本發明公開了一種實現高倍濃縮的膜系統，屬于水污染處理技術領域。本系統包括預處理系統、高倍濃縮膜系統、產水箱、二級膜系統。預處理系統與高倍濃縮膜系統連接，高倍濃縮膜系統與產水箱連接，產水箱與二級膜系統連接；此外，產水箱與高倍濃縮膜系統連接，二級膜系統與高倍濃縮膜系統連接。該系統通過控制膜組件脫鹽率來降低濃水和產水側的滲透壓差，從而在較低操作壓力下實現高倍濃縮，最高濃度可達到接近飽和狀態。

技術領域

本發明屬于水污染處理技術領域，本發明涉及一種實現高倍濃縮的膜系統。

背景技術

在煤礦開采、垃圾填埋、鋼鐵焦化、煤化工及各種工業生產中往往會產生大量的廢水。這些廢水中主要含有Na⁺，SO₄^2-，Cl^-及一些難降解的有機物等。此類廢水的直接排放會造成水體污染、土壤中毒，甚至危及人類的身體健康。目前，根據國家和各地區政策，對此類廢水進行零排放處理已經成為必然趨勢。

零排放的主流工藝為：通過“預處理+膜系統”或“預處理+電滲析”等工藝，對廢水進行初步濃縮，再通過蒸發結晶、冷凍結晶等工藝處理濃縮液，實現廢水零排放。其中電滲析系統是以電位差為推動力，利用離子交換膜的選擇性，將帶電組分的鹽類與非帶電組分的水分離的薄膜分離技術。這種技術可實現高倍濃縮，但對離解度小的鹽類難以去除，且存在設備結構復雜、操作難度大、自耗水量大等問題，在行業中正常運行的案例較少。膜系統是在濃溶液側施加壓力來克服滲透壓，使濃水側的溶劑流向產水側。濃水側的鹽含量越高，所需要施加的壓力越大，但受限于市場上現有膜的耐壓能力有限，膜系統的濃縮倍數低于電滲析，導致后續工藝處理量大，設備及運行成本高。

基于這樣的問題，名為“一種用于高鹽廢水的低壓高倍濃縮的系統及方法”(CN111661900 A)的專利采用反滲透膜裝置進行一次濃縮，一步產水外排，濃水進入逆流反滲透裝置進行二次濃縮。濃縮后的濃水一部分進入后續系統，一部分通過逆流反滲透膜裝置的產水端回流至反滲透膜裝置進水端，以降低逆流反滲透膜裝置的滲透壓差。此專利回流的濃水需要與逆流反滲透裝置的產水混合，然后進入通過反滲透系統進行重復處理，會造成不必要的能量損失，且逆流反滲透裝置結構復雜，不易實現；名為“一種無機鹽溶液濃縮設備及無機鹽溶液連續高倍濃縮方法”(CN 110436574 A)的專利將預濃縮反滲透濃水分別進入循環流道反滲透膜分離組件的濃縮液流道與透過液流道，保持膜兩側滲透壓相同。通過對循環流道反滲透膜分離組件施加壓力，使濃縮液流道溶質透過膜組件流入透過液流道，以達到提高濃縮倍數目的。此專利循環流道反滲透膜分離組件的產水與預濃縮反滲透濃水混合后進入前端系統進行循環處理，同樣導致不必要的能量損失。

反滲透膜對溶液進行濃縮不涉及相變過程，因此與蒸發等方式相比就有巨大的節能優勢。但如何實現反滲透膜高倍濃縮卻一直是工程界面臨的技術難題。已有專利所公開的方法難以在低能耗下利用反滲透實現對鹽水的高倍濃縮，因此亟待開發一種利用反滲透膜對鹽溶液進行高倍濃縮的辦法。本專利通過組裝不同脫鹽率的膜組件，控制膜系統的脫鹽率，達到提高產水側滲透壓的目的，同時控制凈驅動壓差，保持運行壓力在膜最大承壓范圍內。產水側的含鹽量增加、凈驅動壓差不變的條件下，可提高濃水側含鹽量，實現濃縮倍數的增加，從而減少后續系統處理量，降低設備投資及系統運行成本。到目前為止，尚無采用較低脫鹽率膜元件來實現高倍濃縮的公開報道。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供了一種實現高倍濃縮的方法及膜系統，主要解決了膜系統濃縮倍數低的問題。

本發明的具體技術方案為：一種實現高倍濃縮的膜系統，包括：預處理系統、高倍濃縮膜系統、產水箱，所述預處理系統與高倍濃縮膜系統連接，高倍濃縮膜系統與產水箱連接；所述的預處理系統包括進入高倍濃縮膜系統前的化學、物理、生化等處理系統，以使高倍濃縮膜系統進水達標；高倍濃縮膜系統進水管道處設有高壓泵，將預處理系統出水加壓后輸送至高倍濃縮膜系統，并為其提供能量以克服高倍濃縮膜系統滲透壓，實現產水；所述高倍濃縮膜系統內部分為N段，各段分別由不同的脫鹽率膜組件組裝而成。