一種膜法海水制淡水-製鹽原料耦合系統及工藝方法
2024-01-26 11:04:15 2
專利名稱：一種膜法海水制淡水-製鹽原料耦合系統及工藝方法
技術領域：
本發明涉及一種膜法海水制淡水-製鹽原料耦合系統及工藝方法，特別涉及海水淡化、海水製鹽、反滲透濃水排放系統及工藝方法。
背景技術：
我國淡水資源嚴重短缺，特別是我國北方地區，如天津、北京、河北、山東、河南、遼寧、陝西和甘肅等地缺水問題更為嚴重。在《我國國民經濟和社會發展十二五規劃綱要》中明確提出大力推進再生水、礦井水、海水淡化和苦鹹水利用。因此，將海水淡化作為水資源的開源增量技術，已成為十分緊迫的任務。相比南水北調，對於我國北方沿海地區，海水淡化更具有現實價值。在我國國家政策和規劃先行的背景下，未來我國的海水淡化市場面臨著巨大的機遇。海水淡化是指脫除海水中的鹽分，使處理後的水滿足相應用水需求的處理工藝。當前適於產業化的海淡方法主要有蒸餾法(熱法)和反滲透法(膜法)兩種。蒸餾法包括多級閃蒸法、多效蒸餾法和蒸汽壓縮法等，其中多級閃蒸和多效蒸餾可以利用電廠或其他工廠的低品位蒸汽，是兩種先進的熱法，在世界各地有著大量的大規模應用。相比於熱法，反滲透法海淡(SWRO)具有更高的脫鹽率和更低的能耗。在水質相對較好的領域也有著比較成熟的應用。隨著世界上膜技術的逐漸發展和膜產品的不斷更新換代，產品價格的持續下降，膜法海淡在一次性投資和運行成本上有著越來越明顯的優勢。對於反滲透法海水淡化而言，會產生大量的濃海水。按照目前的反滲透海水淡化處理工藝，每生產I噸淡化水，同時會產生I. 2噸以上的濃鹽水，濃鹽水的鹽度由原海水的
3.5%升高到6%以上。大量濃海水的直接排放，會對周邊海域的水質造成較大的影響，因此，在生產獲得淡化水的同時，必需同時考慮濃海水的排放方式以及濃海水的有效利用。而以海水為原料製取食鹽則是另一種開發利用海洋資源的有效途徑。海水製鹽的方法，主要有三種即太陽能蒸發法(鹽田法)、冷凍法和電滲析法。鹽田法是一種歷史悠久的製鹽方法，也是目前仍沿用的普遍方法。這種方法是在岸邊修建很多像稻田一樣的池子，用來曬鹽。製鹽的過程包括納潮，制滷、結晶、採鹽、貯運等步驟。鹽田製鹽受環境影響很大，海水的鹽度、地理位置、降雨量、蒸發量等等因素，都會直接影響鹽的產量，而且這種方法佔用的土地和人力資源也比較大，需要加以改進。冷凍法製鹽，是地處高緯度國家採用的一種生產海鹽的技術，像俄羅斯、瑞典等國家，多用此法製鹽。當海水冷卻到海水冰點(_1.8°C)時海水就結冰，而海冰裡基本上是純水，很少有鹽，去掉水分，就等於曬鹽法中的水分蒸發，剩下濃縮了的滷水就可以製鹽了。電滲析法製鹽，日本從20世紀70年代開始採用電滲析法(ED)製取食鹽，並逐步推廣到澳洲、南美和中東地區應用。這種方法有佔地面積小、廠址不受自然條件限制、生產不受氣候影響、製得的鹽純度高、裝置易實現自動化操作、投資少 等優點，具有廣泛的發展前途。電滲析法(ED)海水製鹽也是採用膜法分離技術，它通過具有選擇性的離子膜，在裝置通電的情況下，可將海水中的鈉離子和氯離子進一步濃縮分離，將海水分為濃海水和淡海水兩部分，ED的濃鹽水含鹽量可達到15%以上，NaCl純度高，用於製取高端精製鹽和高品質食用鹽，可填補我國在高端鹽製品方面的空白；ED的淡鹽水的含鹽量由原海水的35000mg/l降低到26000mg/l左右，若作為反滲透海水淡化的給水，可以大大降低制水能耗和成本，同時SWRO產生的濃海水的含鹽量較低，避免了對海域和環境的影響。因此，將膜法製鹽工藝與膜法海水淡化技術相耦合，既可以降低製鹽成本，也可以降低海水淡化系統的運行電耗，降低制水成本，同時也有效避免了濃鹽水對周邊海域的環境汙染問題，可謂一舉數得。是一條緩解我國北方地區缺水現狀，並得到高品質食鹽以彌補我國精製鹽製造短板的有效途徑。
發明內容
本發明的目的之一是提供一種高效率的膜法海水制淡水-製鹽原料耦合系統。
本發明的上述目的是通過以下技術方案達到的一種膜法海水制淡水-製鹽原料耦合系統，其包括原水箱、超濾裝置、超濾水箱、電滲析鹽水分離裝置、濃鹽水箱、淡鹽水箱、海水反滲透淡化裝置和產水箱；其中所述原水箱、超濾裝置、超濾水箱、電滲析鹽水分離裝置、淡鹽水箱、海水反滲透淡化裝置和產水箱之間依次通過管道或管道和泵相連接，所述的濃鹽水箱通過管道與所述的電滲析鹽水分離裝置相連接。上述膜法海水制淡水-製鹽原料耦合系統中，具體為所述超濾裝置通過管道與所述超濾水箱相連接；所述超濾水箱通過泵和管道與所述電滲析鹽水分離裝置相連接；所述的電滲析鹽水分離裝置與濃鹽水箱和淡鹽水箱之間分別通過管道相連接，所述淡鹽水箱通過泵和管道與所述海水反滲透淡化裝置相連接，所述海水反滲透淡化裝置通過管道與所述產水箱相連接。一種優選技術方案，其特徵在於所述的超濾裝置採用中空纖維超濾膜。一種優選技術方案，其特徵在於所述的電滲析鹽水分離裝置採用一價離子選擇透過膜對海水中的一價離子進行濃縮。一種優選技術方案，其特徵在於所述的海水反滲透淡化裝置採用卷式反滲透膜。一種優選技術方案，其特徵在於所述的海水反滲透淡化裝置還包括能量回收系統。本發明的另一目的是提供一種高效率的膜法海水制淡水-製鹽原料耦合工藝方法。本發明的上述目的是通過以下技術方案達到的一種膜法海水制淡水-製鹽原料耦合工藝方法，包括如下步驟(I)儲存在原水箱裡的經過預處理的海水通過超濾裝置進行過濾，去除掉幾乎所有的懸浮物、顆粒、細菌、病毒以及膠體、大分子有機物等，並儲存於超濾水箱；(2)經步驟(I)處理過的海水再經過電滲析鹽水分離裝置進行一價離子濃縮，所述的電滲析鹽水分離裝置採用的是一價離子選擇透過膜；(3)經步驟(2)處理得到的淡鹽水儲存到淡鹽水箱，淡鹽水作為海水淡化的原水再經過反滲透淡化裝置，去除掉絕大部分鹽分，得到淡水並儲存於產水箱；
(4)經步驟(2)處理得到的濃鹽水作為精製鹽或鹽化工的原料，儲存於濃鹽水箱；(5)經步驟(3)處理，海水反滲透淡化裝置產生的濃水分散排放到附近海域。所述預處理可以採用氣浮過濾或混凝沉澱+砂濾等，去除掉大部分懸浮物、膠體和部分有機物等。本發明的優點是本發明是將經過預處理的海水首先採用超濾裝置對海水進行處理，去除掉幾乎所有懸浮物、顆粒、細菌、病毒以及膠體、大分子有機物等；然後經過電滲析裝置利用一價離子選擇透過膜將海水中的一價離子進行濃縮，得到高濃度NaCl溶液的同時，也可得到含鹽量相對較低的淡鹽水作為反滲透進水；再通過反滲透工藝去除淡鹽水中的鹽分得到淡水。通過本發明系統和工藝的處理，一方面可以得到精製鹽或鹽化工的原料，另一方面可以得到淡水，同時反滲透處理產生的濃水TDS較低，一般不超過45000ppm，直接排放不會對周邊海域和環境造成影響，對於我國北方地區開發利用海洋資源，提取淡水和高品質食鹽方面具有很好的應用價值。下面通過實施例和附圖對本發明進行詳細說明。應該理解的是，所述的實施例僅僅涉及本發明的優選實施方案，在不脫離本發明的精神和範圍情況下，各種成分及含量的變化和改進都是可能的。
圖I為本發明的系統示意圖。圖2為本發明的工藝流程圖。附圖標記說明O經過預處理的海水I原水箱2超濾裝置3超濾水箱4電滲析鹽水分離裝置5濃鹽水箱6淡鹽水箱7海水反滲透淡化裝置8產水箱9反滲透濃水排放
具體實施例方式如圖I所示，為本發明膜法海水制淡水-製鹽原料耦合系統的示意圖，其包括原水箱I、超濾裝置2、超濾水箱3、電滲析鹽水分離裝置(電滲析裝置)4、濃鹽水箱5、淡鹽水箱6、海水反滲透淡化裝置(反滲透裝置)7和產水箱8 ;其中，經過預處理的海水O存儲於原水箱I中，原水箱I通過泵和管道與超濾裝置2相連接；超濾裝置2通過管道與超濾水箱3相連接；超濾水箱3通過泵和管道與電滲析鹽水分離裝置4相連接；電滲析鹽水分離裝置4與濃鹽水箱5和淡鹽水箱6之間分別通過管道相連接，淡鹽水箱6通過泵和管道與海水反滲透淡化裝置7相連接，海水反滲透淡化裝置7通過管道與產水箱8相連接，海水反滲透淡化裝置7通過管道進行反滲透濃水排放9。超濾裝置2採用中空纖維超濾膜，電滲析鹽水分離裝置4採用一價離子選擇透過膜對海水中的一價離子進行濃縮，海水反滲透淡化裝置7採用卷式反滲透膜。進一步地，海水反滲透淡化裝置7還包含能量回收系統。、
如圖2所示，為本發明膜法海水制淡水-製鹽原料耦合工藝的工藝流程圖，其包括如下步驟(I)將海水輸送到預處理系統，同時在進水中投加殺菌劑(如次氯酸鈉)、混凝劑(如聚合氯化鋁或三氯化鐵)和助凝劑(如聚丙烯醯胺)，進行氣浮過濾或混凝沉澱和砂濾處理；經過預處理的海水儲存在清水箱(即原水箱)中，然後經給水泵和管路輸送到兩個超濾(UF)裝置中進行超濾，去除掉幾乎所有的懸浮物、顆粒、細菌、病毒以及膠體、大分子有機物等，並儲存於超濾水箱；超濾裝置採用中空纖維超濾膜，如PVDF中空纖維外壓式超濾膜，型號為SMT600-P50，平均孔徑O. I μ m，有效膜面積50m2 ；(2)經步驟(I)處理過的海水經給水泵和管路輸送到電滲析(ED)鹽水分離裝置，進行一價離子濃縮，電滲析鹽水分離裝置採用一價離子選擇透過膜，如共使用300對單片膜面積為O. 25m2的電滲析膜，可以使海水中的鈉離子、氯離子等一價離子濃縮於濃鹽水側並排出，而含有其他離子的淡鹽水從淡鹽水側排出； (3)經步驟(2)處理得到的淡鹽水儲存到淡鹽水箱，淡鹽水作為海水淡化的原水依次經提升泵、SffRO高壓泵及管路輸送到海水反滲透淡化(SWRO)裝置，同時在進水中投加阻垢劑和還原劑，經過海水反滲透淡化裝置處理，去除掉絕大部分鹽分，得到淡水並儲存於產水箱；海水反滲透淡化裝置採用卷式反滲透膜，如採用有效膜面積為400ft2的卷式反滲透超低壓海水膜，有效分離層材質為芳香聚醯胺，對淡鹽水做進一步的鹽水分離；(4)經步驟(2)處理得到的濃鹽水儲存於濃鹽水箱，作為精製鹽或鹽化工的原料；(5)經步驟(3)處理，海水反滲透淡化裝置產生的濃水分散排放到附近海域。海水反滲透淡化裝置還可包含能量回收系統。採用功交換式的能量回收裝置可以利用反滲透濃水的殘餘壓力通過高效率的功交換對反滲透進水增壓，從而降低整個反滲透系統的能耗。如圖2所示，能量回收裝置的淡鹽水側分別與SWRO提升泵泵出口支管道和增壓泵入口管道相連接；濃水側分別與反滲透高壓濃水管道和濃水排放管道相連接。經過預處理的海水進入超濾(UF)系統，可以去除掉幾乎所有懸浮物、顆粒、細菌、病毒以及膠體、大分子有機物等；經過UF處理的海水進入電滲析(ED)鹽水分離裝置，將海水中的鈉離子和氯離子濃縮，濃鹽水作為精製鹽或鹽化工的原料，淡鹽水作為海水淡化的原水進入後續處理；淡鹽水進入海水反滲透(SWRO)淡化裝置，去除掉絕大部分鹽類，得到淡水；SWR0濃水的總含鹽量低於45000ppm，通過分散排放不會對周邊海域和環境造成影響。所以，經過本發明的工藝處理，不僅可以獲取高質量的精製鹽或鹽化工的原料和高品質的淡水，同時避免了 SWRO濃鹽水對海域生態環境的負面影響，還可以大幅度降低海水製鹽與海水淡化的成本，特別是對於我國北方缺水地區具有很好的使用價值。北京市新能源及海水淡化技術創新示範項目中採用了本發明的系統和工藝技術。本海水淡化項目按功能塊可分為海水前處理部分、超濾過濾部分、濃海水提取部分、反滲透脫鹽淡化部分。I.設計基礎( I)海水水質
權利要求
1.一種膜法海水制淡水-製鹽原料耦合系統，其包括原水箱、超濾裝置、超濾水箱、電滲析鹽水分離裝置、濃鹽水箱、淡鹽水箱、海水反滲透淡化裝置和產水箱；其中所述原水箱、超濾裝置、超濾水箱、電滲析鹽水分離裝置、淡鹽水箱、海水反滲透淡化裝置和產水箱之間依次通過管道或管道和泵相連接，所述的濃鹽水箱通過管道與所述的電滲析鹽水分離裝置相連接。
2.如權利要求I所述的膜法海水制淡水-製鹽原料耦合系統，其特徵在於所述的超濾裝置採用中空纖維超濾膜。
3.如權利要求I所述的膜法海水制淡水-製鹽原料耦合系統，其特徵在於所述的電滲析鹽水分離裝置採用一價離子選擇透過膜對海水中的一價離子進行濃縮。
4.如權利要求I所述的膜法海水制淡水-製鹽原料耦合系統，其特徵在於所述的海水反滲透淡化裝置採用卷式反滲透膜。
5.如權利要求I所述的膜法海水制淡水-製鹽原料耦合系統，其特徵在於所述的海水反滲透淡化裝置還包括能量回收系統。
6.一種膜法海水制淡水-製鹽原料耦合工藝方法，包括如下步驟 (1)儲存在原水箱裡的經過預處理的海水通過超濾裝置進行過濾，去除掉懸浮物、顆粒、細菌、病毒以及膠體、大分子有機物，並儲存於超濾水箱； (2)經步驟(I)處理過的海水再經過電滲析鹽水分離裝置進行一價離子濃縮，所述的電滲析鹽水分離裝置採用的是一價離子選擇透過膜； (3)經步驟(2)處理得到的淡鹽水儲存到淡鹽水箱，淡鹽水作為海水淡化的原水再經過反滲透淡化裝置，去除掉絕大部分鹽分，得到淡水並儲存於產水箱； (4)經步驟(2)處理得到的濃鹽水作為精製鹽或鹽化工的原料，儲存於濃鹽水箱； (5)經步驟(3)處理，海水反滲透淡化裝置產生的濃水分散排放到附近海域。
7.如權利要求6所述的膜法海水制淡水-製鹽原料耦合工藝方法，其特徵在於所述預處理為氣浮過濾或混凝沉澱和砂濾處理。
全文摘要
本發明涉及一種膜法海水制淡水-製鹽原料耦合系統及工藝方法。系統包括原水箱、超濾裝置、超濾水箱、電滲析鹽水分離裝置、濃鹽水箱、淡鹽水箱、海水反滲透淡化裝置和產水箱；其中原水箱、超濾裝置、超濾水箱、電滲析鹽水分離裝置、淡鹽水箱、海水反滲透淡化裝置和產水箱之間依次通過管道或管道和泵相連接，濃鹽水箱通過管道與電滲析鹽水分離裝置相連接。經過本發明的工藝處理，不僅可以獲取高質量的精製鹽或鹽化工的原料和高品質的淡水，同時避免了SWRO濃鹽水對海域生態環境的負面影響，還可以大幅度降低海水製鹽與海水淡化的成本，特別是對於我國北方缺水地區具有很好的使用價值。
文檔編號C02F103/08GK102701493SQ20121016525
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月24日 優先權日2012年5月24日
發明者張松建 申請人:北京賽諾水務科技有限公司