TWI792808B - 逆滲透系統及其操作方法 - Google Patents
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Abstract
一種逆滲透系統，包含泵裝置、第一段逆滲透膜裝置、以及第二段逆滲透膜裝置。第一段逆滲透膜裝置包含至少一第一逆滲透膜元件，且透過第一管路與泵裝置流體連接。泵裝置配置以將待過濾水經由第一管路供給至第一段逆滲透膜裝置。第一段逆滲透膜裝置配置以過濾待過濾水而取出第一滲透水並產生濃縮水。第二段逆滲透膜裝置包含至少一第二逆滲透膜元件，且透過第二管路與第一段逆滲透膜裝置流體連接。第二段逆滲透膜裝置配置以過濾濃縮水而從濃縮水中取出第二滲透水。第一逆滲透膜元件之脫鹽率高於第二逆滲透膜元件之脫鹽率。
Description
本揭露是有關於一種逆滲透技術，且特別是有關於一種可降低能耗之逆滲透系統及其操作方法
經過多年的發展，目前已有許多水淡化技術。逆滲透(reverse osmosis，RO)技術是一種以壓力作為動力的膜分離過濾技術。專利公告號M587656提出一種RO設備，其包含高壓泵、管道、RO系統、與電化學淨水處理電極棒。高壓泵透過管道與RO系統連接。電化學淨水處理電極棒設置於高壓泵與RO系統之間的管道上。與現有技術相比，此RO設備在水源入口處設置的高壓泵和RO系統之間的管道上加了一個電化學淨水處理電極棒，通過電化學淨水處理電極棒的高壓放電，使得RO系統的RO膜不易結垢及滋生細菌。而因RO膜不易結垢及滋生細菌，故可降低RO膜的清洗頻率，而可節省清洗的水費、藥費、及電費，進而可降低成本與延長RO膜的壽命。
然而，此種RO設備需在高壓泵和RO系統之間的管道上安裝電化學淨水處理電極棒，而導致設備成本與占地空間增加，並可能造成操作維護人員感電，且無法達到節能與提升RO產水量的效果。
專利公告號I711585提出一種節能型鹽水淡化系統，其可從鹽水供應源取得鹽水並加以淡化，以產生出淡水。此鹽水淡化系統包括鹽水磁化裝置設置於進水口，且用以將鹽水磁化，以產生磁化鹽水；鹽水過濾裝置耦接鹽水磁化裝置，且用來過濾磁化鹽水；鹽水預加溫裝置耦接鹽水過濾裝置，且用來加熱磁化鹽水，以使磁化鹽水達到中等溫度；鹽水再加溫裝置耦接鹽水預加溫裝置，可加熱磁化鹽水，以使磁化鹽水維持在比較高溫範圍；霧化裝置耦接鹽水再加溫裝置，且用來將具有較高溫的磁化鹽水霧化成混合霧；以及冷凝裝置耦接霧化裝置，用來從混合霧中萃取出淡水。冷凝裝置所需的冷凝水是從鹽水供應源抽取的鹽水。
然而，此種鹽水淡化系統需串接數個加溫裝置，並利用熱能將鹽水加熱至較高溫度，導致能源耗用相當高。此外，加熱裝置的材質必須兼具抗腐蝕與耐高溫，因此設備的建置成本亦相當高。故，此系統並無法達到節能與降低產水成本的效果。
專利公告號I704221提出一種逆滲透膜之洗淨液、及洗淨方法。逆滲透膜之洗淨液具有藉由洗淨而抑制RO膜的阻擋率降低之效果的洗淨劑，係包含鹼性或
疏水性胺基酸、含有此等胺基酸當作構成胺基酸(constituent amino acid)的胜肽或其衍生物作為膜的保護劑。此洗淨液亦可包含選自由鹼劑、結合氯劑及氧化劑所成之群組的1種或2種以上。作為胺基酸，較佳為精胺酸、離胺酸、苯基丙胺酸。由稀釋有此洗淨劑的水溶液所成之洗淨液。
此技術利用自製配方之RO膜洗淨液，於RO膜嚴重阻塞而阻擋率降低後，藉由清洗的方式來回復RO膜的效能。然而，RO膜經常清洗會容易導致不可逆的傷害，導致效能持續下降。此外，此技術並不具備節能與降低成本之功效。
專利公開號CN112076633A提出一種反滲透膜及其製備方法。此反滲透膜包含聚醯胺微孔層。反滲透膜包含聚烯烴隔膜。聚烯烴隔膜與聚醯胺微孔層複合。聚烯烴隔膜上表面與下表面之孔徑不相等。聚烯烴隔膜之上表面孔徑為D1，下表面孔徑為D2，3
D2/D1
10。聚烯烴隔膜之上表面孔徑D1為10nm至15nm。聚烯烴隔膜下表面孔徑D2為50nm至100nm。此技術通過兩面孔徑不對稱的多層級烯烴隔膜代替聚碸、無紡布，可將反滲透膜厚度減小到30nm以下，藉此可提高水通量，且操作過程簡單、節能。熱處理製程階段提供了三種方法，在成本和運行效率上有所優化。而且，此技術所製備的反滲透膜除了應用於海水淡化領域外，還可以適用於汙水處理、非水液體過濾等領域。
此技術透過自製設計的RO膜來達到節能的功效。然而，此RO膜與主流RO膜的結構不同，造成製作成本高，使用上不利於降低成本。
專利公開號CN111760460A提出一種電解銅箔中水回用RO膜的清洗組合配方及其清洗工藝，其清洗組合配方包含鹼性清洗液和酸性清洗液；鹼性清洗液包含第一清洗液、第二清洗液、第三清洗液以及第七清洗液；酸性清洗液包含第四清洗液、第五清洗液以及第六清洗液。通過將第一清洗液、第二清洗液、第三清洗液、第四清洗液、第五清洗液、第六清洗液和第七清洗液依次對RO膜進行清洗，能夠有效清除RO膜內的有機膠體、大分子有機物、小分子有機物、細菌、無機鹽結垢、懸浮物及藻類、有機鹽結垢，疏通RO膜膜孔，恢復RO膜正常的產水量，增加了RO膜的使用壽命，提高了RO膜的使用率，進而降低了使用成本。
此技術利用自製設計之RO膜清洗組合配方來達到恢復RO膜產水量，增加RO膜之使用壽命的功效。然，此技術無法達到節能。甚至因此技術總共使用七種清洗液，造成清洗步驟複雜化，且清洗時間拉長，導致整體產水量下降，操作成本提高，而無法達到降低成本的功效。
因此，本揭露之一目的就是在提供一種逆滲透系
統及其操作方法，其第一段逆滲透膜裝置與第二段逆滲透膜裝置分別採用低滲透性逆滲透膜元件與高滲透性逆滲透膜元件，藉此可有助於減少二段逆滲透膜元件上的流動不平衡。
本揭露之另一目的是在提供一種逆滲透系統及其操作方法，其第一段使用較低滲透性的逆滲透膜元件，因此可在過濾時間內減少第一段之逆滲透膜元件上的膠體積垢，緩和滲透通量下降的現象，而可提升第一段之逆滲透膜元件壽命期間的操作通量均勻性提升。而第二段使用較高滲透性的逆滲透膜元件可獲得更大的通量，因此可降低能源耗用，降低成本。
根據本揭露之上述目的，提出一種逆滲透系統。此逆滲透系統包含泵裝置、第一段逆滲透膜裝置、以及第二段逆滲透膜裝置。第一段逆滲透膜裝置包含至少一第一逆滲透膜元件。第一段逆滲透膜裝置透過第一管路與泵裝置流體連接。泵裝置配置以將待過濾水經由第一管路供給至第一段逆滲透膜裝置。第一段逆滲透膜裝置配置以過濾待過濾水而取出第一滲透水並產生濃縮水。第二段逆滲透膜裝置包含至少一第二逆滲透膜元件。第二段逆滲透膜裝置透過第二管路與第一段逆滲透膜裝置流體連接。第二段逆滲透膜裝置配置以過濾濃縮水而從濃縮水中取出第二滲透水。第一逆滲透膜元件之脫鹽率高於第二逆滲透膜元件之脫鹽率。
依據本揭露之一實施例，在氯化鈉濃度
2000ppm，操作壓力225psi，溫度25℃，pH8，且回收率15%的測試條件下，上述之第一逆滲透膜元件之脫鹽率為99.5%以上。
依據本揭露之一實施例，在氯化鈉濃度2000ppm，操作壓力125psi，溫度25℃，pH7，且回收率15%的測試條件下，上述之第二逆滲透膜元件之脫鹽率為98.0%以上。
依據本揭露之一實施例，上述之第一逆滲透膜元件的數量為1至7。
依據本揭露之一實施例，上述之第二逆滲透膜元件的數量為1至7。
依據本揭露之一實施例，上述之第一逆滲透膜元件與第二逆滲透膜元件之長度為4英吋或8英吋。
依據本揭露之一實施例，上述之逆滲透系統為二段式逆滲透系統。
根據本揭露之上述目的，另提出一種逆滲透系統之操作方法。逆滲透系統包含泵裝置、第一段逆滲透膜裝置透過第一管路與泵裝置流體連接、以及第二段逆滲透膜裝置透過第二管路與第一段逆滲透膜裝置流體連接。在此方法中，利用泵裝置透過第一管路將待過濾水供給至第一段逆滲透膜裝置。利用第一段逆滲透膜裝置過濾待過濾水，以取出第一滲透水，並產生濃縮水，其中第一段逆滲透膜裝置包含至少一第一逆滲透膜元件。透過第二管路將濃縮水輸送至第二段逆滲透膜裝置。利用第
二段逆滲透膜裝置過濾濃縮水，以從濃縮水中取出第二滲透水，其中第二段逆滲透膜裝置包含至少一第二逆滲透膜元件。利用第一段逆滲透膜裝置過濾待過濾水之滲透性低於利用第二段逆滲透膜裝置過濾濃縮水之滲透性。
依據本揭露之一實施例，在氯化鈉濃度2000ppm，操作壓力225psi，溫度25℃，pH8，且回收率15%的測試條件下，上述之第一逆滲透膜元件之脫鹽率為99.5%以上。在氯化鈉濃度2000ppm，操作壓力125psi，溫度25℃，pH7，且回收率15%的測試條件下，上述之第二逆滲透膜元件之脫鹽率為98.0%以上。
依據本揭露之一實施例，上述之第一逆滲透膜元件的數量為1至7，且第二逆滲透膜元件的數量為1至7。
100:逆滲透系統
110:泵裝置
120:第一段逆滲透膜裝置
122:第一逆滲透膜元件
130:第二段逆滲透膜裝置
132:第二逆滲透膜元件
140:第一管路
140a:端
140b:端
150:待過濾水
152:第一滲透水
154:濃縮水
156:第二滲透水
158:濃縮水
160:第二管路
160a:端
160b:端
170:第三管路
180:第四管路
190:儲水容器
200:步驟
210:步驟
220:步驟
230:步驟
為讓本揭露之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：〔圖1〕係繪示依照本揭露之一實施方式的一種逆滲透系統的裝置示意圖；〔圖2〕係繪示依照本揭露之一實施方式的一種逆滲透系統之操作方法的流程示意圖；
〔圖3〕係繪示第一次模場試驗之逆滲透進水導電度對時間的變化趨勢圖；〔圖4〕係繪示第二次模場試驗之逆滲透進水導電度對時間的變化趨勢圖；〔圖5〕係繪示經二套逆滲透模場之第一次試驗後之產水導電度的變化趨勢圖；〔圖6〕係繪示經二套逆滲透模場之第二次試驗後之產水導電度的變化趨勢圖；〔圖7〕係繪示經二套逆滲透模場之第一次試驗後之逆滲透脫鹽率的變化趨勢圖；〔圖8〕係繪示經二套逆滲透模場之第二次試驗後之逆滲透脫鹽率的變化趨勢圖；〔圖9〕係繪示二套逆滲透模場之第一次試驗下之第一段逆滲透進流壓力的變化趨勢圖；〔圖10〕係繪示二套逆滲透模場之第二次試驗下之第一段逆滲透進流壓力的變化趨勢圖；〔圖11〕係繪示二套逆滲透模場之第一次試驗下之第二段逆滲透進流壓力的變化趨勢圖；〔圖12〕係繪示二套逆滲透模場之第二次試驗下之第二段逆滲透進流壓力的變化趨勢圖；〔圖13〕係繪示二套逆滲透模場之第一次試驗下之第一段逆滲透壓差的變化趨勢圖；〔圖14〕係繪示二套逆滲透模場之第二次試驗下之第一段逆滲透壓差的變化趨勢圖；
〔圖15〕係繪示二套逆滲透模場之第一次試驗下之第二段逆滲透壓差的變化趨勢圖；〔圖16〕係繪示二套逆滲透模場之第二次試驗下之第二段逆滲透壓差的變化趨勢圖；〔圖17〕係繪示二套逆滲透模場之第一次試驗下之電表數值累積的變化趨勢圖；以及〔圖18〕係繪示二套逆滲透模場之第二次試驗下之電表數值累積的變化趨勢圖。
有鑑於習知逆滲透產水技術均無法達到節能以及有效降低產水成本，本揭露在此提出一種逆滲透系統及其操作方法，其以低滲透性逆滲透膜與高滲透性逆滲透膜分別作為第一段逆滲透的膜元件與第二段逆滲透的膜元件。藉此，可改善第一段逆滲透膜元件與第二段逆滲透膜元件中的流動不平衡，並可降低能源耗用，且可降低產水成本。
請參照圖1，其係繪示依照本揭露之一實施方式的一種逆滲透系統的裝置示意圖。在一些例子中，逆滲透系統100為二段式逆滲透系統。逆滲透系統100主要可包含泵裝置110、第一段逆滲透膜裝置120、以及第二段逆滲透膜裝置130。逆滲透系統100更包含第一管路140，泵裝置110可透過第一管路140與第一段逆滲透膜裝置120連體連通。舉例而言，第一管路140之一
端140a可設置在泵裝置110上，第一管路140之另一端140b可設置在第一段逆滲透膜裝置120上，以流體連接泵裝置110與第一段逆滲透膜裝置120。泵裝置110可配置來抽取待過濾水150，並將所抽取之待過濾水150透過第一管路140而供給至第一段逆滲透膜裝置120。泵裝置110可例如為高壓泵。
第一段逆滲透膜裝置120可透過第一管路140接收泵裝置110所供應之待過濾水150。第一段逆滲透膜裝置120過濾待過濾水150，而從帶過濾水150中取出第一滲透水152，並產生濃縮水154。第一段逆滲透膜裝置120包含至少一個第一逆滲透膜元件122。舉例而言，第一段逆滲透膜裝置120所包含之第一逆滲透膜元件122的數量為1個至7個。在一些示範例子中，第一逆滲透膜元件122之長度為4英吋或8英吋。
第一逆滲透膜元件122為低滲透性逆滲透膜元件，即高脫鹽率逆滲透膜元件。在一些例子中，於氯化鈉濃度2000ppm，操作壓力225psi，溫度25℃，pH8，且回收率15%的測試條件下，第一逆滲透膜元件122之脫鹽率可達99.5%以上。
於第一段逆滲透處理時採用低滲透性高脫鹽率的第一逆滲透膜元件122，可在過濾時間內減少第一逆滲透膜元件122上的膠體積垢，而可緩和滲透通量下降的情況。藉此，可提升第一逆滲透膜元件122在其壽命期間之操作通量的均勻性。
逆滲透系統100更可包含第二管路160。第一段逆滲透膜裝置120可透過第二管路160與第二段逆滲透膜裝置130流體連接。也就是說，第二管路160之一端160a與第一段逆滲透膜裝置120接合，第二管路160之另一端160b則與第二段逆滲透膜裝置130接合，以流體連接第一段逆滲透膜裝置120與第二段逆滲透膜裝置130。在一些例子中，泵裝置110除了可將所抽取之待過濾水150供給至第一段逆滲透膜裝置120外，更可進一步將第一段逆滲透膜裝置120所產出之濃縮水154泵送至第二段逆滲透膜裝置130。
第二段逆滲透膜裝置130可過濾濃縮水154，而從濃縮水154中取出第二滲透水156，並排出更為濃縮之另一濃縮水158。第二段逆滲透膜裝置130包含至少一個第二逆滲透膜元件132。舉例而言，第二段逆滲透膜裝置130包含1個至7個第二逆滲透膜元件132。第一逆滲透膜元件122與第二逆滲透膜元件130之數量可彼此相同，或可不同。在一些示範例子中，第二逆滲透膜元件132之長度為4英吋或8英吋。
在一些例子中，逆滲透系統100更可包含儲水容器190。在一些示範例子中，第一段逆滲透膜裝置120所取出之第一滲透水152，以及第二段逆滲透膜裝置130所取出之第二滲透水156可分別透過第三管路170與第四管路180而流至儲水容器190中。也就是說，第三管路170流體連接第一段逆滲透膜裝置120與儲水容
器190，第四管路180流體連接第二段逆滲透膜裝置130與儲水容器190。
第二逆滲透膜元件132為高滲透性逆滲透膜元件，即低脫鹽率逆滲透膜元件。在本實施方式中，第一逆滲透膜元件122之脫鹽率高於第二逆滲透膜元件132之脫鹽率。換言之，第一逆滲透膜元件122之滲透性低於第二逆滲透膜元件132之滲透性。在一些例子中，於氯化鈉濃度2000ppm，操作壓力125psi，溫度25℃，pH7，且回收率15%的測試條件下，第二逆滲透膜元件132之脫鹽率為98.0%以上。
於第二段逆滲透處理時採用高滲透性低脫鹽率的第二逆滲透膜元件132，高滲透壓的第二段逆滲透處理可透過高滲透性的逆滲透膜而獲得更大的通量。藉此，可減少能源耗用，降低產水成本。此外，第一段逆滲透膜裝置120採低滲透性逆滲透膜，而第二段滲透膜裝置130採高滲透性逆滲透膜，可有助於減少這兩段逆滲透膜上的流動不平衡。
請參照圖2，且一併參照圖1，其中圖2係繪示依照本揭露之一實施方式的一種逆滲透系統之操作方法的流程示意圖。操作如圖1所示之逆滲透系統100時，可先進行步驟200，以利用泵裝置110而透過第一管路140來將待過濾水150泵送供給至第一段逆滲透膜裝置120。
接下來，可進行步驟210，以對待過濾水150
進行第一段逆滲透處理。在第一段逆滲透處理中，利用第一段逆滲透膜裝置120接收待過濾水150，並利用第一段逆滲透膜裝置120之第一逆滲透膜元件122來過濾待過濾水150，藉以從待過濾水150中取出第一滲透水152。待過濾水150經過濾而從中取出第一滲透水152後，剩餘的部分成為濃縮水154。由於第一逆滲透膜元件122為低滲透性高脫鹽率的逆滲透膜元件，因此第一段逆滲透處理對待過濾水150係採低滲透性的逆滲透過濾處理。藉此，可減少第一逆滲透膜元件122上的膠體積垢，而可緩和滲透通量下降的情況。
接著，可進行步驟220，以透過第二管路160將濃縮水154輸送至第二段逆滲透膜裝置130。輸送濃縮水154至第二段逆滲透膜裝置130時，可利用泵裝置110所提供的泵送力來輸送濃縮水154。
隨後，可進行步驟230，以對濃縮水154進行第二段逆滲透處理。在第二段逆滲透處理中，利用第二段逆滲透膜裝置130接收濃縮水154，並利用第二段逆滲透膜裝置130之第二逆滲透膜元件132來過濾濃縮水154，藉以從濃縮水154中取出第二滲透水156。濃縮水154經再次過濾而從中取出第二滲透水156後，剩餘的部分成為更為濃縮之另一濃縮水158而排出。
第二逆滲透膜元件132為高滲透性低脫鹽率的逆滲透膜元件。在本實施方式中，第一逆滲透膜元件122之脫鹽率高於第二逆滲透膜元件132之脫鹽率，而第一
逆滲透膜元件122之滲透性低於第二逆滲透膜元件132之滲透性。因此，利用第一段逆滲透膜裝置120過濾待過濾水150時之滲透性低於利用第二段逆滲透膜裝置130過濾濃縮水154之滲透性。由於第二段逆滲透處理對濃縮水154採高滲透性的逆滲透過濾處理，因此可減少能源耗用，並可降低產水成本。
為了減少第一段逆滲透處理與第二段逆滲透處理中逆滲透元件中的流動不平衡，在此利用模場研究而採用本揭露實施方式的設計，藉以研究此設計對逆滲透系統的影響。
在A套模場之比較例中，第一段逆滲透裝置安裝有二支高脫鹽率4英吋逆滲透膜元件，第二段逆滲透裝置則安裝有一支同樣的高脫鹽率4英吋逆滲透膜元件。另一方面，在B套模場的實施例中，第一段逆滲透裝置並聯安裝有二支與A套模場相同之高脫鹽率4英吋逆滲透膜元件，第二段逆滲透裝置則改安裝一支高滲透性4英吋逆滲透膜元件。利用A套模場與B套模場來比較有無應用本揭露之設計條件下，逆滲透系統的整體表現。二套逆滲透模場之初始進水量與產水量均控制在1.5m3/h與0.26m3/h，水回收率皆為17.3%左右。此外，為加速試驗進行，同時運轉二套逆滲透模場，並進行二重複試驗。
請參照圖3與圖4，其係分別繪示第一次模場試驗與第二次模場試驗之逆滲透進水導電度對時間的變化
趨勢圖。第一次模場試驗與第二次模場試驗之平均值及標準偏差分別為5173±347μS/cm與4762±269μS/cm，二者有些微差距。然，由於A套模場與B套模場於第一次試驗與第二次試驗皆同時運轉，因此進水導電度的差異可忽略，並可視為同一基準。此外，模場之逆滲透進水導電度較高，亦可符合模場加速試驗的需求。
請參照圖5至圖8，其中圖5與圖6係分別繪示經二套逆滲透模場之第一次試驗與第二次試驗後之產水導電度的變化趨勢圖，圖7與圖8係分別繪示經二套逆滲透模場之第一次試驗與第二次試驗後之逆滲透脫鹽率的變化趨勢圖。由圖5至圖8可看出，二重複試驗的結果皆顯示，比較例之A套模場之產水導電度與脫鹽率均優於實施例之B套模場。A套模場於第一次試驗與第二次試驗之產水導電度分別為89±24μS/cm與69±11μS/cm，脫鹽率分別為98.28±0.45%與98.54±0.23%。B套模場於第一次試驗與第二次試驗之產水導電度分別為106±10μS/cm與76±12μS/cm，脫鹽率分別為97.9±0.23%與98.4±0.21%。
發明人經研究分析後認為，造成此差異的主要原因在於採用本揭露之設計的B套逆滲透模場的第二段逆滲透裝置安裝的是高滲透性、高通量但脫鹽率相對較差的逆滲透膜元件，雖可獲得更大的通量，而可降低進水壓力與比能耗(SEC)。然而，實施例的設計基於逆滲透
性能的折衷，即在逆滲透產水質量與比能耗之間，於第二段逆滲透處理採用高通量逆滲透膜元件時的產水質量，肯定較安裝高脫鹽率之逆滲透膜元件的比較例差。但，圖5與圖6之數據顯示，A套逆滲透模場與B套逆滲透模場之產水導電度均符合50μS/cm至150μS/cm的規範。因此，應用本揭露之實施例的設計可在產水品質符合使用者之要求下，進一步降低能耗，並平衡第一段逆滲透系統與第二段逆滲透系統之產水通量。
請參照圖9至圖12，其中圖9與圖10係分別繪示二套逆滲透模場之第一次試驗與第二次試驗下之第一段逆滲透進流壓力的變化趨勢圖，圖11與圖12係分別繪示二套逆滲透模場之第一次試驗與第二次試驗下之第二段逆滲透進流壓力的變化趨勢圖。由於B套逆滲透模場的第二段逆滲透處理採用高滲透性、高通量之逆滲透膜元件，因此B套逆滲透模場之第二段逆滲透處理的產水量較A套逆滲透模場之第二段逆滲透處理的產水量高。如此一來，在同樣的逆滲透系統總產水量的條件下，B套逆滲透模場之第一段逆滲透處理的產水負擔變小。因此，B套逆滲透模場之第一段與第二段逆滲透進流壓力皆比A套逆滲透模場低。
在第一次試驗下，A套逆滲透模場之第一段進水壓力與第二段進水壓力之平均值及標準偏差分別為5.16±0.36kg/cm2與4.6±0.34kg/cm2。而在第一次試驗下，B套逆滲透模場之第一段進水壓力與第二段進
水壓力之平均值及標準偏差分別為4.61±0.28kg/cm2與4.1±0.31kg/cm2。在第二次試驗下，A套逆滲透模場之第一段進水壓力與第二段進水壓力之平均值及標準偏差分別為5.72±0.28kg/cm2與4.82±0.37kg/cm2。在第二次試驗下，B套逆滲透模場之第一段進水壓力與第二段進水壓力之平均值及標準偏差分別為5.37±0.42kg/cm2與4.46±0.34kg/cm2。A套逆滲透模場之第一段進水壓力較B套逆滲透模場之第一段進水壓力平均高約6%至12%，A套逆滲透模場之第二段進水壓力較B套逆滲透模場之第二段進水壓力平均高約8%至12%。此結果顯示應用本實施例之設計確實具有平衡第一段與第二段逆滲透產水通量與節能的效果。
在壓差方面，請參照圖13至圖16，其中圖13與圖14係分別繪示二套逆滲透模場之第一次試驗與第二次試驗下之第一段逆滲透壓差的變化趨勢圖，圖15與圖16係分別繪示二套逆滲透模場之第一次試驗與第二次試驗下之第二段逆滲透壓差的變化趨勢圖。壓差即水通過壓力容器(PV)與逆滲透膜所消耗的壓力能。在第一次試驗下，A套逆滲透模場之第一段逆滲透壓差與第二段逆滲透壓差之平均值及標準偏差分別為0.56±0.13kg/cm2與1.28±0.35kg/cm2。在第一次試驗下，B套逆滲透模場之第一段逆滲透壓差與第二段逆滲透壓差之平均值及標準偏差分別為0.5±0.14kg/cm2與1.28±0.35kg/cm2。而在第二次
試驗下，A套逆滲透模場之第一段逆滲透壓差與第二段逆滲透壓差之平均值及標準偏差分別為0.9±0.38kg/cm2與1.42±0.13kg/cm2。在第二次試驗下，B套逆滲透模場之第一段逆滲透壓差與第二段逆滲透壓差之平均值及標準偏差分別為0.91±0.38kg/cm2與1.42±0.15kg/cm2。
根據圖13至圖16，A套逆滲透模場與B套逆滲透模場之第一段與第二段逆滲透處理的壓差差異不大。這樣的結果顯示不管第二段逆滲透裝置是否安裝高滲透性、高通量逆滲透膜元件，對於第一段與第二段逆滲透處理之壓差影響較小。這也表示高滲透性、高通量逆滲透膜元件確實可在相近的能耗下，產出較多的逆滲透產水，符合商業化產品的特性。
請參照圖17與圖18，其係分別繪示二套逆滲透模場之第一次試驗與第二次試驗下之電表數值累積的變化趨勢圖。A套逆滲透模場在第一次試驗與第二次試驗下的電力消耗累積趨勢線的斜率分別為0.0726與0.0781。B套逆滲透模場在第一次試驗與第二次試驗下的電力消耗累積趨勢線的斜率較低，分別為0.0719與0.0775。此結果顯示單位時間之能耗，A套逆滲透模場大於B套逆滲透模場。差異不大的主要原因在於模場的壓力容器為配合流量不要太大，均只能設計為安裝單支逆滲透膜管，一套逆滲透模場總共安裝3支逆滲透膜管。然而，實際上的逆滲透系統的壓力容器設計為能夠安裝6
支至7支逆滲透膜管。這樣的逆滲透膜管數量的差異，可放大本揭露之實施例的節能優點。
由上述之實施方式可知，本揭露之一優點就是因為本揭露之逆滲透系統及其操作方法之第一段逆滲透膜裝置與第二段逆滲透膜裝置分別採用低滲透性逆滲透膜元件與高滲透性逆滲透膜元件，藉此可有助於減少二段逆滲透膜元件上的流動不平衡。
本揭露之另一優點就是因為本揭露之逆滲透系統及其操作方法，其第一段使用較低滲透性的逆滲透膜元件，因此可在過濾時間內減少第一段之逆滲透膜元件上的膠體積垢，緩和滲透通量下降的現象，而可提升第一段之逆滲透膜元件壽命期間的操作通量均勻性提升。而第二段使用較高滲透性的逆滲透膜元件可獲得更大的通量，因此可降低能源耗用，降低成本。
雖然本揭露已以實施例揭示如上，然其並非用以限定本揭露，任何在此技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100:逆滲透系統
110:泵裝置
120:第一段逆滲透膜裝置
122:第一逆滲透膜元件
130:第二段逆滲透膜裝置
132:第二逆滲透膜元件
140:第一管路
140a:端
140b:端
150:待過濾水
152:第一滲透水
154:濃縮水
156:第二滲透水
158:濃縮水
160:第二管路
160a:端
160b:端
170:第三管路
180:第四管路
190:儲水容器
Claims (7)
- 一種逆滲透系統，包含：一泵裝置；一第一段逆滲透膜裝置，包含至少一第一逆滲透膜元件，其中該第一段逆滲透膜裝置透過一第一管路與該泵裝置流體連接，且該泵裝置配置以將一待過濾水經由該第一管路供給至該第一段逆滲透膜裝置，該第一段逆滲透膜裝置配置以過濾該待過濾水而取出一第一滲透水並產生一濃縮水，其中在氯化鈉濃度2000ppm，操作壓力225psi，溫度25℃，pH8，且回收率15%的測試條件下，該至少一第一逆滲透膜元件之該脫鹽率為99.5%以上；以及一第二段逆滲透膜裝置，包含至少一第二逆滲透膜元件，其中該第二段逆滲透膜裝置透過一第二管路與該第一段逆滲透膜裝置流體連接，且該第二段逆滲透膜裝置配置以過濾該濃縮水而從該濃縮水中取出一第二滲透水，其中在氯化鈉濃度2000ppm，操作壓力125psi，溫度25℃，pH7，且回收率15%的測試條件下，該至少一第二逆滲透膜元件之該脫鹽率為98.0%以上，其中該至少一第一逆滲透膜元件之一脫鹽率高於該至少一第二逆滲透膜元件之一脫鹽率。
- 如請求項1所述之逆滲透系統，其中該至少一第一逆滲透膜元件的數量為1至7。
- 如請求項1所述之逆滲透系統，其中該至少一第二逆滲透膜元件的數量為1至7。
- 如請求項1所述之逆滲透系統，其中該至少一第一逆滲透膜元件與該至少一第二逆滲透膜元件之長度為4英吋或8英吋。
- 如請求項1所述之逆滲透系統，其中該逆滲透系統為二段式逆滲透系統。
- 一種逆滲透系統之操作方法，其中該逆滲透系統包含一泵裝置、一第一段逆滲透膜裝置透過一第一管路與該泵裝置流體連接、以及一第二段逆滲透膜裝置透過一第二管路與該第一段逆滲透膜裝置流體連接，該逆滲透系統之操作方法包含：利用該泵裝置透過該第一管路將一待過濾水供給至該第一段逆滲透膜裝置；利用該第一段逆滲透膜裝置過濾該待過濾水，以取出一第一滲透水，並產生一濃縮水，其中該第一段逆滲透膜裝置包含至少一第一逆滲透膜元件；透過該第二管路將該濃縮水輸送至該第二段逆滲透膜裝置；以及利用該第二段逆滲透膜裝置過濾該濃縮水，以從該濃縮水中取出一第二滲透水，其中該第二段逆滲透膜裝置包含 至少一第二逆滲透膜元件，其中利用該第一段逆滲透膜裝置過濾該待過濾水之一滲透性低於利用該第二段逆滲透膜裝置過濾該濃縮水之一滲透性，其中在氯化鈉濃度2000ppm，操作壓力225psi，溫度25℃，pH8，且回收率15%的測試條件下，該至少一第一逆滲透膜元件之一脫鹽率為99.5%以上；以及在氯化鈉濃度2000ppm，操作壓力125psi，溫度25℃，pH7，且回收率15%的測試條件下，該至少一第二逆滲透膜元件之一脫鹽率為98.0%以上。
- 如請求項6所述之逆滲透系統之操作方法，其中該至少一第一逆滲透膜元件的數量為1至7，且該至少一第二逆滲透膜元件的數量為1至7。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20210379531A1 (en) * | 2020-06-03 | 2021-12-09 | Doosan Heavy Industries & Construction Co., Ltd. | Reverse osmosis system and seawater desalination system having the same |
| CN111646605A (zh) * | 2020-06-08 | 2020-09-11 | 苏州晟德水处理有限公司 | 一种二级反渗透和edi组合的除盐***及水处理*** |
| CN112062222A (zh) * | 2020-11-12 | 2020-12-11 | 苏州普希环保科技有限公司 | 一种高浓盐水降压浓缩*** |
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