CN115140880A - 一种海水淡化及分盐***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种海水淡化及分盐***，还公开一种海水淡化及分盐方法。优点：通过将浓缩分盐单元与结晶单元相结合，使浓缩分盐后产生的浓水进入结晶单元，制得工业盐，实现海水资源化利用与零排放处理，无浓水返回大海，保护了海洋水体环境；通过纳滤膜装置可将一价盐与二价盐相分离，通过蒸发结晶与冷冻结晶，可将一价盐中的氯化钠与氯化钾向分离，使海水中含有的无机盐以氯化钠、硫酸钠和氯化钾的结晶析出，作为工业原料资源化利用；经反渗透浓缩后，产水经除硼，可保证产品水水质，使产水达到饮用水标准，满足居民生活饮用和工业利用；同时，可降低结晶单元的设备规模和处理负荷，从而降低***的整体投资、运行成本。

Description

一种海水淡化及分盐***及方法

技术领域：

本发明涉及水处理领域，尤其涉及一种海水淡化及分盐***及方法。

背景技术：

水资源短缺是一个全球性问题，随着社会经济发展和人口增长，这一问题在未来会进一步加剧。海水淡化作为一种水资源开源增量手段，已经成为很多国家和地区解决水资源危机的重要手段。

目前，国际上已商业化应用的主流海水淡化技术主要有反渗透(RO)、低温多效蒸馏(LTMED)和多级闪蒸(MSF)三种。

1、反渗透技术

反渗透技术(Reverse Osmosis，RO)起源于20世纪50年代，并于20世纪70年代在商业上开始得到应用，由于其能耗低的特点，得到飞速发展，目前在全球海水淡化技术应用中占主导地位。其技术原理为海水经过预处理后在高压泵的作用下，以压力差为推动力克服自然渗透的渗透压力，驱使海水中的水通过半透膜而迁移到淡水侧，海水中的盐分和其他成分则留在浓海水侧。

RO技术的优点有：

1)海水中的水和盐分在分离的过程中不涉及相变，所以能耗低。

2)工艺流程布置简单，结构紧凑。

其缺点是：需要对海水进行严格的预处理，还要定期对膜组件进行清洗和更换。

2.低温多效蒸馏技术

低温多效蒸馏技术(Low Temperature MED，LT-MED)是指盐水的最高蒸发温度不超过70℃的海水淡化技术。其是将多个蒸发效串联起来并分成若干效组，蒸汽输入后，经过多次的蒸发和冷凝从而产生淡水。LT-MED工艺流程按照进料海水和蒸汽流动方向的异同可以分为逆流、顺流和平流，其中海水淡化工业上广泛应用的LTMED***为平流式结构。

LT-MED技术的优点有：

1)最高蒸发温度较低的条件下有利于减缓腐蚀和结垢。

2)海水只需要进行简单的筛分和添加阻垢剂等预处理即可。

3)***产水量可调节设置为设计产水量额定值的40％～110％，操作弹性大。

4)输送海水所需要的动力消耗小。

5)换热管的传热系数高。

6)***的操作安全可靠。

7)产水质量高。

缺点是较低的最高蒸发温度限制了热效率的提高，另外由于换热管外壁容易结垢，需要定期清洗，以维持***的高效稳定运行。

3.多级闪蒸技术

多级闪蒸法(Multi-Stage Flash，MSF)的技术原理为将原料海水预热到一定温度后进入闪蒸室，闪蒸室内的压力控制在低于热海水温度所对应的饱和蒸汽压力，海水由于过热而急速蒸发(闪蒸)，从而产生蒸汽，蒸汽冷凝后即为所需的淡水。MSF***可分为直流式和循环式，其中，循环式MSF应用最为成熟。

MSF技术的优点有：

1)加热和蒸发过程分开进行，不容易结垢。

2)预处理简单。

3)产水质量高。

4)运行安全性最高，适合于大型和超大型海水淡化工程。

5)***运行范围为设计产水量额定值的80％～110％，操作弹性较大。

缺点是***操作温度比较高，结构材料腐蚀倾向大，泵的动力消耗也比较大。

以上3项技术均在海水淡化领域得到了广泛的应用，但目前海水淡化项目总回收率在40％～60％之间，剩余提浓后的海水全部返排回大海中。按国内2018年的120.17万t/d产能计算，***回收率按40％计，每天排出的浓海水量近180.255万t。长此以往，随着提浓后浓海水的排放量越来越大，会造成排放海域盐分的升高，对海域内的水体环境和海洋生物的生长带来不利的影响，不利于海洋的生态平衡和可持续发展。

发明内容：

为了解决上述问题，本发明的第一个目的在于提供一种海水淡化及分盐***，本发明的第二个目的在于提供一种海水淡化及分盐方法。

本发明的第一个目的由如下技术方案实施：

一种海水淡化及分盐***，包括预处理单元、浓缩分盐单元、结晶单元以及回用水池；

所述预处理单元的超滤装置的出水口通过管线与所述浓缩分盐单元的反渗透装置的进水口连通，所述反渗透装置的产水出口通过管线与所述回用水池的进水口连通，所述浓缩分盐单元的一级深度膜浓缩装置的浓水出口通过管线与所述结晶单元的氯化钠蒸发结晶装置的进水口连通，所述浓缩分盐单元的二级深度膜浓缩装置的浓水出口通过管线与所述结晶单元的硫酸钠蒸发结晶装置的进水口连通。

进一步的，所述预处理单元包括化学软化加药装置、高密池、砂滤装置和超滤装置；

所述化学软化加药装置的出药口通过管线与所述高密池的进水口连通，所述高密池的上清液出口通过管线与所述砂滤装置的进水口连通，所述砂滤装置的出水口通过管线与所述超滤装置的进水口联通；在所述高密池内设有搅拌机。

进一步的，所述浓缩分盐单元包括反渗透装置、纳滤膜装置、一级深度膜浓缩装置以及二级深度膜浓缩装置；

所述反渗透装置的浓水出口通过管线与所述纳滤膜装置的进水口连通，所述纳滤膜装置的产水出口通过管线与所述一级深度膜浓缩装置的进水口连通，所述纳滤膜装置的浓水出口通过管线与所述二级深度膜浓缩装置的进水口连通。

进一步的，所述一级深度膜浓缩装置的产水出口和所述二级深度膜浓缩装置的产水出口均通过管线与所述反渗透装置的进水口连通。

进一步的，所述结晶单元包括氯化钠蒸发结晶装置、硫酸钠蒸发结晶装置以及杂盐蒸发结晶装置；

所述氯化钠蒸发结晶装置的母液出口和所述硫酸钠蒸发结晶装置的母液出口均通过管线与所述杂盐蒸发结晶装置的进水口连通。

进一步的，其还包括冷却结晶器，所述氯化钠蒸发结晶装置的母液出口通过管线与所述冷却结晶器的进水口连通，所述冷却结晶器的母液出口通过管线与所述杂盐蒸发结晶装置的进水口连通。

进一步的，所述反渗透装置的产水出口通过管线与除硼装置的进水口连通，所述除硼装置的出水口通过管线与所述回用水池的进水口连通。

本发明的第二个目的由如下技术方案实施：

一种海水淡化及分盐方法，包括以下步骤：

(1)预处理：海水首先进入高密池内，通过向高密池内投加药剂，对海水进行软化，并依次通过砂滤装置、超滤装置对软化后的海水进行精密过滤，使得到的超滤产水SDI＜3；

(2)浓缩分盐：将步骤(1)预处理得到的超滤产水送入反渗透装置进行脱盐浓缩，且脱盐率大于99％，得到的产水送至回用水池，得到的浓水送入纳滤膜装置进行纳滤分盐，纳滤产水送入一级深度膜浓缩装置进行脱盐浓缩，得到一级浓缩产水和一级浓缩浓水；纳滤浓水送入二级深度膜浓缩装置进行脱盐浓缩，得到二级浓缩产水和二级浓缩浓水；

(3)结晶：将步骤(2)浓缩分盐中得到的一级浓缩浓水送入氯化钠蒸发结晶装置经蒸发结晶后产出高品质的氯化钠结晶盐，母液进入到冷却结晶器内，通过冷却结晶产出氯化钾；

将步骤(2)浓缩分盐中得到的二级浓缩浓水送入硫酸钠蒸发结晶装置经蒸发结晶后产出高品质的硫酸钠结晶盐，母液进入到杂盐蒸发结晶装置，与冷却结晶器产生的母液混合，蒸发产出杂盐。

进一步的，所述步骤(2)浓缩分盐中得到的一级浓缩产水和二级浓缩产水均返回至反渗透装置重新参与脱盐浓缩。

进一步的，所述步骤(2)浓缩分盐中，经反渗透装置进行脱盐浓缩后，得到的产水先送入除硼装置，经阴离子型专性除硼树脂除去硼后，使产水中硼含量＜0.5mg/L后，再送入回用水池进行回用。

本发明的优点：

通过将浓缩分盐单元与结晶单元相结合，使浓缩分盐后产生的浓水进入结晶单元，制得工业盐，实现海水资源化利用与零排放处理，无浓水返回大海，保护了海洋水体环境；通过纳滤膜装置可将一价盐与二价盐相分离，通过蒸发结晶与冷冻结晶，可将一价盐中的氯化钠与氯化钾向分离，使海水中含有的90％以上无机盐以氯化钠、硫酸钠和氯化钾的结晶析出，作为工业原料资源化利用；经反渗透浓缩后，产水经除硼，可保证产品水水质，使产水达到饮用水标准，同时满足居民生活饮用和工业利用；同时，可降低结晶单元的设备规模和处理负荷，从而降低***的整体投资、运行成本。

通过本发明的***，可对海水进行科学、合理地处理，有助于海洋的生态平衡和可持续发展，对推动国内海水淡化产业的发展，会起到很好的促进作用。

附图说明：

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例1的***连接示意图。

图中：预处理单元1、化学软化加药装置1.1、高密池1.2、超滤装置1.3、砂滤装置1.4、浓缩分盐单元2、反渗透装置2.1、纳滤膜装置2.2、二级深度膜浓缩装置2.3、一级深度膜浓缩装置2.4、结晶单元3、氯化钠蒸发结晶装置3.1、硫酸钠蒸发结晶装置3.2、冷却结晶器3.3、杂盐蒸发结晶装置3.4、除硼装置4、回用水池5。

具体实施方式：

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

如图1所示的一种海水淡化及分盐***，包括预处理单元1、浓缩分盐单元2、结晶单元3以及回用水池5；预处理单元1包括化学软化加药装置1.1、高密池1.2、砂滤装置1.4和超滤装置1.3；浓缩分盐单元2包括反渗透装置2.1、纳滤膜装置2.2、一级深度膜浓缩装置2.4以及二级深度膜浓缩装置2.3，其中，一级深度膜浓缩装置2.4和二级深度膜浓缩装置2.3分别为中空纤维反渗透膜装置、高压卷式反渗透装置2.1和电渗析装置中的任意一种；结晶单元3包括氯化钠蒸发结晶装置3.1、硫酸钠蒸发结晶装置3.2以及杂盐蒸发结晶装置3.4。

化学软化加药装置1.1的出药口通过管线与高密池1.2的进水口连通，在高密池1.2内设有搅拌机。高密池1.2的上清液出口通过管线与砂滤装置1.4的进水口连通，砂滤装置1.4的出水口通过管线与超滤装置1.3的进水口联通；超滤装置1.3的出水口通过管线与反渗透装置2.1的进水口连通，反渗透装置2.1的产水出口通过管线与除硼装置4的进水口连通，除硼装置4的出水口通过管线与回用水池5的进水口连通，除硼装置4采用专性除硼树脂床。反渗透装置2.1的浓水出口通过管线与纳滤膜装置2.2的进水口连通，纳滤膜装置2.2的产水出口通过管线与一级深度膜浓缩装置2.4的进水口连通，纳滤膜装置2.2的浓水出口通过管线与二级深度膜浓缩装置2.3的进水口连通。一级深度膜浓缩装置2.4的产水出口和二级深度膜浓缩装置2.3的产水出口均通过管线与反渗透装置2.1的进水口连通。一级深度膜浓缩装置2.4的浓水出口通过管线与氯化钠蒸发结晶装置3.1的进水口连通，氯化钠蒸发结晶装置3.1的母液出口通过管线与冷却结晶器3.3的进水口连通，冷却结晶器3.3的母液出口通过管线与杂盐蒸发结晶装置3.4的进水口连通。

二级深度膜浓缩装置2.3的浓水出口通过管线与结晶单元3的硫酸钠蒸发结晶装置3.2的进水口连通，硫酸钠蒸发结晶装置3.2的母液出口通过管线与杂盐蒸发结晶装置3.4的进水口连通。

实施例2：

由实施例1提供的一种海水淡化及分盐***来处理海水的方法，包括以下步骤：

(1)预处理：海水首先进入高密池1.2内，通过向高密池1.2内投加石灰、碳酸钠、氢氧化钠、混凝剂和絮凝剂中的一种或几种，去除废水中的碱度、硬度、悬浮物等杂质，对海水进行软化；软化后的海水依次通过砂滤装置1.4、超滤装置1.3对软化后的海水进行精密过滤，超滤装置1.3的过滤孔径＜0.03微米，使得到的超滤产水SDI＜3；

(2)浓缩分盐：将步骤(1)预处理中得到的超滤产水送入反渗透装置2.1进行脱盐浓缩，反渗透装置2.1采用海水淡化膜，其脱盐率大于99％，回收率＞50％，得到的产水先送入除硼装置4，经阴离子型专性除硼树脂除去硼后，使产水中硼含量＜0.5mg/L后，再送入回用水池5进行回用。

得到的浓水送入纳滤膜装置2.2进行纳滤分盐，得到的纳滤产水中氯离子含量大于35000mg/L，硫酸根含量小于250mg/L；得到的纳滤浓水硫酸根含量大于50000mg/L。

纳滤产水送入一级深度膜浓缩装置2.4进行脱盐浓缩，得到一级浓缩产水和一级浓缩浓水，且一级浓缩浓水中含盐量大于100000mg/L；纳滤浓水送入二级深度膜浓缩装置2.3进行脱盐浓缩，得到二级浓缩产水和二级浓缩浓水，二级浓缩浓水中含盐量大于140000mg/L；

一级浓缩产水和二级浓缩产水均返回至反渗透装置2.1重新参与脱盐浓缩。

(3)结晶：将步骤(2)浓缩分盐中得到的一级浓缩浓水送入氯化钠蒸发结晶装置3.1经蒸发结晶后产出高品质的氯化钠结晶盐，母液进入到冷却结晶器3.3内，通过冷却结晶产出氯化钾；

将步骤(2)浓缩分盐中得到的二级浓缩浓水送入硫酸钠蒸发结晶装置3.2经蒸发结晶后产出高品质的硫酸钠结晶盐，母液进入到杂盐蒸发结晶装置3.4，与冷却结晶器3.3产生的母液混合，蒸发产出杂盐。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种海水淡化及分盐***，其特征在于，包括预处理单元、浓缩分盐单元、结晶单元以及回用水池；

所述预处理单元的超滤装置的出水口通过管线与所述浓缩分盐单元的反渗透装置的进水口连通，所述反渗透装置的产水出口通过管线与所述回用水池的进水口连通，所述浓缩分盐单元的一级深度膜浓缩装置的浓水出口通过管线与所述结晶单元的氯化钠蒸发结晶装置的进水口连通，所述浓缩分盐单元的二级深度膜浓缩装置的浓水出口通过管线与所述结晶单元的硫酸钠蒸发结晶装置的进水口连通。

2.根据权利要求1所述的一种海水淡化及分盐***，其特征在于，所述预处理单元包括化学软化加药装置、高密池、砂滤装置和超滤装置；

所述化学软化加药装置的出药口通过管线与所述高密池的进水口连通，所述高密池的上清液出口通过管线与所述砂滤装置的进水口连通，所述砂滤装置的出水口通过管线与所述超滤装置的进水口联通；在所述高密池内设有搅拌机。

3.根据权利要求1所述的一种海水淡化及分盐***，其特征在于，所述浓缩分盐单元包括反渗透装置、纳滤膜装置、一级深度膜浓缩装置以及二级深度膜浓缩装置；

所述反渗透装置的浓水出口通过管线与所述纳滤膜装置的进水口连通，所述纳滤膜装置的产水出口通过管线与所述一级深度膜浓缩装置的进水口连通，所述纳滤膜装置的浓水出口通过管线与所述二级深度膜浓缩装置的进水口连通。

4.根据权利要求3所述的一种海水淡化及分盐***，其特征在于，所述一级深度膜浓缩装置的产水出口和所述二级深度膜浓缩装置的产水出口均通过管线与所述反渗透装置的进水口连通。

5.根据权利要求1所述的一种海水淡化及分盐***，其特征在于，所述结晶单元包括氯化钠蒸发结晶装置、硫酸钠蒸发结晶装置以及杂盐蒸发结晶装置；

所述氯化钠蒸发结晶装置的母液出口和所述硫酸钠蒸发结晶装置的母液出口均通过管线与所述杂盐蒸发结晶装置的进水口连通。

6.根据权利要求5所述的一种海水淡化及分盐***，其特征在于，其还包括冷却结晶器，所述氯化钠蒸发结晶装置的母液出口通过管线与所述冷却结晶器的进水口连通，所述冷却结晶器的母液出口通过管线与所述杂盐蒸发结晶装置的进水口连通。

7.根据权利要求1所述的一种海水淡化及分盐***，其特征在于，所述反渗透装置的产水出口通过管线与除硼装置的进水口连通，所述除硼装置的出水口通过管线与所述回用水池的进水口连通。

8.利用权利要求1-7任一所述的一种海水淡化及分盐***处理海水的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)预处理：海水首先进入高密池内，通过向高密池内投加药剂，对海水进行软化，并依次通过砂滤装置、超滤装置对软化后的海水进行精密过滤，使得到的超滤产水SDI＜3；

(2)浓缩分盐：将步骤(1)预处理得到的超滤产水送入反渗透装置进行脱盐浓缩，且脱盐率大于99％，得到的产水送至回用水池，得到的浓水送入纳滤膜装置进行纳滤分盐，纳滤产水送入一级深度膜浓缩装置进行脱盐浓缩，得到一级浓缩产水和一级浓缩浓水；纳滤浓水送入二级深度膜浓缩装置进行脱盐浓缩，得到二级浓缩产水和二级浓缩浓水；

(3)结晶：将步骤(2)浓缩分盐中得到的一级浓缩浓水送入氯化钠蒸发结晶装置经蒸发结晶后产出高品质的氯化钠结晶盐，母液进入到冷却结晶器内，通过冷却结晶产出氯化钾；

将步骤(2)浓缩分盐中得到的二级浓缩浓水送入硫酸钠蒸发结晶装置经蒸发结晶后产出高品质的硫酸钠结晶盐，母液进入到杂盐蒸发结晶装置，与冷却结晶器产生的母液混合，蒸发产出杂盐。

9.根据权利要求8所述的一种海水淡化及分盐方法，其特征在于，所述步骤(2)浓缩分盐中得到的一级浓缩产水和二级浓缩产水均返回至反渗透装置重新参与脱盐浓缩。

10.根据权利要求8所述的一种海水淡化及分盐方法，其特征在于，所述步骤(2)浓缩分盐中，经反渗透装置进行脱盐浓缩后，得到的产水先送入除硼装置，经阴离子型专性除硼树脂除去硼后，使产水中硼含量＜0.5mg/L后，再送入回用水池进行回用。

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