一种压力延迟渗透/反渗透组合式脱盐方法

摘要

本发明公开了一种压力延迟渗透/反渗透组合式脱盐方法，步骤为：经预处理的污水流U加压后分别输入第一和第二压力延迟渗透装置；经预处理的海水流A加压后进入第一压力延迟渗透装置，并输出D、E、F三股水流；水流D先输入第一能量回收装置吸收能量，再输入第一增压泵增压；水流E输入第二增压泵增压；水流F先输入第二能量回收装置吸收能量，再输入第三增压泵增压；三水流汇合输入高压膜组件；膜组件输出的浓盐水流P输入第二能量回收装置释放能量，再输入第四增压泵增压，输入第二压力延迟渗透装置，最终输入第一能量回收装置释放能量；膜组件输出产水处理后供使用。本发明提高了能量利用率，降低能耗，节约淡化成本、削减了浓盐水排放负荷。

说明书

技术领域

本发明属于脱盐领域，具体地涉及一种压力延迟渗透/反渗透组合式脱盐方法。

背景技术

日益增长的用水需求、渐趋常态的气侯干旱和持续恶化的水环境造成了淡水资源的严 重短缺，开发非常规水源，正被世界各国放在重要地位进行研究并已付诸实践。随着我国 经济社会的迅速发展，非常规水源的利用已经受到社会各界的广泛关注。对于沿海城市及海 岛地区，非常规水源的开发利用主要包括海水淡化、污水回用和雨水利用三方面。由于近年 来世界很多地区都出现了不同程度的气侯异常变化，导致当地降水量显著下降，雨水利用 受到限制，由此，海水淡化和污水回用成为最可行，也是最可靠的可持续水增量方法。

地球表面70.8％的面积被水覆盖，其中97.5％的水资源是无法直接饮用的海水，因此通过 淡化海水的方法得到淡水资源是一种战略选择。目前，海水淡化在世界范围内获得了广泛应 用，很多沿海国家和地区都相继建设了一大批海水淡化工程。据国际脱盐协会(IDA)的最 新统计：全球淡化装机容量在过去5年内以平均每年12％的速度增长，2010年底全球淡化产水 规模已达65×10⁶m³/d，基于各国官方统计数据和用水供需情况分析，到2015年全球淡化产水 将达到98×10⁶m³/d。

海水淡化方法有很多种，现今已经商业化的主要有以下三种海水淡化技术：反渗透、多 效蒸馏和多级闪蒸。虽然海水淡化有不同的工艺可供选择，但海水淡化本质上是一种“能源密 集型工业过程”，淡化过程需要消耗大量能源，已经运行的海水淡化工程多局限于能源相对便 宜或储量比较充裕的地区。因此，为了促进海水淡化的可持续发展，需要找出进一步降低海 水淡化能耗和成本的解决方案。此外，海水淡化过程会产生大量浓盐水，将浓盐水直接排放 入海不仅会对海洋环境造成不利影响，还会造成资源的浪费，如何减弱或消除浓盐水对环境 的影响并对其加以合理利用也是海水淡化今后重点关注的方向之一。

污水回用指的是城市污水经处理设施深度净化处理，达到特定用水水质标准后进行回收 利用的过程。污水回用分饮用型水回用和非饮用型水回用两种。非饮用型水回用目前已被广 泛接受，饮用型水回用也在逐步获得公众的认可，而且在可预见的将来会得到更加广泛的应 用。

在膜分离技术领域，反渗透、正渗透和压力延迟渗透都是基于半透膜选择透过性原理的 膜过程。正渗透过程中水分子从选择性透过膜水化学势高的一侧扩散到水化学势低的一侧； 反渗透过程以高于渗透压的压力作为推动力，利用选择性透过膜将溶剂与溶液中的其它组分 进行分离；压力延缓渗透是正渗透和反渗透的中间过程，水压作用于渗透压梯度的反方向， 由于膜两侧存在盐浓度梯度，水的净通量仍然是向浓缩液方向，可通过透平发电或其它途径 利用渗透水流携带的可观能量。

国内外对反渗透的研究起步于上世纪60年代，由于反渗透技术具有无相变、组件化、流 程简单、操作方便、占地面积小、投资省、能耗低等优点，发展十分迅速。目前，反渗透淡 化技术已经取得了大量工程应用。然而，反渗透淡化技术的继续进步依然存在不少障碍，反 渗透系统能耗还有待降低，系统水回收率也有待提高，这是其造水成本长期居高不下的主要 原因。

世界范围内对压力延迟渗透的研究起步于上世纪70年代，压力延迟渗透的主要研究应用 方向为渗透发电，压力延迟渗透过程中，淡水沿着膜的一侧流动，在渗透压的作用下渗透到 膜的加压一侧与咸水混合，被稀释的咸水被分成两股流体，一部分通过带动涡轮机产生电能， 另一部分通过压力交换器为流入的咸水加压。

发明内容

本发明的目的是提出一种压力延迟渗透/反渗透组合式脱盐方法。

本发明的技术方案概述如下：

一种压力延迟渗透/反渗透组合式脱盐方法，包括如下步骤：

将经过污水预处理器13预处理的污水水流U经污水供水泵14加压后分为W、X两股 水流；水流W输入第一压力延迟渗透装置3进行过程操作后，浓缩液作为水流Y排出系统； 水流X输入第二压力延迟渗透装置11进行过程操作后，浓缩液作为水流Z排出系统；经过 海水预处理器1预处理的海水水流A经海水供水泵2加压成水流B，再经过所述第一压力 延迟渗透装置3进行过程操作后，输出D、E、F三股水流；水流D先输入第一能量回收装 置4吸收能量，再输入第一增压泵5增压成高压水流H；水流E输入第二增压泵6增压成 高压水流J；水流F先输入第二能量回收装置7吸收能量，再输入第三增压泵8增压成高压 水流L；H、J和L三股水流汇合成水流M后输入高压膜组件9进行膜分离；所述高压膜 组件9输出的高压浓盐水流P输入所述第二能量回收装置7释放能量，再输入第四增压泵 10增压成水流R；所述水流R输入所述第二压力延迟渗透装置11进行过程操作后，再输入 所述第一能量回收装置4释放能量，乏液作为水流T排出系统；所述高压膜组件输出的产 水流N经后处理器12处理后供使用。

所述的高压膜组件为反渗透膜组件或纳滤膜组件。

本发明的优点：

本发明综合考虑了水回收率、能耗、成本、水质、环境影响和使用维护等应用要素， 借助两个压力延迟渗透装置，一方面利用第一压力延迟渗透装置净化、回收污水，将海水 进行稀释，并将此新增水量进行增压，提高了反渗透淡化系统的水回收率、降低了系统能 耗，保障了淡化水水质；另一方面分别以反渗透浓盐水和污水作为咸水流R和淡水流X， 利用第二压力延迟渗透装置的渗透能，并通过第一能量回收装置直接加压反渗透给水，提 高了能量利用效率，降低了系统能耗，节约了淡化成本、削减了浓盐水排放负荷。此外， 本发明涉及的脱盐方法还具有模块化、易放大、操作灵活和占地面积小等优点。

附图说明

图1为本发明一种压力延迟渗透/反渗透组合式脱盐方法示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

一种压力延迟渗透/反渗透组合式脱盐方法，包括如下步骤：

将经过污水预处理器13预处理除去其中的悬浮物、微生物和胶体颗粒等污染物的污水 水流U经污水供水泵14加压后分为W、X两股水流；水流W输入第一压力延迟渗透装置 3进行过程操作后，污水依靠渗透作用透过正渗透膜进入海水侧将海水稀释，并利用海水与 污水间的渗透压完成对透过液的加压，污水浓缩液作为水流Y排出系统，此步骤可降低反 渗透给水的含盐量和系统给水能耗；水流X输入第二压力延迟渗透装置11进行过程操作后， 污水依靠渗透作用透过正渗透膜进入浓盐水侧，并利用浓盐水与污水间的渗透压完成对透 过液的加压，污水浓缩液作为水流Z排出系统，此步骤可使第二压力延迟渗透装置11咸水 出口端排出携带大量能量的水流；将经过海水预处理器1预处理去除其中的悬浮物、藻类 和有机物等杂质的海水水流A经海水供水泵2加压成水流B，再经过第一压力延迟渗透装 置3进行过程操作后，输出D、E、F三股水流；水流D先输入第一能量回收装置4吸收能 量完成初步增压，再输入第一增压泵5进行二次增压成高压水流H以达到高压膜组件进水 压力要求；水流E输入第二增压泵6增压成高压水流J以达到高压膜组件进水压力要求； 水流F先输入第二能量回收装置7吸收能量完成初步增压，再输入第三增压泵8进行二次 增压成高压水流L以达到高压膜组件进水压力要求；H、J和L三股水流汇合成水流M后 输入高压膜组件9进行膜分离；高压膜组件9输出的高压浓盐水流P作为高压浓水输入第 二能量回收装置7释放能量将能量传递给水流F，第二能量回收装置7排出的低压浓盐水经 第四增压泵10增压成水流R；水流R先输入第二压力延迟渗透装置11进行过程操作，再 输入第一能量回收装置4释放能量将能量传递给水流D，乏液作为水流T排出系统；高压 膜组件输出的产水流N经后处理器12后处理后供使用。

高压膜组件为反渗透膜组件或纳滤膜组件。

本发明一方面利用压力延迟渗透装置净化、回收污水，将海水进行稀释，并将此新增 水量进行增压；另一方面分别以反渗透浓盐水和污水作为咸水源和淡水源，利用压力延迟 渗透过程的渗透能，并借助能量回收装置直接加压反渗透给水，从而提高了反渗透淡化系 统的回收率和能量利用效率，降低了系统能耗，节约了淡化成本、削减了浓盐水排放负荷、 保障了淡化水水质。