本发明专利技术涉及一种用于反渗透(RO)和压力延迟渗透(PRO)的系统，该系统包括：RO子系统，其具有由RO膜分隔的高压RO室和低压RO室，高压RO室具有RO进料入口和盐水出口，并且低压RO室具有渗透物出口；PRO子系统，其具有由PRO膜分隔的高压PRO室和低压PRO室，高压PRO室具有驱动入口和驱动出口，并且低压PRO室具有PRO进料入口和PRO进料出口；感应电动机，其具有定子和转子，其中，转子机械地连接到液压泵的输入轴和液压马达的输出轴，液压泵构造成用于向RO进料入口提供进料溶液，液压马达构造成用于从驱动出口接收驱动溶液。本发明专利技术还涉及用于操作这种RO/PRO系统的方法以及这种系统的用途。RO/PRO系统的方法以及这种系统的用途。RO/PRO系统的方法以及这种系统的用途。
【技术实现步骤摘要】
用于反渗透和压力延迟渗透的系统
[0001]本专利技术涉及一种用于反渗透和压力延迟渗透的系统，特别涉及两种过程组合操作的系统。本专利技术还涉及一种用于操作(例如独立操作)这种系统的方法，以及使用这种系统以用于生产紧邻盐和/或其他矿物的淡水。
技术介绍
[0002]渗透是溶剂穿过半透膜而从该膜的面向较低溶质浓度的一侧朝向该膜的面向较高溶质浓度的一侧移动的过程。其中，溶剂颗粒的运动由扩散驱动，并且总体而言，更多的溶剂颗粒朝向更高的溶质浓度(即更低的水势)扩散，导致溶剂的净运动。这种自然发生的过程是反渗透和压力延迟渗透两者的基础。
[0003]在反渗透中，超过渗透压的压力被施加到较高溶质浓度的一侧，从而恢复渗透系统的能量平衡，引起在整个膜上的从高溶质浓度到低溶质浓度的净扩散运动，从而增加加压膜侧处的溶剂浓度。反渗透系统包括由半透膜间隔开的至少两个室，其中，可以控制所述室的流入和流出以设置体积流量条件以及整个膜上的压力梯度。
[0004]反渗透(RO)经常应用于水净化或脱盐应用。在这些应用中，反渗透在净化后的水和/或脱盐的水旁边产生高浓度的盐水。盐水保留在膜的加压侧处，而净化后的水和/或脱盐的水(渗透物)在低压下从另一个膜侧去除。将加压盐水从反渗透室中除去，以避免渗透压过度增加并允许新鲜进料溶液流入到该室中。已知使用能量回收装置，例如丹佛斯iSave装置，以将液压能从加压盐水转移到进料溶液，从而提高反渗透过程的整体能量效率。
[0005]压力延迟渗透(PRO)是在正向渗透的基础上将净流量朝向更高的溶质浓度施加而外部压力再次逆渗透压力梯度施加。在PRO过程中，可以基于浓度(例如盐度)、进料溶液和驱动溶液之间的梯度来产生能量，并且由与混合这些溶液相关的吉布斯自由能来定义可回收能量的上限。在实践中，浓缩的驱动溶液(例如海水)和进料溶液(例如微咸水或淡水(例如河水))通过半透膜分离，并且水将从进料侧扩散到加压驱动溶液侧。为了回收所产生的液压能，可以将产生的加压和稀释的驱动溶液供应给水轮机以产生电力。
[0006]很明显，RO过程和PRO过程适合组合，因为RO过程产生浓缩盐水溶液，而PRO过程从浓度梯度中获取能量。因此，各种研究已经分析了这些过程组合的热力学潜力。其中，已经发现PRO和RO的组合允许例如降低RO过程的成本，例如用于海水淡化，并且允许稀释RO盐水溶液以降低其对环境的影响。此外，在日本国家开发项目“Mega
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ton Water Syste(百万吨水系统)”中已经开发了RO
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PRO混合装置原型，该项目在PRO过程中使用了RO盐水。
[0007]然而，关于RO
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PRO混合系统的已知研究更多地关注于用于提高组合过程的能量效率的热力学模型，而不是实现这种混合系统的实际方法。例如，尽管在以前的出版物中经常考虑所谓的能量回收装置(ERD)的使用和影响(例如，参见Altaee等人的《Integration and optimization of pressure retarded osmosis withreverse osmosis for power generation and high efficiency desalination(用于发电和高效脱盐的压力延迟渗透与反渗透的集成和优化)》，Energy 103(2016)，第110
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118页)，关于这种ERD装置的构造和
操作的细节在其中经常被忽略。
[0008]因此，本专利技术的目的是克服或至少减少现有技术的缺点，并提供一种反渗透和压力延迟渗透的组合系统，该系统具有改进的效率，也允许多种操作条件。
技术实现思路
[0009]通过本专利技术的主题，即通过根据随附的权利要求所述的用于反渗透(RO)和压力延迟渗透(PRO)的系统，以及通过根据权利要求所述的用于操作这种用于RO和PRO的系统的方法，实现了本专利技术的目的，并且克服或至少减少了现有技术的缺点。
[0010]本专利技术的一个方面涉及一种用于反渗透(RO)和压力延迟渗透(PRO)的系统，其包括RO子系统和PRO子系统。
[0011]其中，RO子系统包括由RO膜分隔的高压RO室和低压RO室。高压RO室和低压RO室优选地形成RO罐，该RO罐构造成容纳RO过程并承受发生的压力。高压RO室具有RO进料入口和盐水出口，并且构造成经由RO进料入口接收RO进料溶液。低压RO室具有渗透物出口，并且构造成经由RO膜接收渗透物，即具有降低的溶质浓度的驱动溶液。渗透物在第一RO压力下经由渗透物出口从低压RO室移除，而向上浓缩的驱动溶液(盐水)在第二RO压力下经由盐水出口从高压RO室移除。其中，第一RO压力低于第二RO压力。
[0012]RO膜构造成允许进料溶液的溶剂在被施加到高压RO室的外部压力下扩散。在优选实施例中，进料溶液是盐水，例如海水，并且RO膜构造成允许水扩散通过该膜，同时不让盐离子(例如Na+和Cl)通过该膜。优选地，RO膜还构造成不让有机物、细菌和热原通过膜。RO膜优选地是乙酸纤维素(CA)膜或聚砜膜中的一种，其可以进一步涂覆有芳香族聚酰胺。同样优选的是，RO膜是纳米结构RO膜、沸石膜和/或螺旋卷式RO膜。
[0013]PRO子系统包括由PRO膜分隔的高压PRO室和低压PRO室。该高压PRO室和低压PRO室优选地形成PRO罐，该PRO罐构造成容纳PRO过程并承受发生的压力。低压PRO室具有PRO进料入口和PRO进料出口，并构造成经由PRO进料入口接收PRO进料溶液，并经由PRO进料出口提供(输出)PRO进料溶液。其中，与经由PRO进料入口接收到的PRO进料溶液相比，经由PRO进液出口输出的PRO进液溶液优选地被上浓缩。以第一PRO压力在PRO进料入口处接收PRO进料溶液，而以低于第一PRO压力的第二PRO压力在PRO进料出口处输出PRO进料溶液。
[0014]高压PRO室具有构造成接收驱动溶液的驱动入口，并且进一步构造成经由PRO膜接收PRO进料溶液的溶剂。高压PRO室还具有驱动出口，该驱动出口构造成提供(输出)稀释的驱动溶液。驱动溶液具有比PRO进料溶液更高的溶质浓度。示例性地，驱动溶液是盐水，并且PRO进料溶液是淡水。然而，驱动溶液也可以是另一种(矿物)溶质的溶液，其中PRO进料溶液包括较低浓度的所述(矿物)溶质。优选地，驱动溶液是由高压RO室输出的盐水或矿物溶液。以第三PRO压力和体积流量接收驱动溶液，同时以第四PRO压力和体积流量输出稀释的驱动溶液，其中第四压力至少与第三PRO压力相同，同时稀释的驱动溶液的体积流量相对于驱动溶液的体积流量增多了。
[0015]PRO膜构造成允许PRO进料溶液的溶剂在施加到高压PRO室的压力下扩散。在优选实施例中，PRO进料溶液是盐水，例如海水或淡水，并且PRO膜构造成允许水扩散通过该膜，同时不让盐离子(例如Na
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和Cl
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)通过该膜。优选地，PRO膜被进一步构造成不让有机物、细菌和热原通过该膜。PRO膜优选地是本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于反渗透(RO)和压力延迟渗透(PRO)的系统，包括：RO子系统(10)，具有由RO膜(13)分隔的高压RO室(11)和低压RO室(12)，所述高压RO室(11)具有RO进料入口(14)和盐水出口(15)，并且所述低压RO室(12)具有渗透物出口(16)；PRO子系统(20)，具有由PRO膜(23)分隔的高压PRO室(21)和低压PRO室(22)，所述高压PRO室(21)具有驱动入口(24)和驱动出口(25)，并且所述低压PRO室(22)具有PRO进料入口(26)和PRO进料出口(27)；其中，构造成用于向所述RO进料入口(14)提供进料溶液的液压泵(31)机械地连接到构造成用于接收来自所述驱动出口(25)的驱动溶液的液压马达(32)。2.根据权利要求1所述的系统，还包括具有定子和转子的感应电动机(30)，其中，所述转子机械地连接到所述液压泵(31)的输入轴和所述液压马达(32)的输出轴。3.根据权利要求1或2所述的系统，还包括进料溶液贮存器(40)，所述进料溶液贮存器经由所述液压泵(31)连接到所述RO进料入口(14)和/或经由所述液压马达(32)连接到所述驱动出口(25)，并且优选地连接到所述PRO进料入口(26)，并且/或者所述系统还包括连接到所述盐水出口(15)、所述驱动入口(24)和所述驱动出口(25)的驱动溶液贮存器(41)。4.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述液压泵是轴向活塞泵(31)，并且其中，所述液压马达是轴向活塞马达(32)。5.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述液压泵(31)和所述液压马达(32)中的至少一个具有可调节的排量。6.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述感应电动机(30)连接到能量储存装置(50)和/或电网(51)。7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述液压泵(31)的排量低于所述液压马达(32)的排量，并且其中，所述感应电动机(30)构造成以负转差率操作并且向所述能量储存装置(50)和/或向所述电网(51)供应电力。8.根据前述权利要求中任一项所述的系统，还包括在所述RO子系统(10)和/或在所述PRO子系统(20)中的至少一个进料泵(61、62)，所述至少一个进料泵(61、62)优选地连接到根据权利要求6或7所述的系统中的所述能量储存装置(50)和/或所述电网(51)。9.根据前述权利要求中任一项所述的系统，还包括在所述盐水出口(15)与所述RO进料入口(14)之间互连的RO能量回收装置(63)和/或在所述驱动出口(25)与所述驱动入口(24)之间互连的PRO能量回收装置(64)。10.一种用于操作根据权利要求1所述的用于反渗透(RO)和压力延迟渗透(PRO)的系统的方法，所述方法包括以下步骤：经由所述液压泵(31)以第一压力和第一体积流量向所述RO进料入口(14)提供(S100)进料溶液；通过所述液压马达(32)以第二压力和第二体积流量接收(S...
【专利技术属性】
技术研发人员：格奥尔格，
申请(专利权)人：丹佛斯有限公司，
类型：发明
国别省市：
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