[0001]
技术领域
[0002] 本
发明涉及一种
水处理系统,特别涉及一种再生水用电脱盐系统。
背景技术
[0003] 随着近年来
淡水资源紧缺,环境污染日益严重,世界上许多国家面临着淡水危机,水资源已经成为制约社会经济发展和人类生存环境的战略资源。脱盐处理作为一种新兴产业,具有广阔的市场发展前景,市场空间巨大。
[0004] 石化企业为了节约用水,实现工业
废水资源化,将
膜生物反应器出水经过脱盐回用,淡水用作敞开式循环
冷却水系统补充水。水中氯离子、
硫酸盐浓度高时会
加速碳钢的
腐蚀。《城市污水再生利用 工业用水水质》(GB/T 19923-2005)要求敞开式循环冷却水系统补充水的氯离子浓度不超过250mg/L。特别地,当循环冷却水系统中有
不锈钢制的换热器时,补充水的氯离子浓度被要求低于100 mg/L。
[0005] 螺旋卷式
电渗析膜堆见于T. Wen等人的报道(Desalination, 101, (1995),p79~91)。膜堆由若干张离子交换膜和隔网围绕中心管螺旋卷制而成。外层套有
电极板,中心管作为水的配集管兼作电极。膜的两端用胶水密封,另外两端作为进出水的通道。淡水和浓水经
导管进入膜堆,一股轴向流动,另一股螺旋式径向流动,错流通过液流通道。在直流
电场下,淡水室中的阴、阳离子通过离子交换膜迁移至浓水侧,由此实现淡水脱盐。
[0006] 螺旋卷式电渗析膜堆对暂时硬度高的废水脱盐时,电极和离子交换膜的膜面很快会产生
结垢,不得不频繁
酸洗以恢复膜堆的脱盐性能。
[0007] 同时,市场上的脱盐装置设备都是按照单个摆放的方式,这样占地面积大,不利于安装,也不利于后期维修保养。
发明内容
[0008] 本发明的目的是提供一种能够减缓膜堆中的浓
水电阻压降升高和
电流效率降低的再生水用电脱盐系统。
[0009] 本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的:一种再生水用电脱盐系统,包括卷式电脱盐装置;
所述卷式电脱盐装置包括第一
过滤器、一级螺旋卷式电脱盐膜堆、二级螺旋卷式电脱盐膜堆和浓水箱;
所述第一过滤器包括过滤进水端和过滤出水端;
所述一级螺旋卷式电脱盐膜堆包括第一
原水进水端、第一浓水进水端、第一淡水出水端和第一浓水出水端;
所述第二螺旋卷式电脱盐膜堆包括第二淡水进水端、第二浓水进水端、第二淡水出水端和第二浓水出水端;
所述过滤出水端连接所述第一原水进水端,所述第一淡水出水端连接所述第二淡水进水端;
所述第一浓水进水端与所述第二浓水进水端并联;所述第一浓水出水端与所述第二浓水出水端并联。
[0010] 本发明卷式电脱盐系统前后级浓水室的连接方式为并联,浓
水循环,前后级淡水室的连接方式为
串联,淡水一次通过。淡水和浓水经导管进入膜堆。通过特定结构的螺旋卷式电脱盐装置应用和连接方式设置,前后级浓水室并联连接,浓水流程短,后一级膜堆中的浓水、淡水浓度差小,上一级膜堆中心管流出的浓水夹带电极反应产生的气体不会进入下一级膜堆的浓水室,避免了浓水的有效电导率下降,从而能够防止浓水的
电阻压降升高和电流效率降低。
[0011] 作为优选,再生水用电脱盐系统,包括组合
支架和活动连接在所述组合支架上的两个以上的卷式电脱盐装置;所述组合支架包括淡水进管、淡水出管、浓水进管、浓水出管和极水出管。
[0012] 本发明卷式电脱盐系统采用特定的组合支架连接结构,组合安装特定的卷式电脱盐装置,卷式结构下的模
块集成度高,通过
抽屉式或立式的堆叠摆放方式,大大缩小了占地面积,既利于安装,也便于后期维修保养。
[0013] 作为优选,所述组合支架为多层立式组合支架,所述卷式电脱盐装置立式摆放,所述淡水进管、淡水出管、浓水进管、浓水出管和极水出管连接设置在每层卷式电脱盐装置的下端部。
[0014] 本装置所述组合支架为两层以上立式组合支架,安装组合成有序连接的管路系统,可以在单位面积内处理大量的工业原水从而制得高品质纯水。
[0015] 作为优选,所述组合支架为多层抽屉式组合支架,所述卷式电脱盐装置卧式摆放,所述淡水进管、淡水出管、浓水进管、浓水出管和极水出管连接设置在每层卷式电脱盐装置的一端侧面。
[0016] 本装置所述组合支架为两层以上抽屉式组合支架,安装组合成有序连接的管路系统;可以根据实际情况增加或减少每层抽屉中的电脱盐装置,既利于安装,也便于后期维修保养,可以在单位面积内处理大量的工业原水从而制得高品质纯水。
[0017] 作为优选,所述卷式电脱盐装置为电渗析器。
[0018] 作为优选,所述卷式电脱盐装置为大通量卷式电脱盐装置,包括
外壳和膜芯;所述膜芯包括芯体和端盖,所述芯体设置在所述外壳体内部,所述端盖套设在所述密封套与所述外壳体连接处的内部;所述膜单元包括阳膜和阴膜;所述外壳体为分段成型的UPVC外壳;
所述端盖为拱形端盖,拱形端盖的外壁上间隔均匀的设置有多个可卡接在所述外壳体上的限位卡销。
[0019] 本发明电脱盐装置能够通过电
磁场通过阴、阳离子交换膜对阴、阳离子的选择性透过作用,在直流电场的作用下实现离子的定向迁移,从而完成水的深度除盐。
[0020] 本发明所述的一种大通量卷式电脱盐组件,通过卷式缠绕的膜芯,内外设置的阴阳级,使得电场在待净水流向的强度有一个变化,从而完成了对不同粒子的逐级分离,充分利用
电能,同时缓解了浓水室结垢倾向;进一步节省了系统管路和占地空间,降低了吨水成本;拱形端盖与外壳卡接,可使拱形端盖受到组件内部压
力也不易翻边,连接紧密;限位卡销的设置,提高了拱形端盖整体的承压能力。
[0021] 作为优选,所述第一原水进水端连接有进水总管,所述进水总管包括环形排列的若干水流进口支管,水流进口支管共同连接淡水进水总管管体,淡水进水总管管体设有第一原水进水端。
[0022] 作为优选,所述膜芯端面设置有滤板,所述滤板上设置有布水孔,所述布水孔为喇叭孔,所述喇叭孔大孔朝上,所述喇叭孔侧面设有针孔通至所述滤板下表面,所述喇叭孔外壁上设置有
辐射状排列而成的凸棱。这样可使淡水分布更均匀,膜两侧压差容易调控。
[0023] 作为优选,所述一级螺旋卷式电脱盐膜堆中的淡水流动为轴向流动,二级螺旋卷式电脱盐膜堆中的淡水流动为轴向流动;一级螺旋卷式电脱盐膜堆中的浓水流动为径向流动,二级螺旋卷式电脱盐膜堆中的淡水流动为径向流动,流向为自外电极螺旋式流向中心管。本发明结构设置可以调节工作
电压使每级膜堆在最优工况下运行。
[0024] 作为优选,所述一级螺旋卷式电脱盐膜堆和二级螺旋卷式电脱盐膜堆由独立的电气通道供给直流电;所述浓水箱与所述第一浓水进水端和第二浓水进水端连通的管路上设置有浓水
泵和浓水调节
阀K;所述浓水箱顶部加装有脱气机。这样可以脱除回流浓水夹带的气体,进一步避免上一级膜堆中心管流出的浓水夹带电极反应产生的气体进入下一级膜堆的浓水室,从而避免了浓水的有效电导率下降,从而能够防止浓水的电阻压降升高和电流效率降低。
[0025] 作为优选,所述二级螺旋卷式电脱盐膜堆连接有三级螺旋卷式电脱盐膜堆,第二淡水出水端连接有三级螺旋卷式电脱盐膜堆的三级淡水进水端;第二浓水进水端与三级螺旋卷式电脱盐膜堆的三级浓水进水端并联;第二浓水出水端与三级螺旋卷式电脱盐膜堆的三级浓水出水端并联。
[0026] 通过多级螺旋卷式电脱盐膜堆浓淡水的串并联结构设置,可以在防止电流效率降低的同时进一步提高脱盐效果。
[0027] 作为优选,所述过滤进水端连接有原水泵,浓水泵的出口配置有第二过滤器;所述第一过滤器与第二过滤器的过滤
精度为5μm或10μm。原水泵与浓水泵的出口配置过滤器,可以更好的脱除进水中的悬浮物。
[0028] 本发明的第二技术目的是通过以下技术方案得以实现的:一种再生水脱盐用电脱盐系统在再生水脱盐中的应用,包括调节每级膜堆的浓水进水流量等于或低于淡水进水流量,保持每级的浓水进水压力等于淡水进水压力或低于淡水进水压力0.008-0.012MPa。
[0029] 本发明通过调节每级膜堆的浓淡水流量和压力,同时结合特定结构的螺旋卷式电脱盐装置应用和连接方式设置,前后级浓水室并联连接,浓水流程短,后一级膜堆中的浓水、淡水浓度差小,更有效的避免了浓水的有效电导率下降,从而能够防止浓水的电阻压降升高和电流效率降低。
[0030] 作为优选,调节浓水进水流量为0.8~0.9倍的淡水进水流量,浓水进水压力等于淡水进水压力。
[0031]
发明人发现,通过每级膜堆特定的浓淡水流量和压力设置,同时结合特定结构的螺旋卷式电脱盐装置应用和连接方式,能够更有效地防止浓水的电阻压降升高和电流效率降低。
[0032] 作为优选,调节每级膜堆极水的出水流量为原水流量的1%~4%,更优选2%~3%;系统运行时,不断从浓水泵5引出部分浓水至界外,同时向浓水箱补充等量的原水。浓水的浓缩倍数为4~7倍,优选4倍。
[0033] 发明人进一步发现,通过每级膜堆特定的极水流量和浓水设置,同时结合特定结构的螺旋卷式电脱盐装置应用和连接方式,能够更有效地防止浓水的电阻压降升高和电流效率降低。
[0034] 作为优选,向浓水箱连续计量加入pH值调节剂,调节浓水进水的pH值至4~7。优选pH值5~6。pH值调节剂优选硫酸或
盐酸,更优选盐酸。
[0035] 发明人进一步发现,通过浓水箱中pH值调节,能够使后一级膜堆中的浓水、淡水浓度差小,更有效的避免了浓水的有效电导率下降,从而更有效地防止浓水的电阻压降升高和电流效率降低。
[0036] 综上所述,本发明具有以下有益效果:1、本发明特定的螺旋卷式电脱盐装置结构中,前后级浓水室并联连接,浓水流程短,后一级膜堆中的浓水、淡水浓度差小,同名离子迁移量小,同时避免了气泡效应,电流效率高;
2、本发明螺旋卷式电脱盐装置在再生水脱盐中的应用,通过调节每级膜堆的浓淡水流量和压力组合设置、极水流量和浓水设置、以及浓水箱中pH值调节,同时结合特定结构的螺旋卷式电脱盐装置应用和连接方式设置,后一级膜堆中的浓水、淡水浓度差小,更有效的避免了浓水的有效电导率下降,从而能够防止浓水的电阻压降升高和电流效率降低。
[0037] 3、结构简单,同时可以减小设备体积;4、可以模块化整体移动,避免装置笨重需单个机械搬运;
5、管路连接清晰有序,维护方便;
6、可根据实际需求进行安装,可以多个并联或者多个串联,提高装置的利用率。
[0039] 图1是本发明再生水用电脱盐系统连接示意图;图2是本发明抽屉式组合支架正视图;
图3是本发明抽屉式组合支架俯视图;
图4是本发明立式组合支架俯视图;
图5是本发明立式组合支架正视图;
图6是本发明螺旋卷式电脱盐膜堆进水总管俯视图;
图7是本发明螺旋卷式电脱盐膜堆进水总管结构示意图;
图8是本发明螺旋卷式电脱盐膜堆拱形端盖示意图;
图9是本发明螺旋卷式电脱盐膜堆布水孔结构示意图。
[0040]
具体实施方式
[0041] 以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0042] 如图1-图9所示,再生水用电脱盐系统包括卷式电脱盐装置,卷式电脱盐装置2包括第一过滤器21、一级螺旋卷式电脱盐膜堆22、二级螺旋卷式电脱盐膜堆23和浓水箱24;第一过滤器21包括过滤进水端211和过滤出水端212;一级螺旋卷式电脱盐膜堆22包括第一原水进水端221、第一浓水进水端222、第一淡水出水端223和第一浓水出水端224;第二螺旋卷式电脱盐膜堆23包括第二淡水进水端231、第二浓水进水端232、第二淡水出水端233和第二浓水出水端234;过滤出水端212连接第一原水进水端221,第一淡水出水端223连接第二淡水进水端231;第一浓水进水端222与第二浓水进水端232并联;第一浓水出水端224与第二浓水出水端234并联。
[0043] 再生水用电脱盐系统包括组合支架1和活动连接在组合支架1上的两个以上的卷式电脱盐装置2;组合支架1包括淡水进管11、淡水出管12、浓水进管13、浓水出管14和极水出管15。
[0044] 组合支架1优选为立式组合支架或抽屉式组合支架。卷式电脱盐装置可根据实际需要进行串联或并联,优选的是两个以上的卷式电脱盐装置2相互并联。
[0045] 组合支架1为多层立式组合支架时,卷式电脱盐装置2可进行立式摆放,淡水进管11、淡水出管12、浓水进管13、浓水出管14和极水出管15优选连接设置在每层卷式电脱盐装置2的下端部。
[0046] 组合支架1为多层抽屉式组合支架时,卷式电脱盐装置2可进行卧式摆放,淡水进管11、淡水出管12、浓水进管13、浓水出管14和极水出管15优选连接设置在每层卷式电脱盐装置2的一端侧面。
[0047] 为了提高单位面积过滤通量和利用率,卷式电脱盐装置2选用大通量卷式电脱盐装置, 包括外壳和膜芯;膜芯包括芯体和端盖255,芯体设置在外壳体内部,端盖255套设在密封套与外壳体连接处的内部;膜单元包括阳膜和阴膜;外壳体为分段成型的UPVC外壳;端盖255为拱形端盖,拱形端盖的外壁上间隔均匀的设置有多个可卡接在外壳体上的限位卡销255a。第一原水进水端221连接有进水总管20,进水总管20包括环形排列的若干水流进口支管201,水流进口支管201共同连接淡水进水总管管体202,淡水进水总管管体202设有第一原水进水端221。端盖255为拱形端盖,拱形端盖的外壁上间隔均匀的设置有多个可卡接在外壳体211上的限位卡销255a。
[0048] 膜芯端面设置有滤板227,滤板227上设置有布水孔2271,布水孔2271为喇叭孔,喇叭孔大孔朝上,喇叭孔侧面设有针孔2272通至滤板227下表面,喇叭孔外壁上设置有辐射状排列而成的凸棱2273。
[0049] 一级螺旋卷式电脱盐膜堆22中的淡水流动为轴向流动,二级螺旋卷式电脱盐膜堆23中的淡水流动为轴向流动;一级螺旋卷式电脱盐膜堆22中的浓水流动为径向流动,二级螺旋卷式电脱盐膜堆23中的淡水流动为径向流动,流向为自外电极螺旋式流向中心管。
[0050] 一级螺旋卷式电脱盐膜堆22和二级螺旋卷式电脱盐膜堆23由独立的电气通道供给直流电;浓水箱24与第一浓水进水端222和第二浓水进水端232连通的管路上设置有浓水泵25和浓水调节阀K;浓水箱24顶部加装有脱气机26。
[0051] 二级螺旋卷式电脱盐膜堆23连接有三级螺旋卷式电脱盐膜堆27,第二淡水出水端223连接有三级螺旋卷式电脱盐膜堆的三级淡水进水端;第二浓水进水端222与三级螺旋卷式电脱盐膜堆的三级浓水进水端并联;第二浓水出水端224与三级螺旋卷式电脱盐膜堆的三级浓水出水端并联。
[0052] 过滤进水端211连接有原水泵28,浓水泵25的出口配置有第二过滤器29;第一过滤器21与第二过滤器29的过滤精度为5μm或10μm。
[0053] 某石化企业水处理车间MBR
膜生物反应器出水经电渗析脱盐后用作敞开式循环冷却水系统补充水。原水电导率2240mg/L,
钙镁硬度328mg/L,总
碱度100mg/L。氯离子浓度450mg/L。要求淡水电导率低于800mg/L,氯离子浓度低于100mg/L。
[0054] 应用
实施例1原水通过原水泵
增压,流经10μm的过滤器后进入螺旋卷式电脱盐膜堆。淡水和浓水经导管进入膜堆,淡水轴向流动,浓水自外壁螺旋式流向中心管。极水自极水室引出直排极水箱。各级膜堆由独立的电气通道供给直流电。调节第一级工作电压72V,第二级工作电压
70V。两级工作电流均为38A。原水流量为6m3/h,浓水流量为5m3/h。原水进水压力0.1MPa,浓水进水压力0.1 MPa。各级极水的流量调节为150L/h。浓水的浓缩倍数为5倍。浓水箱计量加入盐酸,控制pH值4。稳定运行4小时后,取样分析淡水水质。淡水电导率595mg/L,钙镁硬度
91mg/L,氯离子浓度90mg/L。
[0055] 实际安装使用时,本系统可以减小设备体积,避免装置笨重需单个机械搬运的情况;而且维护方便,若几个组件如果只堆叠在一起,虽然占地面积小了,但是维护起来很不方便;本装置可根据实际需求进行安装,可以多个并联或者多个串联,提高装置的利用率。
[0056] 应用实施例2原水通过原水泵增压,流经5μm的过滤器后进入螺旋卷式电脱盐膜堆。淡水和浓水经导管进入膜堆,淡水轴向流动,浓水自外壁螺旋式流向中心管。极水自极水室引出直排极水箱。各级膜堆由独立的电气通道供给直流电。调节第一级工作电压72V,第二级工作电压
71V。两级工作电流均为38A。原水流量为6m3/h,浓水流量为4.8m3/h。原水进水压力0.1 MPa,浓水进水压力0.09 MPa。各级极水的流量调节为60L/h。浓水的浓缩倍数为4倍。浓水箱计量加入盐酸,控制pH值7。稳定运行4小时后,取样分析淡水水质。淡水电导率587mg/L,钙镁硬度88mg/L,氯离子浓度86mg/L。
[0057] 应用实施例3原水通过原水泵增压,流经10μm的过滤器后进入螺旋卷式电脱盐膜堆。淡水和浓水经导管进入膜堆,淡水轴向流动,浓水自外壁螺旋式流向中心管。极水自极水室引出直排极水箱。各级膜堆由独立的电气通道供给直流电。调节第一级工作电压72V,第二级工作电压
69V。两级工作电流均为37.5A。原水流量为6m3/h,浓水流量为6m3/h。原水进水压力0.1MPa,浓水进水压力0.1MPa。各级极水的流量调节为240L/h。浓水的浓缩倍数为7倍。浓水箱计量加入盐酸,控制pH值5.5。稳定运行4小时后,取样分析淡水水质。淡水电导率578mg/L,钙镁硬度86mg/L,氯离子浓度80mg/L。
[0058] 应用实施例4调节每级膜堆的浓水进水流量等于淡水进水流量,保持每级的浓水进水压力低于淡水进水压力0.008MPa。
[0059] 调节每级膜堆极水的出水流量为原水流量的1%;系统运行时,不断从浓水泵5引出部分浓水至界外,同时向浓水箱补充等量的原水。浓水的浓缩倍数为7倍。
[0060] 向浓水箱4连续计量加入pH值调节剂,调节浓水进水的pH值至4。pH值调节剂为盐酸。第一过滤器1与第二过滤器9的过滤精度为5μm。取样分析淡水水质。淡水电导率556mg/L,钙镁硬度82mg/L,氯离子浓度78mg/L。
[0061] 应用实施例5调节每级膜堆的浓水进水流量为0.9倍的淡水进水流量,保持每级的浓水进水压力等于淡水进水压力或低于淡水进水压力0.01MPa。
[0062] 调节每级膜堆极水的出水流量为原水流量的4%;系统运行时,不断从浓水泵5引出部分浓水至界外,同时向浓水箱补充等量的原水。浓水的浓缩倍数为4倍。
[0063] 向浓水箱4连续计量加入pH值调节剂,调节浓水进水的pH值至7。pH值调节剂为硫酸。第一过滤器1与第二过滤器9的过滤精度为10μm。取样分析淡水水质。淡水电导率548mg/L,钙镁硬度79mg/L,氯离子浓度75mg/L。
[0064] 应用实施例6调节浓水进水流量为0.8倍的淡水进水流量,浓水进水压力等于淡水进水压力。
[0065] 调节每级膜堆极水的出水流量为原水流量的3%;系统运行时,不断从浓水泵5引出部分浓水至界外,同时向浓水箱补充等量的原水。浓水的浓缩倍数为6倍。
[0066] 向浓水箱4连续计量加入pH值调节剂,调节浓水进水的pH值至6。pH值调节剂为盐酸。第一过滤器1与第二过滤器9的过滤精度为10μm。取样分析淡水水质。淡水电导率537mg/L,钙镁硬度76mg/L,氯离子浓度73mg/L。
[0067] 对比实施例1两级螺旋卷式电渗析膜堆串联连接用于再生水脱盐。浓水室、淡水室均为串联连接。见图1。原水通过10μm的过滤器后进入螺旋卷式电渗析膜堆。淡水和浓水经导管进入膜堆,淡水轴向流动,浓水自外壁螺旋式流向中心管。极水自极水室引出直排极水箱。各级膜堆由独立的电气通道供给直流电。调节第一级工作电压72V,第二级工作电压85V。两级工作电流均为38A。原水流量为6m3/h,浓水流量为5m3/h。进水压力均为0.1 MPa。各级极水的流量调节为
150L/h。浓水的浓缩倍数为4倍。浓水箱计量加入盐酸,控制pH值在5.5。稳定运行4小时后,取样分析淡水水质。淡水电导率880mg/L,钙镁硬度116mg/L,氯离子浓度122mg/L。
[0068] 对比实施例2同对比实施例1,不同的是原水流量为6m3/h,浓水流量为7m3/h。原水进水压力为
0.1MPa,浓水进水压力为0.12MPa。取样分析淡水水质。淡水电导率920mg/L,钙镁硬度
125mg/L,氯离子浓度131mg/L。
[0069] 从实施例和对比例可以看出:1、实施例和应用实施例中的系统用于上述再生水的脱盐回用时,特定的螺旋卷式电脱盐系统结构中,前后级浓水室并联连接,浓水流程短,后一级膜堆中的浓水、淡水浓度差小,同名离子迁移量小,同时避免了气泡效应,电流效率高;
2、在再生水脱盐中的应用,通过调节每级膜堆的浓淡水流量和压力组合设置、极水流量和浓水设置、以及浓水箱中pH值调节,同时结合特定结构的螺旋卷式电脱盐系统应用和连接方式设置,后一级膜堆中的浓水、淡水浓度差小,更有效的避免了浓水的有效电导率下降,从而能够防止浓水的电阻压降升高和电流效率降低,从而获得电脱盐更彻底的再生水脱盐效果;
3、对比实施例1中的螺旋卷式电脱盐膜堆用于上述再生水的脱盐回用时采用串联连接,见图。浓水室、淡水室均为串联连接。最终得到的淡水电导率高,钙镁硬度大,氯离子浓度高,说明电除盐效果不如应用实施例中的电除盐效果好。一方面,随着浓水、淡水流程延长,浓水和淡水的浓度差增大,膜的选择透过性降低,同名离子迁移量加大,
电解质浓差扩散加剧,电流效率降低。另一方面,上一级膜堆中心管流出的浓水夹带电极反应产生的气体进入了下一级膜堆的浓水室。气泡的分散使下一级膜堆中的浓水形成气-液混合体系,导致浓水的有效电导率下降,浓水的电阻压降升高,电流效率进一步降低。
[0070] 本具体实施例仅仅是对本发明的解释,其并不是对本发明的限制,本领域技术人员在阅读完本
说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的
修改,但只要在本发明的
权利要求范围内都受到
专利法的保护。