分離單元和控制具有反滲透元件的分離單元的方法

2023-05-05 19:23:51

專利名稱：分離單元和控制具有反滲透元件的分離單元的方法
技術領域：
本發明涉及控制具有反滲透元件(reverse osmosis element)的分離單元的方法，
以及分離單元，所述分離單元包括反滲透元件、原水泵、滲透物排出管道和濃縮物排出 管道，其中預定產率基本上保持恆定。
背景技術：
從WO 96/41675已知這種類型的分離單元和方法。現有的方法能夠應對分離單 元的變化的工作負荷，即處理劇烈變化的原水(raw water)量，同時允許產率基本恆定， 即保持滲透物(permeate)和濃縮物(concentrate)之間的預定比率大致恆定。為此、濃縮 物流(flow)自動地適合於原水流(influx)，使得該兩個流具有並維持相對於彼此的恆定比 率。從而即使容量利用發生變化，也能夠實現濃縮物相對於原水流注的再循環的自動適 應。通過配置在用於提供濾過壓力的泵的上遊的、即配置在該泵的前方的流量計檢測原 水注入量，並且該注入量被用於控制濃縮物排出管道內的流動截面和流阻。然而，該泵 的的泵送能力保持不變，即泵被控制成維持恆定的壓力。雖然該步驟有助於實現恆定的 產率，但泵的泵送能力的一部分被放棄。該處理特別適合於具有較小的產量的單元。例如當原水泵被控制為具有恆定的輸入壓力時，則原水溫度的變化不被考慮。 但如果原水溫度已變化而原水泵被控制成仍然保持恆定的壓力，則滲透物和濃縮物流根 據溫度變化會減少或增大。結果，產率出現失調(misalign)，並且在極端情況下導致在濃 縮物中發生鹽的急劇析出(precipitation)。該急劇析出堵塞膜，而需要耗時和繁重的清潔 處理。

發明內容
因此，本發明的目標是提供反滲透過濾的方法和分離單元，所提供的方法和分 離單元允許以結構上簡單的方式保持產率的恆定，而與例如入口的溫度和壓力變化無 關，並且不要求為此設置用於初餾物(foreran)的緩衝容器。此外，通過利用滲透物對單 元進行取決於質量(quality-dependent)的衝洗，不但節約了水，而且節約了所使用的清潔
化學品的量。根據如下的方法和單元完成本目標在該方法中，預定產率基本上保持恆定， 其中為使產率保持恆定，響應於原水泵和反滲透元件之間的原水的流率測量結果控制原 水泵的泵送能力；所述單元包括反滲透元件、原水泵、滲透物排出管道、濃縮物排出管 道和流率測量元件，其流率測量元件被布置在原水泵和反滲透元件之間並且被連接到原 水泵。根據本發明，通過基於泵產生的流量控制原水泵，能夠以結構上簡單的、很有效 的和靈敏的方式確保穿過膜的滲透不受外部影響而保持恆定，因此可以自動實現預先設 定的產率，即自動實現預先設定的滲透量與濃縮量的比率並使該比率保持恆定。這通過 使注入量和濃縮量保持恆定來完成。在下述方案中限定優選實施方式。
在如上的方法中，濃縮物排出管道的流動截面響應於濃縮物排出管道中的流率 測量結果而變化。在如上的方法中，滲透量發生變化，特別地滲透量在士 10%到士 20%的範圍內變化。在如上的方法中，原水泵的泵送能力由檢測滲透物貯存器中的充填液面的液面 測量部件控制。在如上的方法中，響應於濃縮物的導電率的測量結果而衝洗分離單元。在上述分離單元中，流量計和由該流量計控制的控制閥被布置於濃縮物排出管 道。在上述分離單元中，滲透物排出管道連接到設置有液面計的貯存器，並且液面 計被連接到原水泵。在上述分離單元中，導電率測量部件被設置於濃縮物排出管道。能夠通過響應於在管道中執行的流率測量結果改變濃縮物排出管道的流動截面 來改變產率。此外，可以在一定的範圍(bandwidth)內改變滲透量以實現對例如滲透物貯存器 的液面(level)控制。這具有另外的優點反滲透單元由此實現了優化的運行時間(關閉 和啟動被最小化，從而增加了膜的使用壽命)。根據本發明的單元提供的另一優點是取決於質量的清潔處理，清潔成果 (cleaning success)在實際中被監測(而不是在經過預定時間之後自動假定清潔成果)，該 監測優選地通過在濃縮物排出管道中的導電率測量來完成。該測量不僅可用於包括流控 泵的創造性的分離單元和創造性的方法，並且也用於不同地構造的分離單元和方法。


下面將藉助於單個附圖詳細說明本發明的實施方式。圖1示出了根據本發明的用於執行根據本發明的方法的分離單元1的示意圖。
具體實施例方式圖1示出了根據本發明的用於執行根據本發明的方法的分離單元1的示意圖。分 離單元1包括傳統地構造成的、具有例如多個膜的反滲透元件2，其中根據待過濾的分子 調整膜的滲透性。在本實施方式中，示出了單個成套設備(single aggregate)。然而該單 元也可以與通常的多個成套設備一起工作。反滲透元件2通過管道3被供給待過濾的原水(未淨化的水)。通常，原水管 道3首先流過去除粗的機械雜質的預濾器(prefilter)4。同時，藉助於相應地構造的裝置 5使硬度保持穩定。然後原水流入高集成泵(pump complex) 6,高集成泵6包括具有變頻 器的普通高壓泵。該泵提供預定的容積流率。在離開高集成泵後，原水經過溫度測量部 件7、導電率(conductivity)測量部件8而流入通常地並且可選地構造的流量計9。優選 地，流量計9是感應式流量計(IDM)。流量計9經由信號線10連接到高集成泵6。在 流量計的下遊，原水流入反滲透元件2。用於清潔後的水的滲透物排出管道11和用於具有增加的濃度的鹽飽合了的(salt-loaded)液體的濃縮物排出管道12從反滲透元件2伸出。濃縮物排出管道12通過 另一個流量計13、控制閥14和導電率測量部件15延伸直到其達到排出通道16，其中流 量計13優選地為感應式流量計(IDM)。濃縮物排出管道12內的流量計13通過信號線17與控制閥14通信，因此本控制 閥14可響應於流率測量結果而被控制。滲透物排出管道11通過截止閥18直接延伸到用戶和/或延伸到可供取得滲透物 的貯存器19。貯存器19設置有液面計20，液面計20在圖中表示為下部液面電極和上部 液面電極。液面計經由信號線21連接到泵6。在分離單元1的操作期間，首先限定所期望的產率(根據包含在原水中的、待 被除去的物質的類型和量)和產生用於獲得期望的最佳產率的最佳滲透所要求的流率 (flow) O開始單元的操作，由流量計9監視流率。如果流率(flow rate)改變，例如由 於原水流注(influx)的溫度改變而導致流率改變，則控制泵以重新實現預定值的流率。 在本示例中，這意味著由於原水流注的溫度變化，原水流注的粘性發生變化。例如， 較低的溫度意味著較高的原水粘性，這也意味著與穿過膜的滲透直接相關聯的降低的容 積流率。此刻被控制為較高的泵速具有增加容積流率並且由此實現穿過膜的定量平衡 (quantitatively balanCed)的滲透效果。即使由於任何原因而使滲透量變化，根據本發明的分離單元和根據本發明的方 法仍然以令人滿意的方式起作用。該變化的範圍為士 10%到士20%，其因此例如可用以 將貯存器19始終保持於一定的充填液面(filling level)。例如能夠以如下方式引起滲透量 的變化以調節的方式開啟或關閉控制閥14，從而改變流動截面並且由此改變濃縮物通 過濃縮物排出管道12的流出量(outflow)。由於滲透量的適應性，該優於傳統系統的優 點允許較小的貯存器尺寸，即使在分離單元的下遊也可以對變化的情況更快反應。在優選的實施方式中，原水的流率在12°C和10.5bar的狀態下被設定為29.4m3/ h。當產率為85%時，該數值對應於85%的滲透物份額和15%的濃縮物份額，即對應於 滲透物在0.3bar正壓下的25m7h的流率和濃縮物在7.7bar正壓下的4.4m7h的流率。如 果原水溫度改變，流量計將原水的流率保持成12°C時的值，也就是說，流率減小或者增 加，即採用85%的滲透物和15%的濃縮物的產率保持恆定的方式(當然，同時濃縮物量 和滲透物量發生變化)。可在士 10%至士20%的範圍內完成該變化，因此創造性的分離 單元1可產生例如流率在20m3/h和31m3/h之間的滲透，而不會使85 %的產率發生變 化。如此，以簡單的方式防止了濃縮物過飽合和發生不受控制的析出。根據本發明的分離單元也允許改進的清潔處理。然而，該清潔也可用於其他不 具有流控泵(floW-controlledpump)的分離單元。根據本發明，響應於濃縮物排出管道12 內的導電率測量部件15所測量的值，以取決於質量的方式完成清潔處理。以該方式，可 靠地確定流出並進入通道16的液體(濃縮物/清潔液/衝洗液)是否包含足夠低的含鹽量 以被認為是清潔的。以此，確保了所有的鹽已被除去，而且沒有剩餘的鹽因為壓力波動 而殘留在系統中。該衝洗替換例節省了衝洗液並防止在工作時間以外出現水鏽(scaling) 和生物附著物(biofouling)。圖1示出了可選地設置的其他修改例。例如，圖1包括將單元切換到常規控制 的可能性。為此，在泵6的上遊設置輸入壓力傳感器(admission pressure sensor) 25，在泵6下遊設置壓力傳感器26。如果需要，信號經由信號線27被傳輸以允許切換到由傳感器 25進行輸入壓力檢測和切換到由壓力傳感器26控制泵6的壓力。第二可選實施方式涉及在必要時另外用滲透物衝洗單元的可能性。為此，由泵 29 (頻率控制)通過管道28從貯存器19 (或另一個來源)為單元1供給滲透物。管道28 優選地在溫度傳感器7上遊延伸入原水流。在該情況下，衝洗結果也可通過濃縮物排出 管道中的導電率測量部件來監測。此外，經由濃縮物排出管道的質量控制允許基於要求而預先確定操作期間的衝 洗定時。因此，膜的最佳使用壽命已經在操作期間決定，從而減少由於太長時間的操作 引起的水鏽以及生物附著物。此外，避免不必要的短時循環而帶來了總的來說更小的清 潔負荷，從而顯著地增加了膜的使用期限。此外，另一個導電率傳感器30可以整合到滲透物排出管道11，這樣提供了針對 取決於質量的利用滲透物衝洗的附加的質量控制。為此，可以比較導電率傳感器8和導 電率傳感器30所測量的導電率值。在利用滲透物衝洗的情況中，此後通過管道路徑28 和頻率控制泵29進行衝洗，直到導電率傳感器8和導電率傳感器30的導電率測量結果相 同。因此，該分離單元提供了對兩個容積流率的取決於質量的控制，藉助於該質量 控制能夠補償溫度和輸入壓力波動。該質量控制在原水側和濃度側介入，即在附圖標記 9 (流量計)和附圖標記13 (流量計)處介入。取決於質量，衝洗可利用滲透物和化學物 質來完成。與傳統的、定時控制的衝洗(其定時太短或者太長)相比，本衝洗節省水和清 潔劑。由於衝洗時間不太長，減少了水鏽和生物附著物。由於清潔不太頻繁並且僅必要 時進行清潔並且僅進行必要的時間長度的清潔，因此延長了膜的使用壽命。如果需要， 可以切換到傳統的控制。本發明的單元的範圍允許補償原水波動。此外，由此能夠控制 緩衝貯存器中的充填液面。因此，緩衝貯存器可以比通常的緩衝貯存器小。如果在緩衝 貯存器(滲透物貯存器)中的貯存量不極其的大，這是有益的。本發明不局限於所述的和所示出的實施方式。流控泵例如也可用於具有其他的 膜和/或其他的薄的組合的其他分離單元。包括有液面控制部件的貯存器不必需連接到 泵，而可根據來自分離單元外部的請求信號獨立地控制。此外，該分離單元可包括圖中 未示出的任何標準的和有用的組件。
權利要求
1.一種控制分離單元(1)的方法，所述分離單元(1)包括反滲透元件(2)、原水泵 (6)、滲透物排出管道(11)和濃縮物排出管道(12)，其中預定產率基本上保持恆定，所 述方法的特徵在於，為使所述產率保持恆定，響應於所述原水泵(6)和所述反滲透元件 (2)之間的原水的流率測量結果控制所述原水泵(6)的泵送能力。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述濃縮物排出管道(12)的流動截面 響應於所述濃縮物排出管道(12)中的流率測量結果而變化。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，滲透量發生變化，特別地所述滲透 量在士 10%到士20%的範圍內變化。
4.根據權利要求1到3中的任一項所述的方法，其特徵在於，所述原水泵(6)的泵送 能力由檢測滲透物貯存器(19)中的充填液面的液面測量部件(20)控制。
5.根據權利要求1到4中的任一項所述的方法，其特徵在於，響應於所述濃縮物的導 電率的測量結果而衝洗所述分離單元。
6.一種分離單元(1)，所述分離單元(1)包括反滲透元件(2)、原水泵(6)、滲透物 排出管道(11)、濃縮物排出管道(12)和流率測量元件(9)，其特徵在於，所述流率測量 元件(9)被布置在所述原水泵(6)和所述反滲透元件(2)之間並且被連接到所述原水泵 (6)。
7.根據權利要求6所述的分離單元，其特徵在於，流量計(13)和由該流量計(13)控 制的控制閥(14)被布置於所述濃縮物排出管道(12)。
8.根據權利要求6或7所述的分離單元，其特徵在於，所述滲透物排出管道(11)連 接到設置有液面計(20)的貯存器(19)，並且所述液面計(20)被連接到所述原水泵(6)。
9.一種分離單元，特別是根據權利要求6到8中的任一項所述的分離單元，其特徵在 於，導電率測量部件(15)被設置於所述濃縮物排出管道(12)。
全文摘要
描述了一種分離單元和控制分離單元的方法，分離單元包括反滲透元件、原水泵、濃縮物排出管道和滲透物排出管道，其中預定的產率基本保持恆定。為此，根據本發明，響應於原水泵和反滲透元件之間的原水的流率測量結果控制原水泵。
文檔編號B01D61/12GK102008894SQ20101027563
公開日2011年4月13日 申請日期2010年9月3日 優先權日2009年9月3日
發明者迪克·舒爾 申請人:克朗斯股份公司