本发明涉及水处理领域，具体地说是一种高浓盐水极限浓缩分离装置及方法。
背景技术
目前国内很多行业在生产过程中都会产生高浓盐水，例如煤化工行业、电力行业、及生物制药行业等。环保问题日益严峻，水资源短缺的问题一直备受关注。高浓盐水具有含盐量高的特点，常规反渗透的方式处理，运行压力及运行成本高，且回收率均低于50%以下。若将高浓盐水直接进行蒸发结晶，则运行成本更高。所以如何解决现今实际遇到的问题，既能提高浓缩倍数，增大回收率，又能降低运行成本，减少废水排放的同时，能最大限度的回收利用水资源成为必然趋势。
加药装置，主要用于电厂的锅炉给水、循环水、加联氨、磷酸盐等处理，也可用于石油、化工、环保、供水系统等行业。单元组合式加药装置，主要有溶液箱、计量泵、过滤器、安全阀、止回阀、压力表、缓冲罐、液位计、控制柜等组成一体化安装在一个底座上。用户只需将组合式加药装置安放在加药间，将进水口、出药口接好并接通电源即可启动投入运行，这种工厂化的整套装置，可大大减少设计和现场施工的工作量，对整机系统的质量、安全和现场投运提供了可靠的保证。加药装置通过不同的工艺设计，精确配置各类固体和液体的化学药品的溶液，再用计量泵准确投加，以达到各种设计要求。如除垢、除氧、混凝、加酸、加碱等。
预处理微米过滤器为微米级的过滤器，现在市场上能达到微米级的过滤器为常规技术。
膜分离设备是利用膜分离技术而在生产工厂按照其膜分离的技术参数标准制造的大型机械设备，其设备能够起分离的作用，效果远远超出传统的分离方式。膜分离设备的核心技术就是膜分离技术，分离膜是具有选择性分离功能的材料，工作原理是物理机械筛分原理，分离过程是利用膜的选择性分离机理实现料液的不同组分间的分离或有效成分浓缩的过程。膜分离技术设备与传统的过滤不同在于：膜可以在分子范围内进行选择性地分离，膜的错流式运行工艺可以解决污染堵塞问题，是一种科学先进的分离技术和工艺。膜分离的工艺应用开发需以物料体系特性和工艺要求为基准，结合实验开展科学验证，在解决物料精制难题的同时，还要保证工艺的可行性，并适合于工业化的清洁生产为标准。
苦咸水淡化的膜分离设备技术主要有：电渗析技术、反渗透技术、纳滤技术。我国西部油田几乎都用电渗析法制取生活饮用水。电渗析不能去除水中的有机物和细菌，设备运行能耗大，这使其在苦咸水淡化工程的应用受到限制。苦咸水也可用一级反渗透装置脱盐制得饮用水。反渗透系统淡化苦咸水，其出水水质优于我国饮用水卫生标准。对含高氟、低矿化度苦咸水通过反渗透淡化，出水水质可达到我国饮用水卫生标准。反渗透法比电析法生产成本低，无污染，是苦咸水淡化最经济的方法。纳滤是一种低压反渗透技术，在较低的压力下具有较高的脱盐性能。对特定溶质，尤其是苦咸水的表征离子，具有很好的脱盐效果。对苦咸水较多的西部省区，纳滤将是制取优质饮用水的有效途径。
能量回收装置目前主要用于海水淡化反渗透系统中，能量回收装置将高压浓盐水水流的压力传递给低压新鲜海水水流，这两股水流在转子的内通道中完成压力交换。当高压水注入时，可形成一个几乎无摩擦的水力轴承，在水力轴承里旋转的转子是能量回收装置中唯一的运动部件。能量回收可以视为采用两条平行管道，一条用于通过能量回收装置的高压水流，另一条用于通过低压水流。该装置是一种典型的在高压条件下运行的旋转工业设备。能量回收装置采用压力交换的原理，在相对运动面之间采用了自紧结构的密封技术，且采用的对磨材料摩擦系数低和采用水润滑技术。该能量回收装置能有效将高压浓缩水侧的压力转换为低压进水侧的压力，有效利用系统内的能量，大大降低高浓盐水极限浓缩分离装置的运行能耗。
能量回收装置包括壳体、转子、端盖及两个高压水接口和两个低压水接口。壳体内分为高压水和低压水密封区。转子采用水力润滑轴承，进行自动速度调整。高、低压进流流体流经端盖作用于转子端面和孔道壁面，形成切向力矩驱动转子快速启动并稳定转动，其孔道交替地与高压或低压系统连通。当孔道运转至与高压系统连通时，高压流体进入孔道，孔道内原有的低压流体被加压并排出孔道。当孔道旋转至与低压系统连通时，低压流体重新进入孔道，将做功后已泄压的流体挤出孔道，完成一次压力交换，随着转子旋转，上述压力交换过程循环进行，从而实现压力能的连续回收。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种高浓盐水极限浓缩分离装置及方法，不仅能将高浓盐水处理回用，而且是盐水高倍数的浓缩，最大限度的回收脱盐的净水。净水可回用于其他生产过程，作为脱盐用水的补充水。将高盐水资源进行充分利用。
为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，一种高浓盐水极限浓缩分离装置，包括高浓盐水收集箱、增压泵、加药装置、预处理微米过滤器、高压泵、膜分离装置、内部循环增压泵、回用水箱、浓缩水箱，所述膜分离装置具有一个进水口、一个净水出口、一个浓缩水出口，所述膜分离装置包括第一膜分离装置、第二膜分离装置、第三膜分离装置；高浓盐水收集箱的出水口与增压泵的进水口通过管道相连，预处理微米过滤器的进水口与增压泵的出水口通过管道相连，在预处理微米过滤器和增压泵之间的管道上还并联加药管道，该并联处为加药口，加药管道再连接加药装置，预处理微米过滤器的出水口与高压泵的进水口通过管道相连，高压泵的出水口与第一膜分离装置的进水口通过管道相连，所述第一膜分离装置的浓缩水出口通过管道连接第二膜分离装置的进水口，第二膜分离装置的浓缩水出口通过管道连接内部循环增压泵的进口，内部循环增压泵的出口通过管道连接第三膜分离装置的进水口，所述第一膜分离装置、第二膜分离装置、第三膜分离装置的净水出口均通过管道连接回用水箱，第三膜分离装置的浓缩水出口通过管道连接浓缩水箱。
所述能量回收装置有四个接口，分别为高压区进口，低压区进口，高压区转换后出口，低压区转换后出口；高压泵进水管道有部分高浓盐水进入能量回收装置低压区进口，经过能量转换后由低压区转换后出口通过管道接至高压泵出水口；第三膜分离装置的浓缩水出口通过管道接至能量回收装置的高压区进口，经过能量转换后由高压区转换出口通过管道接至浓缩水箱。
所述加药装置还包括管道混合器，管道混合器设置在预处理微米过滤器和增压泵之间的管道上的加药口后面。
所述高压泵设置变频启动器，且高压泵前后均设有高低压保护开关，高压泵出口设置电动慢开阀门设备。
所述内部循环增压泵进出口设置高低压保护装置，出口设置调节阀门。
为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，一种高浓盐水极限浓缩分离装置的浓缩分离方法，包括以下步骤：
一）、高浓盐水通过进水管线进入高浓盐水收集池，高浓盐水在高浓盐水收集池内进行水量缓冲，水质均匀；
二）、高浓盐水通过增压泵进入预处理微米过滤器，在预处理微米过滤器进口管线的加药装置向管道内加入防止结垢生菌的药剂，经过加药装置后面的管道混合器充分混合均匀；预处理微米过滤器去除水中的悬浮物杂质及细微颗粒；
三）、预处理微米过滤器的出水一部分通过高压泵升压后进入膜分离装置，一部分进入能量回收装置的低压区进水口处；膜分离装置分为三个依次相连接的第一膜分离装置、第二膜分离装置、第三膜分离装置，即分为三段浓缩，第一段浓缩后的浓缩水进入第二段继续浓缩，第二段的浓缩水通过管道连接至内部循环增压泵的入口，经过循环增压后进入第三段继续浓缩分离，其中第一段、第二段、第三段的净水分别收集至回用水箱；
四）、能量回收装置有四个接口，分别为高压区进口，低压区进口，高压区转换后出口，低压区转换后出口，高压泵进水管道有部分高浓盐水进入能量回收装置低压区进口，经过能量转换后由低压区转换后出口通过管道接至高压泵出口管道上；
五）、第三膜分离装置的第三段浓缩水通过管道接至能量回收装置高压区进口，经过能量转换后由高压区转换出口通过管道接至浓缩水箱；
六）、三个膜分离装置将高压泵送入的高浓盐水进行浓缩分离，通过内部循环增压的设计可加大装置的浓缩倍数，提升系统回收率至85%以上；能量回收装置的设计将极限浓缩分离装置的运行成本对比传统浓水回收利用系统降低15%以上。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明使高盐水和净水进行有效的浓缩分离，净水可以回用于生产其他用水，减少了高浓盐水的排放。在节约水资源的同时降低了环境污染，达到了高浓盐水高效率的回收利用。高浓盐水极限浓缩分离的浓缩水可继续蒸发制盐等，达到近零排放。本发明中膜分离装置采用了内部循环增压泵可将高浓盐水回收率提升至85%以上，突破了传统浓水回收利用系统回收率50%的瓶颈。切能量回收的增加可大大降低系统的运行成本。
附图说明
图1为本发明一种高浓盐水极限浓缩分离装置的结构示意图；
图2为本发明一种高浓盐水极限浓缩分离装置的流程图。
图中：1-高浓盐水收集箱；2-增压泵；3-加药装置；4-预处理微米过滤器；5-高压泵；6-膜分离装置；7-内部循环增压泵；8-能量回收装置；9-回用水箱；10-浓缩水箱。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如附图1、图2所示，一种高浓盐水极限浓缩分离装置，包括高浓盐水收集箱1、增压泵2、加药装置3、预处理微米过滤器4、高压泵5、膜分离装置6、内部循环增压泵7、能量回收装置8、回用水箱9及浓缩水箱10。所述高浓盐水收集箱1收集高浓盐水，高浓盐水收集箱1出水口与增压泵2进水口通过管道相连。预处理微米过滤器4进水口与增压泵2出水口通过管道相连，在预处理微米过滤器4的进水管道上留有加药装置3的进药口。预处理微米过滤器4的出水管道与高压泵5进水口相连，高压泵5出水管道与膜分离装置6的入口相连，膜分离装置6的段间设有内部循环增压泵7，膜分离装置6的净水出口出水到回用水箱9，浓缩水出口连接能量回收装置8，能量回收装置8转换后的浓缩水收集至浓缩水箱10。
高压泵的出水口与第一膜分离装置6a的进水口通过管道相连，所述第一膜分离装置的浓缩水出口通过管道连接第二膜分离装置6b的进水口，第二膜分离装置的浓缩水出口通过管道连接内部循环增压泵的进口，内部循环增压泵的出口通过管道连接第三膜分离装置6c的进水口，所述第一膜分离装置、第二膜分离装置、第三膜分离装置的净水出口均通过管道连接回用水箱，第三膜分离装置的浓缩水出口通过管道连接浓缩水箱。
所述加药装置还包括管道混合器，管道混合器设置在预处理微米过滤器和增压泵之间的管道上的加药口后面。
所述高压泵设置变频启动器，且高压泵前后均设有高低压保护开关，高压泵出口设置电动慢开阀门设备。
所述内部循环增压泵进出口设置高低压保护装置，出口设置调节阀门。
还包括能量回收装置，所述能量回收装置采用压力交换的原理，在相对运动面之间采用了自紧结构的密封技术，且采用的对磨材料摩擦系数低和采用水润滑技术。该能量回收装置能有效将高压浓缩水侧的压力转换为低压进水侧的压力，有效利用系统内的能量，大大降低高浓盐水极限浓缩分离装置的运行能耗。
利用一种高浓盐水极限浓缩分离装置处理高浓盐水，包括如下步骤：
一、高浓盐水通过进水管线进入高浓盐水收集池1，高浓盐水在高浓盐水收集池内进行水量缓冲，水质均匀。
二、高浓盐水通过增压泵2进入预处理微米过滤器4，在预处理微米过滤器4进口管线的加药装置3像管道内加入防止结垢生菌的药剂，经过加药装置3后面的管道混合器充分混合均匀。预处理微米过滤器4去除水中的悬浮物杂质及细微颗粒。
三、预处理微米过滤器4的出水一部分通过高压泵5升压后进入膜分离装置6。一部分进入能量回收装置的低压区进水口处。膜分离装置6分为三段浓缩，第一段浓缩后的浓缩水进入第二段继续浓缩，第二段的浓缩水通过管道连接至内部循环增压泵7的入口，经过循环增压后进入第三段继续浓缩分离。三段的净水分别收集至回用水箱9。
四、能量回收装置8有四个接口，分别为高压区进口，低压区进口，高压区转换后出口，低压区转换后出口。高压泵5进水管道有部分高浓盐水进入能量回收装置8低压区进口，经过能量转换后由低压区转换后出口通过管道接至高压泵5出口管道上。
五、膜分离装置6三段浓缩水通过管道接至能量回收装置8高压区进口，经过能量转换后由高压区转换出口通过管道接至浓缩水箱10。
六、膜分离装置6将高压泵5送入的高浓盐水进行浓缩分离，通过内部循环增压7的设计可加大装置的浓缩倍数，提升系统回收率至85%以上。能量回收装置8的设计将极限浓缩分离装置的运行成本对比传统浓水回收利用系统降低15%以上。
高浓盐水极限浓缩分离装置对高浓盐水进行高倍数的浓缩，具有回收率高，运行成本低的特点。能够最大限度地对高浓盐水进行回收利用，极限分离。
在该装置预处理微米过滤器部分增加其他预处理设备、种类等，增加加药种类，膜分离装置修改，改进等，均有可能成为本发明的其他替代方案。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。