【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种反渗透系统，特别涉及一种具有改进的能量效率的用于多级反渗透的系统。本专利技术还涉及一种用于操作这种系统的方法，该方法示例性地用于生产淡水。
技术介绍
1、渗透是溶剂穿过半透膜从该膜的面向较低溶质浓度的一侧朝向该膜的面向较高溶质浓度的一侧移动的过程。其中，溶剂颗粒的运动由扩散驱动，并且总体而言，更多的溶剂颗粒朝向更高的溶质浓度(即更低的水势)扩散，导致溶剂的净运动。这种自然发生的过程也是如下所述的反渗透过程的基础。
2、在反渗透中，超过渗透压的压力被施加到较高溶质浓度的一侧，从而恢复渗透系统的能量平衡，引起在整个膜上的从高溶质浓度到低溶质浓度的净扩散运动，从而增加加压膜侧处的溶剂浓度。反渗透系统包括由半透膜间隔开的至少两个室，其中可以控制所述室的流入和流出以设置体积流量条件以及整个膜上的压力梯度。
3、反渗透(ro)经常应用于水净化或脱盐应用，在这些应用中，反渗透在净化后的水和/或脱盐的水旁边产生高浓度的盐水。盐水保留在膜的加压侧处，而净化后的水和/或脱盐的水(渗透物)在低压下从另一个膜侧去除。将加压盐水从反渗透室中除去，以避免渗透压过度增加并允许新鲜进料溶液流入到该室中。还已知使用能量回收装置，例如水力涡轮机，以将液压能从加压盐水转移到进料溶液，从而提高反渗透过程的整体能量效率。
4、还已知在这样的系统中组合多个ro级以提高能量效率和淡水产量。在这样的多级ro系统中，ro室通常以线性方式组合。其中，盐水通常在进入下一级之前被加压，以补偿盐水中增加的溶剂浓度。水力涡轮机也用于多
5、涡轮机的使用通常需要将液压能转换为马达侧的机械能以及转换为电能以进行能量传输。在泵侧处，则需要从电能到机械能再到液压能的反向转换。这通常会降低ro系统的整体能源效率。允许液体流之间的直接能量传递的压力交换器避免了这种转换损失，但具有相当窄的最佳传递效率窗口，这在ro系统中通常无法满足。
6、因此，本公开的目的是克服或至少减少现有技术的缺点，并提供一种具有改进的能量效率的反渗透系统。
技术实现思路
1、通过本专利技术的主题，即通过根据所附权利要求的反渗透(ro)系统和通过用于操作这种系统的方法，解决了本公开的目的，并且克服或至少减少了现有技术的缺点。
2、本公开的一个方面涉及一种反渗透(ro)系统，包括第一ro级，该第一ro级具有第一进料入口、第一盐水出口和第一渗透物出口。第一ro级包括由第一ro膜间隔开的第一高压ro室和第一低压ro室。这些室优选地形成ro罐，该ro罐被构造成容纳第一ro过程并承受出现的压力。第一ro级可以包括更多的入口和/或出口，例如多个第一进料入口、多个第一盐水出口和/或多个第一渗透物出口。为了简洁起见，以下仅分别指代这些入口和出口中的一个。在包括多个入口和/或出口的第一ro级中，以下解释可以指单个入口和/或出口之间的关系和/或多个入口与/或出口之间的关系。
3、(至少一个)第一进料入口被配置为向第一高压ro室供应进料溶液流，并且(至少一个)第一盐水出口被配置为从所述室排出盐水溶液。第一低压ro室被配置为经由第一ro膜接收渗透物，即具有降低的溶质浓度的进料溶液。(至少一个)第一渗透物出口被配置为从第一低压ro室排出渗透物。在与(至少一个)第一进料入口处的进料溶液的压力大致相同的压力下，经由(至少一个)第一盐水出口排出向上浓缩的进料溶液(盐水)。在明显低于进料压力的压力(该压力优选地尽可能低以在膜处具有最佳压差)下经由(至少一个)第一渗透物出口排出渗透物。
4、第一ro膜被配置为允许进料溶液的溶剂在被施加到第一高压ro室的外部压力下扩散。在优选的实施例中，进料溶液是盐水，例如海水，并且第一ro膜被配置为允许水扩散通过膜，同时不让盐离子，例如na+和cl-通过膜。优选地，第一ro膜被配置为不让有机物、细菌和热原通过膜，然而这些组分可能在ro室之前的预处理阶段中已经被去除了。第一ro膜优选为醋酸纤维素(ca)膜或聚砜膜中的一种，其可以涂覆有芳香族聚酰胺。同样优选的是，第一ro膜是纳米结构的，沸石膜和/或螺旋卷式ro膜。
5、本公开的ro系统还包括第二ro级，该第二ro级具有第二进料入口、第二盐水出口和第二渗透物出口。第二ro级包括由第二ro膜间隔开的第二高压ro室和第二低压ro室。这些室优选地形成第二ro罐，该第二ro槽被配置为容纳第二ro过程并承受出现的压力。第二ro级可以包括更多的入口和/或出口，例如多个第二进料入口、多个第二盐水出口和/或多个第二渗透物出口。为了简洁起见，以下仅分别指代这样的入口和出口中的一个。在包括多个入口和/或出口的第二ro级中，以下解释可以指单个入口和/或出口之间的关系和/或多个入口和/或出口之间的关系。
6、(至少一个)第二进料入口被配置为向第二高压ro室供应进料溶液流，并且(至少一个)第一盐水出口被配置为从所述室排出盐水溶液。其中，进料到(至少一个)第二进料入口的进料溶液是(至少部分地)从(至少一个)第一盐水出口排出的盐水溶液。第二低压ro室被配置为经由第二ro膜接收渗透物。(至少一个)第二渗透物出口被配置为将渗透物从第二低压ro室排出。来自第一低压室和第二低压室的渗透物可以共同排出。同样在第二ro级中，在与(至少一个)第二进料入口处的进料溶液(第一级盐水)的压力大致相同的压力下经由(至少一个)第二盐水出口排出盐水，而在较低的压力下，优选在显著低于进料压力的压力(甚至尽可能低的压力)下经由(至少一个)第二渗透物出口排出渗透物。第二ro膜以与第一ro膜相同或相似的方式配置。
7、本公开的系统还包括压力交换器(pe)，其连接在第二盐水出口和第一进料入口之间。换言之，压力交换器包括：入口，特别是高压(hp)入口，该入口被构造成接收从第二盐水出口排出的盐水流；以及出口，特别是高压(hp)出口，该出口被构造成向第一进料入口提供进料溶液流。压力交换器还包括：另一个出口，特别是低压(lp)出口，该出口被构造成排放减压盐水流；以及另一个入口，特别是低压(lp)入口，该入口被构造成接收待加压的进料溶液流。
8、在本公开的系统中，第一盐水出口与第二进料入口之间的第一压差δp1对应于第二盐水出口与压力交换器之间的第二压差δp2。换句话说，第一压差δp1涉及经由第一盐水出口排出的盐水溶液的压力与经由第二进料入口进入第二ro级的进料溶液的压力之间的差。其中，经由第二进料入口进入第二ro级的进料溶液至少部分地、优选地完全地来自经由第一盐水出口排出的盐水溶液。因此，第一压差δp1和第二压差δp2不是彼此独立的，而是彼此对应的，因为第一压差δp1被设置为取决于第二压差δp2的值的值或第二压差δp2被设置为取决于第一压差δp1的值的值。
9、因此，本公开的系统能够进行操作，其中第一盐水出口和第二进料入口之间的压力改变第一压差δp1，并且第二盐水出口和压力交换器之间的压力改变对应于第一压差δp1的第二压差δp2，并且其中液压能本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种反渗透(RO)系统(100)，包括：
2.根据权利要求1所述的系统(100)，其中，所述压力交换器(40)包括连接到所述第二盐水出口(22)的PE HP入口(41)和连接到所述第一进料入口(11)的PE HP出口(42)，其中，所述第二压差Δp2发生在所述第二盐水出口(22)与所述PE HP入口(41)之间。
3.根据权利要求1或2所述的系统(100)，其中，所述第一压差Δp1用于产生所述第二压差Δp2，或者其中所述第二压差Δp2用于产生所述第一压差Δp1。
4.根据前述权利要求中任一项所述的系统(100)，其中，所述压力交换器(40)是等压压力交换器。
5.根据前述权利要求中任一项所述的系统(100)，其中，所述压力交换器(40)是旋转压力交换器。
6.根据前述权利要求中任一项所述的系统(100)，其中，液压马达(50)连接在所述第二盐水出口(22)与所述PE HP入口(41)之间，并且其中，在所述液压马达(50)处发生的压力下降是对应于所述第一压差Δp1的所述第二压差Δp2。
7.根据权利要求6所
8.根据权利要求1至5中任一项所述的系统(100)，其中，液压泵(60)连接在所述第二盐水出口(22)和所述PE HP入口(41)之间，并且其中，在所述液压泵(60)处发生的压力上升是对应于所述第一压差Δp1的所述第二压差Δp2。
9.根据权利要求8所述的系统(100)，其中，所述第一盐水出口(12)处的压力大于所述第二进料入口(21)处的压力，和/或其中，液压马达(50)互连在所述第一盐水出口(12)和所述第二进料入口(21)之间。
10.根据前述权利要求中任一项所述的系统(100)，其中，所述第一压差Δp1大于10巴，优选地大于20巴，并且进一步优选地大于50巴。
11.根据前述权利要求中任一项所述的系统(100)，其中，所述第一压差Δp1为所述第二压差Δp2的约80％至120％，优选地所述第一压差Δp1为所述第二压差Δp2的约90％至110％，并且特别优选地，所述第一压差Δp1为所述第二压差Δp2的约95％至105％。
12.根据权利要求7或9所述的系统(100)，其中，所述液压马达(50)和所述液压泵(60)优选地经由感应电动机(70)彼此机械连接。
13.根据前述权利要求中任一项所述的系统(100)，还包括第三RO级(30)，所述第三RO级互连在所述第一RO级(10)和所述第二RO级(20)之间并且具有第三进料入口(31)、第三盐水出口(32)和第三渗透物出口(33)，其中，所述第一压差Δp1包括所述第一盐水出口(12)与所述第三进料入口(31)之间的压差Δp3,1和所述第三盐水出口(32)与所述第二进料入口(21)之间的压差Δp3,2。
14.一种操作反渗透(RO)系统(10)的方法，所述系统包括:第一RO级(10)，所述第一RO级具有第一进料入口(11)、第一盐水出口(12)和第一渗透物出口(13)；第二RO级(20)，所述第二RO级具有第二进料入口(21)、第二盐水出口(22)和第二渗透物出口(23)；以及压力交换器(40)，所述压力交换器连接在所述第二盐水出口(22)和所述第一进料入口(11)之间；所述方法包括以下步骤：
15.根据权利要求14所述的用于操作系统(100)的方法，所述系统还包括第三RO级(30)，所述第三RO级互连在所述第一RO级(10)和所述第二RO级(20)之间并且具有第三进料入口(31)、第三盐水出口(32)和第三渗透物出口(33)，所述方法还包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种反渗透(ro)系统(100)，包括：
2.根据权利要求1所述的系统(100)，其中，所述压力交换器(40)包括连接到所述第二盐水出口(22)的pe hp入口(41)和连接到所述第一进料入口(11)的pe hp出口(42)，其中，所述第二压差δp2发生在所述第二盐水出口(22)与所述pe hp入口(41)之间。
3.根据权利要求1或2所述的系统(100)，其中，所述第一压差δp1用于产生所述第二压差δp2，或者其中所述第二压差δp2用于产生所述第一压差δp1。
4.根据前述权利要求中任一项所述的系统(100)，其中，所述压力交换器(40)是等压压力交换器。
5.根据前述权利要求中任一项所述的系统(100)，其中，所述压力交换器(40)是旋转压力交换器。
6.根据前述权利要求中任一项所述的系统(100)，其中，液压马达(50)连接在所述第二盐水出口(22)与所述pe hp入口(41)之间，并且其中，在所述液压马达(50)处发生的压力下降是对应于所述第一压差δp1的所述第二压差δp2。
7.根据权利要求6所述的系统(100)，其中，所述第一盐水出口(12)处的压力小于所述第二进料入口(21)处的压力，和/或液压泵(60)互连在所述第一盐水出口(12)和所述第二进料入口(21)之间。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的系统(100)，其中，液压泵(60)连接在所述第二盐水出口(22)和所述pe hp入口(41)之间，并且其中，在所述液压泵(60)处发生的压力上升是对应于所述第一压差δp1的所述第二压差δp2。
9.根据权利要求8所述的系统(100)，其中，所述第一盐水出口(12)处的压力大于所述第二进料入口(21)处的压力，和/或其中，液压马达(50)互连在所述第一盐水出口(12)和所述第二进料入口(21)之间。
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【专利技术属性】
技术研发人员：斯蒂格·凯尔德加德·安德森，保罗·埃里克·汉森，格奥尔格·埃诺沃尔森，
申请(专利权)人：丹佛斯有限公司，
类型：发明
国别省市：
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