时间，同时也可能意味着吸附过程并不完整。同时“基于离子受力分析建立的吸附模型”认为离子去除率与离子的化合价价态高低同样呈正比，因此钙离子去除效果较好。通过图15可以看出，首先电吸附中试装置对热网补给水反渗透浓水中的镁离子去除效果明显。出水中镁离子浓度随着进水流速的减小而逐渐减少，镁离子去除率逐渐增大。即在一定范围内，进水流速越小热网补给水反渗透浓水中的镁离子数量减小得越多，盐水中镁离子去除效果越好。进水流速由20l/min增加至30l/min的过程中，镁离子去除效果明显降低。在所选进水流速梯度中，当进水流速为20l/min时，热网补给水反渗透浓水中的镁离子由236.19mg/l降低至58.76mg/l，去除效果最佳。

通过基于离子受力分析建立的吸附模型和基于装置电阻变化建立的吸附模型分析来看，在不考虑极板吸附饱和情况下，两模型中离子去除率与进水流速均呈反比，流速越大意味着更短的停留时间，同时也可能意味着吸附过程并不完整。同时“基于离子受力分析建立的吸附模型”认为离子去除率与离子的化合价价态高低同样呈正比，因此镁离子去除效果较好。

通过图15可以看出，首先电吸附中试装置对热网补给水反渗透浓水中的钠离子去除效果一般。出水中钠离子浓度随着进水流速的减小而逐渐减少，钠离子去除率逐渐增大。即在一定范围内，进水流速越小热网补给水反渗透浓水中的钠离子数量减小得越多，盐水中钠离子去除效果越好。进水流速由20l/min增加至30l/min的过程中，钠离子去除效果明显降低。在所选进水流速梯度中，当进水流速为20l/min时，热网补给水反渗透浓水中的钠离子由291mg/l降低至145mg/l，去除效果最佳。

通过基于离子受力分析建立的吸附模型和基于装置电阻变化建立的吸附模型分析来看，在不考虑极板吸附饱和情况下，两模型中离子去除率与进水流速均呈反比，流速越大意味着更短的停留时间，同时也可能意味着吸附过程并不完整。“基于离子受力分析建立的吸附模型”认为离子去除率与离子的化合价价态高低同样呈正比，因此较二价阳离子，钠离子去除效果一般。

(3)结论

(3-1)利用电吸附中试装置对热网补给水反渗透浓水以连续进水、连续出水的方式进行脱盐处理，在预处理时间60s，吸附时间210s，排污再生时间为150s，进水流速26l/min，操作电流36a的条件下，连续工作电吸附中试装置出水电导率稳定。

(3-2)研究结果表明，出水电导率随操作电流的增大逐渐减小；在操作电流为38a时电导率由原水的2130μs/cm减小到1037μs/cm，电导去除率达到51.3％；保持操作电流不变，出水电导率随进水流速的增大逐渐增大，在进水流速为20l/min时，电导率由原水的2130μs/cm减小到1267μs/cm，电导去除率40.5％。

(3-3)在相同条件下，钙离子、镁离子和氯离子去除效果较好，钠离子去除效果一般，电吸附装置对同电性离子的吸附时优先吸附价态高的离子。

(3-4)反渗透浓水采用电吸附技术进行回用，可降低采用二级反渗透处理结垢风险并降低设备投资及运行成本。

(3-5)电吸附装置处理主机循环水耗电量在5.5kw·h/t，运行成本低于2.0元/t。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。