一种反渗透系统的免加药在线清洗方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种反渗透系统免加药在线清洗方法和装置，本发明专利技术利用渗透原理，将反渗透系统产水作为清洗介质对膜元件进行在线清洗；具体方法是在反渗透系统高压泵不停机的情况下，清洗泵将产水回注到膜元件中，通过控制清洗泵流量以及膜组件产水侧、进水侧之间压差使产水在渗透压的作用下从膜元件中心管（产水侧）渗透到膜元件外侧，并随膜系统原水侧的进水一起从浓水侧排出；具体装置主要包括清洗罐、清洗泵和安装在产水管道上的清洗阀；对于大型系统，本发明专利技术提供了分组清洗的方法和装置；本发明专利技术实施简单、能保证膜的安全、建造成本低廉，适用于新系统或改造升级，可用于工业废水、海水淡化、苦咸水淡化等反渗透膜、纳滤膜应用领域。

Online cleaning method and device for reverse osmosis system without adding medicine

The invention discloses an on-line cleaning method and device for the reverse osmosis system without adding chemicals, which uses the osmosis principle to clean the membrane elements on-line by using the water produced by the reverse osmosis system as the cleaning medium; the specific method is that when the high pressure pump of the reverse osmosis system is not shut down, the water produced by the cleaning pump is injected back into the membrane elements through the osmosis principle. Controlling the flow rate of the cleaning pump and the pressure difference between the water producing side and the water inlet side of the membrane module makes the water produced permeate from the central pipe of the membrane element (water producing side) to the outer side of the membrane element under the osmotic pressure, and discharges from the concentrated water side along with the water entering from the raw water side of the membrane system; the specific devices mainly include cleaning tank, cleaning pump and installation in the production pipeline. For large-scale systems, the invention provides a grouping cleaning method and device; the invention has simple implementation, can ensure the safety of the membrane, low construction cost, is suitable for new systems or upgrading, and can be used in reverse osmosis membrane and nanofiltration membrane application fields such as industrial wastewater, seawater desalination, brackish water desalination, etc.

【技术实现步骤摘要】
一种反渗透系统的免加药在线清洗方法和装置
本专利技术属于膜
，特别涉及一种反渗透系统的免加药在线清洗方法和装置。
技术介绍
渗透原理：对透过的物质具有选择性的薄膜称为半透膜，当把相同体积的稀溶液（例如淡水）和浓溶液（例如盐水）分别置于半透膜的两侧时，稀溶液中的溶剂将自然穿过半透膜而自发地向浓溶液一侧流动，这一现象称为渗透。当渗透达到平衡时，浓溶液侧的液面会比稀溶液的液面高出一定高度，即形成一个压差，此压差即为渗透压。反渗透原理：若在浓溶液一侧施加一个大于渗透压的压力时，溶剂的流动方向将与原来的渗透方向相反，开始从浓溶液向稀溶液一侧流动，这一过程称为反渗透，也被称为反向渗透。膜依据其孔径的不同可将膜分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜。超滤主要依靠筛分机理分离水中颗粒物质和大分子有机物，超滤膜的孔径为0.002微米～0.1微米。与超滤膜不同，反渗透膜的膜孔径更小，表面微孔的直径一般在0.5～10纳米之间。它是利用反渗透原理进行工作。反渗透膜可以将原水中的无机离子、细菌、病毒、有机物及胶体等杂质去除，以获得高质量的纯净水。纳滤是一种介于反渗透和超滤之间的压力驱动膜分离过程，纳滤膜的孔径范围在几个纳米左右。纳滤主要运用于饮用水和工业用水的纯化，废水净化处理，工艺流体中有价值成份的浓缩等方面。因此，反渗透膜和纳滤膜的分离过程需要压力驱动克服渗透压来生产纯净水（产水）。相应的，当外界压力无法克服渗透压，纯净水（产水）会发生渗透现象，才能够产水侧渗透到膜外侧。膜污染是指处理物料中的微粒、胶体粒子和溶质大分子由于与膜存在物理化学作用或机械作用引起的膜表面和膜孔径内吸附、沉积造成的膜孔径变小或堵塞，使膜产生透过流量与分离特征的不可逆变化现象。对膜污染来说，一旦物料与膜接触，膜污染即开始。目前阻止膜污染的方法是，1）在预处理中添加各类杀菌剂来阻止微生物的生长，2）添加阻垢剂来缓解各类无机物的结垢，3）当膜通量降低时，用膜的清洗方法去除附着在膜表面难以清洗沉积物和微生物。其中膜的清洗方法有物理方法和化学方法两种，其中物理方法如水力学清洗方法只适用于微滤膜和疏松的超滤膜，大多数情况下仍需化学清洗，膜使用一定时间后，需加入各种化学药剂对膜内的污垢进行清洗。清洗过后，虽然在短时期内对膜通量的恢复具有一定效果，但也同时带来了二次污染，且对膜本身造成了一定程度的损害，导致最终清洗周期越来越短，直接缩短了膜的使用寿命。因此，膜的使用寿命一般最多仅为5年，膜的经济性制约了膜的大规模使用及其优良性能的发挥。同时杀菌剂、阻垢剂、清洗剂、酸和碱的大量使用也进一步提高了运行成本。以海水淡化为例，目前常规工艺需要需要添加十几种化学药剂来保护膜的运行。反渗透膜、纳滤膜有不同的结构形式，目前中空纤维式是最成熟的结构形式，应用也最广泛。中空纤维式膜从膜正面到膜背面能承受高达4MPa-8MPa的工作压力，但是受到不对称膜结构的限制，背压现象会导致膜片遭受到物理损伤。目前所有商用中空纤维式反渗透膜、纳滤膜说明书均要求产水压力超过进水端或浓水端压力的差值（产水背压）均不得大于0.03MPa。中国专利CN201521116300报道了一种自动化的添加化学药剂的离线清洗的方法，本质上属于离线清洗。中国专利CN201210295481.4.报道了一种在线清洗膜分离组件的电镀废水系统及其工艺，该工艺只适用于浸没式分离膜组件，与本专利技术所涉及的纳滤、反渗透膜结构形式不同。中国专利CN103265095A用于水处理的自清洗膜处理装置，该方法采用背压技术对超滤膜进行反清洗。不适用于中空纤维式纳滤、反渗透膜。中国专利CN18686848A报道了一种可在线反冲洗的反渗透脱盐系统，该专利利用反冲洗水筒内的活塞作为能量传递原件，将原水侧海水的压力传递给产水侧淡水，使膜的外侧和内侧的压力接近，加压后的产水渗透到膜的外侧，该方法存在如下缺点：1.反渗透膜元件处于“背压”状态，背压现象会导致膜片遭受到物理损伤，导致膜堆报废。如图2所示，其结构中包括端盖101、压力容器102、中心管（产水侧）103、进水侧105和浓水侧106，图中水流方向104表示了反渗透系统产水时原水的流向：从进水（口）侧105流向出水口（浓水侧）106。该专利将高压泵的压力，即进水侧105的压力通过活塞传递到反渗透膜的中心管（产水侧）103，产水侧103压力近似等于膜组件进水侧105压力。原水在流过膜组件的过程中，受到膜元件流道内阻力的影响，浓水侧106压力通常比进水侧压力105低0.01Mpa-0.2Mpa，因此，在该专利所述的清洗过程中，膜组件中最后一支膜元件心管（产水侧）103压力必然高于浓水侧106的压力，即产生“背压”。因此，该专利不具有实用性；2.制造成本高。反冲水筒为压力容器，需根据反渗透系统的规模、压力不同定制；相较于液压油，海水和淡水粘度低、润滑性能差、腐蚀性强，作为液压介质易造成元件腐蚀，因此反冲洗筒的活塞、筒壁、密封材料均需采用耐腐蚀性强、耐高压的材料，制造成本高、寿命短。中国专利CN107321186A报道了一种纳滤、反渗透膜的高渗透压在线反向清洗方法及装置，该专利利用反渗透产生的浓水具有高渗透压的特性，将膜内侧的产水反向吸回到浓盐水侧即膜外侧，并排出膜系统，完成对膜的在线反向清洗。该专利存在如下缺点：1）利用反渗透产生的浓水进行冲洗会对膜元件产生二次污染。浓水是反渗透之后的副产品，相较于原水，离子、有机物、微生物含量提高，利用浓水作为冲洗介质会对膜表面带来二次污染，不但达不到冲洗效果，反而会加剧膜污染；2）产水的“回吸”流量小、清洗效果不明显。依据该专利的说明书，该专利在实施的过程中需要依靠向浓盐水罐中投加氯化钠电解质以增加“吸力”，添加电解质的过程需要手动操作；3）控制参数容易受水温、回收率等参数的影响，参数计算麻烦，不利于自动化，清洗效果容易受到影响。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术利用渗透原理，将反渗透系统产水作为清洗介质对膜元件进行在线清洗；具体方法是在反渗透系统高压泵不停机的情况下，清洗泵将产水回注到膜元件中，通过控制清洗泵流量以及膜组件产水侧、进水侧之间压差使产水在渗透压的作用下从膜元件中心管（产水侧）渗透到膜元件外侧，并随膜系统原水侧的进水一起从浓水侧排出；具体装置主要包括清洗罐、清洗泵和安装在产水管道上的清洗阀；对于大型系统，本专利技术提供了分组清洗的方法和装置；本专利技术实施简单、能保证膜的安全、建造成本低廉，适用于新系统或改造升级，可用于工业废水、海水淡化、苦咸水淡化等反渗透膜、纳滤膜应用领域。对于某一具体的反渗透膜、纳滤膜系统，产水量Q与有效膜面积S和净渗透推动力ΛP–Λπ成正比，比例常数称为膜的水力渗透系数A值，水力渗透方程式如下：Q=（A）（S）（ΛP–Λπ）...........(1)其中P为膜正面进水压力与膜背面产水压力之间的压差；Λπ为两者之间的溶液渗透压之差。比例常数称为膜的水力渗透系数A值。对于一个固定的反渗透系统而言，A和S是常数。当ΛP>Λπ时，膜系统工作在反渗透状态下，Q>0，此时Q为反渗透通量；相反的，当ΛP<Λπ时，膜系统工作在渗透状态下，Q<0，此时Q为渗透通量。为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种反渗透系统的免加药在线清洗方法，其特征在于，利用反渗透系统产水作为清洗介质，通过控制清洗泵的流量和出口压力，在确保膜元件不发生“背压”的情况下，将膜元件产水侧（中心管）压力升高到接近膜元件进水侧压力，膜元件产水侧（中心管）的产水在渗透压的作用下渗透到浓水侧即膜外侧，并随膜进水一起排出膜系统，完成对膜的在线清洗，具体包含如下步骤：a)在线清洗的准备：在反渗透系统生产过程中，将反渗透生产的产水收集入清洗水罐中，产水中不得投加任何电解质和药剂；b)在线清洗的启动：保持反渗透系统高压泵持续工作，缓慢调节浓水背压阀开度，降低反渗透系统进水侧压力PIN；c)在线清洗运行：打开连接在清洗泵和产水管之间的清洗阀，关闭反渗透产水阀，缓慢启动清洗泵，清洗泵流量QCL应小于最大值QCLMAX，并且保证膜中心管（产水侧）压力PPRODUCT应小于（PIN‑ΔP），其中ΔP为背压安全阈值；d) 在线清洗结束：当清洗流量累计到FCL后，清洗泵缓慢停止，打开系统产水、关闭清洗阀，保持反渗透系统高压泵持续工作，对反渗透膜堆进行持续冲洗，直至反渗透膜组件进水侧和浓水侧电导率相同。

【技术特征摘要】
1.一种反渗透系统的免加药在线清洗方法，其特征在于，利用反渗透系统产水作为清洗介质，通过控制清洗泵的流量和出口压力，在确保膜元件不发生“背压”的情况下，将膜元件产水侧（中心管）压力升高到接近膜元件进水侧压力，膜元件产水侧（中心管）的产水在渗透压的作用下渗透到浓水侧即膜外侧，并随膜进水一起排出膜系统，完成对膜的在线清洗，具体包含如下步骤：a)在线清洗的准备：在反渗透系统生产过程中，将反渗透生产的产水收集入清洗水罐中，产水中不得投加任何电解质和药剂；b)在线清洗的启动：保持反渗透系统高压泵持续工作，缓慢调节浓水背压阀开度，降低反渗透系统进水侧压力PIN；c)在线清洗运行：打开连接在清洗泵和产水管之间的清洗阀，关闭反渗透产水阀，缓慢启动清洗泵，清洗泵流量QCL应小于最大值QCLMAX，并且保证膜中心管（产水侧）压力PPRODUCT应小于（PIN-ΔP），其中ΔP为背压安全阈值；d)在线清洗结束：当清洗流量累计到FCL后，清洗泵缓慢停止，打开系统产水、关闭清洗阀，保持反渗透系统高压泵持续工作，对反渗透膜堆进行持续冲洗，直至反渗透膜组件进水侧和浓水侧电导率相同。2.根据权利要求1所述一种反渗透系统的免加药在线清洗方法，其特征在于，对于大型反渗透系统，可将膜组件平均分为N组，每一组膜组件共用一个清洗阀和一个产水阀以实现分组清洗，对于第i组（1<i≤N）膜组件，其在线清洗运行的具体步骤是：打开连接在清洗泵和产水管之间的第i组清洗阀，关闭第i组产水阀，缓慢启动清洗泵，当清洗流量累计到FCL后，关闭清洗泵，打开第i组产水阀，关闭第i组清洗阀，进入下一组清洗，直至所有组清洗完毕。3.根据权利要求1所述一种反渗透系统的免加药在线清洗方法，其特征在于，在整个清洗过程中需满足如下条件：a)清洗泵流量QCL<最大值QCLMAX，QCLMAX=M×N×QPRODUCT，其中M为膜组件支数，N为单支膜组件内膜元件数，QPRODUCT为单支膜产水量，对于分组清洗的情况，M为参与清洗的膜组件的支数，即每一组膜元件的支数；b)膜中心管（产水侧）压力PPRODUCT<（PIN-ΔP），其中ΔP为背压安全阈值，通常取0.03Mpa-0.1MPa，PIN为反渗透系统进水侧压力，受管道阻力的影响，清洗泵出口压力PPUMP略大于膜中心管（产水侧）压力PPRODUCT，因此该条件也可以设定为PPUMP<（PIN-ΔP）。4.根据权利要求1所述一种反渗透系统的免加药在线清洗方法，其特征在于，总清洗流量FCL宜大于M×V+VC，其中M为参与清洗的膜组件的支数，V为单支膜组件压力容器的容积，VC为清洗管路总容积。5.根据权利要求1所述一种反渗透系统的免加药在线清洗方法，其特征在于，如反渗透系统连续24小时运行，则每天启动一次清洗，如反渗透系统不连续运行，在每次关机前进行清洗。6.一种反渗透系统的免加药在线清洗装置，其特征在于，利用反渗透系统产水作为清洗介...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱光磊，朱晓明，
申请(专利权)人：北京海川新源环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11