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淡水化系统.pdf

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水化 系统
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摘要
申请专利号:

CN201410006081.6

申请日:

2014.01.07

公开号:

CN103910442A

公开日:

2014.07.09

当前法律状态:

撤回

有效性:

无权

法?#19978;?#24773;: 发明专利申请公布后的?#28216;?#25764;回IPC(主分类):C02F 9/02申请公布日:20140709|||实质审查的生效IPC(主分类):C02F 9/02申请日:20140107|||公开
IPC分类号: C02F9/02; C02F1/44(2006.01)N; C02F103/08(2006.01)N 主分类号: C02F9/02
申请人: 株式会社日立制作所
发明人: 早津昌树; 吉川慎一; 北村光太郎; 菅原聪; 松井惠理
地址: 日本东京
优?#28909;ǎ?/td> 2013.01.08 JP 2013-001318
专利代理机构: 中国国际贸易促进委员会专利商标事务所 11038 代理人: 郭小军
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法律状态
申请(专利)号:

CN201410006081.6

授权公告号:

||||||

法律状态公告日:

2017.04.19|||2014.08.06|||2014.07.09

法律状态类型:

发明专利申请公布后的?#28216;?#25764;回|||实质审查的生效|||公开

摘要

本发明提供高回收率的淡水化系统。具备:取水泵(1);前处理装置(3);压送通过前处理装置(3)被进行了前处理的被处理水的高压泵(5)?#27426;员?#20174;高压泵(5)压送的被处理水进行膜过滤的第一反渗透处理装置(6p、6q);使从第一反渗透处理装置(6p、6q)的一次侧分别流出的被处理水升压的增压泵(7)?#27426;员?#20174;增压泵(7)压送的被处理水进行膜过滤的第二反渗透处理装置(8);利用从第二反渗透处理装置(8)的一次侧流出的浓缩水的残余压力使被处理水升压的动力回收装置(11);将透过水供应到需求侧的送水泵(10);排出从第二反渗透处理装置(8)的一次侧流出并经由动力回收装置(11)的浓缩水的排水泵(13)。

权利要求书

权利要求书
1.  一种淡水化系统,其特征在于,具备:
取水装置,所述取水装置取出被处理水;
前处理装置,所述前处理装置对由所述取水装置取出的被处理水进行用于去除杂质的前处理;
第一泵,所述第一泵对由所述前处理装置进行了前处理的被处理水进行压送;
多个第一反渗透处理装置,所述第一反渗透处理装置?#28304;?#25152;述第一泵排出并经由分支配管而流入自身的一次侧的被处理水进行膜过滤;
第二泵,所述第二泵?#28304;?#21508;个所述第一反渗透膜处理装置的一次侧流出并经由合流配管而合流的被处理水进行升压;
第二反渗透处理装置,所述第二反渗透处理装置?#28304;?#25152;述第二泵排出并流入自身的一次侧的被处理水进行膜过滤;
第一动力回收装置,所述第一动力回收装置利用从所述第二反渗透处理装置的一次侧流出的浓缩水的残余压力,使从所述第一泵的上游侧分流的被处理水升压,并压送到所述第一反渗透处理装置的一次侧;
送水装置,所述送水装置将从所述第一反渗透膜处理装置的二次侧流出的透过水以及从所述第二反渗透膜处理装置的二次侧流出的透过水输送到需求侧;和
排水装置,所述排水装置排出从所述第二反渗透膜处理装置的一次侧流出并经过了所述第一动力回收装置的浓缩水。

2.  一种淡水化系统,其特征在于,具备:
取水装置,所述取水装置取出被处理水;
前处理装置,所述前处理装置对由所述取水装置取出的被处理水进行用于去除杂质的前处理;
第一泵,所述第一泵对由所述前处理装置进行了前处理的被处理 水进行压送;
多个第一反渗透处理装置,所述第一反渗透处理装置?#28304;?#25152;述第一泵排出并经由分支配管而流入自身的一次侧的被处理水进行膜过滤;
第二泵,所述第二泵?#28304;?#21508;个所述第一反渗透膜处理装置的一次侧流出并经由合流配管而合流的被处理水进行升压;
第二反渗透处理装置,所述第二反渗透处理装置?#28304;?#25152;述第二泵排出并流入自身的一次侧的被处理水进行膜过滤;
容积型的第一动力回收装置,所述第一动力回收装置利用从所述第二反渗透处理装置的一次侧流出的浓缩水的残余压力,使从所述第一泵的上游侧分流的被处理水升压,并压送到所述第一反渗透处理装置的一次侧;
流量调整机构,所述流量调整机构调整在所述第一动力回收装置中被升压的被处理水的流量;
送水装置,所述送水装置将从所述第一反渗透膜处理装置的二次侧流出的透过水以及从所述第二反渗透膜处理装置的二次侧流出的透过水输送到需求侧;和
排水装置,所述排水装置排出从所述第二反渗透膜处理装置的一次侧流出并经过了所述第一动力回收装置的浓缩水。

3.  根据权利要求1或2所述的淡水化系统,其特征在于,具备压力回收型的第二动力回收装置,所述第二动力回收装置被配设成利用从所述第二反渗透处理装置的一次侧流出的浓缩水的残余压力,使从各个所述第一反渗透处理装置的一次侧经由所述合流配管而合流的被处理水升压,并压送到所述第二泵的吸入侧,并且使该利用后的浓缩水流入所述第一动力回收装置,
所述第一动力回收装置利用从所述第二动力回收装置流入的浓缩水的残余压力,使从所述第一泵的上游侧分流的被处理水升压,并压送到所述第一反渗透处理装置的一次侧。

4.  根据权利要求1至3中?#25105;?#39033;所述的淡水化系统,其特征在于, 所述第二泵的加压力与所述第一泵的加压力之比被设定为0.2以上且0.5以下。

说明书

说明书淡水化系统
?#38469;?#39046;域
本发明涉及具有反渗透膜的淡水化系统。
背景?#38469;?
近年来受到全世界性的气候变化或水不足的影响,对水的需求不断增长,市场规模有望扩大。尤其是,通过以超过渗透压的高压使海水流入反渗透处理装置的一次侧、从而经由反渗透膜从二次侧得到透过水(淡水)的淡水化系统受到关注。
但是,从反渗透处理装置的二次侧流出的浓缩水具有规定的残余压力。因此,存在希望回收该浓缩水具有的能量、提高整个系统的效率这样的要求。
例如,在专利文献1中描述了淡水化方法,即:在加压的状态下向反渗透膜模组供应海水的一部分进行淡水化,利用压力传递型能量回收装置回收从该反渗透膜模组排出的浓缩水的压力能。
专利文献1:日本特开2004-81913号公报
在专利文献1所述的?#38469;?#20013;,形成利用压力传递型能量回收装置回收的能量使上述海水的剩余部分升压、然后供应到第二反渗透膜模组的结构,但期望作为整个淡水化系统的结构进一步提高相对于被处理水的淡水回收率,同时实?#22336;?#28183;透膜模组的通量(透过流束)的均匀化。
发明内容
因此,本发明的课题是提供高回收率的淡水化系统。
为?#31169;?#20915;上述了体,本发明的一种淡水化系统,其特征在于,具备:取水装置,所述取水装置取出被处理水;前处理装置,所述前处 理装置对由所述取水装置取出的被处理水进行用于去除杂质的前处理;第一泵,所述第一泵对由所述前处理装置进行了前处理的被处理水进行压送;多个第一反渗透处理装置,所述第一反渗透处理装置?#28304;?#25152;述第一泵排出并经由分支配管而流入自身的一次侧的被处理水进行膜过滤;第二泵,所述第二泵?#28304;?#21508;个所述第一反渗透膜处理装置的一次侧流出并经由合流配管而合流的被处理水进行升压;第二反渗透处理装置,所述第二反渗透处理装置?#28304;?#25152;述第二泵排出并流入自身的一次侧的被处理水进行膜过滤;第一动力回收装置,所述第一动力回收装置利用从所述第二反渗透处理装置的一次侧流出的浓缩水的残余压力,使从所述第一泵的上游侧分流的被处理水升压,并压送到所述第一反渗透处理装置的一次侧;送水装置,所述送水装置将从所述第一反渗透膜处理装置的二次侧流出的透过水以及从所述第二反渗透膜处理装置的二次侧流出的透过水输送到需求侧;和排水装置,所述排水装置排出从所述第二反渗透膜处理装置的一次侧流出并经过了所述第一动力回收装置的浓缩水。
另外,本发明的一种淡水化系统,其特征在于,具备:取水装置,所述取水装置取出被处理水;前处理装置,所述前处理装置对由所述取水装置取出的被处理水进行用于去除杂质的前处理;第一泵,所述第一泵对由所述前处理装置进行了前处理的被处理水进行压送;多个第一反渗透处理装置,所述第一反渗透处理装置?#28304;?#25152;述第一泵排出并经由分支配管而流入自身的一次侧的被处理水进行膜过滤;第二泵,所述第二泵?#28304;?#21508;个所述第一反渗透膜处理装置的一次侧流出并经由合流配管而合流的被处理水进行升压;第二反渗透处理装置,所述第二反渗透处理装置?#28304;?#25152;述第二泵排出并流入自身的一次侧的被处理水进行膜过滤;容积型的第一动力回收装置,所述第一动力回收装置利用从所述第二反渗透处理装置的一次侧流出的浓缩水的残余压力,使从所述第一泵的上游侧分流的被处理水升压,并压送到所述第一反渗透处理装置的一次侧;流量调整机构,所述流量调整机构调整在所述第一动力回收装置中被升压的被处理水的流量;送水装置,所述送 水装置将从所述第一反渗透膜处理装置的二次侧流出的透过水以及从所述第二反渗透膜处理装置的二次侧流出的透过水输送到需求侧;和排水装置,所述排水装置排出从所述第二反渗透膜处理装置的一次侧流出并经过了所述第一动力回收装置的浓缩水。
通过本发明可以提供高回收率的淡水化系统。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的淡水化系统的结构图。
图2是关于第一实施方式和比较例表示各淡水化系统具备的RO元件的透过流束(Flux)的图表。
图3是本发明的第二实施方式的淡水化系统的结构图。
图4是本发明的第三实施方式的淡水化系统的结构图。
图5是比较例的淡水化系统的结构图。
具体实施方式
参?#38469;实?#30340;附图就本发明的实施方式进行具体说明。在各图中通用的部分标注相同的附图标记,并省略重复说明。
《第一实施方式》
<淡水化系统的结构>
图1是本发明的第一实施方式的淡水化系统的结构图。以下作为一个例子就通过淡水化系统S1对海水(被处理水)进行淡化的情况进行说明。
如图1所示,淡水化系统S1主要具备取水泵1、前处理装置3、高压泵5、第一反渗透处理装置6p、6q、增压泵7、第二反渗透处理装置8以及动力回收装置11。
(取水泵)
取水泵1(取水装置)是用作取出被处理水(例如淡水化系统S1的附近海水)的泵,吸入侧通过配管a1与取水口A连接,排出侧通过配管a2与取水罐2(取水装置)连接。通过驱动取水泵1,从取水 口A流入的被处理水通过配管a1被吸入取水泵1,然后通过配管a2被向取水罐2侧排出。
另外,取水罐2是临时储存通过配管a2流入的被处理水的水罐。
(前处理装置)
前处理装置3是对通过配管a3流入的被处理水进行用于去除杂质的规定的前处理的装置。作为上述的前处理例如有药物添加处理、聚集磁分离处理、砂滤处理、超滤处理。可以根据被处理水?#26800;?#26434;质的种类等?#23454;?#22320;组合这些处理。以下?#36879;?#22788;理进行说明。
药物添加处理,是例如将次?#20154;?#38048;、亚硫酸钠、臭氧、二氧化?#21462;?#36807;乙酸、过氧化氢等药物单独或组合多种而添加到被处理水中进行搅拌的处理。另外,药物添加处理也包括中和被处理水的处理。
聚集磁分离处理,是在向被处理水中添加磁粉、混凝剂以及高分?#26377;?#20957;剂之后,依次进行高速搅拌处理和缓速搅拌处理后使磁性絮生长,利用磁?#27169;?#26410;?#38469;荊?#21560;附捕获磁性絮,从而将磁性絮与被处理水分离并去除的处理。
砂滤处理,是被处理水在依靠重力下降时,通过使其通过过滤介质(石英砂或支撑砾石等)进行过滤,从被处理水中去除悬浮物的处理。
超滤处理,是利用超过滤器(Ultra Filter:UF膜)对细微的杂?#24335;?#34892;滤取的处理。
在前处理装置3经过前处理的被处理水通过配管a4流入RO(Reverse Osmosis)原水罐4。RO原水罐4是临时储存被进行了前处理的被处理水的水罐。
(高压泵)
高压泵5(第一泵)是压送被前处理装置3进行了前处理的被处理水的泵。高压泵5的吸入口通过配管a5与RO原水罐4连接,排出口通过分支配管与第一反渗透处理装置6p、6q的一次侧连接。
另外,上述的“分支配管”形成将从高压泵5流出的被处理水向着各第一反渗透处理装置6p、6q分流的结构,被形成为包括配管a6、 b1、c1。
高压泵5的加压力是通过反渗透膜(未?#38469;荊?#20351;被处理水能够从第一反渗透处理装置6p、6q的一次侧向二次侧透过的规定压力,可以?#23454;?#22320;设定。
另外,在本实施方式中,将高压泵5的加压力设定为4.8MPa(<5MPa)。通过这样将高压泵5的加压力设定得?#31995;停?#19982;后述的比较例相比),可以使第一反渗透处理装置6p、6q的透过流束和第二反渗透处理装置8的透过流束均等化。
(第一反渗透处理装置)
第一反渗透处理装置6p是用于?#28304;?#39640;压泵5排出并通过配管a6、b1流入一次侧的被处理水进行膜过滤、得到透过水的装置。在此,透过水是指通过使被处理水通过RO(Reverse Osmosis)元件得到的水,几乎不含盐分等杂质。
第一反渗透处理装置6p具有呈圆?#27531;?#30340;容器(未?#38469;荊?#34987;设置在容器内的一个或多个RO元件(未?#38469;荊?#20197;及被贯通各RO元件的中央地配置的集水管(未?#38469;荊?
通过覆盖被形成在上述集水管?#31995;?#22810;个孔部(未?#38469;荊?#22320;卷?#21697;?#28183;透膜(未?#38469;荊?#32780;构成RO元件。另外,如果第一反渗透处理装置6p具有多个RO元件,则各个RO元件在容器的轴方向具有规定间隔地串联设置。
上述的反渗透膜具有在被以超过渗透压的规定压力压入的被处理水中使水透过、使离子或盐类等水以外的杂质不透过的性质。另外,RO元件的外周面与上述的容器的内周面紧密接合。
第一反渗透处理装置6p的一次侧是指在容器内的空间内比RO元件更靠上游侧的区域(在多个RO元件被串联设置的情况下,是位于最下游侧的RO元件的上游侧区域)。另外,第一反渗透处理装置6p的二次侧是指上述集水管内的区域。后述的第二反渗透处理装置8也一样。
另外,在第一反渗透处理装置6p的容器上连接用于使未透过RO 元件的盐分浓度高的水(以下称为浓缩水)流出的配管b3。而透过了第一反渗透处理装置6p的RO元件和上述孔部的水(即透过水)流过集水管内后,进一步通过配管b2流入透过水罐9。
在本实施方式中,在第一反渗透处理装置6p的容器内,串联设置了两个RO元件。一旦被处理水通过配管b1被以超过渗透压的规定压力(例如4.8MPa)压入容器内,则一部分被处理水就透过上游侧的RO元件,然后通过上述孔部流入集水管内。未透过上游侧的RO元件的被处理水则趋向下游侧的RO元件。
并且,向着下游侧的RO元件流入的被处理水?#26800;?#19968;部分透过该RO元件流入集水管内,通过配管b2被供应到透过水罐9。而也未透过下游侧的RO元件的浓缩水(被处理水)则通过配管b3、d1流入增压泵7的吸入侧。
另外,透过水罐9是临时储存从第一反渗透处理装置6p、6q的二次侧供应的透过水和从第二反渗透处理装置8的二次侧供应的透过水的罐。被储存在透过水罐9的透过水通过配管e1流入送水泵10(送水装置),然后通过配管e2被供应到需求侧。该需求侧是淡水化系统S1附近的工业区、农业区、城?#26800;取?
第一反渗透处理装置6q具有与上述的第一反渗透处理装置6p一样的结构。即,第一反渗透处理装置6q的容器(未?#38469;荊?#20869;也串联地设置两个RO元件(未?#38469;荊?#36879;过上述的各RO元件?#26800;娜我?#19968;个流入集水管(未?#38469;荊?#30340;透过水通过图1所?#38236;?#37197;管c2流入透过水罐9。而也未透过任何RO元件的浓缩水(被处理水)通过合流配管流入增压泵7的吸入侧。
另外,上述的“合流配管”形成使从第一反渗透处理装置6p、6q的一次侧流入的被处理水(浓缩水)向着增压泵7的吸入侧合流的结构,被形成包括配管b3、c3、d1。
(增压泵)
增压泵7(第二泵)是使通过上述合流配管合流的被处理水升压的泵。即,增压泵7被配?#36152;?#20351;通过配管d1流入的被处理水升压后压 送到第二反渗透处理装置8的一次侧。增压泵7的排出口通过配管d2与第二反渗透处理装置8的一次侧连接。
通过配管d1流入增压泵7的吸入口的被处理水(浓缩水)具有从高压泵5的排出压力减去第一反渗透处理装置6p或6q处的压力损失后的规定残余压力。利用增压泵7将具有该残余压力的被处理水升压到规定压力,从而可以进一步提取透过水。
如上所述,将高压泵5的加压力设低到(比后述的比较例低的)4.8MPa,因此,从第一反渗透处理装置6p、6q流出的被处理水(浓缩水)的盐分浓度?#31995;汀?
而且,在本实施方式中,将增压泵7的加压力设定为1.8MPa(>1.0MPa)。通过这样将增压泵7的加压力设定得(与后述的比较例相比)较高,可?#28304;?#31532;二反渗透处理装置8抽出多的透过水,并且可以使第一反渗透处理装置6p、6q和第二反渗透处理装置8?#31995;?#36879;过流束(FLUX)均等化。
在此,透过流束是指在规定时间内透过每单位面积(1m2)的RO元件的水量(m3/day)。
顺便说一下,增压泵7的加压力与高压泵5的加压力之比优选为0.2以上且0.5以下。通过在该范围内驱动高压泵5和增压泵7(即,?#26723;透?#21387;泵5的加压力的同时,将增压泵7的加压力设为比较高的值),从而可以使位于上游侧的第一反渗透处理装置6p、6q?#31995;?#36879;过流束和位于下游侧的第二反渗透处理装置8?#31995;?#36879;过流束均等化。
另外,如果各个第一反渗透处理装置6p、6q具有两个RO元件,后述的第二反渗透处理装置8具有三个RO元件,则优选使高压泵5的加压力为4Mpa以上且5Mpa以下,使增压泵7的加压力为1Mpa以上且2Mpa以下。由此,可以利用超过渗透压的规定压力使被处理水流入各反渗透处理装置的RO元件,可以有效地提取透过水。
另外,在本实施方式中,使高压泵5的加压力为4.8MPa,使增压泵7的加压力为1.8MPa。在这种情况下,增压泵7的加压力与高压泵5的加压力之?#20219;?.375。
(第二反渗透处理装置)
第二反渗透处理装置8是?#28304;?#22686;压泵7排出的通过配管d2流入一次侧的被处理水进行膜过滤的装置。第二反渗透处理装置8的一次侧通过配管d2与增压泵7的排出口连接,二次侧通过配管d3与透过水罐9连接。另外,在第二反渗透处理装置8的一次侧连接供不透过该第二反渗透处理装置8所具有的RO元件(未?#38469;荊?#30340;浓缩水流过的配管d4。
在本实施方式中,第二反渗透处理装置8形成了串联设置三个RO元件的结构。关于第二反渗透处理装置8的结构,除上述以外与第一反渗透处理装置6p、6q相同,因此省略具体说明。
如上所述,利用较高的加压力从增压泵7排出被处理水(浓缩水),从而可以有效地利用第二反渗透处理装置8具有的三个RO元件,有效地提取透过水。
顺便说一下,在本实施方式中,使第二反渗透处理装置8的RO元件数量与第一反渗透处理装置6p、6q的RO元件数量之?#20219;?.5(=3/2),形成第二反渗透处理装置8具有比第一反渗透处理装置6p、6q更多的RO元件的结构。由此,可以使第一反渗透处理装置6p、6q的透过流束与第二反渗透处理装置8的透过流束均等化,可以提高淡水化系统S1整体的回收率。
另外,上述的淡水化系统S1整体的“回收率”是指在规定期间透过水量(造水量)与从取水口A供应的被处理水量(供应量)的比例[%]。流入第二反渗透处理装置8的二次侧(即集水管:未?#38469;荊?#30340;透过水通过配管d3流入透过水罐9。
(动力回收装置)
动力回收装置11(第一动力回收装置,Energy Recovery Device:ERD)是利用从第二反渗透处理装置8的一次侧流出的浓缩水的残余压力,使从高压泵5的上游侧的配管a5分流的被处理水升压,然后压送到第一反渗透处理装置6p、6q的一次侧的装置。动力回收装置11的一次侧流入口(未?#38469;荊?#36890;过配管d4与第二反渗透处理装置8的一 次侧连接,一次侧流出口(未?#38469;荊?#36890;过配管d5与浓缩水罐12连接。
另外,浓缩水罐12临时储存通过配管d5流入的浓缩水的罐。被储存在浓缩水罐12?#26800;?#27987;缩水通过配管d6流入排水泵13(排水装置),然后通过配管d7从排水口B向大海等排出。即,浓缩水罐12和排水泵13被设?#36152;?#23558;从第二反渗透处理装置8的一次侧流出并经由动力回收装置11的浓缩水排出。
重新回到动力回收装置11的说明。动力回收装置11的二次侧流入口(未?#38469;荊?#36890;过配管f1与高压泵5的吸入侧的配管a5连接,二次侧流出口(未?#38469;荊?#36890;过配管f2与高压泵5的排出侧的配管a6连接。
顺便说一句,作为动力回收装置11可以使用容积型的动力回收装置,?#37096;?#20197;使用压力回收型的动力回收装置。
在此,“容积型动力回收装置”是利用浓缩水的残余压力使缸体(未?#38469;荊?#20869;的活塞运动从而进行动力回收的装置。
另外,“压力回收型动力回收装置”是利用浓缩水的残余压力直接使?#26032;中?#36716;从而回收动力的装置。
在动力回收装置11上向二次侧的被处理水提供了能量的一次侧的浓缩水通过配管d5流入浓缩水罐12。而被流过一次侧的浓缩水的残余压力升压的二次侧的被处理水通过配管f2流入高压泵5的排出侧的配管a6。即,淡水化系统S1形成这样的结构,即:被高压泵5升压的被处理水和被动力回收装置11升压的被处理水在配管a6合流,然后流入第一反渗透处理装置6p、6q的一次侧。
<效果>
本实施方式的淡水化系统S1形成树型两段回收系统,所述树型两段回收系统在高压泵5的下游侧并列连接两个第一反渗透处理装置6p、6q,在其下游侧通过增压泵7设置第二反渗透处理装置8。
通过这样在被处理水的盐分浓度比?#31995;?#30340;上游侧设置多个第一反渗透处理装置6p、6q,从而在高压泵5的加压力比?#31995;?#30340;情况下?#37096;?#20197;有效地提取透过水。
另外,利用增压泵7使从第一反渗透处理装置6p、6q的一次侧流出的被处理水(浓缩水)升压,然后压入第二反渗透处理装置8的一次侧,从而可?#28304;?#35813;被处理水中进一步提取透过水。通过这样利用树型结构以两段提取透过水,可以提高淡水化系统S1整体?#31995;?#36879;过水的回收率。
另外,在本实施方式中,各个第一反渗透处理装置6p、6q都形成具有两个RO元件的结构的同时,将上游侧的高压泵5的加压力设定成低于后述的比较例的值。而第二反渗透处理装置8形成具有三个RO元件的结构的同时,将上游侧的增压泵7的加压力设定成高于后述的比较例的值。
由此,可?#36816;?#23567;第一反渗透处理装置6p、6q?#31995;?#36879;过流束的值,同时可以扩大第二反渗透处理装置8?#31995;?#36879;过流束的值。因此,可以使第一反渗透处理装置6p、6q与第二反渗透处理装置8的透过流束均等化,抑制上游侧的第一反渗透处理装置6p、6q的结垢(因杂质的附着造成的?#27695;?
另外,形成了这样的结构,即:使用动力回收装置11,利用从第二反渗透处理装置8的一次侧流出的被处理水(浓缩水)的残余压力使来自配管f1的被处理水升压后与流过配管a6的被处理水合流。由此,可以有效地回收浓缩水具有的能量,可以提高淡水化系统S1整体的能量利用效率。其结果,可以?#26723;?#29992;于驱动高压泵5等的消耗电力。
?#21152;?#27604;较例的?#21592;齲?
以下就比较例和本实施方式的具体例的模拟结果进行说明。
图5是比较例的淡水化系统的结构图。比较例的淡水化系统S20形成这样的结构,即:利用高压泵21使被处理水升压后,压入反渗透处理装置22的一次侧,然后从二次侧取出透过水的同时,利用从一次侧流出的浓缩水的残余压力驱动容积型的动力回收装置23。另外,形成这样的结构,即:使高压泵21的上游侧的被处理水流入动力回收装置23的二次侧,进一步利用增压泵24使从该二次侧流出的被处理水升压后与高压泵21的排出侧合流。
另外,在图5中省略了取水装置、前处理装置、送水装置、排水装置等的?#38469;盡?
在本实施方式(参考图1)和比较例(参考图5)中,作为各个RO元件(未?#38469;荊?#20855;有的反渗透膜使用了具有以下所?#38236;?#34920;1的性能的反渗透膜。在此,“Feed TDS(Total Dissolved Solid)?#21271;?#31034;被处理水中含有的杂质量。
[表1]
膜面积脱盐率造水量试验压力回收率Feed TDS41m299.8%51.1m3/d5.52MPa8%32000ppm
在本实施方式中,如上所述形成这样的结构,即:各个第一反渗透处理装置6p、6q(参考图1)具有串联设置的两个RO元件,第二反渗透处理装置8(参考图1)具有串联设置的三个RO元件(即淡水化系统S1共具有7个RO元件)。
而在比较例?#26800;?#28129;水化系统S20(参考图5)中,反渗透处理装置22形成具有串联设置的7个RO元件(未?#38469;荊?#30340;结构。
并且,为了使各个的造水量(即透过水量)成为大致相同的值(大约87m3/d:参考表2),在各淡水化系统S1、S20中将被处理水的供应量、高压泵5以及增压泵7的压力作为参数进行了模拟。
另外,被处理水(原海水)的条件设定为Feed TDS:39000ppm、温度:25℃。在以下的表2中表示模拟结果。表2所?#38236;腡DS表示最终得到的透过水的盐分浓度。
[表2]
系统供应量造水量H.P压力B.P压力TDS回收率本实施方式164m3/d87.3m3/d4.8MPa1.8MPa567ppm53%比较例215m3/d86.5m3/d5.2MPa0.2MPa650ppm40%
如表2所示,在得到大致相同的造水量(大约87.3m3/d)的情况 下,可以使在本实施方式中所需要的被处理水的供应量明显少于比较例(约少了比较例的大约25%的量)。另外,在本实施方式中明确了可以使透过水的TDS(盐分浓度)低于比较例。可以理解为这?#19988;?#20026;通过使本实施方式的淡水化系统S1形成树型两段回收系统,与一般的局部分割方式相比,可以通过初段(上游侧)的RO元件得到更多的盐浓度低的透过水。
即,根据本实施方式,可以得到盐分浓度低的透过水的同时,可以提高在从被处理水得到透过水时的回收率。其结果,可以削减取水装置(取水泵1等,参考图1)或前处理装置3所需要的设备投资费用(CAPEX:Capital Expenditure)。
图2是就第一实施方式和比较例表示各淡水化系统具有的RO元件的透过流束(Flux)的图表。
另外,图2所示图表的横轴是元件编号,纵轴是透过流束。在此,本实施方式?#26800;?#20803;件编号从图1所?#38236;?#31532;一反渗透处理装置6p具有的RO元件的上游侧起依次为编号1、编号2,从第一反渗透处理装置6q具有的RO元件的上游侧起依次为编号3、编号4,从第二反渗透处理装置8具有的RO元件的上游侧起依次为编号5~编号7。
另外,比较例?#26800;?#20803;件编号从图5所?#38236;?#31532;一反渗透处理装置22具有的七个RO元件的上游侧起依次为编号1~编号7。
如图2所示,如果是比较例(虚线)的淡水化系统S20,则越向着下游侧,RO元件的透过流束的值越小。即,在比较例中,上游侧与下游侧的透过流束的值有大的差异,上游侧的透过流束相?#28304;蟆?#20854;结果,在上游侧的RO元件上容易发生结垢,淡水化系统S20整体的回收率减低(参考表2)。
而在本实施方式中,第一反渗透处理装置6p、6q具有的RO元件(编号1~编号4)以及第二反渗透处理装置8具有的RO元件(编号5~编号7)的透过流束与比较例相比更均等化。附带说一下,在淡水化系统S1的各反渗透处理装置上,越向下游侧,RO元件的透过流束的值越小。这是在上游侧的RO元件?#31995;?#21387;力损失造成的。
这样,根据本实施方式,相对于比较例,可以使各RO元件的透过流束均等化,抑制在初段(上游侧)的RO元件上发生结?#28014;?#20854;结果,RO元件的使用寿命延长,可以?#26723;?#20225;业运营成本(OPEX:Operating Expenditure)。
《第二实施方式》
第二实施方式的淡水化系统S2(参考图3)在作为第一实施方式中说明的动力回收装置11使用容积型的装置、且在配管f1上添加流量调整泵14这点上有所不同,其他与第一实施方式相同。因此,?#36879;?#19981;同部分进行说明,省?#36816;?#26126;与第一实施方式重复的部分。
如上所述,容积型的动力回收装置11是利用浓缩水的残余压力使缸体(未?#38469;荊?#20869;的活塞运动从而进行动力回收的装置。容积型的动力回收装置11不依靠工作条件就可以高效率地进行动力回收,可以有效地回收浓缩水具有的大部分能量。
作为容积型的动力回收装置11,可以使用例如DWEER(Dual Work Energy Exchanger)型能量回收装置或PX(Pressure Exchanger)型能量回收装置。
DWEER型能量回收装置具有多个圆?#27531;?#30340;压力容器(未?#38469;荊?#22312;各个压力容器内设置隔开通过配管d4流入的浓缩水和通过配管f1流入的被处理水的活塞(未?#38469;荊?#24182;且,通过利用切换机构(未?#38469;荊?#20132;替切换在动力回收装置11内一次侧的浓缩水流过的方向和二次侧的被处理水流过的方向,从而使上述活塞进行往复运动。由此,可以将浓缩水具有的残余压力作为能量回收,有效地使被处理水升压。
PX型能量回收装置具有多个旋转式的圆?#27531;?#36716;体(未?#38469;荊?#24182;且,形成这样的结构,即?#21644;?#36807;利用切换机构(未?#38469;荊?#20999;换在动力回收装置11内一次侧的浓缩水流过的方向和二次侧的被处理水流过的方向,从而将浓缩水具有的残余压力作为能量回收,使被处理水升压。
另外,DWEER型能量回收装置和PX型能量回收装置需要使能量供应源与接收侧的流量比大致为1:1。
另外,在本实施方式中形成以下结构,即:将调整流过动力回收装置11的二次侧(能量供应源)的被处理水流量的流量调整泵14(流量调整机构)设置在与动力回收装置11的二次侧流入口连接的配管f1上。为了使容积型的动力回收装置11迅速运行,流量调整泵14被设定成一点点地增加被处理水的流量,达到额定运?#23567;?
另外,由于与第一实施方式相同的理由,本实施方式的增压泵7的加压力与高压泵5的加压力之比也优选0.2以上且0.5以下。
<效果>
根据本实施方式的淡水化系统S2,通过使用容积型的动力回收装置11,可以高效率地回收流过一次侧(能量供应源)的浓缩水的能量,使流过二次侧(能量接收侧)的被处理水升压。其结果,可以提高淡水化系统S2整体的能量效率,可以?#26723;?#29992;于运转各设备所需要的耗电量。
另外,通过在配管f1上设置流量调整泵14,可以迅速地运转容积型的动力回收装置11形成额定运转,最大限度地发挥其功能。
《第三实施方式》
第三实施方式的淡水化系统S3(参考图4)与第二实施方式(参考图3)相比,在添加?#25628;?#21147;回收型的动力回收装置15方面有所不同,其他?#21152;?#31532;二实施方式相同。因此,?#36879;?#19981;同部分进行说明,省略对与第二实施方式重复的部分进行说明。
<淡水化系统的结构>
图4是第三实施方式的淡水化系统的结构图。动力回收装置15(第二动力回收装置)是利用从第二反渗透处理装置8的一次侧流出的浓缩水的残余压力、使从第一反渗透处理装置6p、6q的一次侧通过合流配管(配管b3、c3、g1)合流的被处理水升压后、压送到增压泵7的吸入侧的装置。
另外,动力回收装置15被设?#36152;?#20351;在自身的一次侧利用了上述残余压力之后的浓缩水流入容积型的动力回收装置11的一次侧。
如图4所示,动力回收装置15的一次侧流入口(未?#38469;荊?#36890;过配 管g5与第二反渗透处理装置8的一次侧连接,一次侧流出口(未?#38469;荊?#36890;过配管g6与容积型的动力回收装置11的一次侧流入口连接。
另外,动力回收装置15的二次侧流入口(未?#38469;荊?#36890;过配管g1、b3与第一反渗透处理装置6p的一次侧连接的同时,通过配管g1、c3与第一反渗透处理装置6q的一次侧连接。而动力回收装置15的二次侧流出口(未?#38469;荊?#36890;过配管g2与增压泵7的吸入口(未?#38469;荊?#36830;接。
动力回收装置15例如是?#26032;?#22686;压器或佩尔顿式能量回收装置。
?#26032;?#22686;压器利用从第一反渗透处理装置6p、6q的一次侧流入的被处理水(浓缩水)的残余压力使?#26032;鄭?#26410;?#38469;荊?#26059;转。并且,通过上述?#26032;?#30340;转矩使流过二次侧的被处理水升压。
佩尔顿式能量回收装置形成为在驱动泵(未?#38469;荊?#30340;电机(未?#38469;荊?#30340;主轴上连结佩尔顿式水?#21482;?#26410;?#38469;荊?#30340;旋转轴的结构。并且,通过佩尔顿式水?#21482;?#30340;转矩使流过二次侧的被处理水升压。
如上所述,容积型的动力回收装置11需要使能量供应源与接收侧的流量比大致为1:1,但压力回收型的动力回收装置15是利用浓缩水的残余压力直接使?#26032;中?#36716;的结构,因?#23435;?#38656;考虑上述的流量?#21462;?
因此,与第一实施方式的情况一样,只要控制流量调整泵14以满足容积型的动力回收装置11?#31995;?#27969;量平衡即可。
如图4所示,通过配管g1流入动力回收装置15的二次侧的被处理水(浓缩水)利用流过动力回收装置15的一次侧的浓缩水的残余压力被升压之后,通过配管g2流入增压泵7。上述被处理水在增压泵7被进一步升压后,通过配管g3流入第二反渗透处理装置8的一次侧。
这样,为了辅助增压泵7的动作而设置动力回收装置15,从而可以减轻增压泵7的负担。
另外,从动力回收装置15的一次侧流出的浓缩水具有规定的残余压力。该浓缩水通过配管g6流入动力回收装置11的一次侧。流过动力回收装置11的一次侧的浓缩水的残余压力被用于使流过二次侧的被处理水升压。
这样,淡水化系统S3形成为利用压力回收型的动力回收装置15 和容积型的动力回收装置11以两段回收从第二反渗透处理装置8的一次侧流出的浓缩水的残余压力。因此,可以提高淡水化系统S3整体?#31995;?#33021;量效率,可?#28304;?#24133;度?#26723;?#22312;得到规定量的透过水时的耗电量。
另外,由于与第一实施方式相同的理由,本实施方式的增压泵7的加压力与高压泵5的加压力之比也优选为0.2以上且0.5以下。
<效果>
本实施方式的淡水化系统S3形成为利用压力回收型的动力回收装置15和容积型的动力回收装置11依次回收从第二反渗透处理装置8的一次侧流出的浓缩水的能量的结构。因此,与第一实施方式的情况相比,可以进一步有效地利用上述浓缩水的残余压力。
另外,由动力回收装置15辅助的部分可以?#26723;?#22686;压泵7的加压力。因此,可以?#26723;?#28129;水化系统S3整体运转所需要的耗电量。
以下,求出淡水化系统S3相对于第一实施方式的淡水化系统S1的功率减少率。
利用与在第一实施方式的具体例中说明的条件(参考表1)相同的条件使淡水化系统S3运转的情况下,利用以下所?#38236;模?#31639;式1)计算功率减少率Ratio。另外,在(算式1)中,Qf是向第一反渗透处理装置6p、6q的被处理水的供应量,Rt是容积型的动力回收装置11的能量回收率,Ph是高压泵5的加压力,Qc是向第二反渗透处理装置8的浓缩水(被处理水)的供应量,Pb是增压泵7的加压力,Rb是压力回收型的动力回收装置15的能量回收率。
【式1】
Ratio=Qf·Rt·Ph+Qc·Pb·RpQf·Rt·Ph+Qc·Pb=164×0.48×4.8+108×1.8×0.5164×0.48×4.8+108×1.8=0.83]]>
...(算式1)
根据上述(算式1)的计算结果,本实施方式的淡水化系统S3在得到规定量(例如大约87m3/d:参考表3)的透过水时,用第一实施方式的淡水化系统S1的83%的功率就足够。因此,根据本实施方式,可?#28304;?#24133;度削减淡水化系统S3所需要的企业运营成本(OPEX)。
《变形例》
以上通过各实施方式就本发明的淡水化系统S1~S3进行了说明,但本发明不受这些说明的限制,可以进行各种更改。
例如,在上述各实施方式中,就并联两个第一反渗透处理装置6p、6q的情况进行了说明,但不受此限制。即,?#37096;?#20197;形成并联三个以?#31995;?#19968;反渗透处理装置、在其下游侧设置第二反渗透处理装置8的结构。
另外,上述各实施方式是将海水进行淡化处理的情况作为一个例子进行了说明,并不局限于此。例如?#37096;?#20197;用于对工业废水进行净化处理的情况。这种情况下,根据工业废水的水质优选利用前处理装置3进行了规定的前处理之后,利用各反渗透处理装置提取透过水。
另外,在上述各实施方式中,就第一反渗透处理装置6p、6q分别具有两个RO元件、第二反渗透处理装置8具有三个RO元件的情况进行了说明,但并不局限于此。即,各个反渗透处理装置具有的RO元件的数量可以在设?#24179;?#27573;?#23454;?#22320;设定。
另外,高压泵5的加压力和增压泵7的加压力并不局限于在上述个实施方式中示出的范围。可以根据被处理水的盐分浓度或第一反渗透处理装置6p、6q和第二反渗透处理装置8具有的RO元件的数量、动力回收装置11、14的配置以及结构等?#23454;?#22320;设定这些加压力。
另外,在上述的第二、第三实施方式中,就将流量调整泵14设置在与动力回收装置11的二次侧流入口连接的配管f1?#31995;?#24773;况进行了说明,但不局限于此。即,?#37096;?#20197;将流量调整泵(流量调整机构)设置在与动力回收装置11的二次侧流出口连接的配管f2上。另外,?#37096;?#20197;将调整流过动力回收装置11的二次侧的被处理水的流量的流量调整阀(流量调整机构)设置在配管f1或配管f2上来取代流量调整泵14。
附图标记说明
S1、S2、S3淡水化系统
1 取水泵(取水装置)
2 取水罐(取水装置)
3 前处理装置
4 RO原水罐
5 高压泵(第一泵)
6p、6q 第一反渗透处理装置
7 增压泵(第二泵)
8 第二反渗透处理装置
9 透过水罐(送水装置)
10 送水泵(送水装置)
11 动力回收装置(第一动力回收装置)
12 浓缩水罐(排水装置)
13 排水泵(排水装置)
14 流量调整泵(流量调整机构)
15 动力回收装置(第二动力回收装置)
A 取水口
B 排水口

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本文标题:淡水化系统.pdf
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