[发明专利]一种高度浓缩盐水的反渗透膜和纳滤膜的组合分离方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种水处理回用或物料浓缩中的分离方法，具体涉及一种反渗透膜和纳滤膜的组合分离方法和装置。

背景技术

利用有机薄膜的离子选择透过性在上世纪的五十年代末和六十年代初期就被利用来制造成反渗透或纳滤膜的商品投放入市场，反渗透膜最初的应用包括海水和苦咸水的脱盐，由于工业领域对保护水源，减少能耗，控制污染以及从废水中回收有价值物质的需求日益增加，反渗透膜和纳滤膜的用途不断扩展，也进入了物料浓缩的领域，相对于传统蒸馏法，膜法分离浓缩技术更加节省能耗，同时也不会引起产品热分解和变质，因此被广泛认为最有效和经济的分离技术之一。反渗透膜是最精密的膜法液体分离技术，它能阻挡所有溶解性盐和分子量大于100的有机物，但允许水分子透过，常用的反渗透膜复合膜脱盐率一般大于98％。纳滤膜与反渗透的差别在于纳滤膜对溶解性盐或溶质不是完美的阻挡层，早期称为低压反渗透或疏松反渗透，因其截留分子量在200～2000之间，膜孔径约为1nm，适宜分离大小约为1nm的溶解组份，故称为“纳滤”。纳滤膜能有效截留二价及高价离子和分子量高于200的有机小分子，纳滤膜因其膜的结构和孔径差异，其对溶质透过会因盐份或溶质的种类和浓度高低以及纳滤膜的种类而有较大差异。

上述所提的脱盐率是指通过反渗透或纳滤膜从系统进水中除去总可溶性的杂质浓度的百分率，即进水中含盐量和出水含盐量之差除以进水含盐量的百分数，而此脱盐率和测试方法中采用的进水浓度，进水压力，回收率，pH，温度和测试时间有关。其中回收率是指膜系统中给水转化成为产水或透过液的百分率。目前商品化一般的反渗透膜的测试方法多采用2000ppm NaCl溶液在进水压力为15公斤，回收率为15％，pH7～8，25℃和20～30分钟的测试条件来报告其脱盐率，对离子去除率要求更高的海水淡化应用上海水淡化反渗透膜其测试方法则采用32000ppm NaCl溶液在进水压力为55公斤，回收率为8％，pH7～8，25℃和20～30分钟的测试条件来报告其脱盐率。而商品纳滤膜一般的测试方法多采用2000ppm硫酸镁溶液在进水压力为5公斤，回收率为15％，pH7～8，25℃和20～30分钟的测试条件来报告其脱盐率，此测试条件并不能正确反应纳滤膜能否适用於高盐份浓缩，所以在本应用中纳滤膜的脱盐率采用60000ppm氯化钠或氯化钙溶液在进水压力为20公斤，回收率为50％，pH7～8，25℃和20～30分钟的测试条件来报告其脱盐率

在采取反渗透膜或纳滤膜的分离过程中，要分离的料液会因膜对水中离子的选择分离性的不同将料液分离成两股液体，一为含离子量少的淡水(又称渗透液或清液)，另一股为离子富集的浓水(或称浓缩液或浓液)，而在膜两侧的离子浓度差所造成平衡时的水柱压力差即称为渗透压，要使分离不断进行，就必需在膜的进液侧不断加压使其压力高於渗透压，淡水才能透过膜而流出，这就是反渗透膜的操作原理，而在实际操作中，此渗透压也限制了其浓水中的离子浓度，如果膜的两侧的离子浓度为1mole/L时，其渗透压可以达到24.4Bar，而海水中的离子总浓度约为1.1mole/L，其渗透压即达约27Bar，如将海水中取出50％的饮用淡水，则其浓水侧渗透压即高达54Bar，此高渗透压造成高能耗并对膜阻件的抗压性也有很高的要求。所以一般采用反渗透膜时，其浓水的浓度极限多在2mole/L(1mole/L氯离子和1mole/L钠离子)也就是氯化钠浓度在6％(质量百分比)左右。随着水回用的需求日益加剧，对反渗透膜的浓缩要求也不断上升，有些废水回用中，反渗透膜的浓水因含盐量过高不能任意排放，而需要对其进行零排放的蒸发处理，而提高此浓水中的离子浓度会大大减少蒸发所需的热能而降低运行费用，因此需要一种技术将浓水中盐的含量从目前的6％再提高至10％以上，以降低蒸发的投资和运行费用。目前虽然电渗析是另外一种浓缩的方法，但其设备投资和运行成本也都比较高，所以针对此需求，本专利发明提出了一种利用反渗透和纳滤膜的组合系统使盐水浓缩可以提高到10％以上。

目前的文献和专利检索都没有相关的内容，只有在专利CN1268390A中提到如何降低反渗透膜分离中的渗透压，但其装置和运行方式复杂，很难大规模的运行，也没有采用不同的膜来降低渗透压的问题。

发明内容