[發明專利]一種具有雙向正滲透在線清洗功能的半透膜脫鹽裝置與方法

有效

• 申請號: 202011232843.6
• 申請日: 2020-11-06
• 公開（公告）號: CN112473374B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 于國旭;張睿;朱曉明;張梅;其他發明人請求不公開姓名
• 申請（專利權）人: 張梅
• 主分類號: B01D61/08
• 分類號: B01D61/08;B01D65/02;C02F1/44
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 段俊濤

本發明公開了一種具有雙向正滲透在線清洗功能的半透膜脫鹽裝置，利用正滲透原理及正向、逆向沖洗的方法，將膜表面的污染物在來自膜內側、垂直于膜表面的產水和膜側面的沖洗水的雙重作用下帶離膜系統。本發明采用無活塞壓力交換裝置，通過液?液直接接觸的方式，將濃水壓力直接傳遞給產水，在保證膜系統安全同時降低系統復雜度和成本，利用變滲透壓的運行提高清洗強度，瞬間產水流量釋放來改善濃差極化；實施本發明對膜系統進水鹽含量無特殊要求，所用元件皆為通用設備，適用于各類脫鹽物料濃縮領域以及舊項目升級改造。

技術領域

本發明屬于膜技術領域，涉及半透膜（反滲透膜、納濾膜）的在線清洗，特別涉及一種具有雙向正滲透在線清洗功能的半透膜脫鹽裝置與方法。

背景技術

目前在脫鹽系統中廣泛應用的半透膜分別是反滲透膜和納濾膜，目前廣泛應用的反滲透膜和納濾膜都采用非對稱復合膜結構。非對稱復合膜在正滲透(FO)和反滲透（RO）過程中，都共同面臨兩個相同的問題：濃差極化和膜污染。

在反滲透（RO）過程中，由于膜的選擇性透過，溶劑（通常是水）透過膜，而溶質則被膜截留，其濃度在膜表面升高；同時發生從膜表面到本體的回擴散，當這兩種傳質過程達到動態平衡時，膜表面的濃度C2高于主體溶液濃度C1，這種現象稱為濃差極化。由于非對稱結構中支撐層的作用，非對稱復合膜在正滲透(FO)內濃差極化嚴重，因此膜的水通量比理論值要低很多。

濃差極化也是導致膜污染的一個重要因素，由于膜表面的濃度增加，導致水中的微溶鹽沉淀在膜表面，這種現象被稱為膜結垢。除了結垢以外，膜污染還包括微生物污堵，它是由水中的膠體及微生物（細菌、病毒和藻類）引起的。膜運行在高微生物活動的進水中時，在接觸各種微生物之后的3~5 天就會出生物膜。

綜上所述，半透膜正常運行的情況下，原水在壓力的驅動下，透過膜從而得到透過液，剩余的原水被濃縮排出膜系統。半透膜運行的過程，同時也是膜受到污染的過程。膜的污染導致膜通量的下降，膜同量下降會進一步加劇膜的污染。

對于非半透膜，如微濾、超濾膜，可以利用反沖洗對膜進行清洗。即在外壓得作用下，使用膜的透過液從同膜正常工作相反的方向通過膜，使膜得到清洗。半透膜受限于產水背壓的限制，無法用簡單的加壓的方式進行反沖洗。近年來發展出利用正滲透（FO）原理，對半透膜進行反洗的技術。中國專利CN1686848A報道了一種可在線反沖洗的反滲透脫鹽系統。該專利的實施存在如下問題:

1.制造成本、維護成本高，經濟性很差

依據中國專利CN1686848A權利要求1所述，“反沖洗水筒為空心耐高壓圓筒，空心耐高壓圓筒內設置有活塞。”該設備利用液壓的原理實現了壓力的傳遞，傳遞能量的介質是高滲透壓的濃鹽水，其實質上是一種水液壓裝置。眾所周知，相較于液壓油，水的粘度低、潤滑性能差、腐蝕性強，即便是純水都是不適宜作為液壓傳遞能量介質。由于高滲透壓濃鹽水具有很強的腐蝕性，反滲透系統的工作壓力通常在1.8MPa-10.0MPa之間，因此反沖洗筒的活塞、筒壁、密封材料均需采用耐腐蝕性強、耐高壓的材料，如CF8M、2205雙相鋼、022Cr17Ni12Mo2等特種不銹鋼。液壓裝備屬于非標設備，缸筒的直線度、圓柱度、圓度加工精度要求較高，與液壓油相比，濃鹽水硬度高、腐蝕性強、易結垢、潤滑性差、無防銹作用，因此對密封圈等裝置提出很高要求，加工費用昂貴。近年來，隨著反滲透膜、納濾膜價格的不斷下降，作為保護裝置，其成本應遠低于被保護設備，否則沒有實施價值。在日常運行過程中，活塞及缸筒的濃水端始終浸泡在濃水溶液中，因此也會發生生物污堵和結垢，導致活塞卡死等問題，維護費用也較高。

2.存在“背壓”