CN106830451A - 一种淡化水的去离子一体化处理方法及装置 - Google Patents

一种淡化水的去离子一体化处理方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种淡化水的去离子一体化处理方法，包括以下步骤：将原水依次经过若干膜过滤模块，制得一级过滤水；将上述一级过滤水依次经过若干电容去离子模块，制得二级过滤水；将上述二级过滤水经低压反渗透模块制得净水。基于上述方法的水处理装置，通过水泵，原水依次经串联的若干膜过滤模块、若干电容去离子模块、和低压反渗透模块处理后，制得净水。本发明将微滤、超滤、多级膜电容去离子和低压反渗透结合，分别去除水中的悬浮物、有机物和盐分，既克服了常规反渗透技术的高能耗、膜污染速率快等问题，也提高了盐水淡化的处理效果，其结构简单、操作方便、设备维护费用低，具有很强的实用性和广泛的适用性。

Description

一种淡化水的去离子一体化处理方法及装置
技术领域
本发明涉及一种淡化水技术，具体涉及一种淡化水的去离子一体化处理方法及装置。
背景技术
随着我国经济的飞速发展，人口的不断增多，以及环境问题的日益严峻，淡水资源的短缺已成为限制我国经济社会发展的短板。目前我国660多个城市中，有近400的城市缺水，其中108个为严重缺水。由此可见水资源的保护和净化，水污染的防护和治理迫在眉睫。
目前，世界各国解决局部水资源短缺方法主要有远程调水、地下取水和建造水库等。我国的南水北调工程就是远程调水的典范。但是这些方法的大肆使用，造成了生态破坏、地面下沉、土地浪费等一系列弊端，不能从根本上解决水源短缺的危机。
盐水的淡化，如海水淡化水技术，经过几十年的发展与完善，已成为世界上公认的解决水资源短缺的最佳方案之一。
盐水得淡化水主要有两类方法，其一是盐水中取淡水，主要有蒸馏法、反渗透法、水合物法、溶剂萃取法和冰冻法。其二是除去盐水中的盐分，主要有电渗析法和离子交换法。两类方法各有优缺点，其中蒸馏法、冰冻法，虽然处理效果显著，但其耗能较高；离子交换法、化学沉淀法、水合物法和萃取法需要使用化学物品，成本较高；电渗析法的膜污染问题显著，处理成本高。反渗透工艺可有效截留水中的各种无机离子、胶体物质和大分子溶质，从而取得净水。近年来，由于反渗透过程简单，能耗低，得到迅速发展，现已逐步应用于海水和苦咸水淡化、锅炉用水软化和废水处理，并与离子交换结合制取高纯水，但其膜污染以及高能耗是制约其发展的瓶颈问题。低压反渗透技术作为反渗透技术的一种，所需的工作压力仅为常规反渗透装置的1/3-1/2，可以达到节约能源，满足低碳经济的要求，但低压反渗透膜对于高浓度含盐水的处理效果不佳。
因此，需要一种新的技术方案以解决上述技术问题。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种去离子一体化淡化水的处理方法其装置。
一种淡化水的去离子一体化处理方法，包括以下步骤：
A1、过滤：将原水依次经过若干膜过滤模块，制得一级过滤水；
A2、脱盐：将上述一级过滤水依次经过若干电容去离子模块，制得二级过滤水；
A3、将上述二级过滤水经低压反渗透模块制得净水。
上述步骤A1中过滤模块包括微滤模块和超滤模块，用于去除原水中的悬浮物和有机物杂质，其中超滤模块接水气反冲洗模块，所述水气反冲洗模块包括混合高压空气的水。
上述步骤A2中电容去离子模块包括恒电压电容去离子模块和恒电流电容去离子模块，依次经过二级脱盐，提高装置的脱盐率。
上述步骤A2中电容去离子模块接电极再生模块，所述电极再生模块根据测得电容去离子模块进水出水的电导率值，反接电极电源进行电极再生。
基于上述的一种淡化水的去离子一体化处理方法的处理装置，通过水泵，原水依次经串联的若干膜过滤模块、若干电容去离子模块、和低压反渗透模块处理后，制得净水。
上述膜过滤模块之间、膜过滤模块与电容去离子模块之间、电容去离子模块之间、电容去离子模块与低压反渗透模块之间设有若干水箱。
上述膜过滤模块包括依次串联的微滤模块和超滤模块。
上述电容去离子模块包括串联的恒电压电容去离子模块和恒电流电容去离子模块。
进一步的，上述超滤模块接水气反冲洗模块，所述水气反冲洗模块包括由控制装置驱动的并联的水阀和高压气阀；所述水阀接净水槽，所述超滤模块接浓水槽。
进一步的，上述电容去离子模块接电极再生模块，包括分别与控制装置连接的用于测电容去离子模块进入水和排出水的电导率仪、与电极连接的电极转换器；所述电容去离子模块接净水槽和浓水槽。
本发明的有益之处在于：
本发明的一种淡化水的去离子一体化处理方法及装置，将膜电容去离子技术与反渗透技术结合，既克服了常规反渗透技术的高能耗、膜污染速率快等问题，也提高了盐水淡化的处理效果。
本发明中膜电容模块第一级采用的为恒电压（1.0-1.2 V），实现正渗透膜出水的快速脱盐；在第二级中采用恒电流的方式（电流密度0.2-3.5 mA/cm2，同时电压不大于1.2V），保证出水的稳定性。
本发明的淡化水的去离子一体化处理方法及装置，结构简单、操作方便、制造维护费用低，具有很强的实用性和广泛的适用性。
附图说明
图1为本发明的一种淡化水的去离子一体化处理装置的结构示意图。
附图中标记的含义如下：1、原水箱，2、微滤模块，3、一级水箱，4、超滤模块，5、二级水箱，6、恒电压电容去离子模块，7、三级水箱，8、恒电流电容去离子模块，9、四级水箱，10、低压反渗透模块，11、净水箱，12、净水槽，13、浓水槽，14、控制装置。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
如图1所示的一种淡化水的去离子一体化处理装置，原水箱1的原水经水泵驱动依次经串联的微滤模块2和超滤模块4、恒电压电容去离子模块6和恒电流电容去离子模块8、及低压反渗透模块10处理后，制得净水储入净水箱11。
上述水处理模块之间依次设有带水泵的一级水箱3、二级水箱5、三级水箱7、四级水箱9。
二级水箱5、三级水箱7、四级水箱9内分别设有与控制装置14连接的电导率仪。
恒电压电容去离子模块6和恒电流电容去离子模块8的电极分别通过电极转换器与控制装置14连接。
恒电压电容去离子模块6和恒电流电容去离子模块8的冲洗口分别接净水槽12，排污口分别接浓水槽13。
超滤模块4接水气反冲洗模块，包括并联的水阀和高压气阀；所述水阀接净水槽12，超滤模块4的排污口接浓水槽13。
水泵、水阀、高压气阀皆由控制装置14驱动。
具体使用时：
结合一种淡化水的去离子一体化处理方法：
A1、膜过滤：开启水泵，将原水箱1中的原水通入微滤模块2和超滤模块4，去除原水中的悬浮物和有机物，并将处理后的水分别存入一级水箱3和二级水箱5中，完成第一步预处理。
控制装置14每30min关闭超滤模块4的进水泵205，开启高压气阀207和连接净水槽12的水阀206，水气混合冲洗30 s；冲洗完毕之后，关闭高压气阀207和水阀206，污水排入浓水槽13；开启超滤模块4进水泵205，依此循环。
A2、脱盐：开启水泵，将二级水箱5中的水通入恒电压（1.0-1.2 V）电容去离子模块，再通入恒电流电容去离子模块8（电流密度0.2-3.5 mA/cm2，电压不大于1.2V），完成70%以上的脱盐，并将处理后的水分别存入三级水箱7和四级水箱9中，完成第二步预处理。
当电导率仪102的数值为电导率仪101数值的97%，即恒电压电容去离子模块6的电极接近吸附饱和时，关闭水泵201，将净水槽12中的水通入恒电压电容去离子模块6中，反接电极电源，控制电压为1.2 V进行电极再生，开启水泵202将再生液排入浓水槽13。
当电导率仪103数值为电导率仪102数值的97%，即恒电流电容去离子模块8的电极接近吸附饱和时，关闭水泵208，将净水槽12中的水通入恒电流电容去离子模块8中,反接电极电源，控制电压为1.2 V进行电极再生，开启水泵203将反洗水排入浓水槽13。
电极再生结束后，关闭水泵202或203，重新开启水泵201和水泵208。
A3、开启水泵，将四级水箱9的水经低压反渗透模块10处理后制得净水，储入净水箱11。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
实施例1
进水采用自配水，其主要水质指标为TOC = 6-8 mg/L，主要有机物成分为腐殖酸，无机物成分为氯化钠，电导率为32.5 mS/cm，水温为20℃。
处理装置由微滤膜组件，超滤膜组件和膜电容去离子组件组成。
试验中微滤膜组件采用聚偏氟乙烯中空纤维膜，膜孔径为0.2 μm, 过膜压力低于50 kPa，超滤膜组件采用聚醚砜中空纤维膜，膜截留分子量为67 kDa，膜丝有效面积为5m2，外压式过滤，进水压力0.1MPa，超滤膜组件采用自动控制清洗，每过滤1小时进行气水联合清洗，气冲压力为0.3 MPa，时间为30 s，水冲洗时间为30 s，反冲时间总计为1 min。超滤膜组件出水浊度小于0.2 NTU，TOC 小于0.5 mg/L，电导率小于31.8 mS/cm。
超滤膜组件出水依次通过膜电容去离子组件I以及膜电容组去离子组件II，各膜电容去离子组件含有100组电极，采用活性炭纤维毡为电极，每片电极面积为10×10 cm2，石墨片为集流体，在电极表面安装阴（阳）离子交换膜，膜电容去离子组件I在恒电压条件下运行，电压控制为1.2 V，膜电容去离子组件II在恒电流条件下运行，电流控制在1.2 mA/cm2，出水电导率低于10 mS/cm，膜电容去离子组件II的出水进入低压反渗透膜组件，反渗透膜组件采用醋酸纤维素膜，操作压力为0.7-1.5 MPa，出水低于1.2 mS/cm。
整套工艺脱盐率达到96.5%。
实施例2
进水采用自配水，其主要水质指标为TOC = 4 mg/L，主要有机物成分为腐殖酸，无机物成分为氯化镁，电导率为23 mS/cm，水温为20℃。
处理装置由微滤膜组件，超滤膜组件和膜电容去离子组件组成。
试验中微滤膜组件采用聚偏氟乙烯中空纤维膜，膜孔径为0.2 μm, 过膜压力低于50 kPa，超滤膜组件采用聚醚砜中空纤维膜，膜截留分子量为67 kDa，膜丝有效面积为5m2，外压式过滤，进水压力0.1MPa，超滤膜组件采用自动控制清洗，每过滤1小时进行气水联合清洗，气冲压力为0.3 MPa，时间为30 s，水冲洗时间为30 s，反冲时间总计为1 min。
超滤膜组件出水浊度小于0.2 NTU，TOC 小于0.5 mg/L，电导率小于22.5 mS/cm。超滤膜组件出水依次通过膜电容去离子组件I以及膜电容组去离子组件II，各膜电容去离子组件含有100组电极，采用活性炭纤维毡为电极，每片电极面积为10×10 cm2，石墨片为集流体，在电极表面安装阴（阳）离子交换膜，膜电容去离子组件I在恒电压条件下运行，电压控制为1.2 V，膜电容去离子组件II在恒电流条件下运行，电流控制在0.7 mA/cm2，且电压值低于1.2 V，出水电导率低于7.0 mS/cm，膜电容去离子组件II的出水进入低压反渗透膜组件，反渗透膜组件采用醋酸纤维素膜，操作压力为0.6-1.5 MPa，出水低于0.8 mS/cm。
整套工艺脱盐率达到97.8%。

Claims (10)

1.一种淡化水的去离子一体化处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
A1、过滤：将原水依次经过若干膜过滤模块，制得一级过滤水；
A2、脱盐：将上述一级过滤水依次经过若干电容去离子模块，制得二级过滤水；
A3、将上述二级过滤水经低压反渗透模块制得净水。
2.根据权利要求1所述的一种淡化水的去离子一体化处理方法，其特征在于，所述步骤A1中过滤模块包括微滤模块和超滤模块，超滤模块接水气反冲洗模块。
3.根据权利要求1所述的一种淡化水的去离子一体化处理方法，其特征在于，所述步骤A2中电容去离子模块包括恒电压电容去离子模块和恒电流电容去离子模块。
4.根据权利要求1所述的一种淡化水的去离子一体化处理方法，其特征在于，所述步骤A2中电容去离子模块接电极再生模块，所述电极再生模块根据测得电容去离子模块进水出水的电导率值，反接电极电源进行电极再生。
5.基于权利要求1-4任一所述的一种淡化水的去离子一体化处理方法的处理装置，其特征在于，通过水泵，原水依次经串联的若干膜过滤模块、若干电容去离子模块、和低压反渗透模块处理后，制得净水。
6.根据权利要求5所述的一种淡化水的去离子一体化处理装置，其特征在于，所述膜过滤模块之间、膜过滤模块与电容去离子模块之间、电容去离子模块之间、电容去离子模块与低压反渗透模块之间设有若干水箱。
7.根据权利要求5所述的一种淡化水的去离子一体化处理装置，其特征在于，所述膜过滤模块包括依次串联的微滤模块和超滤模块。
8.根据权利要求5所述的一种淡化水的去离子一体化处理装置，其特征在于，所述电容去离子模块包括串联的恒电压电容去离子模块和恒电流电容去离子模块。
9.根据权利要求7所述的一种淡化水的去离子一体化处理装置，其特征在于，所述超滤模块接水气反冲洗模块，所述水气反冲洗模块包括由控制装置驱动的并联的水阀和高压气阀；所述水阀接净水槽，所述超滤模块接浓水槽。
10.根据权利要求5所述的一种淡化水的去离子一体化处理装置，其特征在于，所述电容去离子模块接电极再生模块，所述电极再生模块包括分别与控制装置连接的用于测电容去离子模块进入水和排出水的电导率仪、与电极连接的电极转换器；所述电容去离子模块接净水槽和浓水槽。
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