液流式電容法海水淡化的預處理方法
2023-06-06 16:35:26
專利名稱：液流式電容法海水淡化的預處理方法
技術領域：
本發明涉及一種用於液流式電容法海水淡化的預處理方法，屬於海水淡化處理領域。
背景技術：
當今淡水資源短缺已成為世界性的問題，目前，世界有5億人飲不上潔淨水，到2025年這個數字將會暴增5倍，達到28億，約佔屆時預計全球人口80億的35％。缺水問題解決辦法有繼續找水、遠程調水、廢水回收和制定節約用水等。然而要利用現代技術大規模開闢新的水源，海水淡化已成為一種有效的途徑。事實上這已經成為全世界的必然趨勢。由於水資源危機的日益突出，大多數國家都直接、間接地捲入了海水淡化技術地發展潮流。
海水淡化，又稱海水脫鹽，它是通過裝置和設備除去海水中的鹽分，並使之淡化的工藝過程。現有海水淡化方法主要有蒸餾法(多級閃蒸MSF、多級蒸發MED和壓氣蒸餾VC)和膜法(反滲透SWRO和電滲析ED)，以及專利US5538611、US6413409、US5547581等提到的FTC(flow-through capacitor)海水淡化法(該方法我們在國內已申請專利)。目前海水淡化裝置正在向提高單機生產能力方向發展，降低海水淡化的能耗一直是海水淡化技術的發展目標。而FTC海水淡化具有低能耗，低成本、高脫鹽率、使用壽命長的優點，因此應用前景十分看好。
海水是一個複雜的稀溶液體系，它含鹽量高，硬度大，pH在8.2條件下，海水中鈣鎂離子所形成的碳酸鹽、碳酸氫鹽、硫酸鹽、氯化物等使海水具有很高的硬度，在海水淡化工藝流程中易形成水垢。同時海水的濁度變動大，懸浮粒徑不等的有機和無機微粒，還有大小不等的微生物。容易堵塞管路和汙染膜元件；並且海水中溶解了足夠海生物生存的氧，在海水淡化過程中，溶解氧的存在使淡化裝置金屬材料易腐蝕和產生氧化物汙垢。因而海水淡化成功與否首先取決於前處理的合理性。
目前，在蒸餾法、膜法等海水淡化過程中，一般採用加氯或次氯酸鈉殺菌，FeCl3絮凝沉澱，加酸調節pH和多介質過濾等一系列預處理組合工藝，以除去懸浮固體、膠體粒子、細菌和大分子懸浮物，但存在處理後海水水質不穩定，很難達到反滲透膜的進水要求。雖然常規處理對許多反滲透海水淡化工廠也已順利運行多年，但是常規預處理在設計、運行、維護方面都有很高的要求，否則會發生膜的汙染。蒸餾法則是結垢腐蝕嚴重，已成為限制其應用的重要因素之一。對於FTC(液流式電容法)海水淡化，現在還沒關於它的預處理的報導，但是結合FTC進水指標，現有預處理方法是不能滿足它進水要求，因此，有必要採用新的技術來解決這一問題。
國內外對於海水淡化預處理也做了很多研究，專利美國專利US20030130088A1採用吸附作為預處理；美國專利US20030121856A1採用二級過濾預處理；美國專利US20020189987A1採用過濾作為預處理；中國專利CN1378978A船用人力海水淡化方法及裝置，採用粗濾網、微孔過濾及加藥作為反滲透的預處理；中國專利CN1328867A反滲透海水淡化微濾膜預處理方法，採用加絮凝阻垢劑、微濾作為前處理；中國專利CN1155518A海水淡化設備，採用活性炭過濾器，中空纖維過濾器；中國專利CN2583096Y海水淡化處理器，採用加藥、活性炭吸附、精密過濾作為前處理；中國專利CN2583087Y反滲透膜海水淡化裝置，採用精濾、保安過濾、超濾作為前處理；中國專利CN2346787Y船用海水淡化器，採用精濾、微濾作為預處理。中國專利CN1241535A膜處理式海水淡化的製備方法，採用預過濾器、超過濾作為前處理。但是，採用現有的海水淡化預處理方法為FTC(液流式電容法)提供進水，還存在以下不足(1)操作複雜，如果保護不當、容易造成生物汙染。(2)不能解決海水高硬度和高鹽度問題，造成FTC海水淡化能耗大，結垢現象嚴重、衝洗頻率高、產水率低，淡化成本難以降低。(3)需要加藥殺菌防垢，造成了設備複雜，投資高。因此，根據FTC進水指標，現有的預處理方法都達不到FTC海水淡化進水要求。
發明內容
本發明的目的在於針對現有常規海水淡化預處理方法技術上的不足和缺陷，為液流式電容法(FTC)提供一種以多種膜分離過程和其他處理工藝相結合的預處理方法。
本發明的一個目的是通過本方法的各程序步驟，能有效去除海水中的固體微粒、膠體粒子、細菌、病毒和絕大部分鎂離子，並降低液流式電容法進水的總溶解性固體量(TDS)。
本發明的上述目的是通過如下的技術方案來實現的。
一種用於液流式電容法海水淡化的預處理方法，其特徵在於它具有多個預處理程序，其具體的工藝步驟為海水經多介質過濾器單元—炭過濾單元—精濾單元—超濾單元—納濾膜單元—符合海水淡化器要求的供水；多介質過濾單元採用石英砂作為濾料；炭過濾單元選用具有較高機械強度的果殼型顆粒活性炭；把海水中泥漿與淤泥、有機膠體、海藻、細菌、巖石、紅藻、二氧化矽、鐵蝕產物、鐵的沉澱物、錳的沉澱物、硬度的沉澱物、氫氧化鋁絮凝物等過濾掉，再進入活性炭過濾器，精濾單元，採用濾芯為內徑小於5μm的中空聚碸纖維；超濾單元採用的超濾膜是截留分子量為2-5萬道爾頓的有機高分子材料超濾膜或無機陶瓷超濾膜；納濾膜單元採用複合納濾膜，最後處理好的海水供海水淡化器使用。
上述的經過超濾單元處理後的出水，需經過增壓泵增壓後直接採用納濾膜單元；所述的納濾膜單元採用多個由雙納濾膜組成的納濾膜組件；所述的納濾膜單元採用1-5級的上述納濾膜組件，最佳組合在2～3級。
上述的經過超濾單元處理後的出水，需經過增壓泵增壓，所採用的操作壓力為0.1～1.50MPa，操作溫度在0～30℃，上述的多介質濾器過濾單元的主要作用是去處懸浮固體，通常最先採用多介質過濾器去除水中的雜質。阻止任何介質從前面的設備向後面轉移，減輕對後面處理設備的汙染程度。
上述的炭過濾單元的主要作用是去除海水中的臭味，天然和合成溶解有機物，微汙染物質；對於海水中的游離氯、溶解氧等有明顯的去除效果，保護下遊的膜元件；進一步除去海水中的雜質，以保證下面元件能充分發揮作用。
上述的精濾單元主要作用是去除粒徑為1～5μm的細微顆粒，進一步降低總溶解性固體量(TDS)汙染指數，防止活性炭粉末進入下遊膜組件。精濾膜採用中空聚碸纖維。
上述超濾單元主要作用是進一步去除海水中的微粒、膠體、細菌、藻類和各種有機物等雜質，特別是細菌和藻類物質；防止細菌藻類在管道和膜面迅速繁衍生長，堵塞水路和汙染NF膜；使進入NF的海水的FI值達到0～1，細菌及海藻也幾乎全部除去，延長NF的使用壽命。超濾膜材料採用聚丙烯或聚醚酚或聚丙烯睛；無機陶瓷超濾膜的材料為氧化鋁膜。
上述納濾單元主要作用是進一步降低濁度(SDI)和微生物；利用納濾膜的選擇透過性，脫除結垢離子，去處海水中的對淡化器有害的物質，可以顯著的降RO等海水淡化器的進水壓力及能耗，本發明的液流式電容法海水淡化的預處理方法中最重要的環節是納濾處理過程，採用的納濾膜元件是一種新型分離膜，，其膜表層孔徑處於納米級範圍；本發明所採用的複合納濾膜為三層結構，即芳香聚醯胺、聚酯無紡布、聚碸高聚物所構成。
本發明的海水淡化預處理方法為一種同時集成超濾，納米濾等多種膜分離過程和多介質過濾、活性炭吸附、精過濾等工藝相結合的工藝流程。以海水為源水，依次經過多介質過濾、活性炭過濾、精過濾、超過濾和納米濾五個處理步驟，最終獲得較低濃度的符合液流試電容法海水淡化進水要求的給水。
採用本發明的海水淡化的與處理方法，其處理方法相對於現有方法，具有如下優點(1)海水中的硬度離子絕大部份被去處，解決了FTC結垢問題，減少了電極的衝洗次數，降低了能耗，節約了衝洗水，延長了FTC的使用壽命；(2)降低了FTC進水濃度，將使得FTC處理效果大大提高，從而降低了能量的消耗，同時使產水率有了很大提高，進一步降低海水淡化的成本。(3)本發明方法不僅去除了海水中大量的微生物、懸浮物、臭味以及有機物、微粒、中金屬離子，還去除了海水中大部分的結垢離子，降低了海水的總溶解性固體量，(4)本發明的方法具有工藝簡單、操作方便、分離迅速、效率高、自動化程度高、成本低等優點。
圖1為本發明的液流試電容法海水淡化處理方法的流程示意圖。
圖中各數字標號的意義如下1-供水泵，2-海水箱，3-衝洗水排放口，4-浮子開關，5-進水加壓泵，6-排放口，7-多介質過濾單元，8-活性炭過濾單元，9-精過濾單元，10-超過濾單元，11-低壓開關，12-增壓泵，13-納米濾單元，14-衝洗水箱，15-衝洗泵，16-濃水排出口，17-海水淡化器給水箱。
具體實施例方式
現將本發明方法的實施例敘述於後實例一參見圖1，以35000mg/L濃度的海水為水源，經過多介質過濾單元7，把海水中的雜質過濾掉，再進入活性炭過濾單元8去除海水中的臭味，天然和合成溶解有機物，微汙染物質等，然後進入精過濾單元9，去除粒徑為1～5μm的細微顆粒，同時使汙染指數進一步降低，防止活性炭顆粒進入下遊膜組件。再通過超濾膜單元10，去處微生物和細菌數量級的汙染物質以及有害有毒和致癌物及病毒數量級的汙染物質。此時，海水經過上述處理已成為乾淨的鹽水，出水的濁度NTU＜0.1、懸浮固體＜1mg/L、總有機碳含量在8～10mg/L、SDI＜1、細菌CFU/100mL＜10個；經過上述處理，海水已成為乾淨的鹽水，完全達到納濾膜進水要求。再由增壓泵在操作壓力1.2Mpa、溫度20℃下，進入納濾單元13，經納濾處理後，去除了水中的92％硬度、95％硫酸鹽、40％氯化物，TDS降低了46％。
實施例二以20000mg/L中國沿海的海水為水源，經過與上述實施例相同的處理過程，海水已成為乾淨的鹽水，再由增壓泵在1.3Mpa，溫度20℃下，進入納濾單元處理13進行處理，經測試可去除了水中的96％硬度、98％硫酸鹽、51％氯化物，TDS降低了61％。
通過實施例，可知，本發明的預處理方法，可供給海水淡化器的用水是符合水質要求的，其產水率最高可達70％，脫除率也可達70％以上。
權利要求
1.一種液流式電容法海水淡化的預處理方法，其特徵在於它具有多個預處理程序，其具體的工藝步驟為海水經多介質過濾器單元—炭過濾單元—精濾單元—超濾單元—納濾膜單元—符合海水淡化器要求的供水；多介質過濾單元採用石英砂作為濾料；炭過濾單元選用具有較高機械強度的果殼型顆粒活性炭；把海水中泥漿與淤泥、有機膠體、海藻、細菌、巖石、紅藻、二氧化矽、鐵蝕產物、鐵的沉澱物、錳的沉澱物、硬度的沉澱物、氫氧化鋁絮凝物等過濾掉，再進入活性炭過濾器，精濾單元，採用濾芯為內徑小於5μm的中空聚碸纖維；超濾單元採用的超濾膜是截留分子量為2-5萬道爾頓的有機高分子材料超濾膜或無機陶瓷超濾膜；納濾膜單元採用複合納濾膜，最後處理好的海水供海水淡化器使用。
2.根據權利要求1所述的一種液流式電容法海水淡化的預處理方法，其特徵在於經過超濾單元處理後的出水，需經過增壓泵增壓後直接採用納濾膜單元；所述的納濾膜單元採用多個由雙納濾膜組成的納濾膜組件；所述的納濾膜單元採用1-5級的上述納濾膜組件，最佳組合在2～3級。
3.根據權利要求1所述的一種液流式電容法海水淡化的預處理方法，其特徵在於經過超濾單元處理後的出水，需經過增壓泵增壓，所採用的操作壓力為0.1～1.50MPa，操作溫度在0～30℃，
4.根據權利要求1所述的一種液流式電容法海水淡化的預處理方法，其特徵在於超濾單元所採用的超濾膜的有機高分子材料為聚丙烯或聚醚酚或聚丙烯睛；無機陶瓷超濾膜的材料為氧化鋁膜。
5.根據權利要求1所述的一種液流式電容法海水淡化的預處理方法，其特徵在於所述的複合納濾膜為三層結構，即芳香聚醯胺、聚酯無紡布、聚碸高聚物所構成。
全文摘要
本發明涉及一種用於液流式電容法海水淡化的預處理方法，屬於海水淡化處理領域。本發明的預處理方法具有多個預處理程序，其具體的工藝步驟為海水依次經多介質過濾單元、炭過濾單元、精濾單元、超濾單元、納濾膜單元，最終獲得符合液流式電容法海水淡化器要求的供水。本發明方法的優點是能去除海水中絕大部分的硬度離子，解決了海水淡化設備的結垢問題，延長了海水淡化設備的的使用壽命；降低液流式電容法海水淡化器的進水濃度，使海水淡化設備的處理效果大大提高，同時使產水率有了很大提高，進一步降低海水淡化的成本。
文檔編號C02F9/02GK1587114SQ20041005264
公開日2005年3月2日 申請日期2004年7月8日 優先權日2004年7月8日
發明者方建慧, 姜華, 施利毅, 沈霞, 鄧英, 朱惟德 申請人:上海大學