混合驱动纳滤膜组件的制作方法

本实用新型属于高含盐、高含硝卤水的分离技术领域，具体涉及用于高含盐、高含硝卤水分离的混合驱动纳滤膜组件。

背景技术：

井矿盐制盐基本过程是将水通过钻井灌入地下盐床中，然后将接近饱和的卤水抽出，经过蒸发系统浓缩卤水，使盐结晶得到产品。但是采用井矿盐制盐的卤水中一般含有两种物质NaCl（盐）和Na2SO4（芒硝）；在蒸发制盐的过程中为防止两种物质同时结晶析出，造成产品品质下降，往往采用蒸发+母液回收的组合工艺。其中母液回收工艺是利用NaCl和Na2SO4在水中的溶解度随温度的变化趋势不同原理，将蒸发后接近共饱和的母液反复加热和降温，高温析硝，低温析盐，从而实现两种溶质的分离，分别得到高质量的盐和芒硝。有些生产厂采用更加原始的工艺，比如盐析法或者母液回井的工艺，造成更严重的质量问题和环保问题。

以目前主流的蒸发+母液回收工艺为例，由于蒸发过程采用先进的真空蒸发或机械蒸汽再压缩（MVR）工艺，单位水蒸发过程能耗相对较低，但母液回收工艺由于需要对母液反复加热和冷却，是高耗能环节。当原始卤水中芒硝含量越高，进入母液回收工艺的母液量越多，整体能耗就越高。

经过模拟计算，如果能实现将原始卤水中两种溶质先进行分离，然后各自进入独立蒸发系统，系统能耗将大幅降低，比如结合先进的MVR蒸发工艺，系统能耗将降低到60kce，是目前国内行业工序能耗的一半左右。所以卤水净化阶段NaCl和Na2SO4分离技术成为关键，特别是适应高含盐、高含硝卤水的分离技术。

卤水中NaCl和NaSO4分离技术有多种，比如冷冻法，化学法，膜法等。经过技术比对，我们认为采用纳滤膜法进行NaCl和Na2SO4分离技术相对比较成熟，经济性比较好，工艺简单，能耗低，不需消耗化学药剂，也不会产生无用的泥浆。

纳滤膜技术是从反渗透技术发展而来，其膜的空隙率相对更高，工作层带有电荷，电荷的存在对不同离子有选择性透过的功能。一价离子可以透过，而二价离子被截留。现有纳滤膜技术已能适应高含盐卤水的盐硝分离，具备商业应用前景。

但是现有纳滤膜技术不能适应高含硝卤水的分离，因为过程中盐透过，两侧浓度基本一致（在正渗透作用下，截留侧浓度略低于透过侧），而芒硝几乎被截留，使截留侧总浓度趋于上升，接近饱和浓度则分离过程将被迫停止。

原始卤水中芒硝含量越高则截留侧富硝水浓缩比就越低，需要进行冷冻处理的富硝水比例越多，从而影响总体能耗水平。

为了使纳滤膜分离过程能够尽量持续进行，实现盐与硝的深度分离，需要维持通过侧与截留侧盐硝总浓度基本一致，接近饱和浓度而防止结晶风险。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了混合驱动纳滤膜组件，其目的在于将原始卤水中NaCl和Na2SO4两种溶质先进行分离，然后各自进入独立蒸发系统，由此解决目前母液回收工艺高能耗的技术问题。

为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了混合驱动纳滤膜组件，包括：

中心管，做为内电极及膜片支撑结构；所述中心管两端为引出管，中间为加粗管；所述加粗管管体上设有隔离挡板，所述隔离挡板两端的加粗管管身上开有槽或孔；

膜袋，所述膜袋由两个纳滤膜片构成，纳滤膜片两侧用胶水密封；所述膜袋纵向中部与隔离挡板接触的位置施胶密封；

所述加粗管上螺旋形缠绕多个膜袋；所述缠绕的多个膜袋外周定形固定，两端为致密包裹层，中间为导电透水包裹层；导电透水包裹层外包覆板状金属电极，所述板状金属电极为外电极；

多个膜袋组合空间端头用胶水密封，使膜袋内外空间隔离，并形成膜袋内流体内外走向，膜袋外流体沿膜袋幅宽方向流动。

根据本实用新型实施例，所述膜袋内和膜袋外采用尼龙网隔离。

根据本实用新型实施例，所述膜组件安装在外壳内，内电极中心管、外电极接线从壳体一端引出。

根据本实用新型实施例，所述膜组件两端安装均流板。

采用所述混合驱动纳滤膜组件的井矿盐制盐方法，步骤包括：

步骤1：原始卤水中NaCl和Na2SO4两种溶质在混合驱动纳滤膜组件中电纳滤过程分离；

步骤2：所述分离的NaCl和Na2SO4卤水各自进入独立蒸发系统。

所述膜组件叠加电场驱动。

所述电纳滤过程达到纳滤过程相当的Cl^-和SO4^2-选择性。

优选地，所述电纳滤过程中Cl^-通量为SO4^2-通量的123.8倍。

所述膜组件并联和/或串联，所述膜组件连接管网上设置卤水离子浓度调节装置，检测信号经控制器计算处理后，输出工作压力或工作电压调整信号。

所述电纳滤过程的母液通过冷冻+干燥进行分盐操作。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，由于本实用新型通过混合驱动纳滤膜组件实现了原始卤水中NaCl和Na2SO4两种溶质的分离，能够取得下列有益效果。

1、本实用新型所述的混合驱动纳滤膜组件在现有纳滤分离的基础上，加以电流辅助离子传输，使得NaCl的通量一定程度提升，同时保证Na2SO4的截留率，确保分离膜两侧出水总浓度不超标，以使分离过程能深度进行，为下游单质单效MVR技术实施创造条件。

2、在纳滤膜动力驱动基础上叠加电场驱动，使更多盐在电场驱动作用下透过膜，通过对工作压力和工作电压的调整实现两侧盐硝总浓度平衡。

附图说明

图1是中心管结构图。

图2是膜袋结构示意图。

图3是膜片组搭接展开示意图。

图4是混合驱动纳滤膜组件外形图。

图5是膜组件侧视图。

图6是混合驱动纳滤膜组件组装示意图。

图7是混合驱动纳滤膜组件串联接管及控制原理图。

图中：1-中心管；2-引出管；3-加粗管；4-隔离挡板；5-膜袋；6-导电透水包裹层；7-外电极；8-致密包裹层；9-均流板；10-旋压端盖；11-外壳喷头；12-底座；13-下端盖；14-上端盖；15-电极线接口；16-外壳。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，单体混合驱动纳滤膜组件由不锈钢中心管作为内电极及膜片支撑结构，中心管1由两端引出管2及中间加粗管3组成，加粗管3中间有隔离挡板4，隔离挡板4两端管身上开有槽或孔。

如图2所示，膜袋5由两个纳滤膜片构成，纳滤膜片两侧用胶水密封；所述膜袋5纵向中部与隔离挡板4接触的位置施胶密封；膜袋5内和膜袋5外采用尼龙网隔离。

加粗管3上螺旋形缠绕多个膜袋5； 图3为展开状态，膜袋5呈螺旋形卷绕，图3中有填充图案的是膜袋5外侧，无填充图案的是膜袋5内侧，膜袋5数量根据实际需要选定。

隔离挡板4两端管身上开有槽或孔使盐水可以从中心管1一端进入管体，从开槽流出进入进入膜袋5，经膜袋5流程后再经挡板另一侧开槽或孔汇集到中心管1，从另一侧流出。

中心管1加粗管3上先缠绕尼龙网，尼龙网用胶水在加粗管3两端和隔离挡板4处固定，使管体与膜袋5间形成流体通道。

尼龙网外再螺旋形缠绕多个膜袋5，膜袋5两端开口，两侧及隔离挡板4处用胶水密封。

多个膜袋组合空间端头用胶水密封，使膜袋5内外空间隔离，并形成膜袋内流体内外走向，膜袋外流体沿膜袋幅宽（组件长度）方向流动。

膜袋5内和膜袋5外均采用尼龙网进行隔离，合理的流道设计以减少流动阻力、避免结垢。

如图4、5所示，缠绕的多个膜袋5外周定形固定，两端为致密包裹层8，中间为导电透水包裹层6，确保外电极与内电极之间电路导通；多孔导电透水包裹层6外包覆板状金属电极，所述板状金属电极为外电极7，电极需经特殊涂层处理，以避免发生腐蚀。

如图6所示，膜组件两端安装均流板9，使整个膜组件形成一体化结构，工作时盐水从组件中心管1一端进，另一端出；膜组件安装在玻璃钢外壳16中，外壳16考虑有必要的密封设计和耐压强度。

图6是混合驱动纳滤膜组件组装示意图，膜组件安装在外壳,16内，膜组件与外壳,16组装的零件包括：旋压端盖10、外壳喷头11、底座12、下端盖13、上端盖14、电极线接口15。

待处理卤水从组件端部外侧接管进入，分离后富硝水从另一端外侧接管流出。

内电极中心管1、外电极7接线从外壳16一端引出，分别接直流电源的正负极，电源电压应可调整。

采用所述混合驱动纳滤膜组件的井矿盐制盐方法，其步骤包括：

步骤1：原始卤水中NaCl和Na2SO4两种溶质在混合驱动纳滤膜组件中电纳滤过程分离；

步骤2：所述分离的NaCl和Na2SO4卤水各自进入独立蒸发系统。

所述膜组件叠加电场驱动。

电纳滤过程亦需要达到纳滤过程相当的Cl^-和SO4^2-选择性，即电纳滤过程的引入要求既可以提高Cl^-的通量，又能保证对SO4^2-的截留率。

现有电纳滤过程所期望得到的透过液成分为304 g/L NaCl和6 g/L Na2SO4，换算成离子的摩尔比为Cl^- : SO4^2-= 5.20 : 0.042 = 123.8。即在电纳滤过程中Cl^-通量为SO4^2-通量的123.8倍。因此电纳滤的过程引入后，理想解为保证Cl^-通量为SO4^2-通量的123.8倍。

如图7所示，多个组件在工程应用中可以进行并联和串联，分别满足提升产能和深度分离的需要。

所述膜组件连接管网上设置卤水离子浓度调节装置，检测信号经控制器计算处理后，输出工作压力或工作电压调整信号。

所述电纳滤过程的母液通过冷冻+干燥进行分盐操作。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。