三級增效正滲透裝置的製作方法

2023-07-17 18:05:11

本實用新型涉及水處理領域，特別是涉及一種三級增效正滲透裝置。

背景技術：

正滲透是指水從較低滲透壓側區域通過選擇透過性膜流向較高滲透壓一側區域的過程。在具有選擇透過性膜的兩側分別放置兩種具有不同滲透壓的溶液，一種為具有較低滲透壓的原料液(Feed solution)，另一種為具有較高滲透壓的汲取液或驅動物質(Draw solution)，正滲透正是應用了膜兩側溶液的滲透壓差作為驅動力，才使得水能自發地從原料液一側透過選擇透過性膜到達驅動液一側。相對於壓力驅動的膜分離過程如反滲透技術，這一技術從過程本質上講具有許多獨特的優點，如低壓甚至無壓操作，因而能耗較低；對許多汙染物幾乎完全截留，分離效果好；低膜汙染特徵；膜過程和設備簡單等。反滲透處理苦鹹水和海水的預處理藥劑費就需要2～4元。因此，正滲透在許多領域，特別是在海水淡化、苦鹹水處理、飲用水處理和廢水處理中表現出很好的應用前景。

但是，現有的正滲透裝置往往沒有充分利用能量，過分消耗汲取液或驅動物質，資源浪費嚴重。

技術實現要素：

為了解決上述技術問題，本實用新型提供了一種結構簡單、資源利用率高的三級增效正滲透裝置。

本實用新型所要解決的技術問題通過以下技術方案來實現：

本實用新型的三級增效正滲透裝置，包括：

正滲透反應裝置：所述正滲透反應裝置上設置有原水進口、濃水出口、第一汲取液進口和第一汲取液出口，待處理原水由所述原水進口進入所述正滲透反應裝置，所述濃水出口與外部儲蓄池相連通；

汲取液再生裝置：所述汲取液再生裝置通過管道與所述正滲透反應裝置相連通，所述汲取液再生裝置內部設有電加熱裝置，所述汲取液再生裝置上設有 物料進口和物料出口，所述第一汲取液出口與物料進口相連通，所述物料出口與第一汲取液進口相連通，所述汲取液再生裝置上還設置有水出口，所述水出口與外部蓄水池相連通；

所述汲取液再生裝置的數量為1臺或2臺或3臺或4臺。

進一步的，所述汲取液再生裝置的數量為3臺，分別為第一汲取液再生裝置、第二汲取液再生裝置和第三汲取液再生裝置；

所述第一汲取液再生裝置上設有第一物料進口、第一物料出口、第一水進口和第一水出口，所述第二汲取液再生裝置上設有第二物料進口、第二物料出口、第二水進口和第二水出口，所述第三汲取液再生裝置上設有第三物料進口、第三物料出口、第三水進口和第三水出口；

所述第一物料進口與所述第一汲取液出口相連通，所述第一物料出口與第二物料進口相連通，所述第二物料出口與所述第三物料進口相連通，所述第三物料出口與第一汲取液進口相連通，所述第三物料出口與第一汲取液進口之間設置有第四循環泵和濃縮裝置，所述第一水出口與第二水進口相連通，所述第二水出口與第三水進口相連通，所述第三水出口與外部蓄水池相連通。

進一步的，所述汲取液再生裝置上設置有循環系統。

進一步的，所述循環系統包括第一循環系統、第二循環系統和第三循環系統，所述第一循環系統包括第一管路和第一循環泵，所述第一循環泵置於第一管路上，所述第一水出口通過第一管路與第一水進口相連通，所述第二循環系統包括第二管路和第二循環泵，所述第二循環泵置於第二管路上，所述第二水出口通過第二管路與第二水進口相連通，所述第三循環系統包括第三管路和第三循環泵，所述第三循環泵置於第三管路上，所述第三水出口通過第三管路與第三水進口相連通。

進一步的，所述循環系統包括第一循環系統、第二循環系統和第三循環系統，所述第一循環系統包括第一管路和第一循環泵，所述第二循環系統包括第二管路和第二循環泵，所述第三循環系統包括第三管路和第三循環泵，所述第一水出口通過第一管路與第一水進口相連通，所述第一循環泵置於第一管路上，所述第二水出口通過第二管路與第一水進口相連通，所述第二循環泵置於第二 管路上，所述第三水出口通過第三管路與第一水進口相連通，所述第三循環泵置於第三管路上。

進一步的，所述汲取液為NH4HCO3或熱敏性物質。

本實用新型的三級增效正滲透裝置的有益效果：

本實用新型的正滲透裝置的主要特點是：針對汲取液或驅動物質(Draw solution)的熱敏特性，利用分離出的水的剩餘能將被稀釋的汲取液或驅動物質和水分進行分離，其中按照能量的遞減，經過長期實踐和總結，汲取液再生裝置最高為4級再生，而本申請通過三級分離，一方面提高能量利用效率，另一方面充分提純汲取液或驅動物質，提高滲透壓，提高正滲透效率，做到事半功倍。無論是針對反滲透水處理還是先有的正滲透處理，本實用新型從結構到效果均有著實質性的突破。

上述說明僅是本實用新型技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本實用新型的技術手段，並可依照說明書的內容予以實施，以下以本實用新型的較佳實施例並配合附圖詳細說明如後。

附圖說明

圖1是本實用新型的三級增效正滲透裝置的第一種實施方式的結構示意圖；

圖2是本實用新型的三級增效正滲透裝置的第一種實施方式的結構示意圖。

1、正滲透反應裝置；2、第一汲取液再生裝置；3、第二汲取液再生裝置；4、第三汲取液再生裝置；5、第一汲取液進口；6、原水進口；7、第一汲取液出口；8、濃水出口；9、第一物料進口；10、第一水進口；11、第一物料出口；12、第一水出口；13、第二物料進口；14、第二水進口；15、第二物料出口；16、第二水出口；17、第三物料進口；18、第三水進口；19、第三物料出口；20、第三水出口；21、第一循環泵；22、第一管路；23、第二循環泵；24、第二管路；25、第三循環泵；26、第三管路；27、第四循環泵；28、濃縮裝置。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例，對本實用新型的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用於說明本實用新型，但不用來限制本實用新型的範圍。

參見圖1-2所示，三級增效正滲透裝置，包括：

正滲透反應裝置1：正滲透反應裝置1上設置有原水進口6、濃水出口8、第一汲取液進口5和第一汲取液出口7，待處理原水由所述原水進口6進入正滲透反應裝置1，濃水出口8與外部儲蓄池相連通；

汲取液再生裝置：汲取液再生裝置通過管道與正滲透反應裝置1相連通，汲取液再生裝置內部設有電加熱裝置，汲取液再生裝置上設有物料進口和物料出口，第一汲取液出口7與物料進口相連通，物料出口與第一汲取液進口5相連通，汲取液再生裝置上還設置有水出口，水出口與外部蓄水池相連通；

汲取液再生裝置的數量為1臺或2臺或3臺或4臺。

由於能量在再生過程中有衰減，經過科研人員長期實踐和計算，得出總結：本申請的汲取液再生裝置最多為4臺，當汲取液再生裝置為4臺或4臺以下時，既可以充分對汲取液再生，循環利用汲取液，又可以為後續的汲取液與水的分離提供能量，充分利用能量，減少資源的浪費。

本實用新型採用了最優的方案：汲取液再生裝置的數量為3臺。

汲取液再生裝置的數量為3臺，分別為第一汲取液再生裝置2、第二汲取液再生裝置3和第三汲取液再生裝置4；

第一汲取液再生裝置2上設有第一物料進口9、第一物料出口11、第一水進口10和第一水出口12，第二汲取液再生裝置3上設有第二物料進口13、第二物料出口15、第二水進口14和第二水出口16，第三汲取液再生裝置4上設有第三物料進口17、第三物料出口19、第三水進口18和第三水出口20；

第一物料進口9與第一汲取液出口7相連通，第一物料出口11與第二物料進口13相連通，第二物料出口15與第三物料進口17相連通，第三物料出口19與第一汲取液進口5相連通，第三物料出口19與第一汲取液進口5之間設置有第四循環泵27和濃縮裝置28，第一水出口10與第二水進口14相連通，第二水出口16與第三水進口18相連通，第三水出口20與外部蓄水池相連通。

汲取液再生裝置上設置有循環系統。

如圖1所示，本實用新型的實施例一：

循環系統包括第一循環系統、第二循環系統和第三循環系統，第一循環系 統包括第一管路22和第一循環泵21，第一循環泵21置於第一管路22上，第一水出口12通過第一管路22與第一水進口10相連通，第二循環系統包括第二管路24和第二循環泵23，第二循環泵23置於第二管路24上，第二水出口16通過第二管路24與第二水進口14相連通，第三循環系統包括第三管路26和第三循環泵25，第三循環泵25置於第三管路26上，第三水出口20通過第三管路26與第三水進口18相連通。

實施例一為本實用新型採用3臺汲取液再生裝置的工藝流程的一種表現形式，具體為：原水由正滲透反應裝置1的原水進口6進入，汲取液由正滲透反應裝置1的第一汲取液進口5進入，在正滲透反應裝置1內，原水通過正滲透反應，其中的水分由汲取液吸收，原水變為濃水，並由濃水出口8排除，正滲透反應裝置1的濃水出口8與外部儲蓄池或者其他儲蓄裝置連通。正滲透反應裝置1內的汲取液經過反應吸收了很多水分，並由第一汲取液出口7排出，同時，本實用新型的裝置還設計了汲取液再生裝置，汲取液再生裝置內設置有電加熱裝置或者外引熱蒸汽，來對吸收了水分的汲取液進行處理，加熱使得汲取液中的水分蒸發出來，並由第一汲取液再生裝置2的第一水出口12排出，同時，一次處理後的汲取液由第一汲取液再生裝置2的第一物料出口11排出，並由第二物料進口13進入第二汲取液再生裝置3中再次進行加熱反應，同理，經過二次再生反應，汲取液進一步被處理，接著進入第三汲取液再生裝置4，進行三次處理，三次處理後的汲取液經管路回流回正滲透反應裝置1內，其中回流通過第四循環泵27提供動力，經過三次處理的汲取液的密度較小，因此本實用新型在第四循環泵旁邊加設了濃縮裝置28，濃縮裝置28用於提升汲取液的密度，讓其滿足工藝要求。

其中，為了更好的利用資源(主要是能量的充分利用)，本實用新型設計了循環系統，循環系統包括第一循環系統、第二循環系統和第三循環系統，本實用新型的一種循環系統形式為：第一循環系統包括第一管路22和第一循環泵21，第一循環泵21置於第一管路22上，第一水出口12通過第一管路22與第一水進口10相連通，第二循環系統包括第二管路24和第二循環泵23，第二循環泵23置於第二管路24上，第二水出口16通過第二管路24與第二水進口14 相連通，第三循環系統包括第三管路26和第三循環泵25，第三循環泵25置於第三管路26上，第三水出口20通過第三管路26與第三水進口18相連通。

汲取液進入第一汲取液再生裝置2後經一次處理得到的水分，其中一部分由管路進入第二汲取液再生裝置3，另一部分經第一管路22上第一循環泵21作用循環回第一水進口10再次進入第一汲取液再生裝置2，由於採用了電加熱或者熱蒸汽來再生汲取液，因此分離出的水分也是有一定溫度的，也就是說這部分水分是有能量了，將其循環利用是十分必要的，一次處理得到的水分循環回第一汲取液再生裝置2對汲取液釋放熱量，充分利用了水分中的熱能，為系統節約了能源；同樣，進入第二汲取液再生裝置3的汲取液在電加熱或熱蒸汽加熱的作用下，與水分得到分離，分離的水分和第一汲取液再生裝置2得到的水分一起由第二水出口16排出，排出的水分一部分由第三水進口18進入第三汲取液再生裝置4，另一部分由第二管路24上的第二循環泵23作用循環回第二汲取液再生裝置3，目的與第一循環系統相同，都是為了充分利用水分中的熱能；同理，第三汲取液再生裝置4也是如此，此處不再闡述。汲取液經過三級處理，得到了較為純淨的汲取液和水分，水由第三汲取液再生裝置4的第三水出口20排出，排出的水分通過管道進入蓄水池進行儲存，也可以接入其他設備進行儲存。得到的較為純淨的汲取液由第三物料出口19排出經第四循環泵27的作用返回到正滲透反應裝置1的第一汲取液進口5，此時就可以再次利用，如此節約了資源，做到了效益最大化。

如圖2所示，本實用新型的實施例二：

循環系統包括第一循環系統、第二循環系統和第三循環系統，第一循環系統包括第一管路22和第一循環泵21，第二循環系統包括第二管路24和第二循環泵23，第三循環系統包括第三管路26和第三循環泵25，第一水出口12通過第一管路22與第一水進口10相連通，第一循環泵21置於第一管路22上，第二水出口16通過第二管路24與第一水進口10相連通，第二循環泵23置於第二管路24上，第三水出口20通過第三管路26與第一水進口10相連通，第三循環泵25置於第三管路26上。

實施例二為本實用新型採用3臺汲取液再生裝置的工藝流程的一種表現形 式，具體為：原水由正滲透反應裝置1的原水進口6進入，汲取液由正滲透反應裝置1的第一汲取液進口5進入，在正滲透反應裝置1內，原水通過正滲透反應，其中的水分由汲取液吸收，原水變為濃水，並由濃水出口8排除，正滲透反應裝置1的濃水出口8與外部儲蓄池或者其他儲蓄裝置連通。正滲透反應裝置1內的汲取液經過反應吸收了很多水分，並由第一汲取液出口7排出，同時，本實用新型的裝置還設計了汲取液再生裝置，汲取液再生裝置內設置有電加熱裝置或者外引熱蒸汽，來對吸收了水分的汲取液進行處理，加熱使得汲取液中的水分蒸發出來，並由第一汲取液再生裝置2的第一水出口12排出，同時，一次處理後的汲取液由第一汲取液再生裝置2的第一物料出口11排出，並由第二物料進口13進入第二汲取液再生裝置3中再次進行加熱反應，同理，經過二次再生反應，汲取液進一步被處理，接著進入第三汲取液再生裝置4，進行三次處理，三次處理後的汲取液經管路回流回正滲透反應裝置1內，其中回流通過第四循環泵27提供動力。

其中，為了更好的利用資源，主要是能量的充分利用，本實用新型設計了循環系統，循環系統包括第一循環系統、第二循環系統和第三循環系統，本實用新型的一種循環系統形式為：第一循環系統包括第一管路22和第一循環泵21，第二循環系統包括第二管路24和第二循環泵23，第三循環系統包括第三管路26和第三循環泵25，第一水出口12通過第一管路22與第一水進口10相連通，第一循環泵21置於第一管路22上，第二水出口16通過第二管路24與第一水進口10相連通，第二循環泵23置於第二管路24上，第三水出口20通過第三管路26與第一水進口10相連通，第三循環泵25置於第三管路26上。

汲取液進入第一汲取液再生裝置2後經一次處理得到的水分，其中一部分由管路進入第二汲取液再生裝置3，另一部分經第一管路22上第一循環泵21作用循環回第一水進口10再次進入第一汲取液再生裝置2，由於採用了電加熱或者熱蒸汽來再生汲取液，因此分離出的水分也是有一定溫度的，也就是說這部分水分是有能量了，將其循環利用是十分必要的，一次處理得到的水分循環回第一汲取液再生裝置2對汲取液釋放熱量，充分利用了水分中的熱能，為系統節約了能源；區別於實施例一，進入第二汲取液再生裝置3的汲取液在電加 熱或熱蒸汽加熱的作用下，與水分得到分離，分離的水分和第一汲取液再生裝置2得到的水分一起由第二水出口16排出，排出的水分一部分由第三水進口18進入第三汲取液再生裝置4，另一部分由第二管路24上的第二循環泵23作用循環回第一汲取液再生裝置2，目的與第一循環系統相同，都是為了充分利用水分中的熱能；同理，第三汲取液再生裝置4也是如此，區別於實施例一，實施例二中的第三汲取液再生裝置4中的水分與第二汲取液再生裝置3一樣都是循環回第一汲取液再生裝置2中。汲取液經過三級處理，得到了較為純淨的汲取液和水分，水由第三汲取液再生裝置4的第三水出口20排出，排出的水分通過管道進入蓄水池進行儲存，也可以接入其他設備進行儲存。得到的較為純淨的汲取液由第三物料出口19排出經第四循環泵27的作用返回到正滲透反應裝置1的第一汲取液進口5，此時就可以再次利用，如此節約了資源，做到了效益最大化。

本實用新型的汲取液為氨和二氧化碳的混合液。同樣可以為其他種類的汲取液，只要作用相同都屬於本實用新型的保護範圍。

影響正滲透裝置效率的因素主要有兩個，一個是選擇透過性膜；另一個是汲取液的滲透壓。本實用新型的正滲透裝置的主要特點是：針對汲取液熱敏特性，利用分離出的水的剩餘能將被稀釋的汲取液或驅動物質和水分進行分離，通過三級分離，經過實踐和總結，最多為4級，其中3級處理的效果為最佳，一方面提高能量利用效率，另一方面充分提純汲取液，提高滲透壓，提高正滲透效率，做到事半功倍。例如：NH4HCO3在水中具有很高的溶解度，形成的汲取液可以產生巨大地滲透壓驅動力使得水分子滲透過膜，即使高含鹽量原水的總溶解性固體(TDS)高達200,000mg/L。稀釋後的汲取液通過加熱蒸發分解其中的溶質而得到循環利用，除去了溶解氨和二氧化碳以後的水即為比較純淨的產水。本實用新型的裝置就是把除去了溶解氨和二氧化碳以後的水循環作為一級熱蒸發裝置，水中的熱量可以為汲取液再生裝置提供熱能，分離汲取液和水提高能量利用效率，提高正滲透裝置效率。

上述說明僅是本實用新型技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本實用新 型的技術手段，並可依照說明書的內容予以實施，以下以本實用新型的較佳實施例並配合附圖詳細說明如後。

以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，並不用於限制本實用新型，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變型，這些改進和變型也應視為本實用新型的保護範圍。