反滲透系統(tǒng)增壓與能量回收裝置及增壓與能量回收方法
【專利說明】反滲透系統(tǒng)増壓與能量回收裝置及増壓與能量回收方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及溶液反滲透處理領(lǐng)域，具體地，涉及一種反滲透系統(tǒng)增壓與能量回收裝置及增壓與能量回收方法。
【背景技術(shù)】
[0003]反滲透亦稱逆滲透，是用一定的壓力使溶液中的溶劑通過反滲透膜分離出來，進而使溶液達到提取、純化和濃縮的目的。
[0004]在各種膜分離技術(shù)中，反滲透技術(shù)近年來取得了令人矚目的飛速發(fā)展，已廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域。國內(nèi)反滲透膜工業(yè)應(yīng)用的最大領(lǐng)域仍為海水、苦咸水，大型鍋爐補給水、各種工業(yè)純水、飲用水的市場規(guī)模次之，電子、半導(dǎo)體、制藥、醫(yī)療、食品、飲料、酒類、化工、環(huán)保等行業(yè)的應(yīng)用也形成了一定規(guī)模。在反滲透膜選定的情況下，反滲透系統(tǒng)的能量消耗等指標主要取決于選用的高壓泵和能量回收裝置的效率。
[0005]反滲透工藝的能量消耗是高壓水泵電機消耗的電能，但是高壓濃水釋放時所攜帶的高壓液體能量非常巨大，約占進料原水壓力能量的60%，若將這部分能量加以回收并轉(zhuǎn)化成進水能量，則反滲透工藝電能消耗可降低55%?60%左右，這樣將會大幅降低反滲透的能耗，進而降低淡水的成本。
[0006]自70年代以來，隨著反滲透技術(shù)應(yīng)用于海水/苦咸水，各種形式的能量回收裝置也相繼出現(xiàn)，按照能量回收裝置的工作原理可將其分為透平式能量回收裝置和功交換式能量回收裝置兩大類。透平式能量回收裝置是利用高壓濃水的水壓能驅(qū)動機械裝置從而將水壓能轉(zhuǎn)化為機械能，機械裝置又將機械能轉(zhuǎn)化為原水的水壓能，從而實現(xiàn)能量的回收利用。而功交換式是濃水通過壓力交換界面(活塞或液相界面)進行直接交換，將高壓濃水的水壓能傳遞給原水。
[0007]水力透平式能量回收裝置是最早用于反滲透工程的能量回收裝置，技術(shù)成熟，但由于其原理上都要經(jīng)過“水壓能一機械能一水壓能”兩次轉(zhuǎn)換，增加了機械能損耗，有效能量轉(zhuǎn)換效率一般僅為50%?80%，因此回收效率偏低。
[0008]功交換式能量回收裝置是近年來迅速發(fā)展起來的一種能量回收技術(shù)，將水壓能的二次交換變成了“水壓能一水壓能”一步能量轉(zhuǎn)換，有效能量回收效率可達90%?97%。目前反滲透海水工程中應(yīng)用的功交換式能量回收裝置主要有轉(zhuǎn)子式壓力交換器和活塞式閥控壓力交換器兩類。
[0009]轉(zhuǎn)子式壓力交換器采用旋轉(zhuǎn)缸體端面配流無活塞結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)簡單但會有25%的摻混，存在由于濃鹽水向原水滲漏造成進膜原水鹽度增加而引起脫鹽能耗額外增高的問題；而且需要獨立的增壓泵，會降低總體效率，成本比較高；另外，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)尖利刺耳、噪聲大，一旦轉(zhuǎn)子中進入氣泡、雜質(zhì)等，就非常容易發(fā)生損壞，可靠性差。
[0010]活塞式閥控壓力交換器采用固定缸體有活塞的閥配流結(jié)構(gòu)，需配備增壓泵提升初步升壓的原水進入反滲透系統(tǒng)，增壓泵、缸體和活塞等部件需要采用既耐腐蝕又耐磨的貴重金屬材料制作，加工難度大，并且對密封要求也很高，目前主要依賴于進口，代價很高；即使有些基于固定缸體有活塞的閥配流結(jié)構(gòu)進行改進設(shè)計的活塞式閥控壓力交換器無需再設(shè)置增壓泵，效率得到提高，但是存在控制機構(gòu)比較復(fù)雜的問題。
[0011]反滲透技術(shù)作為水處理的重要手段之一，將對經(jīng)濟發(fā)展起到極其重要的作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的目的在于，針對上述問題，提出一種反滲透系統(tǒng)增壓與能量回收裝置及增壓與能量回收方法，以實現(xiàn)節(jié)約能源的優(yōu)點。
[0013]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種反滲透系統(tǒng)增壓與能量回收裝置，包括高壓原水出口、水壓表、主腔體、聯(lián)動體、低壓原水進口、氣體單向閥、高壓氣泵、空氣過濾器、濃水排放口和高壓濃水進口，低壓原水進口與聯(lián)動體的進液口連通，聯(lián)動體的排液口分別與主腔體的進液口連通，所述主腔體的下端口與高壓原水出口連通，所述高壓原水出口處安裝有水壓表，所述高壓氣泵的一端與空氣過濾器連通、該高壓氣泵的另一端與氣體單向閥的一端相連通；所述氣體單向閥的另一端與聯(lián)動體的進氣口連通；所述高壓濃水進口與聯(lián)動體的進液口連通，所述濃水排放口與聯(lián)動體的排液口連通。
[0014]優(yōu)選的，所述聯(lián)動體為多個。
[0015]優(yōu)選的，所述聯(lián)動體包括第一聯(lián)動體和第二聯(lián)動體。
[0016]優(yōu)選的，所述第一聯(lián)動體包括第一進氣閥、第二進氣閥、第一氣體增壓器、第三進氣閥、第四進氣閥、第一排氣閥、第二排氣閥、第一腔體、第一排液閥、第一進液閥、第二進液閥、第二排液閥、第三進液閥、第三排液閥、第四進液閥、第四排液閥和第二腔體；
所述第二聯(lián)動體包括第五進氣閥、第六進氣閥、第二氣體增壓器、第七進氣閥、第八進氣閥、第三排氣閥、第四排氣閥、第三腔體、第五進液閥、第五排液閥、第六進液閥、第六排液閥、第七進液閥、第七排液閥、第八進液閥、第八排液閥和第四腔體；
所述低壓原水進口通過第一進液閥連接于第一腔體，所述低壓原水進口通過第三進液閥連接于第二腔體，所述低壓原水進口通過第五進液閥連接于第三腔體，所述低壓原水進口通過第七進液閥連接于第四腔體；
所述高壓濃水進口通過第二進液閥連接于第一腔體，所述高壓濃水進口通過第四進液閥連接于第二腔體，所述高壓濃水進口通過第六進液閥連接于第三腔體，所述高壓濃水進口通過第八進液閥連接于第四腔體；
所述第一腔體通過第一排液閥連接于濃水排放口、所述第一腔體通過第二排液閥連接于主腔體；
所述第二腔體通過第三排液閥連接于濃水排放口，所述第二腔體通過第四排液閥連接于主腔體；
所述第三腔體通過第五排液閥連接于濃水排放口，所述第三腔體通過第六排液閥連接于主腔體；
所述第四腔體通過第七排液閥連接于濃水排放口、所述第四腔體通過第八排液閥連接于主腔體； 所述氣體單向閥通過第一進氣閥連接于第二腔體，所述氣體單向閥通過第二進氣閥連接于第一腔體，所述氣體單向閥通過第五進氣閥連接于第四腔體，所述氣體單向閥通過第六進氣閥連接于第三腔體；
所述第一氣體增壓器的進口通過第三進氣閥連接于第二腔體，所述第一氣體增壓器的進口通過第四進氣閥連接于第一腔體，所述第一氣體增壓器的出口通過第一排氣閥連接于第一腔體，所述第一氣體增壓器的出口通過第二排氣閥連接于第二腔體；
所述第二氣體增壓器進口通過第七進氣閥連接于第四腔體，所述第二氣體增壓器進口通過第八進氣閥連接于第三腔體，所述第二氣體增壓器的出口通過第三排氣閥連接于第三腔體，所述第二氣體增壓器的出口通過第四排氣閥連接于第四腔體。
[0017]優(yōu)選的，所述主腔體的內(nèi)部充有一定壓力的氣體并安裝有液位傳感器。
[0018]優(yōu)選的，所述第一腔體內(nèi)部安裝有液位傳感器；或\和，所述第二腔體內(nèi)部安裝有液位傳感器；或\和，所述第三腔體內(nèi)部安裝有液位傳感器；或\和，所述第四腔體內(nèi)部安裝有液位傳感器。
[0019]優(yōu)選的，所述第一進氣閥、第二進氣閥、第三進氣閥、第四進氣閥、第五進氣閥、第六進氣閥、第七進氣閥、第八進氣閥、第一排氣閥、第二排氣閥、第三排氣閥和第四排氣閥均為采用電磁控制的開關(guān)閥。
[0020]優(yōu)選的，所述第一進液閥、第二進液閥、第三進液閥、第四進液閥、第五進液閥、第六進液閥、第七進液閥、第八進液閥、第一排液閥、第二排液閥、第三排液閥、第四排液閥、第五排液閥、第六排液閥、第七排液閥和第八排液閥均為采用電磁控制的開關(guān)閥。
[0021]同時本發(fā)明技術(shù)方案還公開一種利用反滲透系統(tǒng)增壓與能量回收裝置實現(xiàn)的增壓與能量回收方法，包括以下步驟:
(1)待處理的原水經(jīng)原水入口進入反滲透系統(tǒng)，并由低壓水泵進行一次加壓，一次加壓后的原水分為兩路:一路進入第一聯(lián)動體或第二聯(lián)動體；另一路進入高壓水泵；
(2)進入高壓水泵的一次加壓原水通過二次加壓后進入主腔體并進一步進入反滲透膜組，經(jīng)反滲透膜過濾后排出低壓淡水和高壓濃水；
(3)未透過反滲透膜的高壓濃水經(jīng)高壓濃水進口通過第二進液閥進入第一腔體中，推動第一腔體內(nèi)部儲存的高壓氣體經(jīng)第四進氣閥進入第一氣體增壓器，高壓氣體由第一氣體增壓器增壓后通過第二排氣閥進入第二腔體，對第二腔體內(nèi)部儲存的一次加壓原水進行二次增壓，并通過第四排液閥進入主腔