CN204550149U - 利用渗透膜技术的海水淡化处理装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种利用渗透膜技术的海水淡化处理装置,该装置包括:一处理容器,该处理容器的容置空间内设置有第一渗透膜组件和位于其上的第二渗透膜组件,第一渗透膜组件为正渗透或反渗透膜组件,第二渗透膜组件为反渗透膜组件,第一、第二渗透膜组件之间形成用于容置工质溶液的空间;处理容器在位于第一膜组件的原料液侧设置有待处理海水入口及浓海水出口,在位于第二膜组件的透过液侧设置有淡水出口;该装置还包括用于控制所述工质溶液形成下部高温区、上部低温区的温度控制***。利用本实用新型的装置,控制工质溶液上下温差,可使得待处理海水中的水分透过第一渗透膜,向上经反渗透膜作用得到淡水。本实用新型操作简便、能耗低。
Description
技术领域
本实用新型是关于一种海水淡化技术,具体而言是关于一种利用渗透膜技术的海水淡化处理装置。
背景技术
淡水资源的日益短缺已经成为全球关注的热点问题,海水淡化作为淡水资源的替代与增量技术,愈来愈受到世界上许多沿海国家的重视。
目前全球海水淡化技术超过20余种,包括反渗透法、低多效、多级闪蒸、电渗析法、压汽蒸馏、露点蒸发法、水电联产、热膜联产以及利用核能、太阳能、风能、潮汐能海水淡化技术等等,以及微滤、超滤、纳滤等多项预处理和后处理工艺。从大的分类来看,主要分为蒸馏法(热法)和膜法两大类,其中低多效蒸馏法、多级闪蒸法和反渗透膜法是全球主流技术。对于海水淡化,能耗是直接决定其成本高低的关键。40多年来,随着技术的提高,海水淡化的能耗指标降低了90%左右(从26.4kwh/m3左右降到2.9kwh/m3左右),成本随之大为降低。成本问题的解决将会对海水淡化的广泛应用及产业化进程产生极大的促进作用。
相较于热驱动过程的蒸馏法而言,反渗透法(Reverse Osmosis,RO)的最大优点是节能。反渗透又称逆渗透,是以压力差为推动力从溶液中分离出溶剂的膜分离操作,在膜的低压侧得到透过的渗透液,高压侧得到浓缩的浓缩液,即,膜的低压侧为透过液侧,高压侧为原料液侧(或称浓缩液侧)。近年来反渗透海水淡化技术发展很快,工程造价和运行成本持续降低。然而,反渗透法需要较高的操作压力(5.6~8.3MPa),往往会增加能耗以及由此引发的膜污染会导致膜寿命缩短,所以反渗透法的水回收率较低,一般仅为30%~50%。此外,反渗透法对设备的耐压要求也较高。
近期有关学者提出了正渗透膜技术(Forward Osmosis,FO),正渗透膜技术是利用膜两侧溶液的渗透压差使得水分子从渗透压较低的一侧透过膜扩散到渗透压较高的一侧,其中具有较低渗透压的一侧溶液为原料液,具有较高渗透压的溶液为汲取液,即,膜的低渗透压为原料液侧(或称浓缩液侧),高渗透压侧为汲取液侧(或称透过液侧)。与反渗透相比,正渗透技术只依靠渗透压,无需外界压力,节能特性更为显著,作为RO技术的补充,具有成为大规模海水淡化新技术的潜力。
CN 202754873 U公开了一种结合了正渗透和反渗透技术的全膜法海水淡化***,其包括:原料液罐、汲取液罐、集水罐、正渗透膜组件、反渗透膜组件、膜蒸馏组件、蠕动泵、高压泵、加热器、冷凝器,其中,蠕动泵将原料液罐内的原料液输入正渗透膜组件的低渗透压侧,汲取液罐中的汲取液进入到正渗透膜组件的高渗透压侧;经正渗透后,采用高压泵对汲取液进行加压,然后输入到反渗透膜组件的高渗透压侧,透过反渗透膜的溶液经加热器加热后输入膜蒸馏组件内,经膜蒸馏,水蒸汽透过膜,经冷凝器冷凝后被集水罐收集。利用该***进行海水淡化处理,以正渗透法和膜蒸馏法分别替代了传统能耗较高的超、纳滤膜和电渗析,有利于降低能量消耗。但该方法工艺仍较为复杂。
实用新型内容
本实用新型的一个目的在于提供一种新颖的利用渗透膜技术的海水淡化处理装置。
为实现上述目的,本实用新型提供了一种利用渗透膜技术的海水淡化处理装置,该海水淡化处理装置包括:
一处理容器,该处理容器的容置空间内设置有第一渗透膜组件和第二渗透膜组件,其中,所述第一渗透膜组件为正渗透膜组件或反渗透膜组件,第二渗透膜组件为反渗透膜组件,所述第二渗透膜组件设置于第一渗透膜组件之上,第一渗透膜组件的透过液侧与第二渗透膜组件的原料液侧之间形成用于容置工质溶液的空间;并且,处理容器在位于第一渗透膜组件的原料液侧设置有待处理海水入口及浓海水出口,在位于第二渗透膜组件的透过液侧设置有淡水出口;
用于控制所述工质溶液在垂直方向形成下部高温区、上部低温区的温度梯度的温度控制***。
当第一渗透膜组件是正渗透膜组件时,利用本实用新型的装置处理海水时,是将待处理海水通入处理容器内正渗透膜组件的原料液侧,作为正渗透膜的原料液,利用所述工质溶液作为正渗透膜的汲取液,通过控制工质溶液上下温差,可使得所述工质溶液在正渗透膜的透过侧具有高于正渗透膜原料液侧的待处理海水的渗透压,在反渗透膜的原料液侧具有高于反渗透膜透过侧的压力,从而,使得待处理海水中的水分透过正渗透膜进入汲取液,经正渗透膜作用后的汲取液向上进一步经反渗透膜作用,其中的水分透过反渗透膜,得到淡水。
当第一渗透膜组件是反渗透膜组件时,利用本实用新型的装置处理海水时,是将待处理海水通入处理容器内第一渗透膜组件的原料液侧,作为第一渗透膜的原料液,通过对待处理海水进行加压,并通过控制工质溶液上下温差,可使得所述工质溶液在第一渗透膜的透过侧压力第一渗透膜原料液侧的待处理海水的压力,在第二渗透膜的原料液侧具有高于第二渗透膜透过侧的压力,从而,使得待处理海水中的水分透过第一渗透膜进入工质溶液,再向上进一步经第二渗透膜作用,其中的水分透过第二渗透膜,得到淡水。
可以理解,本实用新型中,所述第一渗透膜组件与第二渗透膜组件之间形成的用于容置工质溶液的空间是一个相对密闭的空间,本实用新型的海水淡化处理装置运作时,该空间内的流体只允许通过第一渗透膜、第二渗透膜的渗透作用进出该空间。该空间(即第一渗透膜组件与第二渗透膜组件之间)应具有足够的垂直间距,可利用温度控制***(如热泵)控制所述工质溶液在垂直方向形成下部具有较高温度的温度梯度,且利用工质溶液中的溶质的溶解度随温度的变化,使工质溶液在第一渗透膜的透过侧具有高于工质溶液在第二渗透膜组件的原料液侧的浓度。可以理解,其中所述的“较高温度”是指相对于上部工质溶液的温度而言。其中:
当第一渗透膜为正渗透膜时,工质溶液在第一渗透膜的透过侧的浓度与工质溶液在反渗透膜组件的原料液侧的浓度差应足够使得所述工质溶液在第一渗透膜的透过侧具有高于第一渗透膜原料液侧的待处理海水的渗透压、且在反渗透膜的原料液侧具有高于反渗透膜透过侧的压力;换而言之,应使得工质溶液在正渗透膜的透过侧的渗透压远大于海水渗透压与工质溶液在反渗透膜的原料液侧的渗透压之和。
当第一渗透膜为反渗透膜时,可通过对待处理海水加压,使得所述工质溶液在第一渗透膜的原料液侧具有高于第一渗透膜透过液侧的压力、且在第二渗透膜的原料液侧具有高于第二渗透膜透过侧的压力。即,根据本实用新型的具体实施方案,本实用新型的利用渗透膜技术的海水淡化处理装置中,所述第一渗透膜组件为反渗透膜组件,所述海水淡化处理装置还包括对待处理海水进行加压的加压泵。
根据本实用新型的具体实施方案,本实用新型的利用渗透膜技术的海水淡化处理装置中,所述第一渗透膜组件与第二渗透膜组件的垂直间距为1~5m,优选为1~2.5m。
根据本实用新型的具体实施方案,本实用新型的利用渗透膜技术的海水淡化处理装置中,所述温度控制***是指控制所述工质溶液在正渗透膜的透过侧的温度为30~60℃(当第一渗透膜组件为正渗透膜时,优选为40~60℃、更优选为43~47℃;当第一渗透膜组件为反渗透膜时,可为30~40℃)、在反渗透膜组件的原料液侧的温度为1~10℃(优选为5~10℃)的温度控制***。
根据本实用新型的具体实施方案,本实用新型的利用渗透膜技术的海水淡化处理装置中,所述温度控制***为热泵。
根据本实用新型的具体实施方案,本实用新型的利用渗透膜技术的海水淡化处理装置中,所述工质溶液为硝酸钾饱和溶液或磷酸氢二钠饱和溶液。
根据本实用新型的具体实施方案,本实用新型的利用渗透膜技术的海水淡化处理装置中,处理容器的容置空间内,第一渗透膜组件之下为浓海水容置空间,处理容器底部设置浓海水出口;第二渗透膜之上为淡水容置空间,处理容器顶部设置淡水出口。
根据本实用新型的具体实施方案,本实用新型的利用渗透膜技术的海水淡化处理装置中,对所述正渗透膜组件、反渗透膜组件的具体材质和形式无特殊要求,可以采用现有技术中可行的应用于处理海水的正渗透膜组件、反渗透膜组件。优选地,所述正渗透膜组件为板式、卷式、中空纤维式或管式膜组件,正渗透膜组件的正渗透膜为醋酸纤维素正渗透膜、或聚酰胺正渗透膜;所述反渗透膜组件为板式、卷式、中空纤维式或管式膜组件,反渗透膜为醋酸纤维素膜、聚酰肼膜或聚酰胺膜。
根据本实用新型的具体实施方案,本实用新型的利用渗透膜技术的海水淡化处理装置还包括对引出处理容器的浓海水及淡水的能量进行回收利用的能量回收***。回收的能量可用于对进入处理容器前的待处理海水进行加热。所述的能量回收***可以是热交换器。
根据本实用新型的具体实施方案,本实用新型的利用渗透膜技术的海水淡化处理装置中,在容置工质溶液的空间内设置有将淡水与工质溶液进行换热的换热器管道,该管道的上游端连接第二渗透膜组件的透过液侧的淡水出口,下游端从工质溶液下部的高温区引出处理容器。
根据本实用新型的具体实施方案,本实用新型的利用渗透膜技术的海水淡化处理装置还包括回收引出处理容器的浓海水及淡水的能量进行回收利用的能量回收***。所述的能量回收***(包括热交换器等)、换热器管道等的具体设置对于所属领域的技术人员而言均可在阅读本实用新型内容的基础上参照现有技术而轻易确定。
根据本实用新型的具体实施方案,待处理海水可先进行前期预处理后再送入本实用新型的处理容器进行处理。本实用新型的处理容器的出水(淡水)也可根据需要选择性地做进一步的后处理。这些前期预处理、后处理过程均可参照所属领域的现有技术进行。
此外,本实用新型的海水淡化处理装置中,所述处理容器设置有保温夹层。
本实用新型的有益效果:
本实用新型提供了一种利用渗透膜技术的海水淡化处理装置,利用该装置,通过控制工质溶液温度梯度而产生浓度及渗透压差异,使工质溶液作为第一渗透膜的透过液及第二渗透膜的原料液,缩减了传统渗透膜特别是正渗透膜处理海水中汲取液的浓缩回用工艺,工艺简便,能耗低,利于推广应用。
附图说明
图1为本实用新型的利用渗透膜技术的海水淡化处理装置的结构示意图。
图中编号说明:
1处理容器; 10用于容置工质溶液的空间;
11保温夹层; 12浓海水容置空间;
2第一渗透膜组件; 3第二渗透膜组件;
4温度控制***; 41制热端; 42制冷端;
5换热器管道; 6换热器; 7泵。
具体实施方式
下面通过具体实施例并结合附图进一步详细说明本实用新型的技术方案及其特点和应用中所具有的技术效果,但本实用新型并不因此而受到任何限制。
实施例1
请参见图1所示,本实施例提供了一种利用渗透膜技术的海水淡化处理装置,该装置主要包括:处理容器1,该处理容器1的容置空间内设置有第一渗透膜组件2和第二渗透膜组件3,其中,第一渗透膜组件2为正渗透膜组件,第二渗透膜组件3为反渗透膜组件,反渗透膜组件设置于正渗透膜组件之上,正渗透膜组件与反渗透膜组件之间形成用于容置工质溶液的空间10。本实施例中,所述工质溶液为饱和磷酸氢二钠溶液。此外,处理容器1设置有保温夹层11。
本实施例的海水淡化处理装置还包括温度控制***4,该温度控制***用于控制所述工质溶液在垂直方向形成下部具有较高温度的温度梯度。所述温度控制***4优选为热泵。如图所示,热泵的制热端41位于靠近正渗透膜组件的汲取液侧,制冷端42位于靠近反渗透膜组件的原料液侧,可将靠近反渗透膜组件的原料液侧的工质溶液的热量传导到位于靠近正渗透膜组件的汲取液侧的工质溶液。由于工质溶液中磷酸氢二钠的溶解度随温度变化不同,磷酸氢二钠靠近正渗透膜组件的汲取液侧的浓度高于靠近反渗透膜原料液侧的浓度。正渗透膜组件与反渗透膜组件之间具有足够的垂直距离以形成所述的温度梯度和浓度差,优选地,所述垂直距离可以是1~5m。
本实施例的海水淡化处理装置中,所述处理容器内正渗透膜组件下部具有一定的浓海水容置空间12,经正渗透膜处理后的浓海水从该容置空间底部引出处理容器。
本实施例的海水淡化处理装置还包括对引出处理容器的浓海水及淡水的能量进行回收利用的能量回收***;如图所示,从处理容器顶部引出的淡水首先进入设置在处理容器工质溶液空间内的换热器管道5内,与工质溶液进行热交换,被加热后的淡水再与一个三介质换热器6中,与进入处理容器前的待处理海水进行换热;从处理容器底部引出的浓海水也进入三介质换热器6中,与进入处理容器前的待处理海水进行换热。待处理海水利用泵7先进入三介质换热器6中被加热后送入处理容器1。
实施例2
本实施例的利用渗透膜技术的海水淡化处理装置,与实施例1的装置的不同之处在于:其中,第一渗透膜组件2为反渗透膜组件,泵7为高压泵,可以不设置换热器6;其他结构同实施例1。待处理海水利用泵7(高压泵)送入处理容器1,使第一渗透膜组件的原料液侧的压力大于其透过液侧的压力,从而使得待处理海水中的淡水能透过第一渗透膜组件。第一渗透膜组件的透过液侧的温度可为30℃左右。
实施例3
本实施例是利用实施例1的装置进行海水淡化处理的实际应用例,其中,工质溶液为饱和磷酸氢二钠溶液;正渗透膜组件与反渗透膜组件之间的距离为1.5m;所述正渗透膜组件为列管式膜组件(购自厦门鲲扬膜科技有限公司,HTI正渗透膜),正渗透膜与水接触面积1.5m2;所述反渗透膜组件为列管式膜组件,反渗透膜与水接触面积35m2。控制所述工质溶液在正渗透膜的透过侧的温度为44℃,控制工质溶液在反渗透膜组件的原料液侧的温度为10℃。热泵功率83瓦。待处理海水通入速度24cm3/s;浓海水引出速度12cm3/s;淡水出水速度12cm3/s。淡水得率50%。
Claims (10)
1.一种利用渗透膜技术的海水淡化处理装置,其特征在于,该海水淡化处理装置包括:
一处理容器,该处理容器的容置空间内设置有第一渗透膜组件和第二渗透膜组件,其中,所述第一渗透膜组件为正渗透膜组件或反渗透膜组件,第二渗透膜组件为反渗透膜组件,所述第二渗透膜组件设置于第一渗透膜组件之上,第一渗透膜组件的透过液侧与第二渗透膜组件的原料液侧之间形成用于容置工质溶液的空间;并且,处理容器在位于第一渗透膜组件的原料液侧设置有待处理海水入口及浓海水出口,在位于第二渗透膜组件的透过液侧设置有淡水出口;
用于控制所述工质溶液在垂直方向形成下部高温区、上部低温区的温度梯度的温度控制***。
2.根据权利要求1所述的利用渗透膜技术的海水淡化处理装置,其特征在于,所述第一渗透膜组件与第二渗透膜组件的垂直间距为1~5m。
3.根据权利要求1或2所述的利用渗透膜技术的海水淡化处理装置,其特征在于,所述第一渗透膜组件为反渗透膜组件,所述海水淡化处理装置还包括对待处理海水进行加压的加压泵。
4.根据权利要求1或2所述的利用渗透膜技术的海水淡化处理装置,其特征在于,所述温度控制***是指控制所述工质溶液在第一渗透膜的透过侧的温度为30~60℃、在第二渗透膜组件的原料液侧的温度为1~10℃的温度控制***。
5.根据权利要求1或2所述的利用渗透膜技术的海水淡化处理装置,其特征在于,所述温度控制***为热泵;所述工质溶液为硝酸钾饱和溶液或磷酸氢二钠饱和溶液。
6.根据权利要求1所述的利用渗透膜技术的海水淡化处理装置,其特征在于,处理容器的容置空间内,第一渗透膜组件之下为浓海水容置空间,处理容器底部设置浓海水出口;第二渗透膜之上为淡水容置空间,处理容器顶部设置淡水出口。
7.根据权利要求1所述的利用渗透膜技术的海水淡化处理装置,其特征在于,所述正渗透膜组件为板式、卷式、中空纤维式或管式膜组件,正渗透膜组件的正渗透膜为醋酸纤维素正渗透膜、或聚酰胺正渗透膜;所述反渗透膜组件为板式、卷式、中空纤维式或管式膜组件,反渗透膜为醋酸纤维素膜、聚酰肼膜或聚酰胺膜。
8.根据权利要求1所述的利用渗透膜技术的海水淡化处理装置,其特征在于,该海水淡化处理装置还包括对引出处理容器的浓海水及淡水的能量进行回收利用的能量回收***。
9.根据权利要求1所述的利用渗透膜技术的海水淡化处理装置,其特征在于,在容置工质溶液的空间内设置有将淡水与工质溶液进行换热的换热器管道,该管道的上游端连接第二渗透膜组件的透过液侧的淡水出口,下游端从工质溶液下部的高温区引出处理容器。
10.根据权利要求1所述的利用渗透膜技术的海水淡化处理装置,其特征在于,所述处理容器设置有保温夹层。
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CN108479406A (zh) * | 2018-06-19 | 2018-09-04 | 北京电子科技职业学院 | 一种正渗透-膜蒸馏耦合果汁浓缩装置及浓缩方法 |
CN108619915A (zh) * | 2017-03-15 | 2018-10-09 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种气源式热泵太阳能膜蒸馏复合*** |
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