专利名称：反渗透膜分离器、其起动方法、以及透过液的产生方法
技术领域：
本发明涉及一种反渗透膜分离装置，用于使用反渗透膜组件来使混合或溶解在液体中的成分分离。
现有技术如图1中所示，用于海水脱盐等的反渗透膜分离装置基本上以这样一种方式构造，使得在通过高压泵I将被处理液增压至预定值之后，将其馈送至反渗透膜组件单元2，并且借助于反渗透膜组件单元2的反渗透功能，使溶解在被处理液中的成分分离，从而，获得透过液。顺便提及，如图2中所示，反渗透膜组件单元2是具有一个或多个膜组件20 (单位结构体)的组件单元，在各膜组件20中，在筒状容器21中设置各具有反渗透膜(分离膜)的分离膜元件22 (例如，螺旋分离膜元件)。当加压后的被处理液例如海水馈送至位于膜组件20 —端的入口 23时，由各级分离膜元件22中的分离膜使溶质成分分离，以及，分离之后的低压透过液通过中心管24，并且从透过液排放口 25排出。高压浓缩液从浓缩液排放口26排出，浓缩液排放口 26位于另一端，也就是与入口 23所在端不同的端部。在这种反渗透膜分离装置中，利用从该装置排出的高压浓缩液的能量，可以减少高压泵所需的动力。例如，使用反转泵、润轮增压器、或冲击式水轮机(Pelton turbine)来回收浓缩液的能量。近来，已逐渐采用能量回收效率较高的压力交换式能量回收装置。图3示出了配备有压力交换式能量回收装置的反渗透膜分离装置的一般结构。将被处理液分送至高压泵I和压力交换式能量回收装置3。使馈送至高压泵I的被处理液增压至预定值，并且将其馈送至反渗透膜组件单元2。从反渗透膜组件单元2排出的高压浓缩液也馈送至压力交换式能量回收装置3。在压`力交换式能量回收装置3中，通过与高压浓缩液交换能量，被处理液增压，以从压力交换式能量回收装置3排出。另一方面，高压浓缩液的能量给了被处理液，其压力降低，并且作为低压浓缩液排出。从压力交换式能量回收装置3排出的高压被处理液馈送至加压泵4，使其增压至与压力已由高压泵I增大的被处理液相同的值，将其与从高压泵I排出的被处理液汇合，然后馈送至反渗透膜组件单元2。配备有压力交换式能量回收装置3的上述反渗透膜分离装置的常见运行(起动)过程如下所述。首先，将被处理液只馈送至压力交换式能量回收装置3。由布置在从压力交换式能量回收装置3排出浓缩液的排放管路上的流量控制阀5，控制被处理液的流量，以使其接近稳态运行时的浓缩液流量。然后，起动加压泵4，使得被处理液依序流过压力交换式能量回收装置3、加压泵4、反渗透膜组件单元2、以及压力交换式能量回收装置3，然后将被处理液排出。在此状态下，通常用变频驱动器(逆变器)控制加压泵4的电机转速，使得在此状态下从压力交换式能量回收装置3排出的被处理液的流量也接近稳态运行时的浓缩液流量。在此阶段，被处理液的压力较低，并且没有由反渗透膜进行溶质成分的分离。然后，起动高压泵I。使从被起动高压泵I流出的被处理液与流过加压泵4的被处理液汇合，并且将其馈送至反渗透膜组件单元2。流过加压泵4的被处理液的流量始终受流量控制阀5和加压泵4电机转速的控制，以使其接近稳态运行时的浓缩液流量。所以，与高压泵I所排出被处理液的流量对应的被处理液，也就是，被馈送至反渗透膜组件单元2的被处理液只有部分(其流量对应于超过稳态运行时浓缩液流量)通过反渗透膜，并且被排出至外部，作为溶质成分分离后的透过液。在上述运行中，通常在开始时促使高压泵I少量排出被处理液，然后，逐渐增大流量。通过在高压泵I排出侧布置流量控制阀6以调节馈送至反渗透膜组件单元2的被处理液的流量(参见图4)，或者，用变频驱动器(逆变器)7控制高压泵的电机转速(参见图5)，执行此控制。顺便提及，为了得到通过反渗透膜的透过液，必须使反渗透膜组件单元2的入口压力高于或等于被处理液的渗透压。在被处理液是例如海水的情况下，反渗透膜组件单元2的渗透压需要高达约3兆帕(MPa)。在配备有压力交换式能量回收装置3的反渗透膜分离装置开始运行时，直至起动高压泵I之前，反渗透膜组件单元2的入口压力接近被处理液的推入压力(push-1npressure),并且,例如,低至如约0.3兆帕。一旦起动高压泵1，因为如上所述被处理液没有排放目的地，即使稍稍打开流量控制阀6以使得被处理液只有少许流动，也使反渗透膜组件单元2的入口压力增大至被处理液的渗透压(约3兆帕)。因此，使反渗透膜组件单元2的压力快速增大。如果将高压被处理液(海水等)突然施加至反渗透膜组件单元2，由于所带来的压力冲击，会劣化反渗透膜的物理性能。反渗透膜物理性能的劣化是例如反渗透膜组件单元2脱盐率降低的因素，并且会降低其反渗透处理能力。针对此问题，专利文献I提出一种方法，通过在高压泵排出侧布置绕过反渗透膜组件单元的旁路流道和旁路流量控制阀，逐渐增大入口压力。然而，在配备有压力交换式能量回收装置的反渗透膜分离装置的情况下，由布置在从压力交换式能量回收装置排出浓缩液的排放管路上的流量控制阀，控制浓缩液的流量。并且，通过使用变频驱动器(逆变器)控制加压泵的电机转速，对从压力交换式能量回收装置排出的被处理液的流量进行控制，以使其接近在稳态运行时的浓缩液 流量。所以，避免入口压力快速升高的唯一途径是，在起动高压泵时，使从高压泵排出的被处理液通过旁路流量控制阀排出。在由变频驱动器控制高压泵的情况下，能用此方法进行起动。然而，在许多情况下，大型反渗透膜分离装置并没有配备变频驱动器，因为加压泵的电机容量较大，因此，需要使用非常昂贵的变频驱动器。在这种情况下，即使试图通过完全打开旁路流量控制阀来起动高压泵，但由于过载在高压泵中出现断路(trip)，此装置自身无法起动。如果试图使旁路流量控制阀的开度固定来起动高压泵，通过保证高压泵的最小流量来防止高压泵中的断路，可以起动高压泵。然而，此时，高于稳态运行时的压力突然施加在反渗透膜组件单元上，无法使其入口压力逐渐增大。
背景技术：
文献专利文献专利文献I JP-A-2001-113136发明内容
本发明所要解决的问题本发明的目的是提供一种简化的反渗透膜分离装置，其配备有能量回收装置，并且能避免在开始运行时作用于反渗透膜组件上的压力迅速变化的情况，从而，有效防止反渗透膜物理性能的劣化。解决问题的措施为了达到上述目的，本发明的特征在于下列(I)至(4)项。(I) 一种反渗透膜分离装置，包括:泵A，将一部分被处理液增压至预定值后，馈送至反渗透膜组件；能量回收装置，利用从反渗透膜组件排出的浓缩液的压力，增大余下部分被处理液的压力；泵B，将由能量回收装置进行了增压后的被处理液，经进一步增压至预定值后，馈送至反渗透膜组件；流量控制阀A，用于调节从泵A排出的被处理液的流量；旁路流道，其自流量控制阀A绕过反渗透膜组件；以及
流量控制阀B，其布置在旁路流道中，并且调节被处理液的旁路比。(2)根据(I)的反渗透膜分离装置，进一步包括:泵C，用于将被处理液馈送至泵A和能量回收装置；以及变频器，用于控制泵C的转速。(3) 一种根据(I)的反渗透膜分离装置的起动方法，该方法包括:在起动所述泵A之前，进行调节，使得被处理液依序流过能量回收装置、加压泵、反渗透膜组件、以及能量回收装置，以及随后排出；然后，起动所述泵A，同时将流量控制阀A和流量控制阀B的开度设定至预定值；以及然后，逐级控制流量控制阀A和流量控制阀B，使得流量控制阀A于打开方向操作、而流量控制阀B于闭合方向操作，直至反渗透膜组件的入口压力增大至预定值。(4) 一种产生透过液的方法，包括:由根据(3)的反渗透膜分离装置起动方法起动反渗透膜分离装置，接着，将被处理液馈送至反渗透膜组件，以得到透过液。发明效果在配备有能量回收装置的反渗透膜分离装置中，本发明通过使用布置在旁路流道中的流量控制阀来调节旁路流道的旁路比，从而，在开始起动高压泵时，能逐渐增大馈送至反渗透膜组件的被处理液的压力，从而，以简单方式有效地避免反渗透膜组件的物理性能劣化。
[图1]图1是示出一种反渗透膜分离装置的示意图；[图2]图2是示出反渗透膜组件单元一般结构的图；[图3]图3是示出配备有压力交换式能量回收装置的反渗透膜分离装置的示意图；[图4]图4是示出在图3中所示高压泵排出侧布置有流量控制阀的示意图；[图5]图5是示出图3所示高压泵配备有变频驱动器的示意[图6]图6是示出根据本发明一种实施例的反渗透膜分离装置的示意图；以及[图7]图7是示出根据本发明另一实施例的反渗透膜分离装置的示意图。
具体实施例方式下面，参照图6，说明根据本发明的反渗透膜分离装置。图6是示意图，示出一种用于使混合或溶解在液体中的成分分离的反渗透膜分离装置。将被处理液例如海水分送至高压泵I和压力交换式能量回收装置3。使馈送至高压泵I的被处理液增压至预定值(例如，约6.0兆帕)，并将其馈送至反渗透膜组件单元2。向压力交换式能量回收装置3馈送被分送的被处理液以及从反渗透膜组件单元2排出的高压浓缩液。在压力交换式能量回收装置3中，通过与高压浓缩液交换能量，使被处理液增压。将所得到的高压被处理液从压力交换式能量回收装置3排出。另一方面，高压浓缩液的能量已经给了被处理液，其压力降低，并且作为低压浓缩液排出。将从压力交换式能量回收装置3排出的高压被处理液馈送至加压泵4，使增压至与压力由高压泵I增大的被处理液相同的值，使其与从高压泵I排出的被处理液汇合，并且馈送至反渗透膜组件单元2。接收到压力已增大至预定值的被处理液，反渗透膜组件单元2由其反渗透功能产生溶质成分分离的透过液，并且也产生浓缩液。在高压泵I的排出侧布置流量控制阀6，用于控制从高压泵I排出的被处理液的流量。如上所述，从高压泵I排出的被处理液的流量接近透过液流量。所以，通常操作情况下，为了控制透过液流量，由布置在透过液管路上的透过液流量计9以及透过液流量控制单元10，对流量控制阀6进行流量控制。在流量控制阀6的输出侧设置绕过反渗透膜组件单元2的旁路流道，以及，在旁路流道上布置用于控制旁路比(bypass rate)的流量控制阀8。由布置于高压泵I供给侧的流量计11和高压泵最小流量控制单元12,对流量控制阀8进行流量控制，以在起动反渗透膜分离装置时保证高压泵I的 最小流量。这种反渗透膜分离装置的运行操控过程如下。首先，将被处理液只馈送至压力交换式能量回收装置3。由布置在自压力交换式能量回收装置3排出浓缩液的排放管路上的流量控制阀5，控制被处理液的流量，以使其接近稳态运行时的浓缩液流量。然后，起动加压泵4，使得被处理液依序流过压力交换式能量回收装置3、加压泵4、反渗透膜组件单元2、以及压力交换式能量回收装置3，然后排出。在此状态下，通常用变频驱动器(逆变器)控制加压泵4的电机转速，使得在此状态下从压力交换式能量回收装置3排出的被处理液的流量也接近稳态运行时的浓缩液流量。在此阶段，被处理液的压力较低，而且，反渗透膜没有进行溶质成分的分离。然后，起动高压泵I。为了避免高压泵I由于过度振动或受热而损坏，必须在起动之后立刻使高压泵I的流量增大至其最小流量。为此目的，在将流量控制阀6、8的开度预置于预定值的情况下起动高压泵I，因而，保证最小流量。具体而言，在流量控制阀8完全打开的情况下，考虑流量控制阀6次级侧管路的压力损失以及流量控制阀8的压力损失，确定流量控制阀6的初始开度。如果在此状态下起动高压泵1，尽管流量控制阀6的输入侧压力取决于高压泵I的流量特性，其成为高于额定压力，以及，具有例如约7.0兆帕的值。另一方面，因为使流量控制阀8完全打开，反渗透膜组件单元2的入口压力表现为几乎没有增大，并且具有约0.5兆帕的值，因此，将从高压泵I排出的被处理液通过流量控制阀8排出至芳路侧。然后，为了得到透过液，根据来自透过液流量控制单元10的指令，逐渐打开流量控制阀6。结果，即刻增大了高压泵I的排出量。然而，由于高压泵最小流量控制单元12的功能，由流量控制阀8控制高压泵I的排出量以使其保持等于其最小流量，流量控制阀8于关闭方向操作，并且将高压泵I的排出量保持处于其最小流量。流量控制阀6、8分别于打开方向以及关闭方向操作，藉此，使反渗透膜组件单元2的入口压力增大。随着同时逐级执行这两种控制，使反渗透膜组件单元入口压力逐渐增大。当反渗透膜组件单元2的入口压力达到例如3.0兆帕时，透过液开始排出。即使在开始排出透过液之后，高压泵最小流量控制单元12也继续将高压泵I的流量控制为其最小流量。所以，从流量控制阀8排出至旁路侧的被处理液的流量逐渐减小，并且，从反渗透膜组件单元2排出与上述减小流量对应的透过液。最后，使流量控制阀8完全关闭。从此刻之后， 高压泵I的排出量等于反渗透膜组件单元2的透过液量。之后，透过液流量控制单元10继续控制流量控制阀6使其逐渐打开，直至透过液流量计9显示额定流量。当透过液流量达到额定流量时，此装置的起动操作完成。具体而言,从起动高压泵I开始到透过液量达到额定流量时刻最好用约300秒或更多时间。为此目的，适当的是执行程序控制，以在300秒内将透过液流量控制单元10的流量设定值逐渐增大至额定流量，以限制流量控制阀6 (操控端)的变化速度，从而避免极快的压力或流量变化。在上述装置结构中，高压泵I和加压泵4各包括离心泵或柱塞泵，以及，流量控制阀6、8各包括球阀、笼式阀(cage valve)、或者针阀。旁路的被处理液可以从系统排出或者返回至用于存放被处理液的储罐等，以再次用作被处理液。在上述方法中，借助于透过液流量控制单元10和高压泵最小流量控制单元12，在一定预置时间内使反渗透膜组件单元2的入口压力增大。可替代地，如图7中所示，在反渗透膜组件单元2的输入侧布置压力传送器13，基于由压力传送器13得到的被处理液的压力值，由入口压力控制单元14在透过液流量控制单元10上执行串级控制(cascadecontrol)，也可以控制流量控制阀6的开度。取决于被处理液的品质及温度，反渗透膜组件单元2所需的输入压力有所不同。在常规运行中，按下列方式，做出对反渗透膜组件单元2所需输入压力变化(增大或减小)的配合。当反渗透膜组件单元2所需的输入压力增大时，根据来自透过液流量控制单元10的指令，增大流量控制阀6的开度。相反地，当反渗透膜组件单元2所需的输入压力减小时，减小流量控制阀6的开度。根据动态能量消耗的观点，如果流量控制阀6的开度接近于完全打开，不出现无用的动态能量消耗。另一方面，流量控制阀6的开度低于完全打开则意味着:流量控制阀6消耗能量，也就是，在高压泵I中出现了无用的动态能量消耗。这种动态能量对应于运行例如高压泵I的装置所用的电力((动态能量)=(电能))。在海水脱盐装置中，电能消耗的降低是重要因素。所以，为了减少这种无用电能消耗，优选的是，配备带有变频驱动器(逆变器)7的被处理液供给泵15 (参见图7)。
如果不考虑较小的管路压力损耗，可以通过将高压泵I的排出压力加上供给泵15的排出压力、再从中减去与流量控制阀6的动态能量损耗对应的压力，计算出反渗透膜组件单元2的必要入口压力。现在，当例如供给泵15的额定排出压力为1.0兆帕，且高压泵I的额定排出压力为7.0兆帕时，假设反渗透膜组件单元2的必要入口压力为7.5兆帕。在这种情况下，在流量控制阀6中应当损失对应于0.5兆帕的动态能量。如果供给泵15配备有变频驱动器(逆变器)7，通过变换馈送至供给泵15的供电频率，调节供给泵15的输出转速，将供给泵15的排出压力从额定值1.0兆帕减小至0.5兆帕，可以避免无用的电能消耗。这种方法使得不必在流量控制阀6中无用地消耗动态电能。如以上例示的，可能出现这样一种情况，被处理液供给泵15配备有变频驱动器(逆变器)7以避免无用动态能量消耗。同样在这种情况下，上述起动方法以及操作方法(其使用流量控制阀6和布置在旁路管路上的流量控制阀5)都是有效的。附图标记说明1:高压泵(泵A)2:反渗透膜组件单元3:压力交换式能量回收装置4:加压泵(泵B)5:流量控制阀6:流量控制阀(流量控制阀A)7:变频驱动器(逆 变器)8:流量控制阀(流量控制阀B)9:透过液流量计10:透过液流量控制单元11:流量计12:高压泵最小流量控制单元13:压力传送器14:入口压力控制单元15:供给泵(泵C)20:膜组件21:筒状容器22:分离膜元件23:入口24:中心管25:透过液排放26:浓缩液排放
权利要求
1.一种反渗透膜分离装置，包括: 泵A，将一部分被处理液增压至预定值之后，馈送至反渗透膜组件； 能量回收装置，利用从所述反渗透膜组件排出的浓缩液的压力，增大余下部分被处理液的压力； 泵B，将由所述能量回收装置进行了增压后的被处理液，经进一步增压至预定值后，馈送至所述反渗透膜组件； 流量控制阀A，用于调节从所述泵A排出的被处理液的流量； 旁路流道，其自所述流量控制阀A绕过所述反渗透膜组件；以及 流量控制阀B，其布置在所述旁路流道中，并且调节被处理液的旁路比。
2.根据权利要求1所述的反渗透膜分离装置，进一步包括:泵C，用于将被处理液馈送至所述泵A和所述能量回收装置；以及变频器，用于控制所述泵C的转速。
3.一种根据权利要求1所述的反渗透膜分离装置的起动方法，所述方法包括: 在所述泵A起动之前，进行调节，使得被处理液依序流过所述能量回收装置、加压泵、所述反渗透膜组件、以及所述能量回收装置，以及随后排出； 然后，起动所述泵A，同时将所述流量控制阀A和所述流量控制阀B的开度设定至预定值；以及 然后，逐级控制所述流量控制阀A和所述流量控制阀B，使得所述流量控制阀A于打开方向操作、而流量控制阀B于闭合方向操作，直至所述反渗透膜组件的入口压力增大至预定值。
4.一种产生透过液的方法，包括:由根据权利要求3所述的反渗透膜分离装置起动方法起动所述反渗透膜分离装置，接着，将被处理液馈送至所述反渗透膜组件，以得到透过液。
全文摘要
在配备有能量回收装置的反渗透膜分离装置中，为了避免在开始运行时作用在反渗透膜组件上的压力快速变化的情况，从而有效防止反渗透膜物理性能的劣化，本发明提供一种反渗透膜分离装置，包括高压泵(1)，将一部分被处理液增压至预定值后，馈送至反渗透膜组件单元(2)；能量回收装置(3)，利用从反渗透膜组件(2)排出的浓缩液的压力，增大余下部分被处理液的压力；加压泵(4)，将压力已由能量回收装置(3)增大的被处理液的压力进一步增大至预定值，之后将其馈送至反渗透膜组件单元(2)；流量控制阀(6)，用于调节从高压泵(1)排出的被处理液的流量；旁路流道，其自流量控制阀(6)绕过反渗透膜组件单元(2)；以及流量控制阀(8)，其布置在旁路流道中，并且调节被处理液的旁路比。
文档编号B01D61/06GK103237592SQ20118005802
公开日2013年8月7日 申请日期2011年11月16日 优先权日2010年12月2日
发明者富冈一宪, 小岛令嗣 申请人:东丽株式会社