[发明专利]利用渗透能回用非洁净水源的方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及分离技术领域，具体而言涉及一种利用渗透能回用非洁净水源的方法和系统。

背景技术

在工业过程中，非常普遍而且被广为忽视的一个能源是盐溶解时的化学能，或者称为渗透能。盐的溶解过程，是一个扩散过程，通常也是个放热过程，也就是渗透能以热的形式释放出来了。如何将渗透能直接利用，而不是以热的形式耗散是一个工业问题。例如，无机化工行业中的典型的氯碱行业，大量的氯化钠被溶解，1吨的固体盐大约需要3吨的水溶解后才达到需求的盐浓度。溶解氯化钠在纯碱行业也是一个非常普遍的过程，比如某些纯碱厂每年需要将几百万吨的氯化钠溶解，形成饱和溶液进入到下一个工艺程序。另一方面，在溶解固体盐的时候，需要大量的纯净水。与此相对应，在这些工业行业的生产过程中，有大量的废水；或者在企业生活区有大量的市政污水，需通过深度处理；或者有大量工艺原料需要进行浓缩。而废水的回收处理又是一个高能耗的过程。

因此，一方面有大量的污水需要高能耗过程进行处理；另一方面有大量的盐、有机物等水溶性物质需要配制成合适浓度的水溶液，而溶液配制过程的化学能耗散掉，可利用的能源却没有进行利用。

对于污水处理，目前工业界普遍的解决思路是：首先将污水进行复杂的处理，达到排放标准或者回用标准；达标排放相对简答，但是要求回用，很多时候需要进行脱盐处理，比如反渗透或者纳滤；在很多情况下，含污染物比较复杂情况下，处理的成本非常高。

而对工艺原料需要溶解过程则是单独采用自来水，或者更高级的脱盐水(比如前述污水回用的脱盐水）。

因为不同的工业领域的标准不一致，因此根据不同的工业企业的情况所要求的水质和排放标准也不一致。比如无机化工领域，很多盐的溶解需要大量的水源，而配制盐溶液的水源一般采用自来水；而食品工业配制原料的水源则可能要求纯净水；而是制药行业所要求的水必须达到医疗标准。

如果将溶解大量的盐有耗散了大量的化学能有效利用，并用于废水的处理就可以同时实现污水的净化的和解决洁净水源的需求问题。这个问题涉及到如何通过一定途径将化学能显化。化学能只有显化后才能够转化成为可以直接利用的能源。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明旨在提供一种利用渗透能回用非洁净水源的方法和系统，通过正渗透技术将化学能显化以利用，同时实现非洁净水源的浓缩以及驱动溶质溶解两个过程，降低洁净水源使用量，降低工业能耗，从而降低生产成本，提高经济效益。

为达成上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种利用渗透能回用非洁净水源的方法，包括以下过程：

将原料液经过泵循环到半透膜组件的一侧，该原料液为工业、市政、生活过程所产生的不可直接利用的非洁净水源；

可溶解驱动物质以驱动溶液的形态由泵循环到前述半透膜组件的另一侧；

原料液中的水通过半透膜组件单向扩散至驱动溶液中，从而将驱动溶液稀释，原料液实现浓缩；以及

被稀释的驱动溶液回到驱动溶液存储池，使得驱动溶液回到饱和状态或者提高浓度，恢复驱动效果，重复前述循环、单向渗透和恢复驱动过程。

进一步，前述方法中，半透膜组件为半透膜材料所构成的器件，其中，半透膜膜材料选用平板膜、中空纤维膜、管式膜中的至少一种。

进一步，前述方法中，半透膜膜材料的截留分子量小于10000道尔顿。较佳地，优选截留分子量小于1000道尔顿。

进一步，前述方法中，半透膜膜材料是以聚酰亚胺复合涂层为基础的界面聚合膜材料。

进一步，前述方法中，半透膜膜材料为均质材料，选用醋酸纤维素、二醋酸纤维素、三醋酸纤维素、羟丙基甲基纤维素、醋酸甲酸纤维素、醋酸乙酸纤维素、醋酸丁酸纤维素、聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈、磺化聚醚醚酮、聚偏氟乙烯、聚酰亚胺、聚酰胺中的一种或两种以上的混合物。

进一步，前述方法中，可溶解驱动物质的溶解度在不小于1wt%。较佳地，优选的条件是不低于10%，更优的条件下不低于5%。

本发明应用于碱厂氯化钠盐溶解水和地下卤水耦合，采用半透膜组件浓缩地下卤水，地下卤水为原料液，浓缩的出水将固体氯化钠盐溶解，控制卤水的浓缩比例为，25-65%的水从卤水中单向渗透取出；