反渗透膜分离技术发展迅速节能减排任重道远
2014-05-14 18:33:18
admin
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据慧聪网2009年4月3日讯 近些年来，反渗透技术发展迅速，在世界范围已取得巨大的经济效益，对海水、苦咸水淡化、工业废水浓缩经济价值较高的物质，以及对医药、食品工业等方面的溶液浓缩方面均取得长足进步，但仍限于低浓度的浓缩与淡化。究其原因，主要在于膜组件内反渗透膜的透水量受膜两侧溶液的渗透压差Δπ的限制。因为膜两侧溶液的渗透压差是膜两侧溶液浓度差的函数（目前的膜组件是一种单流道的反渗透膜组件，在膜的高压侧，设进、出液两个口，进出的是有浓度的液体；另一低压侧只有一个出水口，流出的渗透水是清水，浓度接近于零，按一个大气压计算），因此进入的溶液浓度愈大渗透水量愈多，浓度量及其渗透压差就愈大，则反渗透操作压力差ΔP也更大，对高压泵压力的要求也随之愈高。如膜的高压流道流入3.5%的盐水，要浓缩至7～8%就需70～90个大气压的高压泵。如浓度再高，不仅反渗透膜易被压破，高压泵也难制造，且消耗动力亦很大。近些年来在研制高性能的反渗透膜及其组件时，主要在于研制如何提高膜的抗压力及增大透水量，但浓度愈高，渗透压愈大，对膜的抗压力要求愈高，这是一种恶性循环，因此存在难以逾越的障碍。
高耀祖发明的一种名为“双流道对流反渗透分离装置及双流道反渗透膜组件”（专利号：ZL99103186.5）。该产品是以“双流道反渗透膜组件”作为“双流道对流反渗透分离装置”的主要部件，其特征在于“在反渗透膜的两侧设两条流道，一侧为高压流道设进液口及出液口，另一侧为低压流道也设置进液口及出液口。两侧进液口设在流道的相对的两端”。其特征还在于将一种浓度溶液事先分为两种浓度，分别从高压流道及低压流道两端进液口流入，且低压流道进口溶液浓度要低于高压流道进口溶液浓度，造成浓度差，也就降低膜两侧对流溶液的浓度差及其渗透压差。因此用较低的操作压力就能克服渗透压差进行对流反渗透，使流入高压流道溶液脱水浓缩，流入低压流道溶液得到渗透水淡化。目的在于从反渗透膜的两侧不同浓度溶液浓差能的转换过程着手，从非平衡过程的稳定状态出发，发明出“双流道对流反渗透分离装置”，及其主要部件——“双流道反渗透膜组件”，达到用抗压力不高的反渗透膜及压头不太高的高压泵就可以高度浓缩低分子量溶液的新方法，其特点是不需要用抗压力和脱盐率很高的反渗透膜及压头很高的高压泵就可对溶液进行高度浓缩和淡化的高度节能减排装置。主要用于医药、食品、化工、发酵工业等水分子溶液高度浓缩及处理环境污染外，也能成倍的降低泵压力进行海水淡化，或用抗压力不高的反渗透膜进行海水淡化。
“双流道对流反渗透分离装置”是由多段“双流道反渗透膜组件”组成的一种对低分子量溶液进行高度浓缩的反渗透分离装置。当用一段或两段“双流道反渗透膜组件”组成时就成为海水淡化的双流道对流反渗透分离装置。此装置的特征在于：将小分子稀溶液首先分为两种不同浓度的溶液，再分别流入“双流道反渗透膜组件”的反渗透膜两侧的高压流道与低压流道内，低压流道进口溶液浓度要求低于高压流道进口溶液浓度，以对流流动的方式进行反渗透浓缩及淡化。当进行多段对流反渗透高浓度浓缩及淡化时，该装置的特征又在于将膜两侧对流流动溶液的浓度差造成“等浓度”对流流动。而提出调节低压流道入口溶液的流量使膜两侧溶液按等浓度差进行反渗透的“双流道回转合成法”，解决了高压流道浓缩液保持“等浓度差”逐段升级浓缩问题。低压流道溶液淡化的组合基本方法，克服了渗透压差的限制，减低了操作压力。
当进行第一路多段组合时，为降低膜两侧对流溶液的浓度差及其渗透压差，需使流入膜两侧的对流溶液按“等浓度差”逐段进行对流反渗透，使流入串联连接的高压流道溶液逐段浓缩，流入低压流道溶液淡化，为此而发明出两种调配流量的组合方法及联接顺序。当进行多路多段多组合时，为利用前一路（第一路）各段膜组件的低压流道排出的浓度较高的淡化液，分别作为流入“后一路”和“后多路”的低一段膜组件的低压流道的淡化液，而发明出能使各路各段膜组件的高压流道溶液，皆能与流入低压流道的淡化液按“等浓度差”逐段进行对流反渗透，使高压流道溶液逐段浓缩。低压流道溶液逐段淡化的两种调配流量的组合方法及联接顺序。由于用四种组合方法及联接顺序构成的装置皆缩小了膜两侧对流溶液的浓度差及其渗透压差，因此用操作压力较低的高压泵及脱除率较低的反渗透膜就可使小分子质量稀溶液达到高度浓缩与淡化的目的。
因为该项发明是一种由“双流道反渗透膜组件”处理作为基本部件，按发明的处理流体的四种组合方法及联接顺序，用管道联接构成多路多段“双流道对流反渗透分离装置”，是一种使用操作压力较低的高压泵和脱除率较低的反渗透膜，就可将小分子质量稀溶液高浓度浓缩及淡化的节能装置。主要用于食品、医药和发酵工业等方面小分子稀溶液的高度浓，以及从工业废水中高度浓缩出贵重物质进行污水处理，在海水淡化方面能够成倍降低泵压力，大幅度增加淡化水产量等。为制取“无水乙醇”即车用乙醇汽油燃料提供高浓度乙醇原液，降低“乙醇”生产成本，取消耗费大量热能的蒸馏装置。此项发明与现有使用的以蒸馏方法浓缩溶液相比，可以极大的节约能源和设备。
由于各国用于淡化海水的反渗透分离装置是由单流道反渗透膜组建组成的，当高度浓缩溶液时其渗透压差增大，泵压力过高的限制，只能进行低浓度的浓缩，因此该发明具有不可估量的经济价值。