反渗透系统增压与能量回收装置及增压与能量回收方法
【专利说明】反渗透系统増压与能量回收装置及増压与能量回收方法
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及溶液反渗透处理领域，具体地，涉及一种反渗透系统增压与能量回收装置及增压与能量回收方法。
【背景技术】
[0003]反渗透亦称逆渗透，是用一定的压力使溶液中的溶剂通过反渗透膜分离出来，进而使溶液达到提取、纯化和浓缩的目的。
[0004]在各种膜分离技术中，反渗透技术近年来取得了令人瞩目的飞速发展，已广泛应用于国民经济的各个领域。国内反渗透膜工业应用的最大领域仍为海水、苦咸水，大型锅炉补给水、各种工业纯水、饮用水的市场规模次之，电子、半导体、制药、医疗、食品、饮料、酒类、化工、环保等行业的应用也形成了一定规模。在反渗透膜选定的情况下，反渗透系统的能量消耗等指标主要取决于选用的高压泵和能量回收装置的效率。
[0005]反渗透工艺的能量消耗是高压水泵电机消耗的电能，但是高压浓水释放时所携带的高压液体能量非常巨大，约占进料原水压力能量的60%，若将这部分能量加以回收并转化成进水能量，则反渗透工艺电能消耗可降低55%?60%左右，这样将会大幅降低反渗透的能耗，进而降低淡水的成本。
[0006]自70年代以来，随着反渗透技术应用于海水/苦咸水，各种形式的能量回收装置也相继出现，按照能量回收装置的工作原理可将其分为透平式能量回收装置和功交换式能量回收装置两大类。透平式能量回收装置是利用高压浓水的水压能驱动机械装置从而将水压能转化为机械能，机械装置又将机械能转化为原水的水压能，从而实现能量的回收利用。而功交换式是浓水通过压力交换界面(活塞或液相界面)进行直接交换，将高压浓水的水压能传递给原水。
[0007]水力透平式能量回收装置是最早用于反渗透工程的能量回收装置，技术成熟，但由于其原理上都要经过“水压能一机械能一水压能”两次转换，增加了机械能损耗，有效能量转换效率一般仅为50%?80%，因此回收效率偏低。
[0008]功交换式能量回收装置是近年来迅速发展起来的一种能量回收技术，将水压能的二次交换变成了“水压能一水压能”一步能量转换，有效能量回收效率可达90%?97%。目前反渗透海水工程中应用的功交换式能量回收装置主要有转子式压力交换器和活塞式阀控压力交换器两类。
[0009]转子式压力交换器采用旋转缸体端面配流无活塞结构，其结构简单但会有25%的掺混，存在由于浓盐水向原水渗漏造成进膜原水盐度增加而引起脱盐能耗额外增高的问题；而且需要独立的增压泵，会降低总体效率，成本比较高；另外，转子旋转尖利刺耳、噪声大，一旦转子中进入气泡、杂质等，就非常容易发生损坏，可靠性差。
[0010]活塞式阀控压力交换器采用固定缸体有活塞的阀配流结构，需配备增压泵提升初步升压的原水进入反渗透系统，增压泵、缸体和活塞等部件需要采用既耐腐蚀又耐磨的贵重金属材料制作，加工难度大，并且对密封要求也很高，目前主要依赖于进口，代价很高；即使有些基于固定缸体有活塞的阀配流结构进行改进设计的活塞式阀控压力交换器无需再设置增压泵，效率得到提高，但是存在控制机构比较复杂的问题。
[0011]反渗透技术作为水处理的重要手段之一，将对经济发展起到极其重要的作用。
【发明内容】
[0012]本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种反渗透系统增压与能量回收装置及增压与能量回收方法，以实现节约能源的优点。
[0013]为实现上述目的，本发明采用的技术方案是:
一种反渗透系统增压与能量回收装置，包括高压原水出口、水压表、主腔体、联动体、低压原水进口、气体单向阀、高压气泵、空气过滤器、浓水排放口和高压浓水进口，低压原水进口与联动体的进液口连通，联动体的排液口分别与主腔体的进液口连通，所述主腔体的下端口与高压原水出口连通，所述高压原水出口处安装有水压表，所述高压气泵的一端与空气过滤器连通、该高压气泵的另一端与气体单向阀的一端相连通；所述气体单向阀的另一端与联动体的进气口连通；所述高压浓水进口与联动体的进液口连通，所述浓水排放口与联动体的排液口连通。
[0014]优选的，所述联动体为多个。
[0015]优选的，所述联动体包括第一联动体和第二联动体。
[0016]优选的，所述第一联动体包括第一进气阀、第二进气阀、第一气体增压器、第三进气阀、第四进气阀、第一排气阀、第二排气阀、第一腔体、第一排液阀、第一进液阀、第二进液阀、第二排液阀、第三进液阀、第三排液阀、第四进液阀、第四排液阀和第二腔体；
所述第二联动体包括第五进气阀、第六进气阀、第二气体增压器、第七进气阀、第八进气阀、第三排气阀、第四排气阀、第三腔体、第五进液阀、第五排液阀、第六进液阀、第六排液阀、第七进液阀、第七排液阀、第八进液阀、第八排液阀和第四腔体；
所述低压原水进口通过第一进液阀连接于第一腔体，所述低压原水进口通过第三进液阀连接于第二腔体，所述低压原水进口通过第五进液阀连接于第三腔体，所述低压原水进口通过第七进液阀连接于第四腔体；
所述高压浓水进口通过第二进液阀连接于第一腔体，所述高压浓水进口通过第四进液阀连接于第二腔体，所述高压浓水进口通过第六进液阀连接于第三腔体，所述高压浓水进口通过第八进液阀连接于第四腔体；
所述第一腔体通过第一排液阀连接于浓水排放口、所述第一腔体通过第二排液阀连接于主腔体；
所述第二腔体通过第三排液阀连接于浓水排放口，所述第二腔体通过第四排液阀连接于主腔体；
所述第三腔体通过第五排液阀连接于浓水排放口，所述第三腔体通过第六排液阀连接于主腔体；
所述第四腔体通过第七排液阀连接于浓水排放口、所述第四腔体通过第八排液阀连接于主腔体； 所述气体单向阀通过第一进气阀连接于第二腔体，所述气体单向阀通过第二进气阀连接于第一腔体，所述气体单向阀通过第五进气阀连接于第四腔体，所述气体单向阀通过第六进气阀连接于第三腔体；
所述第一气体增压器的进口通过第三进气阀连接于第二腔体，所述第一气体增压器的进口通过第四进气阀连接于第一腔体，所述第一气体增压器的出口通过第一排气阀连接于第一腔体，所述第一气体增压器的出口通过第二排气阀连接于第二腔体；
所述第二气体增压器进口通过第七进气阀连接于第四腔体，所述第二气体增压器进口通过第八进气阀连接于第三腔体，所述第二气体增压器的出口通过第三排气阀连接于第三腔体，所述第二气体增压器的出口通过第四排气阀连接于第四腔体。
[0017]优选的，所述主腔体的内部充有一定压力的气体并安装有液位传感器。
[0018]优选的，所述第一腔体内部安装有液位传感器；或\和，所述第二腔体内部安装有液位传感器；或\和，所述第三腔体内部安装有液位传感器；或\和，所述第四腔体内部安装有液位传感器。
[0019]优选的，所述第一进气阀、第二进气阀、第三进气阀、第四进气阀、第五进气阀、第六进气阀、第七进气阀、第八进气阀、第一排气阀、第二排气阀、第三排气阀和第四排气阀均为采用电磁控制的开关阀。
[0020]优选的，所述第一进液阀、第二进液阀、第三进液阀、第四进液阀、第五进液阀、第六进液阀、第七进液阀、第八进液阀、第一排液阀、第二排液阀、第三排液阀、第四排液阀、第五排液阀、第六排液阀、第七排液阀和第八排液阀均为采用电磁控制的开关阀。
[0021]同时本发明技术方案还公开一种利用反渗透系统增压与能量回收装置实现的增压与能量回收方法，包括以下步骤:
(1)待处理的原水经原水入口进入反渗透系统，并由低压水泵进行一次加压，一次加压后的原水分为两路:一路进入第一联动体或第二联动体；另一路进入高压水泵；
(2)进入高压水泵的一次加压原水通过二次加压后进入主腔体并进一步进入反渗透膜组，经反渗透膜过滤后排出低压淡水和高压浓水；
(3)未透过反渗透膜的高压浓水经高压浓水进口通过第二进液阀进入第一腔体中，推动第一腔体内部储存的高压气体经第四进气阀进入第一气体增压器，高压气体由第一气体增压器增压后通过第二排气阀进入第二腔体，对第二腔体内部储存的一次加压原水进行二次增压，并通过第四排液阀进入主腔