反渗透装置和方法制造方法及图纸

一种反渗透装置，该装置包括：单级反渗透(SSRO)单元；以及再循环逆流膜级联(CMCR)单元，该CMCR单元包括多个反渗透级，所述多个反渗透级至少包括第一级和第二级，其中，所述第一级的滤出物作为进料引入所述第二级，所述SSRO单元的截留物作为进料引入所述第一级，通过该装置所获得的产品包括所述SSRO单元的滤出物以及所述CMCR单元的最后一级的滤出物。

Reverse osmosis device and method

A reverse osmosis device, the device comprises a single stage reverse osmosis (SSRO) unit; and (CMCR) cascade countercurrent membrane recycling unit, the CMCR unit includes a plurality of reverse osmosis, the plurality of reverse osmosis stage includes at least a first level and second level, among them, the first level filter material as the feed into the second stage, the SSRO unit of the retentate as feed into the first stage, the product obtained by the device comprises the SSRO unit filter and the CMCR unit of the last stage of the filter material.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种从水溶液中回收产品的反渗透装置和方法。
技术介绍
迫于世界人口膨胀、人口结构变化以及全球气候变化带来的压力，需要持续不断地提高饮用水的供应效率并降低饮用水的供应成本。2010年，世界水理事会报告称，世界上六分之一的人(2010年为11亿人)无法获得安全的饮用水。海洋因含有地球上97％的水而成为重要的水资源。然而，海水所含的盐量(氯化钠)可高达50000百万分率(ppm)，因此不适于在未经处理之前供人类消费。反渗透(Reverse Osmosis，RO)已成为一种从海水以及含盐量为500ppm～30000ppm的内陆咸水中生产饮用水的主要技术。反渗透技术在高压下使用脱盐膜，从而在迫使水透过该膜的同时，阻止盐分和其他溶质的渗透。然而，现有反渗透技术需要使用一般为40巴或更高的极高压，从而极大地提高了海水淡化的成本。此外，现有反渗透技术的饮用水收率有限，通常为50％。这样使得从盐水生产饮用水的比能耗(Specific Energy Consumption，SEC)极高。在膜的脱盐率为0.993、水收率为50％、压力为55.5巴的条件下，现有单级反渗透(Single-Stage RO，SSRO)技术在从含盐量为35000ppm的海水中生产含盐量为350ppm的饮用水产品时的理论最小比能耗为3.084kwh/m3(每立方米产品水的千瓦时能量)。现有反渗透工艺技术的比能耗之所以高的原因在于，其需要高的压力，而且其饮用水产品的收率较低。之所以需要高压的原因在于，膜的截留物侧(或称高压侧)的盐浓度和膜的滤出物侧(或称低压侧)的盐浓度之间的差异较大。此外，利用渗透压差从水溶液中分离乙醇等低分子量溶质时也需要较高的压力。
技术实现思路
本专利技术的高能效反渗透(EERO)工艺装置具有新型的多级膜结构，该结构可在低比能耗(SEC)及低渗透压差条件下提高从含盐或乙醇等低分子量溶质的水溶液中回收产品时的产品收率。该工艺的例示用途包括，以比现有方法更低的比能耗和更低的渗透压差从盐水或废水中回收饮用水。此处描述的EERO专利技术利用一种新型多级反渗透工艺技术实现了更低的比能耗、更低的渗透压差以及更高的饮用水收率，所述技术涉及将单级反渗透(SSRO)与使用两个或更多反渗透级的带再循环功能逆流膜级联(Counter-current Membrane Cascade with Recycle，CMCR)相接合。在一种实施方式中，将所述SSRO高压侧的截留产物以最佳方式引入所述CMCR的两级之间的一点。在所述CMCR中，截留物流和滤出物流相互之间以逆流方式流动。以下，将所述截留物流称为上行向流，所述滤出物流称为下行向流。滤出物再循环包括将上游级的滤出物流送入下一下游级的截留物(高压)侧。所述SSRO–CMCR综合工艺的滤出物(如饮用水)产品流为所述SSRO的滤出物产品流与所述CMCR最后一级的滤出物产品流的结合产物。所述CMCR中逆流功能和滤出物再循环功能的结合显著降低了该CMCR每一级膜两侧的浓度差，从而降低了渗透压差。此外，由于本来应该从所述SSRO截留物侧排出而损失的部分水在流过所述CMCR级中的膜后被回收于所述CMCR的滤出物产品中，所以上述两功能的结合还提高了饮用水收率。根据第一方面，提供一种反渗透装置，该装置包括：单级反渗透(SSRO)单元；以及再循环逆流膜级联(CMCR)单元，该CMCR单元包括多个反渗透级，所述多个反渗透级至少包括第一级和第二级，其中，所述第一级的滤出物作为进料引入所述第二级；所述SSRO单元的截留物作为进料引入所述第一级；利用所述装置获得的产品包括所述SSRO单元的滤出物以及所述CMCR单元的最后一级的滤出物。所述最后一级可以为所述第二级，所述第二级的截留物可作为进料与所述SSRO单元的截留物一起引入所述第一级。所述SSRO单元的渗透压差可设置为与所述CMCR单元的多个反渗透级中的每一级的渗透压差相同。或者，所述第一级的渗透压差可设置为小于所述SSRO单元的渗透压差。所述第二级的渗透压差可设置为大于所述SSRO单元的渗透压差。再或者，所述第二级的截留物可作为进料与所述SSRO单元的截留物一起引入所述第一级，所述CMCR单元的最后一级可以为第三级，所述第二级的滤出物可作为进料引入所述第三级，所述第三级的截留物可作为进料引入所述第二级。所述第一级的渗透压差可设置为小于所述第二级的渗透压差，所述第二级的渗透压差可设置为小于所述SSRO单元的渗透压差。再或者，所述CMCR单元的多个级可包括至少四级，所述SSRO单元的截留物可作为进料引入所述至少四级中的一级，其中仅从所述CMCR单元内部向所述至少四级中的所述一级提供的进料的浓度可与所述SSRO单元的截留物的浓度最为接近。在上述所有实施方式中，所述SSRO单元可包括并联的多个反渗透膜模组。所述CMCR单元的多个反渗透级中的每一级均可包括并联的多个反渗透膜模组。所述CMCR单元的多个反渗透级中的每一级的膜脱盐率可沿该CMCR单元的截留物流方向降低。所述CMCR的多个反渗透级中的每一级可包括从其截留物流至其滤出物流的再循环流。所述CMCR的多个反渗透级中的至少一级设置为将其截留物的一部分作为进料再循环至其本身。所述CMCR的多个反渗透级中的一级可设置为具有小于1的安全系数。根据第二方面，提供一种反渗透方法，该方法包括如下步骤：将水溶液作为进料引入至单级反渗透(SSRO)单元；将所述SSRO单元的截留物引入CMCR单元的第一级，该CMCR单元包括多个反渗透级，所述多个反渗透级至少包括所述第一级和一第二级；将所述第一级的滤出物作为进料引入所述第二级；以及将所述SSRO单元的滤出物以及所述CMCR单元的最后一级的滤出物收集为产品。所述最后一级可以为所述第二级，所述方法可还包括：将所述第二级的截留物作为进料与所述SSRO单元的截留物一起引入所述第一级。所述SSRO单元的渗透压差可与所述CMCR单元的多个反渗透级中的每一级的渗透压差相同。或者，所述第一级的渗透压差可小于所述SSRO单元的渗透压差。所述第二级的渗透压差可大于所述SSRO单元的渗透压差。再或者，所述CMCR单元的最后一级可以为第三级，所述方法可还包括：将所述第二级的截留物作为进料与所述SSRO单元的截留物一起引入所述第一级，将所述第二级的滤出物作为进料引入所述第三级，以及将所述第三级的截留物作为进料引入所述第二级。所述第一级的渗透压差可小于所述第二级的渗透压差，所述第二级的渗透压差可小于所述SSRO单元的渗透压差。再或者，所述CMCR单元的多个反渗透级可包括至少四级，所述方法可包括将所述SSRO单元的截留物作为进料引入所述至少四级中的一级，其中仅从所述CMCR单元内部向所述至少四级中的所述一级提供的进料的浓度与所述SSRO单元的截留物的浓度最为接近。所述方法可还包括，针对所述CMCR的多个反渗透级中的每一级，将其截留物流的一部分再循环至其滤出物流。所述方法可还包括，针对所述CMCR的多个反渗透级中的至少一级，将其截留物的一部分作为进料再循环至其本身。所述CMCR的多个反渗透级中的一级的安全系数可小于1。附图说明为使本专利技术可被完全理解并易于付诸实效，以下将参考说明性附图，以非限制性示例的方式仅对本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种反渗透装置，其特征在于，包括：单级反渗透(SSRO)单元；以及再循环逆流膜级联(CMCR)单元，该CMCR单元包括多个反渗透级，所述多个反渗透级至少包括第一级和第二级，其中，所述第一级的滤出物作为进料引入所述第二级，其中，所述SSRO单元的截留物作为进料引入所述第一级，通过该装置所获得的产品包括所述SSRO单元的滤出物以及所述CMCR单元的最后一级的滤出物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.31 US 61/972,7181.一种反渗透装置，其特征在于，包括：单级反渗透(SSRO)单元；以及再循环逆流膜级联(CMCR)单元，该CMCR单元包括多个反渗透级，所述多个反渗透级至少包括第一级和第二级，其中，所述第一级的滤出物作为进料引入所述第二级，其中，所述SSRO单元的截留物作为进料引入所述第一级，通过该装置所获得的产品包括所述SSRO单元的滤出物以及所述CMCR单元的最后一级的滤出物。2.如权利要求1所述的反渗透装置，其特征在于，所述最后一级为所述第二级，所述第二级的截留物作为进料与所述SSRO单元的截留物一起引入所述第一级。3.如权利要求2所述的反渗透装置，其特征在于，所述SSRO单元的渗透压差设置为与所述CMCR单元的多个反渗透级中的每一级的渗透压差相同。4.如权利要求2所述的反渗透装置，其特征在于，所述第一级的渗透压差设置为小于所述SSRO单元的渗透压差。5.如权利要求2或4所述的反渗透装置，其特征在于，所述第二级的渗透压差设置为大于所述SSRO单元的渗透压差。6.如权利要求1所述的反渗透装置，其特征在于，所述第二级的截留物作为进料与所述SSRO单元的截留物一起引入所述第一级，所述CMCR单元的最后一级为第三级，所述第二级的滤出物作为进料引入所述第三级，所述第三级的截留物作为进料引入所述第二级。7.如权利要求6所述的反渗透装置，其特征在于，所述第一级的渗透压差设置为小于所述第二级的渗透压差，所述第二级的渗透压差设置为小于所述SSRO单元的渗透压差。8.如权利要求1所述的反渗透装置，其特征在于，所述CMCR单元的多个反渗透级包括至少四级，所述SSRO单元的截留物作为进料引入所述至少四级中的一级，其中仅从所述CMCR单元内部向所述至少四级中的所述一级提供的进料的浓度与所述SSRO单元的截留物的浓度最为接近。9.如前述权利要求中任一项所述的反渗透装置，其特征在于，所述SSRO单元包括并联的多个反渗透膜模组。10.如前述权利要求中任一项所述的反渗透装置，其特征在于，所述CMCR单元的多个反渗透级中的每一级均包括并联的多个反渗透膜模组。11.如前述权利要求中任一项所述的反渗透装置，其特征在于，所述CMCR单元的多个反渗透级中的每一级的膜脱盐率沿该CMCR单元的截留物流的方向降低。12.如前述权利要求中任一项所述的反渗透装置，其特征在于，所述CMCR的多个反渗透级中的每一级包括从其截留物流至其滤出物流的再循环流。13.如前述权利要求中任一项所述的反渗透装置，其特征在于，所述CMCR的多个...

【专利技术属性】
技术研发人员：张智皓，威廉·B·克兰斯，卢秀玲，
申请(专利权)人：南洋理工大学，
类型：发明
国别省市：新加坡;SG