反滲透膜分離技術發展迅速節能減排任重道遠
2014-05-14 18:33:18
admin
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據慧聰網2009年4月3日訊 近些年來，反滲透技術發展迅速，在世界范圍已取得巨大的經濟效益，對海水、苦咸水淡化、工業廢水濃縮經濟價值較高的物質，以及對醫藥、食品工業等方面的溶液濃縮方面均取得長足進步，但仍限于低濃度的濃縮與淡化。究其原因，主要在于膜組件內反滲透膜的透水量受膜兩側溶液的滲透壓差Δπ的限制。因為膜兩側溶液的滲透壓差是膜兩側溶液濃度差的函數（目前的膜組件是一種單流道的反滲透膜組件，在膜的高壓側，設進、出液兩個口，進出的是有濃度的液體；另一低壓側只有一個出水口，流出的滲透水是清水，濃度接近于零，按一個大氣壓計算），因此進入的溶液濃度愈大滲透水量愈多，濃度量及其滲透壓差就愈大，則反滲透操作壓力差ΔP也更大，對高壓泵壓力的要求也隨之愈高。如膜的高壓流道流入3.5%的鹽水，要濃縮至7～8%就需70～90個大氣壓的高壓泵。如濃度再高，不僅反滲透膜易被壓破，高壓泵也難制造，且消耗動力亦很大。近些年來在研制高性能的反滲透膜及其組件時，主要在于研制如何提高膜的抗壓力及增大透水量，但濃度愈高，滲透壓愈大，對膜的抗壓力要求愈高，這是一種惡性循環，因此存在難以逾越的障礙。
高耀祖發明的一種名為“雙流道對流反滲透分離裝置及雙流道反滲透膜組件”（專利號：ZL99103186.5）。該產品是以“雙流道反滲透膜組件”作為“雙流道對流反滲透分離裝置”的主要部件，其特征在于“在反滲透膜的兩側設兩條流道，一側為高壓流道設進液口及出液口，另一側為低壓流道也設置進液口及出液口。兩側進液口設在流道的相對的兩端”。其特征還在于將一種濃度溶液事先分為兩種濃度，分別從高壓流道及低壓流道兩端進液口流入，且低壓流道進口溶液濃度要低于高壓流道進口溶液濃度，造成濃度差，也就降低膜兩側對流溶液的濃度差及其滲透壓差。因此用較低的操作壓力就能克服滲透壓差進行對流反滲透，使流入高壓流道溶液脫水濃縮，流入低壓流道溶液得到滲透水淡化。目的在于從反滲透膜的兩側不同濃度溶液濃差能的轉換過程著手，從非平衡過程的穩定狀態出發，發明出“雙流道對流反滲透分離裝置”，及其主要部件——“雙流道反滲透膜組件”，達到用抗壓力不高的反滲透膜及壓頭不太高的高壓泵就可以高度濃縮低分子量溶液的新方法，其特點是不需要用抗壓力和脫鹽率很高的反滲透膜及壓頭很高的高壓泵就可對溶液進行高度濃縮和淡化的高度節能減排裝置。主要用于醫藥、食品、化工、發酵工業等水分子溶液高度濃縮及處理環境污染外，也能成倍的降低泵壓力進行海水淡化，或用抗壓力不高的反滲透膜進行海水淡化。
“雙流道對流反滲透分離裝置”是由多段“雙流道反滲透膜組件”組成的一種對低分子量溶液進行高度濃縮的反滲透分離裝置。當用一段或兩段“雙流道反滲透膜組件”組成時就成為海水淡化的雙流道對流反滲透分離裝置。此裝置的特征在于：將小分子稀溶液首先分為兩種不同濃度的溶液，再分別流入“雙流道反滲透膜組件”的反滲透膜兩側的高壓流道與低壓流道內，低壓流道進口溶液濃度要求低于高壓流道進口溶液濃度，以對流流動的方式進行反滲透濃縮及淡化。當進行多段對流反滲透高濃度濃縮及淡化時，該裝置的特征又在于將膜兩側對流流動溶液的濃度差造成“等濃度”對流流動。而提出調節低壓流道入口溶液的流量使膜兩側溶液按等濃度差進行反滲透的“雙流道回轉合成法”，解決了高壓流道濃縮液保持“等濃度差”逐段升級濃縮問題。低壓流道溶液淡化的組合基本方法，克服了滲透壓差的限制，減低了操作壓力。
當進行第一路多段組合時，為降低膜兩側對流溶液的濃度差及其滲透壓差，需使流入膜兩側的對流溶液按“等濃度差”逐段進行對流反滲透，使流入串聯連接的高壓流道溶液逐段濃縮，流入低壓流道溶液淡化，為此而發明出兩種調配流量的組合方法及聯接順序。當進行多路多段多組合時，為利用前一路（第一路）各段膜組件的低壓流道排出的濃度較高的淡化液，分別作為流入“后一路”和“后多路”的低一段膜組件的低壓流道的淡化液，而發明出能使各路各段膜組件的高壓流道溶液，皆能與流入低壓流道的淡化液按“等濃度差”逐段進行對流反滲透，使高壓流道溶液逐段濃縮。低壓流道溶液逐段淡化的兩種調配流量的組合方法及聯接順序。由于用四種組合方法及聯接順序構成的裝置皆縮小了膜兩側對流溶液的濃度差及其滲透壓差，因此用操作壓力較低的高壓泵及脫除率較低的反滲透膜就可使小分子質量稀溶液達到高度濃縮與淡化的目的。
因為該項發明是一種由“雙流道反滲透膜組件”處理作為基本部件，按發明的處理流體的四種組合方法及聯接順序，用管道聯接構成多路多段“雙流道對流反滲透分離裝置”，是一種使用操作壓力較低的高壓泵和脫除率較低的反滲透膜，就可將小分子質量稀溶液高濃度濃縮及淡化的節能裝置。主要用于食品、醫藥和發酵工業等方面小分子稀溶液的高度濃，以及從工業廢水中高度濃縮出貴重物質進行污水處理，在海水淡化方面能夠成倍降低泵壓力，大幅度增加淡化水產量等。為制取“無水乙醇”即車用乙醇汽油燃料提供高濃度乙醇原液，降低“乙醇”生產成本，取消耗費大量熱能的蒸餾裝置。此項發明與現有使用的以蒸餾方法濃縮溶液相比，可以極大的節約能源和設備。
由于各國用于淡化海水的反滲透分離裝置是由單流道反滲透膜組建組成的，當高度濃縮溶液時其滲透壓差增大，泵壓力過高的限制，只能進行低濃度的濃縮，因此該發明具有不可估量的經濟價值。