专利名称：双流道对流反渗透分离装置及双流道反渗透膜组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种“双流道对流反渗透分离装置”及其主要部件“双流道反渗透膜组件”，其特点是不需要用抗压力很高的反渗透膜及压头很高的高压泵就可对溶液进行高度浓缩的新方法。主要用于医药、食品、发酵工业等方面溶液的高度浓缩，以及从工业废水中高度浓缩含有贵重物质的稀溶液及处理环境污染，亦能成倍的降低泵压力进行海水淡化等。
近些年来，反渗透技术发展迅速，在世界范围已取得巨大的经济效益，在海水、苦咸水淡化及从工业废水中浓缩经济价值较高的物质，以及对医药、食品工业等方面的溶液浓缩均取得长足进步，但仍限于低浓度的浓缩与淡化。究其原因，主要在于膜组件内反渗透膜的透水量受膜两侧溶液的渗透压差Δπ的限制。因为膜两侧溶液的渗透压差是膜两侧溶液浓度差的函数(目前的膜组件，在膜的高压侧，设进、出液两个口，进出的是有浓度的液体；另一低压侧只有一个出水口，流出的渗透水是清水，浓度接近于零，按一个大气压计算)，因此进入的溶液浓度愈高，渗透压差就愈大，则反渗透操作压力差ΔP也更大，对高压泵压力的要求也随之愈高。如膜的高压流道流入3.5％的盐水，要浓缩至7％～8％就需70～90个大气压的高压泵。如浓度再高，不仅反渗透膜易被压破，高压泵也难制造，且消耗动力亦很大。近些年来在研制高性能的反渗透膜及其组件时，主要在于研制如何提高膜的抗压力及增大透水量，但浓度愈高，渗透压愈大，对膜的抗压力要求愈高，这是一种恶性循环，因此存在难以逾越的障碍。
本发明的目的在于从反渗透膜的两侧不同浓度溶液浓差能的转换过程着手，从非平衡过程的稳定状态出发，发明出“双流道对流反渗透分离装置”，及其主要部件——“双流道反渗透膜组件”，达到用抗压力不高的反渗透膜及压头不太高的高压泵就可以高度浓缩溶液的新方法，除用以将含有贵重物质的溶液进行高度浓缩及处理环境污染外，亦能成倍地降低泵压力进行海水淡化，或用抗压力不高的反渗透膜进行海水淡化。
“双流道对流反渗透分离装置”是由多段“双流道反渗透膜组件”组成的一种对溶液进行高度浓缩的反渗透分离装置。当用一段或两段“双流道反渗透膜组件”组成时就成为海水淡化的双流道对流反渗透分离装置。
此装置的特征在于将一种溶液事先分为两种不同浓度的溶液，再分别流入“双流道反渗透膜组件”的反渗透膜两侧的高压流道与低压流道内，低压流道进口溶液浓度要求低于高压流道进口溶液浓度，以对流流动的方式进行反渗透浓缩及淡化。当进行多段对流反渗透高度浓缩及淡化时，本装置的特征又在于将膜两侧对流流动溶液的浓度差造成“等浓度差”对流流动。在每段“双流道反渗透膜组件”内，“对流”流动的两种不同浓度溶液在逐段升级浓缩时，为保证高压流道浓缩液保持“等浓度差”从低一段转入高一段进行对流反渗透浓缩或淡化。本装置的特征在于提出“高压浓液分流液与低压流道淡化液相调配的回转合成法”，及“高压浓液分流液与原液调配的回转合成法”，解决了高压流道溶液保持“等浓度差”即等渗透压差“Δπ”逐段升级浓缩问题。
为得到更多的浓液产出量，及有效地利用多段“双流道反渗透膜组件”低压流道出口排出的淡化液，本装置特征在于又提出了“多路多段横向串联下降淡化法”及“多路多段横向集中并联与串联淡化法”。既能成倍提高产液量，又可将淡化液淡化至原液浓度以下，作为循环液使用。为进一步详细说明附图如下图1双流道反渗透膜组件图2高压浓液分流液与低压流道淡化液相调配的回转合成3高压浓液分流液与原液调配的回转合成4多路多段横向串联下降淡化5多路多段横向集中并联与串联淡化6“双流道对流反渗透分离装置”第一构成法7“双流道对流反渗透分离装置”第二构成法8“双流道对流反渗透分离装置”第三构成法图双流道反渗透膜组件本发明“双流道对流反渗透膜组件”的构造(图1)，其特征是在反渗透膜<A>的两侧设两条直通流道，一侧为高压流道<B>，设有进液口<1>及出液口<3>；另一侧为低压流道<C>，设有进液口<4>及出液口<2>，两侧进液口设在双流道的两端。
在双流道反渗透膜组件内进行反渗透浓缩及淡化的方法，其特征在于将一种浓度溶液事先分为两种浓度，再分别从两端的高压流道入口<1>和低压流道入口<4>流入流道内，且低压流道入口<4>的溶液浓度要低于高压流道进液口<1>溶液的浓度，以对流流动方式进行反渗透浓缩及淡化。
因为从膜两侧流入的两种不同浓度溶液的目的是为了造成“浓度差”ΔC，也就是将两种浓度的溶液在膜两侧造成“渗透压差”Δπ，因为溶液的渗透压π是溶液浓度C％或克分子浓度m的函数，即
，式中Ф为渗透系数，VW为水的偏克分子体积，MB为水的克分子重量，R为气体常数，T为绝对温度。渗透压差Δπ是随浓度差ΔC改变的，根据不可逆过程热力学建立的迁移方程JV＝LP(ΔP-σΔπ)(此公式与优先吸附—毛细孔流理论建立的迁移方程式JP＝A(ΔP-Δπ)是一致的)，因反渗透膜脱盐率很高，溶质透过量甚少且膜两侧溶液有浓度，故反射系数σ近于1，即JV＝LP(ΔP-Δπ)。当用大于膜两侧渗透压差Δπ的反渗透操作压力差ΔP，分别作用于高压流道及低压流道的两种浓度的溶液时，就会从反渗透膜透过渗透水JV，使高压流道溶液脱水浓缩至<3>口流出，低压流道溶液得到渗透水被淡化至<2>口流出。
从以上关系式进一步提出一种高度浓缩溶液的方法其特征在于将膜两侧对流的两种不同浓度溶液造成按“等浓度差”进行反渗透对流流动高度浓缩溶液法。当按要求设定“双流道反渗透膜组件”的各出入口浓度，并调节进口流量，或按质量平衡计算进入流量，可使膜两侧对流溶液按“等浓度差”对流流动，进行反渗透浓缩及淡化。如图1的等浓差对流、反渗透浓缩及淡化曲线。纵坐标为浓度C％，横坐标L为流道长度。B1为高压流道浓缩曲线，C1为低压流道淡化曲线。
造成膜两侧高压流道与低压流道溶液按“等浓度差”对流流动，就是按“等渗透压差”Δπ＝K进行对流流动。根据JV＝LP(ΔP-Δπ)，当用不变的等操作压力差ΔP＝K作用于高压流道及低压流道的两种浓度溶液时，反渗透膜的膜渗透水就会沿反渗透膜的长度，即双流道的长度，连续透过。即进行高度浓缩，并不增加反渗透操作压力差。上述反渗透等操作压力差ΔP的两种压力ΔP＝P1-P2，式中P1是高压泵的高压，即以不变的泵压力作用于高压流道的溶液，就可连续浓缩。P2为塑料离心泵的压力，用低压使溶液通过低压流道连续淡化。实现用一台压力不变的高压泵就可高度浓缩溶液。
如缩小膜两侧溶液等浓度差ΔC，即缩小等渗透压差Δπ也就可以缩小反渗透操作压力差ΔP，则用较低的泵压力P1，或强度较低的反渗透膜就可高度浓缩溶液。
但是由于膜两侧高压流道进液口溶液浓度C1与低压流道进口浓度C4，二者之间要求浓度差才能进行反渗透浓缩与淡化。而二者的浓度差C1-C4必须小于反渗透膜本身允许浓度C允，即C1-C4＜C允，这就限定了“双流道反渗透膜组件”的长度。因此必须用多段“双流道反渗透膜组件”组合成一个系统，逐段升级浓缩才能进行高度浓缩或淡化。这个系统就是“双流道对流反渗透分离装置”。
在“双流道对流反渗透分离装置”中，为解决多段“双流道反渗透膜组件”在保持膜两侧对流溶液“等浓度差”，即等渗透压差的条件下，保证高压流道浓缩液从低一段流入高一段，逐段升级浓缩问题，(利用了在非平衡浓度差的流动中即能量与物质的流动中，渗透压差的转换)，其特征在于提出“高压浓液分流液与低压流道淡化液调配的回转合成法”及“高压浓缩分流液与原液调配的回转合成法”，解决高压流道浓缩液保持“等浓度差”逐段升级浓缩问题。
高压浓液分流液与低压流道排出液相调配的回转合成法(图2)此法是多段“双流道反渗透膜组件”的高压流道的浓缩液逐段升级浓缩时，保持与低压流道溶液“等浓度差”即等渗透压差Δπ＝K，从低一级转入高一级的联接方法。在多段双流道反渗透膜组件的各高压流道出入口<3>与<5>及<7>与<9>之间是串联联接的，关键在于低压流道之间的连接法。使高压流道溶液与低压流道淡化液之间保持“等浓差”升级，只有为低压流道入口<4><8><12>提供要求的浓度及流量，才能实现目的。
按双流道对流膜组件的各进出口浓度高低的次序是(图2)低压流道的入口<8><12>浓度总是小于高压流道入口<5><9>浓度，大于低一级低压流道出口<2><6>的浓度，介于二者之间。因此从高压流道入口之前分流出浓缩液与低一级低压流道出口溶液相调配，必然得到<8><12>入口的需要的中间浓度与流量。如图2将低一段低压流道出口<2>排出的部分淡化液回转上升，与高压流道出口<3>联接管的三通管<D>的分流液，(经减压阀<C>减压)相混合，即可调配出高一级低压流道进口<8>所需的浓度和流量的溶液，即造成等浓差所需的流量及浓度。此溶液在膜组件内再与高压流道进口<5>的溶液进行“等浓差”对流反渗透淡化，至出口<6>流出，又回转上升，与高压流道出口<7>连接管的三通管<D>的分流液，(经减压后)相混和调配，得到低压流道进口<12>所需的浓度和流量的溶液。如此循环上升，使高压流道的溶液按等浓度差，即等渗透压差Δπ逐段升级浓缩，达到需要的最高浓度。
高压浓液分流液与原液调配的回转合成法(图3)此法同样以解决各段低压流道入口所需的浓度和流量的溶液为目的，其特征在于将高压浓液分流液与“低压流道排出淡化液”相调配改为与“原液”相调配，得到高一级低压流道入口所要求的浓度及流量，即造成“等浓度差对流反渗透”所需要的浓度及流量。如图3，由原液管<E>用三通管分流出的原液分别与高压流道出口<0>、<3>、<7>用三通管分流出的浓液(经减压阀<C>减压后)相混合，调配成高一段低压流道入口<4>、<8>、<12>所需的浓度和流量的溶液，经“对流等浓差反渗透淡化”后，至<2>、<6>、<10>口排出。
为将以上二种方法中从各段低压流道口<2>、<6>、<10>排出的淡化液得到充分利用，进一步提出两种方法，其特征在于“多路多段横向串联下降浓化法”和“多路多段横向集中并联与串联淡化法”增加了几路即多路多段。
所谓“多路多段”，是指对“双流道对流反渗透膜组件”的排列方法，即以竖向为路，横向为段，横向与横向，竖向与竖向各段之间等距排列，可使各路横向同一水平段“膜组件”的各进出口溶液浓度皆相同。(见图4)多路多段横向串联下降淡化法(图4)用本法联接的管道及溶液流动的走向其特征在于从第一路各段低压流道出口<2><6><10>排出的溶液除一部分回转上升外，余下的溶液分别横向流入第二路各自相对的低一级膜组件低压流道进口<4><8>与高压流道进液口<1><5>，进行等浓差对流反渗透淡化至出口<2><6>，再分别流向第三路各自相对的低一级低压流道进口，再进行等浓差对流反渗透淡化至出口，将淡化液淡化至最低点为止，各路串联的高压流道则按溶液等浓差对流反渗透浓缩至最高段出口为止。(如图4)以第一路第三段低压流道出口<10>为例，其溶液除一部分向上一级分流外，余下的就流向第二路第二段低压流道进口<8>进行等浓差对流反渗透淡化至出口<6>后，再流向第三路第一段膜组件入口<4>，再进行反渗透淡化至低压流道出口<2>流出。同时第二、三路高压流道的溶液则逐段浓缩至第三段高压流道出口<11>。
本法的特征在于横向串联下降管道系统可使第一路各段低压流道出口排出的淡化液从高浓度向低浓度流动，因此可使各路各同等段同等浓度的淡化液按序各自横向串联下降，进行对流等浓度差反渗透逐段淡化直至最低浓度，同时各路各段串联的高压流道的浓缩液则被逐段浓缩至最高浓度，由于增加了几路利用淡化液的能量，就增加了几倍于第一流道的浓液产量。
多路多段横向集中并联及串联淡化法(图5)。
此法的联接方法(图5)，是多路多段横向串联淡化法的改进。其特征在于用管道将第一路各段双流道膜组件的低压流道的出口<2><6><10>与二、三、四路同一水平段双流道膜组件低压流道的出口<2><6><10>横向联接起来并接至右端的“分液箱”D1、D2的入口，另外再分别将二、三、四路，同一段膜组件低压流道入口<4><8>用管道横向与塑料水泵及分液箱的出口联接起来即构成横向集中并联及串联系统。对于二、三、四路第三段膜组件低压流道入口<12>的联接方法是将各路第二段低压流道出口<6>联接的三通分流管M1及二、三、四路二、三段之间高压流道联接管口三通分流管M2联接起来，即将第二段低压流道分流出的浓度较低的三通管M1的分流液与二、三段之间高压流道三通管M2分流出的浓液混合调配出二、三、四路第三段低压流道入口<12>为按“等浓差对流反渗透”所需要的浓度及流量。
多路多段横向集中并联及串联的淡化法的特征在于首先将第一路二、三、四段膜组件低压流道<2><6><10>排出的淡化液先横向流入各“分液箱”内，待蓄入足够量时按顺序先启动第一段分液箱的D1的塑料泵，将送出的淡化液分为等量，送入各路第一段低压流道入口<4>与高压流道入口液<1>进行“等浓差对流反渗透”淡化。同时高压流道溶液被浓缩，当升入第二段后，开动第二段分液箱的塑料泵，如此逐段浓缩，至最高段出口为止。
这种逐段开动塑料泵逐段浓缩的方法，由于分液箱存入淡化液，保证了逐段升级浓缩的稳定性，且容易调节流量，操作简便，适于大规模生产。另外，由于流入各路同一水平段各低压流道的流量相等，使各路高压流道的浓液产量亦相等，提高了浓液产量，否则会逐路降低产量。亦可将箱外的进出液管直接连接，即安装截止阀，运转正常后打开截止阀，关闭分液箱出入口的截止阀，即不通过分液箱及塑料泵直接运行，但需排除多余的淡化液。
综合前述，以多段“双流道反渗透膜组件”为基本构件用前述两种“回转合成法”及两种“横向联接的淡化法”可组成四种不同构造的“双流道对流反渗透分离装置”。还能用一段并联法构成淡化海水的“双流道对流反渗透分离装置”现用四种构成法中的二种构成法及一段并联海水淡化法作为第三种构成法的实施例一、二、三分别用
“双流道对流反渗透分离装置”第一种构成法实施例一(图6)此装置是以多段“双流道反渗透膜组件”为基本构件，用“高压浓液分流液与低压流道淡化液相调配的回转合成法”与“多路多段横向串联下降淡化法”构成的双流道对流反渗透分离装置，其特征在于用前一种方法解决了第一路多段“双流道反渗透组件”，按对流等浓度差即等渗透压差进行浓缩，即用较低的泵压力就可对溶液进行高度浓缩。又在保持膜两侧对流溶液的浓度差不变的条件下，高压流道溶液的逐段升级浓缩问题，用后一种方法解决了第一路膜组件各低压流道出口<2><6><10><14>排出的淡化液的充分利用问题，用此法提高了数倍浓液产出量，且将大部分溶液淡化至原液浓度以下，作为原液循环液使用。另一种方法当只用此系统的二、三段通入海水就成为一种先浓缩后淡化的海水淡化的双流道对流反渗透分离装置。现将装置的构成及浓缩与淡化方法作为实施例，详细说明。
设原液浓度为6％，要求浓缩至14％，每段浓液2％，则需设置4段，令等浓度差ΔC＝4％。
图6包括调液箱<A>、调液箱<B>、高压泵<C><C1>、塑料泵<D>、第二原液管<E>、引导水管<F>、三通管<G>、浓液箱<H>、单流道反渗透膜组件<i>。
运行前在调液箱<B>用导引水淡化法从清水管<F>流入清水，将6％原液冲淡至4％暂作第二原液待导引出回水后即停止导引水。首先启动高压泵<C>将浓度为6％原液输入一、二、三、四路的第一段“双流道反渗透膜组件”的高压流道入口<1>，同时启动塑料泵<D>将浓度为4％的第二原液经<E>管输往第一路各段首先输入第一路第一段膜组件低压流道入口<4>与高压流道入口<1>浓度为6％进行“等浓差对流反渗透”，淡化至2％的出口<2>排出，流入回液管<m2>。
高压流道溶液从6％浓缩至8％，其次将<E>管分流出的部分4％第二原液，与高压流道出口<3>的三通管<G>分流出的浓液8％相混合调配成浓度6％后，再流入第二段低压流道入口<8>与高压流道入口浓度8％进行“等浓差对流反渗透”淡化至4％出口<6>排出。其余第三段第四段皆按此方法调配，依次将高压流道溶液从6％浓缩至14％后输入“浓液箱”<H>为止。
以上是第一路各段逐段升级浓缩方法及过程。但在第一路各段低压流道出口<6><10><14>排出口浓度为4％、6％、8％的淡化液不应排掉，须有效地利用。为此提出“多路多段横向串联下降淡化法”，即将第一路各段低压流道出口<6><10><14>浓度为4％、6％、8％的排出液横向逐路逐段向下串联，流入双流道反渗透膜组件内，与各路各段高压流道浓缩液进行等浓差对流反渗透淡化。直到各路第一段低压流道出液口<2>将浓度淡化至2％以下为止，再将大量2％淡化液沿回液管<m2>流回。
为将流回的淡化液调配成原液及第二原液，用各路第一段排出的低于原液的浓度的大量2％淡化液的一部分与高于原液浓度的m1回液管及第二原液的回液管m2流回的淡化液在调液箱A混合、调配成6％原液。剩余的2％淡化液通过高压泵C1经“单流道反渗透膜组件”<i>浓缩至4％，流入调液箱<B>作为循环液使用。停止导引水。
这一构成法其特征在于在双流道对流的全系统运行中始终保持膜两侧溶液等浓度差ΔC＝4％进行浓缩及淡化，即按等渗透压差Δπ、反渗透等操作压力差ΔP作用进行浓缩及淡化，由于ΔP＝P1-P2其中P1为高压泵的压力作用在高压流道，P2为塑料泵作用在低压流道，就实现了用一台压力不太高的等操作压力P1的高压泵，或抗压强度不高的反渗透膜进行高度浓缩及淡化。
双流道对流反渗透分离装置第二构成法实施例二本装置特征在于以“双流道反渗透膜组件”为基本构件，用“高压浓液分流液与低压流道淡化液相调配的回转合成法”及“多路多段横向集中并联串联淡化法”构成一套高产量高度浓缩易于调节流量，操作简便的适于大量生产的反渗透分离装置。
现用实施例说明图7设备包括储液箱A，调液箱B，高压泵C、C1，塑料泵D，浓液箱E，分液箱F1F2F3，高压减压阀G，单流道反渗透膜组件<H>
首先将原液分为两种浓度，即“原液”与第二原液。当原液浓度等于或小于反渗透膜允许浓度时，可用增加一段“单流道反渗透膜组件”的一段浓缩，即成为两种浓度溶液。现假定原液浓度为4％，要求浓缩至14％，每段浓缩2％，等浓度差ΔC＝4％。本装置的构成与浓缩方法用附图7进一步详细说明首先启动塑料泵<D>，从储液箱<A>将4％原液分两路输出，一路输入高压系统由高压泵<C>将原液输入“单流道反渗透膜组件<H>”从4％浓缩至6％，再输入第一、二、三、四路的第一段双流道反渗透膜组件的高压流道入口<1>，同时另一路将4％原液输入第一路的第一段低压流道入口<4>与高压流道入口<1>浓度为6％溶液按“等浓度差对流反渗透”淡化至出口<2>浓度为2％。出口后将一部分溶液(根据计算值)回转上升与高压流道出口<3>联接管上的三通分流管的溶液8％，经减压阀<G>减压后，混合调配成6％的浓度及相应的流量。流入低压流道入口<8>与高压流道入口<5>浓度为8％的流量进行等浓差对流反渗透淡化至4％出口<6>，再用同样回转上升调配浓度方法，保持与高压流道溶液的等浓度差ΔC＝4％，直至将高压流道浓度浓缩至14％，输入浓液箱<E>为止。以上是两种溶液逐段上升浓缩过程。但由于各段低压流道出口<2><6><10><14>排出2％、4％、6％、8％不同浓度淡化液需充分利用其能量，得到更多的浓缩液，为此增加二、三、四路用“多路多段横向集中并联及串联淡化法”来回收能量提高产量。回收方法如下首先将第一路二、三、四段双流道膜组件低压流道出口<6><10><14>排出口4％、6％、8％三种淡化液用管道联接横向流入同一水平段的“分液箱”<F1><F2><F3>内，待蓄满淡化液后，按顺序首先开动第一段“分液箱”的塑料泵，将4％淡化液按等量输入二、三、四路第一段三个膜组件的低压流道入口<4>内，与高压流道入口<1>浓度为6％的溶液按“等浓差对流反渗透”淡化至<2>口浓度为2％排出后流入回水管至调液箱。高压流道入口<1>6％溶液被浓缩至8％升入第二段。再开动第二段分液箱的塑料泵再用同样办法逐段将高压流道溶液浓缩至14％。由于从同一水平段各低压流道出口流入“分液箱”的淡化液量多于排出量，因此，分液箱设置溢流口将多余的淡化液流入溢流管、流入调液箱<B>。为将流回的淡化液调配成4％的原液作为循环液，将部分2％回液与分液箱溢流管返回的6％、8％回液在调液箱<B>内混合成4％溶液再送入储液箱<A>。余下2％淡化液增加一段“单流道反渗透膜组件”<H>及高压泵C1，将2％淡化液浓缩至4％即可将全部淡化液回收，参加原液循环液。
双流道对流反渗透分离装置第三构成法实施例三双流道对流反渗透分离装置第三构成法是一种海水淡化构成法，其特征在于将一个或数个“双流道反渗透膜组件”并联再将低压流道出口与“单流道反渗透膜组件”(即市售的“反渗透膜组件”，或“双流道反渗透膜组件”的低压流道只作为排出渗透水用)串联构成的一种海水淡化“双流道对流反渗透分离装置”。
现将其构成法及淡化方法实施例用附图详细说明附图8设备包括储液箱<A>、调液箱<B>、高压泵<C1><C2>、塑料泵<D>、单流道反渗透组件<E>。
将浓度为3.5％的海水2000公斤/小时淡化为可饮用水(设反渗透膜的脱盐率为98％)，(按质量守恒计算)。此法的特征在于先用导引水法将3.5％浓度的海水在调液箱用清水冲淡至3％。(待导引出回水后即停止导引水)，再启动高压泵<C>将流量为2000公斤/小时3.5％海水从储液箱输入并联的四个“双流道反渗透膜组件”高压流道入口<1>每口流量为500公斤/小时。再启动塑料泵<D>，将368.324公斤/小时3％浓度的第二原液从调液箱输入“双流道反渗透膜组件”低压流道入口<4>，每口为流量92.081公斤/小时。与高压流道3.5％及500公斤/小时的浓度按“双流道等浓度差对流进行反渗透”，淡化至浓度为1.0％276.243公斤/小时，出口<3>四个“双流道反渗透膜组件”共272.24×4＝1104.97公斤/小时，经回液管流入“单流道反渗透膜组件用高压泵<C2>经反渗透浓缩，从低压侧出水口得到淡化饮用水736.648公斤/小时，高压流道出液口浓缩至3％368.324公斤/小时，流入调液箱，作为第二原液循环液代替原368.324公斤/小时导引水，同时“双流道反渗透膜组件”的高压流道的溶液则从3.5％浓缩至5.5％，出口<2>每出口315.838公斤/小时共计1263.35公斤/小时排掉。这一过程的特征在于“双流道反渗透膜组件”膜两侧的溶液的等浓度差ΔC＝2.5％，淡化后的淡化液用高压泵再经一级“单流道反渗透膜组件”(将双流道反渗透膜组件低压流道溶液入口改为出口)，从入口浓度1％至出口浓度3％，与只经一段一级的“单流道反渗透膜组件”(市售膜组件)初浓度为3.5％、终浓度为5.5％比较，此装置高压泵压头会降低一倍以上，也可用抗压强度较低的反渗透膜进行海水淡化。
权利要求
双流道对流反渗透分离装置及双流道反渗透膜组件1.一种双流道对流反渗透分离装置。其特征在于用“双流道反渗透膜组件”为主要部件组成。此部件的特征在于“在反渗透膜的两侧设两条流道，一侧为高压流道设进液口及出液口，另一侧为低压流道亦设置进液口及出液口。两侧进液口设在流道的相对的两端。”其特征还在于将一种浓度溶液事先分为两种浓度，分别从高压流道及低压流道进液口流入，且低压流道进口溶液浓度要低于高压流道进口溶液浓度，造成浓度差，以对流流动方式进行反渗透浓缩及淡化。
2.根据权利要求1所述，“双流道对流反渗透分离装置”其特征在于“双流道反渗透膜组件”，多段组合进行反渗透浓缩时，将反渗透膜两侧对流流动的两种不同浓度溶液的浓度差，造成“等浓度差”的对流流动进行反渗透高度浓缩及淡化。
3.根据权利要求1及要求2所述，“双流道对流反渗透分离装置”其特征在于提出在“多段”双流道反渗透膜组件内按“等浓度差”对流流动的两种不同浓度的溶液，为保证高压流道溶液从低段流入高段仍保持等浓度差，继续进行反渗透浓缩的方法。即“高压浓液分流液与低压流道淡化液相调配的回转合成法”及“高压浓液分流液与原液调配回转合成法”，即将高压流道分流出的部分浓缩液与低一段的低压流道出口排出的淡化液或“原液”相混和调配出一种浓度和流量，即低压流道入口为进行“等浓度差”对流反渗透流动所需要的浓度及流量。
4.根据权利要求1及要求3所述，“双流道对流反渗透分离装置”其特征在于“多段”双流道反渗透膜组件在等浓度差对流反渗透浓缩及逐段升级浓缩时，从低压流道排出的淡化液的重复利用的方法即“多路多段横向串联下降淡化法”及“多路多段集中并联的淡化法”。
5.根据权利要求1、要求2及权利要求4所述，“双流道对流反渗透分离装置”其特征在于提出的“多路多段横向串联下降淡化法”的做法，即将多段组合的“双流道反渗透膜组件“做为第一路，再按同等排列法增设几路，其管道的联接法是将第一路各段膜组件低压流道的出口，分别用管道横向逐路逐段向下与膜组件低压流道串联联接，直到各路第一段入口为止。每一路各段高压流道之间是串联联接的。
6.根据权力要求1、要求2、要求4所述，“双流道反渗透分离装置”其特征在于提出的“多路多段横向集中并联串联淡化法”的做法是将第一路各段膜组件低压流道出口与增设的几路同一水平段的各膜组件的低压流道出口，用管道横向联接起来，接至“分液箱”的入口。另将“增设几路的同一水平段各膜组件低压流道的入口，用管道横向与塑料泵及“分液箱”出口联接起来。“分液箱”设溢流口及溢流管。高压流道是串联联接的。
7.根据权利要求1、要求2、要求3、要求4所述，“双流道对流反渗透分离装置”是由四种方法组成的四种不同构造的“双流道对流反渗透分离装置”，其特征在于用两种方法“高压浓液分流液与低压流道淡化液相调配的回转合成法”及高压浓液分流液与原液调配合成法与另外两种方法“多路多段横向串联下降淡化法及多路多段横向集中并联串联淡化法”互相排列组合，成为四种不同构造的双流道对流反渗透分离装置。
8.根据权利要求1、要求3、要求4所述，“双流道对流反渗透分离装置”，其特征在于“双流道对流反渗透分离装置”即是一种用多段“双流道反渗透膜组件”组成的对溶液进行高度浓缩装置，当取其二、三段时，通入两种浓度的海水进行“等浓差”对流反渗透浓缩及淡化后，再将流回的淡化水经一级“单流道反渗透膜组件”的淡化，即得到饮用水，成为一套对海水进行浓缩及淡化的双流道对流反渗透分离装置。
9.根据要求1所述，“双流道对流反渗透分离装置”其特征在于将“双流道反渗透膜组件”多个并联再用“单流道反渗透膜组件”(即将双流道反渗透膜组件的低压流道的入口改作为出口，排出渗透水，或用市售的反渗透膜组件)与“双流道反渗透膜组件”的低压流道出口串联联接，即构成一套淡化海水的双流道反渗透分离装置。
10.根据权利要求1、要求2、要求3所述，“双流道对流反渗透分离装置”在运行前需将溶液(原液)分为两种浓度，其分开方法的特征在于当原液浓度大于反渗透膜允许浓度时，用导引水淡化法，即暂时将原液用清水冲淡成为第二原液，分别输入“双流道对流反渗透分离装置”进行反渗透浓缩及淡化，待淡化液流回时，调配其浓度，或将低于原液浓度的淡化液再经一级“单流道反渗透膜组件”浓缩成为原液，作为循环液，停止导引水。第二种分开方法当溶液浓度小于反渗透膜允许浓度时，增加一段“单流道反渗透膜组件”将原液浓缩，即成为第二原液。
全文摘要
由“双流道反渗透膜组件”组成的“双流道对流反渗透分离装置”是一种高度浓缩溶液装置,亦是海水淡化反渗透装置。将溶液分为两种浓度,从膜两侧高压流道及低压流道两端的入口流入,按“对流”“等浓度差”进行反渗透浓缩,当多段组合时,用一种能保持膜两侧溶液按“等浓度差”、“等渗透压差”对流逐段升级浓缩的方法,即用反渗透“等操作压力差”ΔP使膜两侧溶液逐段升级浓缩的方法,实现用一台高压泵等操作压力P就能高度浓缩溶液的反渗透装置。亦能组成成倍降低泵压力的海水淡化装置。
文档编号B01D61/08GK1268390SQ9910318
公开日2000年10月4日 申请日期1999年3月25日 优先权日1999年3月25日
发明者高耀祖 申请人:高耀祖, 高雷