一种高收率一次除盐水的工艺装置及方法与流程

本发明涉及一种水处理领域，更具体地说是一种高收率一次除盐水的工艺装置及方法。

背景技术：

反渗透工艺具有操作简便、产水水质稳定等优点，目前已在一次除盐水制备市场中占据主导地位。但由于存在浓差极化现象，膜污染风险较高，导致其产水率较低，一般只能达到50％～70％，造成了大量水资源浪费。在水资源匮乏严重、节水减排政策压力日益增加的今天，提高一次除盐水反渗透系统收率，对于节约水资源，提高经济效益意义重大。

目前，提高一次除盐水系统反渗透收率的方法通常是采用增加反渗透段数方式，利用下一段反渗透对前段反渗透浓水进行进一步浓缩。收率越高，所需增加的段数越多。这种方式会导致如下问题：

第一、随着段数增加，反渗透进水浓度不断增加，由于浓差极化现象所造成的膜污染风险迅速增大，段数越高，膜污染风险越大；

第二、由于膜污染风险的限制，增加段数来提升收率的空间极为有限，系统总收率极限值只能作到75％左右。

第三、为了避免膜污染，需要大幅增加反渗透阻垢剂、杀菌剂等药剂的使用，不仅提高了制水成本，而且造成浓水二次污染加剧。

为了改善膜污染，同时提升水收率，目前也有采用高压碟管式反渗透(DTRO)工艺，可以将水收率提高至80％-90％，但该工艺操作压力极高，设备投资太大，制水成本高昂，不具有推广价值。

因此，如何低风险、低投资、低成本提高一次除盐水反渗透系统收率，对于节约水资源、实现节水减排意义重大。

技术实现要素：

本发明针一次除盐水制备系统反渗透收率过低的问题，提出了一种高收率一次除盐水的工艺装置及方法，该工艺可以提高一次除盐水反渗透收率，具有高系统收率、节能、运行成本低和系统能长期安全稳定运行的优点。

本发明的一种高收率一次除盐水的工艺装置，包括超滤前水箱、预处理系统、中间水箱、反渗透系统、电驱离子膜设备和SDI值在线控制系统；

所述的预处理系统根据水质进行选择；

所述的反渗透系统为一段式，具体包括高压泵和RO膜单元；高压泵与RO膜单元相连接；

超滤前水箱与预处理系统相连接，预处理系统通过中间水箱和反渗透系统的高压泵相连接，反渗透系统的RO膜单元与电驱离子膜设备相连接，电驱离子膜设备通过SDI值在线控制系统分别与超滤前水箱、中间水箱相连接。

所述的预处理系统根据一次脱盐水的水质，具体包括石英砂过滤器、活性炭过滤器和保安过滤器；石英砂过滤器和活性炭过滤器相连接，活性炭过滤器和保安过滤器相连接。

本发明的一种高收率一次除盐水的工艺方法，采用上述工艺装置，包括以下步骤：

步骤1，高收率一次除盐水的工艺装置的参数设定

设定高收率一次除盐水的工艺装置的反渗透处理规模和电驱离子膜设备的处理规模；

步骤2，原水通过超滤前水箱进入预处理系统，得到的预处理水，其中，预处理水的SDI值小于3；

步骤3，预处理水通过中间水箱进入反渗透系统的高压泵系统，通过RO膜单元进行反渗透，得到一次除盐水和反渗透浓水；

步骤4，反渗透浓水作为电驱离子膜的原水，通过反渗透浓水压力作用进入电驱离子膜设备，压力为0.15～0.25MPa，反渗透浓水在电驱离子膜设备进行脱盐处理，得到电驱离子膜浓水和电驱离子膜产水，电驱离子膜浓水排出；

步骤5，电驱离子膜产水通过SDI值在线控制系统进行检测，有如下两种情况：

当SDI≤3，电驱离子膜产水返回反渗透系统前端的中间水箱，进行反渗透再处理，得到一次脱盐水；

当SDI＞3，电驱离子膜产水返回预处理系统前端的超滤前水箱，进行反渗透再处理，得到一次脱盐水。

所述的步骤1中，所述的高收率一次除盐水的工艺装置的参数设定，相关参数的具体计算方法为：

(1)高收率一次除盐水的工艺装置的反渗透处理规模计算方法为：

高收率一次除盐水的工艺装置的反渗透处理规模＝一次除盐水产量÷反渗透收率；

其中，反渗透收率为50～60％，目的是降低膜污染风险；

(2)高收率一次除盐水的工艺装置中，电驱离子膜设备的处理规模计算方法为：

电驱离子膜设备的处理规模＝高收率一次除盐水的工艺装置的反渗透处理规模×(1-反渗透收率)＝反渗透浓水产量；

电驱离子膜设备水收率＝(高收率一次除盐水的工艺装置的反渗透处理规模-原水处理量)÷电驱离子膜设备的处理规模；

所述的电驱离子膜设备水收率为80～90％；

所述的电驱离子膜设备脱盐率不低于反渗透收率。

所述的步骤4中，所述的通过反渗透浓水压力作用进入电驱离子膜设备，可以节省设备投资和运行成本。

所述的步骤4中，反渗透浓水在电驱离子膜设备进行脱盐处理的方式，可以有效的防止膜污染。

所述的步骤4中，反渗透浓水在电驱离子膜设备进行脱盐处理的具体方式为：

(1)电驱离子膜设备设置定时倒极，倒极频次为15～60min/次；

(2)电驱离子膜浓水pH值≤6；

(3)当反渗透浓水钙离子和硫酸根离子浓度积≥20000，则向电驱离子膜浓水内加入阻垢剂，加入阻垢剂的量以电驱离子膜浓水体积计为(3-5)mg/L。

所述的步骤4(1)中，所述的定时倒极，通过改变电驱离子膜设备的电极的正负极性进行控制。

所述的步骤4(2)中，当电驱离子膜浓水pH值＞6，加入盐酸进行调节；

所述的步骤4(3)中，所述的阻垢剂为高分子聚合物，具体为聚丙烯酸、聚马来酸或聚丙烯酸和聚马来酸的共聚物，其分子量为15000～20000道尔顿。

本发明的一种高收率一次除盐水工艺装置及方法，相比于现有技术，其有益效果在于：

第一、可以有效提高一次除盐水系统反渗透收率，系统收率可以达到90～95％，有效节约水资源；

第二、可有效降低反渗透和电驱离子膜设备的膜污染风险，保障系统长期安全稳定运行；

具体体现在：

①根据水质，适当降低反渗透系统收率、提高电驱离子膜处理规模来降低反渗透和电驱离子膜设备的膜污染风险；

②电驱离子膜设备通过定时倒极和浓水pH值控制防止膜污染；

③向电驱离子膜浓水内投加阻垢剂，防止硫酸钙结垢引起的膜污染；

第三、系统运行成本低廉，并且采用增加的电驱离子膜设备对反渗透浓水进行脱盐回收处理，具有提高系统处理收率、节能环保的特点；

第四、可以利用反渗透浓水压力，回收能量，降低制水成本，保证了系统的稳定性和节能性。

附图说明

图1为本发明的高收率一次除盐水的工艺流程图；

其中，1-超滤前水箱、2-预处理系统、3-中间水箱、4-反渗透系统、4a-高压泵、4b-RO膜单元、5-电驱离子膜设备、6-SDI值在线控制系统；

A-原水、B-一次除盐水、C-反渗透浓水、D-电驱离子膜浓水。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合实例对本发明作进一步详细说明，但所举实例不作为对本发明的限定。

以下实施例高收率一次除盐水的工艺流程图见图1。

实施例1

情况说明：

某钢铁综合废水回用项目处理规模为1000m³/h，处理目标是将废水制备成一次除盐水供给企业生产，要求尽量提高一次除盐水产率。根据水质分析，确定一次除盐水产率为90％，则一次除盐水产量为900m³/h。

结合生成实际，本实施例提供了一种高收率一次除盐水的工艺装置，包括超滤前水箱1、预处理系统2、中间水箱3、反渗透系统4、电驱离子膜设备5和SDI值在线控制系统6；

所述的预处理系统2根据一次脱盐水的水质，具体包括石英砂过滤器、活性炭过滤器和保安过滤器；石英砂过滤器和活性炭过滤器相连接，活性炭过滤器和保安过滤器相连接。

所述的反渗透系统4为一段式，具体包括高压泵4a和RO膜单元4b；高压泵4a与RO膜单元4b相连接；

超滤前水箱1与预处理系统2相连接，预处理系统2通过中间水箱3和反渗透系统4的高压泵4a相连接，反渗透系统4的RO膜单元4b与电驱离子膜设备5相连接，电驱离子膜设备5通过SDI值在线控制系统6分别与超滤前水箱1、中间水箱3相连接。

一种高收率一次除盐水的工艺方法，采用上述工艺装置，包括以下步骤：

步骤1，高收率一次除盐水的工艺装置的参数设定

高收率一次除盐水的工艺装置，相关参数的具体计算方法为：

(1)高收率一次除盐水的工艺装置的反渗透处理规模计算方法为：

高收率一次除盐水的工艺装置的反渗透处理规模＝一次除盐水产量÷反渗透收率；

其中，一次除盐水产量＝900m³/h；反渗透收率为60％；

经过计算，高收率一次除盐水的工艺装置的反渗透处理规模为1500m³/h；

(2)高收率一次除盐水的工艺装置中，电驱离子膜设备的处理规模计算方法为：

电驱离子膜设备的处理规模＝高收率一次除盐水的工艺装置的反渗透处理规模×(1-反渗透收率)＝反渗透浓水产量；

具体为电驱离子膜设备的处理规模＝1500×(1-60％)＝600m³/h；

电驱离子膜设备水收率＝(高收率一次除盐水的工艺装置的反渗透处理规模-原水处理量)÷电驱离子膜设备的处理规模；

具体为电驱离子膜设备水收率＝(1500-1000)÷600＝83.3，满足电驱离子膜设备水收率为80～90％要求；

所述的电驱离子膜设备脱盐率大于60％；

步骤2，原水A通过超滤前水箱1进入预处理系统2，得到的预处理水，其中，预处理水的SDI值小于3；

步骤3，预处理水通过中间水箱3进入反渗透系统4的高压泵系统4a，通过RO膜单元4b进行反渗透，得到一次除盐水B和反渗透浓水C；

步骤4，反渗透浓水C作为电驱离子膜的原水，通过反渗透浓水压力作用进入电驱离子膜设备5，压力为0.25MPa，反渗透浓水在电驱离子膜设备5进行脱盐处理，得到100m³/h电驱离子膜浓水D和500m³/h电驱离子膜产水，100m³/h电驱离子膜浓水D排出；

反渗透浓水在电驱离子膜设备进行脱盐处理的具体方式为：

(1)电驱离子膜设备通过改变电驱离子膜设备的电极的正负极性，设置定时倒极，倒极频次为15min/次；

(2)电驱离子膜浓水pH值为5.5；

(3)反渗透浓水钙离子和硫酸根离子浓度积为15000；

步骤5，电驱离子膜产水通过SDI值在线控制系统进行检测，其SDI为3，电驱离子膜产水返回反渗透系统4前端的中间水箱3，进行反渗透再处理，得到一次脱盐水。

该系统实现了一次除盐水产率90％，并且运行成本只有2.2元/吨水，按照一次除盐水价格6元计算，年经济效益2900余万元，系统投资回收期只有两年左右。

实施例2

情况说明：

某钢铁综合废水回用项目处理规模为1000m³/h，处理目标是将废水制备成一次除盐水供给企业生产，要求尽量提高一次除盐水产率。根据水质分析，确定一次除盐水产率为90％，则一次除盐水产量为900m³/h。

结合生成实际，本实施例提供的一种高收率一次除盐水的工艺装置同实施例1。

一种高收率一次除盐水的工艺方法，采用上述工艺装置，包括以下步骤：

步骤1，高收率一次除盐水的工艺装置的参数设定

高收率一次除盐水的工艺装置，相关参数的具体计算方法为：

(1)高收率一次除盐水的工艺装置的反渗透处理规模计算方法为：

高收率一次除盐水的工艺装置的反渗透处理规模＝一次除盐水产量÷反渗透收率；

其中，一次除盐水产量＝900m³/h；反渗透收率为50％；

经过计算，高收率一次除盐水的工艺装置的反渗透处理规模为1800m³/h；

(2)高收率一次除盐水的工艺装置中，电驱离子膜设备的处理规模计算方法为：

电驱离子膜设备的处理规模＝高收率一次除盐水的工艺装置的反渗透处理规模×(1-反渗透收率)＝反渗透浓水产量；

具体为电驱离子膜设备的处理规模＝1800×(1-50％)＝900m³/h；

电驱离子膜设备水收率＝(高收率一次除盐水的工艺装置的反渗透处理规模-原水处理量)÷电驱离子膜设备的处理规模；

具体为电驱离子膜设备水收率＝(1800-1000)÷900＝88.9，满足电驱离子膜设备水收率为80～90％要求；

所述的电驱离子膜设备脱盐率大于50％；

步骤2，原水A通过超滤前水箱1进入预处理系统2，得到的预处理水，其中，预处理水的SDI值小于3；

步骤3，预处理水通过中间水箱3进入反渗透系统4的高压泵系统4a，通过RO膜单元4b进行反渗透，得到一次除盐水B和反渗透浓水C；

步骤4，反渗透浓水C作为电驱离子膜的原水，通过反渗透浓水压力作用进入电驱离子膜设备5，压力为0.25MPa，反渗透浓水在电驱离子膜设备5进行脱盐处理，得到100m³/h电驱离子膜浓水D和500m³/h电驱离子膜产水，100m³/h电驱离子膜浓水D排出；

反渗透浓水在电驱离子膜设备进行脱盐处理的具体方式为：

(1)电驱离子膜设备通过改变电驱离子膜设备的电极的正负极性，设置定时倒极，倒极频次为60min/次；

(2)电驱离子膜浓水pH值为6；

(3)反渗透浓水钙离子和硫酸根离子浓度积为20000，向电驱离子膜浓水内加入阻垢剂，加入阻垢剂的量以电驱离子膜浓水体积计为3mg/L；

阻垢剂为聚丙烯酸，分子量为15000道尔顿。

步骤5，电驱离子膜产水通过SDI值在线控制系统进行检测，其SDI为3.5，电驱离子膜产水返回预处理系统2前端的超滤前水箱1，进行反渗透再处理，得到一次脱盐水。

实施例3

情况说明：

某钢铁综合废水回用项目处理规模为1000m³/h，处理目标是将废水制备成一次除盐水供给企业生产，要求尽量提高一次除盐水产率。根据水质分析，确定一次除盐水产率为90％，则一次除盐水产量为900m³/h。

结合生成实际，本实施例提供的一种高收率一次除盐水的工艺装置同实施例1。

一种高收率一次除盐水的工艺方法，采用上述工艺装置，包括以下步骤：

步骤1，高收率一次除盐水的工艺装置的参数设定

高收率一次除盐水的工艺装置，相关参数的具体计算方法为：

(1)高收率一次除盐水的工艺装置的反渗透处理规模计算方法为：

高收率一次除盐水的工艺装置的反渗透处理规模＝一次除盐水产量÷反渗透收率；

其中，一次除盐水产量＝900m³/h；反渗透收率为60％；

经过计算，高收率一次除盐水的工艺装置的反渗透处理规模为1500m³/h；

(2)高收率一次除盐水的工艺装置中，电驱离子膜设备的处理规模计算方法为：

电驱离子膜设备的处理规模＝高收率一次除盐水的工艺装置的反渗透处理规模×(1-反渗透收率)＝反渗透浓水产量；

具体为电驱离子膜设备的处理规模＝1500×(1-60％)＝600m³/h；

电驱离子膜设备水收率＝(高收率一次除盐水的工艺装置的反渗透处理规模一原水处理量)÷电驱离子膜设备的处理规模；

具体为电驱离子膜设备水收率＝(1500-1000)÷600＝83.3，满足电驱离子膜设备水收率为80～90％要求；

所述的电驱离子膜设备脱盐率大于60％；

步骤2，原水A通过超滤前水箱1进入预处理系统2，得到的预处理水，其中，预处理水的SDI值小于3；

步骤3，预处理水通过中间水箱3进入反渗透系统4的高压泵系统4a，通过RO膜单元4b进行反渗透，得到一次除盐水B和反渗透浓水C；

步骤4，反渗透浓水C作为电驱离子膜的原水，通过反渗透浓水压力作用进入电驱离子膜设备5，压力为0.15MPa，反渗透浓水在电驱离子膜设备5进行脱盐处理，得到100m³/h电驱离子膜浓水D和500m³/h电驱离子膜产水，100m³/h电驱离子膜浓水D排出；

反渗透浓水在电驱离子膜设备进行脱盐处理的具体方式为：

(1)电驱离子膜设备通过改变电驱离子膜设备的电极的正负极性，设置定时倒极，倒极频次为30min/次；

(2)电驱离子膜浓水pH值为6.5，加入盐酸后，pH值为5.8；

(3)反渗透浓水钙离子和硫酸根离子浓度积为20000，向电驱离子膜浓水内加入阻垢剂，加入阻垢剂的量以电驱离子膜浓水体积计为5mg/L；

阻垢剂为聚丙烯酸与聚马来酸酐的共聚物，分子量为20000道尔顿。

步骤5，电驱离子膜产水通过SDI值在线控制系统进行检测，其SDI为3.5，电驱离子膜产水返回预处理系统2前端的超滤前水箱1，进行反渗透再处理，得到一次脱盐水。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。