一种免离线清洗的反渗透装置的制作方法

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种免离线清洗的反渗透装置。

背景技术：

超滤-反渗透双膜工艺是现今主流的脱盐工艺，广泛应用于海水淡化、循环冷却水脱盐、污水深度处理后精制处理回用等。长期运行的反渗透系统，仅仅在线清洗已不能满足运行要求，跨膜压差逐步增大，产水量逐步降低，甚至脱盐率下降，严重影响了系统性能，需定期离线清洗。而离线清洗需将反渗透内的膜全部拆出，劳动强度大，还需采购备用膜，清洗周期长。以污水厂出水为原水的精制中水工艺为例，1万吨/天规模的反渗透系统，需要膜元件800支左右，离线清洗时，需拆装膜元件超过1600支·次，为保证不减产，需要备用膜替换，整体的拆卸工作量将成几何级数增长，并且离线清洗效果往往不佳。

反渗透的污染是长期累积的结果，在线清洗虽然能有一定程度的恢复，但很难将污染物彻底洗出，随着污染物逐步的积累，当标准化产水量恢复率小于某一特定数值时，系统已无法正常运行，必须进行离线清洗。若能在日常运行过程中，通过强化在线清洗，使得短期积累的污染物尽快洗出系统，保证膜不堵塞，避免离线清洗，将减少膜离线清洗工作量，也能使反渗透处于优化的运行状态。

已有的在线清洗，均通过药剂、时间等方式实施，但在线清洗与离线清洗最大的不同，即膜的冲洗强度，以及污染物可迅速冲洗出膜元件不会向后支转移，故急需相关设备及方法，可以避免离线清洗，或在线清洗能够达到离线清洗效果，实现简易运行，节约能耗物耗。

技术实现要素：

基于上述技术问题，本发明提供一种免离线清洗的反渗透装置。

本发明所采用的技术解决方案是：

一种免离线清洗的反渗透装置，其特征在于，包括若干个相同的子系统及连接各个子系统的管路组成；所述子系统包括压力容器(y)、膜分隔组件、膜元件、进水管(p1)、浓水管(p2)、产水管(p3)、清洗一管(p4)、清洗二管(p5)；各个子系统的进水管(p1)汇总入总进水管(zp1)，各个子系统的浓水管(p2)汇总入总浓水管(zp2)，各个子系统的产水管(p3)汇总入总产水管(zp3)，各个子系统的清洗一管(p4)汇总入总清洗一管(zp4)，各个子系统的清洗二管(p5)汇总入总清洗二管(zp5)；所述膜元件为卷式反渗透膜；所述压力容器(y)为中空结构，长度为所有膜元件长度之和+所有膜分隔组件长度之和+端面安装距离；所述总进水管(zp1)、总浓水管(zp2)、总产水管(zp3)、总清洗一管(zp4)、总清洗二管(zp5)上分别设有阀门。

优选的，所述膜分隔组件为中空结构，包括两个端面及连接两个端面的膜分隔组件端面连接肋条(t4)；所述膜组件的两个端面相同，由两个同心圆组成，膜分隔组件外侧圆(t1)与膜分隔组件内侧圆(t2)在端面处通过中心对称的、指向同心圆圆心的同心圆连接肋条(t3)连接；同心圆的内侧圆直径与连接膜元件的中心产水管外径相同；同心圆的外侧圆直径与膜元件外径相同。

优选的，所述进水管(p1)与浓水管(p2)分别与压力容器(y)在压力容器(y)的圆柱曲面处相通，并分别位于压力容器(y)的两端；所述产水管(p3)与压力容器(y)在靠近浓水管(p2)一侧的压力容器(y)端面处相通；所述清洗一管(p4)与清洗二管(p5)分别与压力容器(y)在压力容器(y)的圆柱曲面处相通，并依次位于进水管(p1)与浓水管(p2)之间。

优选的，压力容器内共有n支膜元件，从进水端面(i)至浓水端面(e)，依次为第1支膜元件(m1)、第1支膜分隔组件(g1)、第2支膜元件(m2)、第2支膜分隔组件(g1)、第3支膜元件(m3)至第n支膜元件(mn)，相邻编号的膜元件之间通过中心产水管连接；连接第1支膜元件(m1)与第2支膜元件(m2)的第1中心产水管(l1)穿过了第1支膜分隔组件(g1)的内侧圆，连接第2支膜元件(m2)与第3支膜元件(m3)的第2中心产水管(l2)，穿过了第2支膜分隔组件(g2)的内侧圆。

优选的，清洗一管(p4)与第1支膜分隔组件(g1)相通，清洗二管(p5)与第2支膜分隔组件(g2)相通。

优选的，进水管(p1)与压力容器内的第一支膜元件(m1)的进水端面相通，浓水管(p2)与压力容器内的第n支膜元件(mn)的浓水端面相通，产水管(p3)与压力容器内的第n中心产水管(ln)相通。

为本行业人士所熟知的，产水运行中流量、压力、回收率等参数根据膜元件厂商提供的参数运行。

为本行业人士所熟知的，标准化产水量，即将实际运行条件下的产水量，消除温度、压力、进水电导率等因素的影响，换算成标准条件下的产水量；具体计算方式根据膜元件厂商提供计算方法计算；标准化产水量恢复率，即现况下系统的标准化产水量占系统初始运行时的标准化产水量的百分比，标准化产水量恢复率越高，表明系统受污染程度越小，系统状态越好。

为本行业人士所熟知的，所述杀菌液，即反渗透膜杀菌采用的非氧化杀菌剂，包括dbnpa、异噻唑啉酮等，杀菌液浓度一般在300-500mg/l；所述碱性清洗液，一般采用氢氧化钠调节ph至11.0-12.0，并加入十二烷基苯磺酸钠或十二烷基硫磺酸钠，也可加入edta强化清洗；所述的酸性清洗液，一般采用盐酸调节ph至2.0-2.5。

为本行业人士所熟知的，所述冲洗置换，即用反渗透产水将膜内的药液冲洗出来，酸性清洗剂或碱性清洗剂冲洗置换时，以产水ph和进水ph之差的绝对值小于0.5为冲洗置换完成的标准；杀菌后的杀菌液冲洗置换，一般冲洗30min。

为本行业人士所熟知的，所述清水冲洗置换中清水，即反渗透产水。

为本行业人士所熟知的，清洗时可以通过阀门和附属管路的设置，将所排出的清洗液回流至清洗水箱，循环利用。

为本行业人士所熟知的，为提高回收率，设置一段、二段，一段二段之间串联，一段内有若干个子系统，各个子系统之间并联；二段内有若干个子系统，各个子系统之间并联。一般二段子系统的数量为一段子系统数量的一半。

为本行业人士所熟知的，一般压力容器为圆柱形，与膜元件匹配，压力容器圆柱曲面指圆柱的侧面，压力容器端面指圆柱的圆底面和圆顶面。

为本行业人士所熟知的，中心产水管主要靠密封圈与浓水分隔，膜元件上均设有密封圈，使得相邻膜元件之间仅能通过膜元件端面相连。

通过膜分隔组件的使用，使膜分隔组件相邻的两个膜元件之间留有足够的空间，在压力容器对应位置上接管进出水，此时总浓水管关闭，在第一支膜、第二支膜元件前后，分别形成了直接进出水的小系统，实现了在线清洗过程中的达到了离线清洗的条件；之所以选择在第一支膜、第二支膜元件之间和第二支膜、第三支膜元件之间增加膜分隔组件，主要考量点是工程实践中发现，膜的污染一般从第一支至最后一支逐步减轻，一般以第一支膜、第二支污染最为严重，故选择在第一支膜、第二支膜元件之间和第二支膜、第三支膜元件之间增加膜分隔组件，形成小的清洗回路，可直接将污染物洗出。

标准化产水量恢复率小于85%时，预示着膜污染严重，此时进行第一支膜强化在线清洗，第二支膜强化在线清洗，能够有效的防止膜污染的相互转移及膜污染加剧，使系统得以最大程度的恢复。

在线清洗时，由于药液经过所有膜元件，所以流量不宜过大，最大仅1.2q；第一支膜元件强化清洗时，只清洗一支膜，流量最大1.5q，同时第一支膜也是污染最严重的膜，所以碱洗时间最长；第二支膜元件强化清洗时，只清洗一支膜，流量最大1.5q，污染较第一支膜轻，碱洗时间较第一支膜有所缩短。

本发明的有益技术效果是：

1）无需通过离线清洗即可达到离线清洗的效果，通过膜分隔组件的使用，可将污染较为严重的第一支膜、第二支膜进行单支的膜清洗；

2）极大的减轻清洗劳动强度，提高效率，由于避免了离线清洗，无需大量的膜的拆装；

3）运行控制灵活，能够对污染较重的膜及时清洗，防止污染的累积传递和进一步积累；

4）长期运行显著降低能耗物耗，通过及时清洗污染的膜，降低产水能耗；

5）延长膜寿命，避免了离线清洗拆装过程对膜的损伤。

附图说明

图1为免离线清洗的反渗透装置总图；

图2为子系统工艺图；

图3为子系统进水端详图；

图4为子系统中间连接详图；

图5为子系统浓水端详图；

图6为膜分隔组件正立面图；

图7为膜分隔组件俯视图。

图中：p1为进水管，p2为浓水管，p3为产水管，p4为清洗一管、p5为清洗二管，zp1为总进水管，zp2为总浓水管，zp3为总产水管，zp4为总清洗一管，zp5为总清洗二管，y为压力容器，i为压力容器的进水管侧端面，e为压力容器的浓水管侧端面，m1为第一支膜元件，m2为第二支膜元件，m3为第三支膜元件，m4为第四支膜元件，m5为第五支膜元件，mn-2为第n-2支膜元件，mn-1为第n-1支膜元件，mn为第n支膜元件，l0为进水端端面中心产水管，l1为第一中心产水管，l2为第二中心产水管，l3为第三中心产水管，l4为第四中心产水管，ln-2为第n-2中心产水管，ln-1为第n-1中心产水管，ln为第n中心产水管，t1为膜分隔组件外侧圆，t2为膜分隔组件内侧圆，t3为膜分隔组件同心圆连接肋条，t4为膜分隔组件的端面连接肋条。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案以及优点更清楚、明确，以下将结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。

本发明提供一种免离线清洗的反渗透装置，可避免离线清洗，或在线清洗能够达到离线清洗效果，实现简易运行，节约能耗物耗，适用于反渗透脱盐或已有技术改造。

一种免离线清洗的反渗透装置，包括若干个相同的子系统及连接各个子系统的管路组成；所述子系统包括压力容器(y)、膜分隔组件、膜元件、进水管(p1)、浓水管(p2)、产水管(p3)、清洗一管(p4)、清洗二管(p5)；各个子系统的进水管(p1)汇总入总进水管(zp1)，各个子系统的浓水管(p2)汇总入总浓水管(zp2)，各个子系统的产水管(p3)汇总入总产水管(zp3)，各个子系统的清洗一管(p4)汇总入总清洗一管(zp4)，各个子系统的清洗二管(p5)汇总入总清洗二管(zp5)；所述膜元件为卷式反渗透膜；所述压力容器(y)为中空结构，长度为所有膜元件长度之和+所有膜分隔组件长度之和+端面安装距离；所述总进水管(zp1)、总浓水管(zp2)、总产水管(zp3)、总清洗一管(zp4)、总清洗二管(zp5)上分别设有阀门。

所述膜分隔组件为中空结构，包括两个端面及连接两个端面的膜分隔组件端面连接肋条(t4)；所述膜组件的两个端面相同，由两个同心圆组成，膜分隔组件外侧圆(t1)与膜分隔组件内侧圆(t2)在端面处通过中心对称的、指向同心圆圆心的同心圆连接肋条(t3)连接；同心圆的内侧圆直径与连接膜元件的中心产水管外径相同；同心圆的外侧圆直径与膜元件外径相同。

所述进水管(p1)与浓水管(p2)分别与压力容器(y)在压力容器(y)的圆柱曲面处相通，并分别位于压力容器(y)的两端；所述产水管(p3)与压力容器(y)在靠近浓水管(p2)一侧的压力容器(y)端面处相通；所述清洗一管(p4)与清洗二管(p5)分别与压力容器(y)在压力容器(y)的圆柱曲面处相通，并依次位于进水管(p1)与浓水管(p2)之间。

压力容器内共有n支膜元件，从进水端面(i)至浓水端面(e)，依次为第1支膜元件(m1)、第1支膜分隔组件(g1)、第2支膜元件(m2)、第2支膜分隔组件(g1)、第3支膜元件(m3)至第n支膜元件(mn)，相邻编号的膜元件之间通过中心产水管连接；连接第1支膜元件(m1)与第2支膜元件(m2)的第1中心产水管(l1)穿过了第1支膜分隔组件(g1)的内侧圆，连接第2支膜元件(m2)与第3支膜元件(m3)的第2中心产水管(l2)，穿过了第2支膜分隔组件(g2)的内侧圆。

清洗一管(p4)与第1支膜分隔组件(g1)相通，清洗二管(p5)与第2支膜分隔组件(g2)相通。

进水管(p1)与压力容器内的第一支膜元件(m1)的进水端面相通，浓水管(p2)与压力容器内的第n支膜元件(mn)的浓水端面相通，产水管(p3)与压力容器内的第n中心产水管(ln)相通。

本装置共有四种运行模式：

1）产水运行：原水通过总进水管zp1进入各子系统进水管p1，由进水管p1进入压力容器y，浓水由各子系统浓水管p2汇入总浓水管zp2，产水由各子系统产水管p3汇入总产水管zp3；各子系统进水由进水管p1进入压力容器y，各膜元件的进水端朝向i侧，浓水端朝向e侧，进水由第一支膜元件m1进水端流入，由第一支膜元件m1浓水端流出，经过中空的第一膜分隔组件(g1)，继续进入第二支膜元件(m2)进水端，由第二支膜元件(m2)浓水端流出，经过中空的第二膜分隔组件(g2)，继续进入第三支膜元件(m3)进水端，由第三支膜元件(m3)浓水端流出，然后依次经过第四支膜元件(m4)至第n支膜元件(mn)，直至从第n支膜元件(mn)浓水端流出，流入浓水管(p2)；相邻的膜元件之间依次通过第一中心管(l1)、第二中心管(l2)至第n-1中心管(ln-1)相连，各中心管分别于对应的膜元件产水中心管相通，并与各膜元件的进水端和浓水端分隔，保证产水不受污染，产水最终通过第n中心产水管(ln)进入产水管(p3)；l0为进水端端面中心产水管，用于密封整个产水管路；

2）在线清洗：系统进清洗液，水流走向与1）产水运行相同；

3）第一支膜强化在线清洗：清洗液通过总进水管zp1进入各子系统进水管p1，由进水管p1进入压力容器y，浓水通过清洗一管(p4)汇入总清洗一管zp4；各子系统进水由进水管p1进入压力容器y，各膜元件的进水端朝向i侧，浓水端朝向e侧，进水由第一支膜元件m1进水端流入，由第一支膜元件m1浓水端流出，经过中空的第一膜分隔组件(g1)，流入清洗一管p4汇入总清洗一管zp4；相邻的膜元件之间依次通过第一中心管(l1)、第二中心管(l2)至第n-1中心管(ln-1)相连，各中心管分别于对应的膜元件产水中心管相通，并与各膜元件的进水端和浓水端分隔，保证产水不受污染，产水最终通过第n中心产水管(ln)进入产水管(p3)；l0为进水端端面中心产水管，用于密封整个产水管路；由于此时总浓水管(zp2)和总清洗二管(zp5)关闭，进水经过压力容器(y)后不能通过浓水管(p2)和清洗二管(p5)流出，实质上对于第一支膜元件（m1）形成了单支膜元件的通路，达到离线清洗的状态；

4）第二支膜强化在线清洗：清洗液通过总清洗一管zp4进入各子系统清洗一管(p4)，由清洗一管(p4)进入压力容器y，浓水通过清洗二管(p5)汇入总清洗二管zp5；子系统进水由清洗一管p4进入压力容器y，各膜元件的进水端朝向i侧，浓水端朝向e侧，进水经过中空的第一膜分隔组件(g1)，由第二支膜元件m2进水端流入，第二支膜元件m2的浓水端流出，经过中空的第二膜分隔组件(g2)，流入清洗二管p5汇入总清洗二管zp5；相邻的膜元件之间依次通过第一中心管(l1)、第二中心管(l2)至第n-1中心管(ln-1)相连，各中心管分别于对应的膜元件产水中心管相通，并与各膜元件的进水端和浓水端分隔，保证产水不受污染，产水最终通过第n中心产水管(ln)进入产水管(p3)；l0为进水端端面中心产水管，用于密封整个产水管路；由于此时总浓水管(zp2)和总进水管(zp1)关闭，进水经过压力容器(y)后不能通过浓水管(p2)和进水管(p1)流出，实质上对于第二支膜元件（m2）形成了单支膜元件的通路，达到离线清洗的状态。

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。本发明，结合图1至图7所示，包括以下步骤：

实施例1：

某4000m3/d反渗透系统，采用上述装置，系统共有39个子系统，其中一段26个，二段13个，每个子系统压力容器内装有7支膜元件。

1）首次运行时，标准化产水量为175m3/h，进水压力0.9mpa，浓水压力0.7mpa。产水运行至45天时，标准化产水量降至155m3/h，进行在线清洗。

2）在线清洗，关闭所有阀门，打开总进水管阀门、总浓水管阀门、总产水管阀门，进行膜清洗；清洗液由总进水管进入各子系统，由各子系统的浓水管汇入总浓水管，清洗过程的产水由各子系统的产水管汇入总产水管；当膜清洗后系统标准化产水量恢复率≥85%时，进入步骤1），恢复产水运行；当膜清洗后系统标准化产水量恢复率<85%时，进入下一步骤；

3）第一支膜强化在线清洗，关闭所有阀门，打开总进水管阀门、总产水管阀门、总清洗一管阀门，进行膜清洗，完成后进入下一步骤；

4）第二支膜强化在线清洗，关闭所有阀门，打开总产水管阀门、总清洗一管阀门、总清洗二管阀门，进行膜清洗，完成后进入步骤1），恢复产水运行。

所述在线清洗包括以下步骤：

1）杀菌，配置杀菌液，杀菌液由总进水管进入各子系统，由各子系统的浓水管汇入总浓水管，杀菌过程的产水由各子系统的产水管汇入总产水管；按杀菌流量0.8-1.0q杀菌1h，浸泡1h，清水冲洗置换；

2）碱洗，配置碱性清洗液，碱性清洗液由总进水管进入各子系统，由各子系统的浓水管汇入总浓水管，碱洗过程的产水由各子系统的产水管汇入总产水管；按碱洗流量0.5-0.8q碱洗1h，浸泡1h，按碱洗流量1.0-1.2q碱洗1h，浸泡1h，按此方式循环2次，清水冲洗置换；

3）酸洗，配置酸性清洗液，酸性清洗液由总进水管进入各子系统，由各子系统的浓水管汇入总浓水管，酸洗过程的产水由各子系统的产水管汇入总产水管；按酸洗流量1.0-1.2q酸洗1.5h，浸泡1h，清水冲洗置换。

所述第一支膜强化在线清洗包括以下步骤：

1）碱洗，配置碱性清洗液，碱性清洗液由总进水管进入各子系统，由各子系统的清洗一管汇入总清洗一管，碱洗过程的产水由各子系统的产水管汇入总产水管；按碱洗流量1.0-1.2q碱洗1h，浸泡1.5h，按碱洗流量1.3-1.5q碱洗1h，浸泡1.5h，按此方式循环3次，清水冲洗置换；

2）酸洗，配置酸性清洗液，酸性清洗液由总进水管进入各子系统，由各子系统的清洗一管汇入总清洗一管，碱洗过程的产水由各子系统的产水管汇入总产水管；按酸洗流量1.2-1.5q酸洗1.5h，浸泡1h，清水冲洗置换。

所述第二支膜强化在线清洗包括以下步骤：

1）碱洗，配置碱性清洗液，碱性清洗液由总清洗一管进入各子系统，由各子系统的清洗二管汇入总清洗二管，碱洗过程的产水由各子系统的产水管汇入总产水管；按碱洗流量1.0-1.2q碱洗1h，浸泡1h，按碱洗流量1.3-1.5q碱洗1h，浸泡1h，按此方式循环2次，清水冲洗置换；

2）酸洗，配置酸性清洗液，碱性清洗液由总清洗一管进入各子系统，由各子系统的清洗二管汇入总清洗二管，碱洗过程的产水由各子系统的产水管汇入总产水管；按酸洗流量1.2-1.5q酸洗1.5h，浸泡1h，清水冲洗置换。

上述方式中未述及的部分采取或借鉴已有技术即可实现。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。