一種節能型反滲透處理系統

《一種節能型反滲透處理系統》是國家海洋局杭州水處理技術研究開發中心於2005年6月17日申請的專利，該專利的公布號為CN1721047，申請公布日為2006年1月18日，發明人是譚永文、張希建、樊雄、沈炎章。

《一種節能型反滲透處理系統》是利用反滲透處理系統本身所具有的高壓操作條件，充分把高壓條件下的反滲透濃水余壓能量予以回收、利用，達到節約能量、提高效率的目的。該發明是利用液壓原理，把兩台相同的液壓裝置相接，形成一台能量回收裝置，在不同的液壓缸內各自利用反滲透濃水壓力作為推動力，完成料液的輸送過程，同時高壓的反滲透濃水的余壓能量予以回收。該發明的優點是，比傳統的反滲透系統節省設備投資、大大降低能耗，而且，操作方便、簡單。該發明可廣泛套用於各種套用反滲透系統的場合。

2015年11月27日，《一種節能型反滲透處理系統》獲得第十七屆中國專利獎優秀獎。

（概述圖為《一種節能型反滲透處理系統》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：一種節能型反滲透處理系統
• 申請人：國家海洋局杭州水處理技術研究開發中心
• 申請日：2005年6月17日
• 申請號：2005100501167
• 公布號：CN1721047
• 公布日：2006年1月18日
• 發明人：譚永文、張希建、樊雄、沈炎章
• 地址：浙江省杭州市文華路50號
• 分類號：B01D61/02(2006.01)、C02F1/44(2006.01)
• 代理機構：杭州中成專利事務所有限公司
• 代理人：陳小良
• 類別：發明專利

專利背景

21世紀將是水的世紀。中國是一個水資源大國，同時也是最為缺水的國家之一。據中國工程院2000年7月提出的“21世紀中國可持續發展水資源戰略研究報告”預測：到2010年，中國需水量7300億立方米，可供水量為6200～6300億立方米，缺水量為1000億立方米。

海水淡化及高鹽度的苦鹹水的處理是解決中國沿海城市和島嶼水資源短缺、增加淡水資源總量的一條重要途徑。自1997年中國第一座反滲透海水淡化工程-嵊山500噸/日反滲透海水淡化工程建成投產以來，合計產水能力超40000噸/日。但是2005年前在中國的高鹽度水處理過程中能量的消耗是一個急需解決的問題，在處理過程中，能量的消耗大，成本高是中國2005年前普遍存在的問題之一。

能量回收裝置作為反滲透海水淡化系統的關鍵設備之一，對降低反滲透海水淡化工程投資、能耗和淡化水的成本至關重要。2005年前中國建立的多個反滲透海水淡化示範工程正是由於使用了高效率的正位移式能量回收裝置，才使得反滲透淡化水的噸水能耗可以降到4度左右。但能量回收裝置（主要是PX型）完全從美國進口，價格十分昂貴，占設備總投資約15-20％。因此，研究和開發具有中國自主智慧財產權的能量回收技術和裝置，對於加快反滲透海水淡化設備國產化進程、促進海水淡化技術的推廣套用意義重大。

發明內容

專利目的

該發明針對2005年6月之前的技術中能量的高消耗，提出了一種在高鹽度、海水淡化處理過程中節能的作業系統。

技術方案

《一種節能型反滲透處理系統》其特徵是該系統依次按下列步驟進行：

1.經預處理的原水由水泵1經止回閥2泵入能量回收裝置5，此時止回閥7關閉，活塞桿往右運動；

2.從能量回收裝置5出來的水經止回閥8進入反滲透裝置10，此時止回閥3關閉；

3.從反滲透裝置10齣來的水分成兩股，一股淡化水進入淡水供水系統，另一股帶壓廢濃水進入四通功能閥9；

4.從四通功能閥9出來的帶壓濃水由能量回收裝置5的通口6進入能量回收裝置5的一個液壓缸12的左室內，而另一個液壓缸11右室內的廢濃水由通口4流出，經四通功能閥9排放；

5.當活塞桿運動到液壓缸的最右端或接近最右端後，通過四通功能閥9切換其導通狀態，活塞開始往左方向運動，此時原水由水泵1經止回閥7泵入能量回收裝置5，而止回閥2關閉；

6.從能量回收裝置5出來的水經止回閥3進入反滲透裝置10，而止回閥8關閉；

7.從反滲透裝置10齣來的水分成兩股，一股淡化水進入回收系統，另一股帶壓廢濃水進入經過狀態切換的四通功能閥9；

8.從四通功能閥9出來的帶壓濃水由能量回收裝置5的通口4進入能量回收裝置5的液壓缸11的右室內，而另一個液壓缸12左室內的廢濃水由通口6流出，經四通功能閥9排放；

上述的一種節能型反滲透處理系統，所述的能量回收裝置是由兩台液壓缸的活塞桿對接組成，由兩台相同功率、型號的液壓式氣缸對接而成。上述的一種節能型反滲透處理系統，所述的原水中的總溶解固體為50ppm～100000ppm、溫度為1～45℃。

上述的一種節能型反滲透處理系統，所述的高壓泵1的操作壓力為0.4～10.0兆帕。上述的一種節能型反滲透處理系統，所述的四通功能閥9是一個有四個接口的二位四通閥或四個閥門組成的換向閥組。上述四通功能閥9在整個操作過程中根據工作階段的不同，閥門的工作狀態也隨時作出相應的調整，以達到整個系統協調連續工作的效果。

有益效果

《一種節能型反滲透處理系統》的有益效果是：在相同的操作條件下，採用該系統進行反滲透項目處理，可以節約設備投資並大大提高能量利用效率，節約能源，達到節能的效果；而且操作簡單、方便。

附圖說明

圖1節能型反滲透處理系統的流程圖

圖2圖3圖4節能型反滲透處理系統各階段流程操作示意圖

註：1.水泵、2.止回閥、3.止回閥、4.能量回收裝置廢濃水通口、5.能量回收裝置、6.能量回收裝置廢濃水通口、7.止回閥、8.止回閥、9.四通功能閥、10.反滲透裝置、11.液壓缸、12.液壓缸、A原水進口、B帶壓濃水回流口、C帶壓水出口、D廢濃水排放口、E產水出口。

權利要求

1、《一種節能型反滲透處理系統》其特徵是該系統依次按下列步驟進行：

（1）經預處理的原水由水泵（1）經止回閥（2）泵入能量回收裝置（5），此時止回閥（7）關閉，活塞桿往右運動；

（2）從能量回收裝置（5）出來的水經止回閥（8）進入反滲透裝置（10），此時止回閥（3）關閉；

（3）從反滲透裝置（10）出來的水分成兩股，一股淡化水進入淡水供水系統，另一股帶壓濃水進入四通功能閥（9）；

（4）從四通功能閥（9）出來的帶壓濃水由能量回收裝置（5）的通口（6）進入能量回收裝置（5）的一個液壓缸（12）的左室內，而另一個液壓缸（11）右室內的廢濃水由通口（4）流出，經四通功能閥（9）排放；

（5）當活塞桿運動到液壓缸的最右端或接近最右端後，通過四通功能閥（9）切換其導通狀態，活塞開始往左方向運動，此時原水由水泵（1）經止回閥（7）泵入能量回收裝置（5），而止回閥（2）關閉；

（6）從能量回收裝置（5）出來的水經止回閥（3）進入反滲透裝置（10），而止回閥（8）關閉；

（7）從反滲透裝置（10）出來的水分成兩股，一股淡化水進入淡水供水系統，另一股帶壓濃水進入已經過導通狀態切換的四通功能閥（9）；

（8）從四通功能閥（9）出來的帶壓濃水由能量回收裝置（5）的通口（4）進入能量回收裝置（5）的液壓缸（11）的右室內，而另一個液壓缸（12）左室內的廢濃水由通口（6）流出，經四通功能閥（9）排放；

2、根據權利要求1所述的一種節能型反滲透處理系統，其特徵在於所述的能量回收裝置是由兩台位置相對固定的液壓缸組成。

3、根據權利要求1所述的一種節能型反滲透處理系統，其特徵在於所述的原水中的總溶解固體為250ppm～100000ppm、溫度為1～45℃。

4、根據權利要求1所述的一種節能型反滲透處理系統，其特徵在於所述的水泵（1）的操作壓力為0.4～15兆帕。

5、根據權利要求1或4所述的一種節能型反滲透處理系統，其特徵在於所述的水泵（1）的操作壓力為0.4～10.0兆帕。

6、根據權利要求1所述的一種節能型反滲透處理系統，其特徵在於所述的四通功能閥（9）是一個有四個接口的二位四通閥或四個閥門組成的換向閥組。

實施方式

根據圖1所示的流程經過，首先啟動電源，開啟水泵1，將原水輸入能量回收裝置5，能量回收裝置5有兩個液壓缸，在圖2中顯示為11或12，高壓原水再經能量回收裝置5的兩個出口經止回閥3或8進入反滲透裝置10。隨後，淡化水從裝置出來進入淡水供水系統；帶壓濃水進入四通功能閥9，經過四通功能閥9後，再進入能量回收裝置5的其中一個液壓缸11，廢濃水再從另一個液壓缸12的出口回流到四通功能閥9中，最後，從四通功能閥9以低壓水的形式排出。在整個系統操作流程中，可以分作如下幾個階段：

一是如圖2所示，在整個圖例中，能量回收裝置包括二個液壓缸11、12，四個止回閥與圖1相同有2、3、7、8，和一個四通功能閥9組成，它有四個對外的接口A、B、C、D，其中A為原水進水口，D為廢濃水排放口，B、C二口壓力基本相等，流量不等，B為帶壓濃水回流口，C為帶壓水出口。系統利用液壓原理進行工作，當四通功能閥9左通時，因B、C二口壓力基本相等和設定的止回閥，其原理可簡化為如圖3。

二是如圖3所示，B”、E’、C、B、B’壓力相等，D口排空，當一定壓力流量的液體從A口進入時，二個液壓缸11、12的活塞和活塞桿會向左移動，這時E’的壓力等於A’的壓力乘以活塞截面積除以活塞桿截面積，E’流量等於E流量，E’流量等於A的流量乘以活塞桿截面積除以活塞截面積，即活塞和活塞桿面積比決定了整個液壓系統壓力、流量關係；當活塞移動到最左端或接近最左端時，將四通功能閥9右通，同樣，因B、C二口壓力基本相等和設定的止回閥，其原理可簡化為如圖4。

三是如圖4所示，B”、E’、C、B、B’壓力相等，D口排空，當一定壓力流量的液體從A口進入時，二個液壓缸11、12的活塞和活塞桿會向右移動，同樣，這時E’的壓力等於A’的壓力乘以活塞截面積除以活塞桿截面積，E’流量等於E流量，E’流量等於A的流量乘以活塞桿截面積除以活塞截面積，即活塞和活塞桿截面積比決定了整個液壓系統壓力、流量關係。如此兩缸活塞、活塞桿來回循環往復移動，從而實現連續的某流量進水A升壓為同樣流量的出水C，其壓力值決定於液壓系統的活塞和活塞桿截面積比，同時實現帶壓濃水B的能量的連續回收。

四是如圖1所示，在反滲透中的套用，E為反滲透產水，反滲透裝置10的進水接能量回收裝置5的A口，反滲透裝置10的廢濃水接能量回收裝置5的B口，能量回收裝置5的C口接反滲透裝置10的進水，能量回收裝置5通過回收帶壓濃水B的能量將系統進水A升壓為同樣流量的出水C，當然其壓力值決定於液壓系統的活塞和活塞桿截面積比；當活塞和活塞桿到或接近頂端時，通過四通功能閥9的切換，可實現活塞和活塞桿的往復運動，使各水流連續。

下面就常規操作條件下與該發明系統在相同操作條件下每產1噸淡水所需電能為對比依據如下：

操作條件（濃度、PH、溫度、操作壓力）	傳統系統	該發明系統
250ppm，7、25°C、1兆帕	0.6+0.1度	0.5±0.1度
100000ppm，7、25°C、15兆帕	33±3.3度	10±1度
500ppm，7、25°C、2兆帕	0.7±0.1度	0.5+0.1度
5000ppm，7、25°C、4兆帕	6.4+0.1度	3.2+0.1度
50000ppm，7、25°C、7.5兆帕	11.3±0.8度	4.5±0.5度

榮譽表彰

2015年11月27日，《一種節能型反滲透處理系統》獲得第十七屆中國專利獎優秀獎。