CN1319878C - 一种海水淡化的方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用反渗透与纳滤相结合的海水淡化处理方法及设备，利用本方法及设备可以有效提高海水淡化的产水回收率，简化投资设备，节约能源消耗及有效防止膜表面的结垢。本发明主要是通过下述技术方案实现的：经过预处理的海水，在反渗透器中进行脱盐，再利用反渗透器浓水出来时的高压，对出来的浓水不直接排放掉，而是在纳滤器中再进行处理，纳滤器出来的产水再回到反渗透器的进口，以提高海水的利用率。本发明可广泛应用于海岛、旅游度假区、海洋石油平台等提供淡水，也可装在车、船等运载工具上。
Description
技术领域
本发明涉及一种水的处理方法及设备，尤其是指利用反渗透与纳滤结合的海水淡化处理方法及设备。
背景技术
由于海水含盐量高，硬度大，浊度变动大，同时悬浮有粒径不等的有机和无机微粒，还有大小不等的微生物，而且，海水本身具有很高的渗透压，因而海水淡化是相当复杂的过程。影响海水淡化产水回收率提高的主要因素是海水渗透压，在海水反渗透淡化过程中，淡水不断排出，海水盐浓度增加导致渗透压的急速上升和成垢组份的析出沉淀，最终使淡化过程中止。目前公知的膜法海水淡化工艺是：预处理、反渗透膜处理制得淡化水的工艺，有“反渗透海水淡化机”，中国专利申请号：97209034.7，授权公告号：CN2292794Y；“膜处理式海水淡化的制备方法”，中国申请号：98122864.X，授权公告号：CN1241535A；及由下列作者A.M.Hassan；M.AK.AL-Sofi；AL-Amoudi；A.T.M.Jamaluddin；A.A.G.I.Dalvi；N.M.Kither；G.M.Mustafa；I.A.AL-Tisan共同撰写的发表于期刊名“Desalination & water reuse”，于1998年出版的Vol 8，Nol第53-59页、No2第39-45页中的“A New Approach to Membrane & Thermal SeawaterDesalination Processes Using Nanofiltration Membranes”。其中所采用的海水淡化工艺是：预处理、纳滤处理、反渗透处理依次进行。上述两种反渗透海水淡化工艺的产水回收率低(一般在30～40％之间)，预处理设备庞大，处理工艺复杂，能源消耗大，海水淡化成本高。
在传统工艺中，虽然理论上通过增加操作压力可以适当提高海水淡化产水的回收率，但必须研究开发能耐更高压力的反渗透膜元件和耐高压的处理装置。目前市场上没有足够的耐压反渗透膜可供选择，况且，提高压力的话，能源消耗也将大幅度提高。本发明的提出，旨在解决，在原有操作压力、目前市场上普遍选用的反渗透膜的情况下，提高海水淡化过程中的产水回收率，同时使处理工艺、设备尽可能简化，降低海水淡化成本，节约能源。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中的海水淡化产水回收率低，单位淡化产水能源消耗大，降低装置的直接投资费用及防止反渗透膜表面结垢沉淀问题。
本发明的上述技术问题主要通过下述技术方案得以解决：其基本原理是，首先是对海水进行预处理，使海水达到进入反渗透膜的要求，再将海水在反渗透膜中进行脱盐。仅经过反渗透膜处理的淡化产水回收率较低，故需对从反渗透膜出来的浓缩水再次利用，将浓缩水在纳滤膜中进一步处理，处理后的透过液再回到反渗透膜的进水口，而浓缩液则排放掉。
本发明提供了一种海水淡化的处理方法，该方法流程依次按下列顺序进行：待处理的海水经增压泵体2从原水箱1泵入预处理器3，去除海水中的悬浮物、浊度、颗粒、固体物；经预处理器3出来的清洁海水自流进入中间水箱5；中间水箱5中的清洁海水再由高压泵体6泵入反渗透器7，经过反渗透器7处理后，已经去除了海水中大部分离子的淡水，作为淡化产水流出；而浓缩水自流进入纳滤器8再进行处理；经过纳滤器8处理后的水，含有大部分一价离子和少部分高价离子的产水自流回到高压泵体6的进口作为反渗透器7的进水，而二次浓缩水作为废水排放掉。
本发明所述的预处理器3是一种全过滤超滤装置，并带有清洗***。预处理器3的运行和清洗装置采用电脑控制，定时、自动进行清洗。
本发明所述的反渗透器7的操作压力为5.0～7.0Mpa，纳滤器8的操作压力为2.0～4.0Mpa。反渗透器7的操作压力为6.5Mpa，纳滤器8的操作压力为3.5Mpa时的情况最佳。
本发明提供了一种海水淡化的处理设备，包括原水箱1，增压泵体2，超滤装置3，清洗泵体4，中间水箱5，高压泵体6，反渗透器7、纳滤器8，其特征在于，原水箱1的进口与海水取水处连接，原水箱1的出口与增压泵体2进口连接，增压泵体2的出口与超滤装置3的进水口连接，超滤装置3的产水由出口汇入中间水箱5，中间水箱5的出口与高压泵体6的进口连接，高压泵体6的出水口与反渗透器7的进水口连接，反渗透器7的淡水出口将淡化产水汇入集水箱，反渗透器7的浓水出口与纳滤器8的进水口连接，纳滤器8的浓缩水出口将浓水排放掉，纳滤器8的淡化产水出口与高压泵体6的进口连接，与超滤装置3的产水混合后作为反渗透器7的进水；清洗泵体4的进口与中间水箱5的一个出口连接，清洗泵体4的出口与超滤装置3的产水出口连接，超滤装置3的进水口同时作为清洗污水排放口使用。
上述设备超滤装置的截留分子量为50000～200000道尔顿的中空纤维超滤膜。当超滤装置为截留分子量为100000道尔顿的中空纤维超滤膜时最佳。上述设备反渗透器的膜元件盐去除率大于99％，纳滤器的膜元件对氯离子截留率为10～50％，硫酸根等二价离子截留率大于98％。
本发明的有益效果是：使得在不提高操作压力的情况下，大大提高了海水淡化产水的回收率，并且使设备的投资减少，降低了能源的消耗，使海水淡化更经济。
附图说明
图1为本发明具体实施例1中的海水淡化设备示意图。
图1中，1是原水箱，2是增压泵体，3是全过滤超滤装置，4是清洗泵体，5是中间水箱，6是高压泵体，7是反渗透器，8是纳滤器，9、10、11、12、13、14、15、16是阀门。
具体实施方式
实施例一、
参照附图1，本发明的海水淡化处理设备，包括原水箱1，增压泵体2，超滤装置3，清洗泵体4，中间水箱5，高压泵体6，反渗透器7、纳滤器8等，它们依次相连。原水箱1的进口与海水取水处连接，原水箱1的出口与增压泵体2进口连接，增压泵体2的出口与超滤装置3的进水口连接，超滤装置3的产水由出口汇入中间水箱5，中间水箱5的出口与高压泵体6的进口连接，高压泵体6的出水口与反渗透器7的进水口连接，反渗透器7的淡水出口将淡化产水汇入集水箱，反渗透器7的浓水出口与纳滤器8的进水口连接，纳滤器8的浓缩水出口将浓水排放掉，纳滤器8的淡化产水出口与高压泵体6的进口连接，与超滤装置3的产水混合后作为反渗透器7的进水；清洗泵体4的进口与中间水箱5的一个出口连接，清洗泵体4的出口与超滤装置3的产水出口连接，超滤装置3的进水口同时作为清洗污水排放口使用。
实施例二、
参照附图1，采用实施例一的设备，选取合适的海水浓度28299mg/L，将海水先抽入原水箱1，当原水箱1中储有一定量的海水时，阀门9、11、14开启、阀门10、12、13关闭。启动增压泵体2，将海水泵入全过滤超滤装置3中进行预处理。经过预处理的海水，已经去除了海水中的悬浮物、粘土、淤泥、海洋生物、等等物质。这样可以有效防止海水中的各种悬浮物和成垢组份对反渗透膜造成污染，导致膜性能的下降或损坏。全过滤超滤膜处理与错流过滤处理技术的不同点是，全过滤超滤膜没有浓缩溶液排出，全部的水透过膜转换成产水，而海水中的悬浮固体等物全部沉淀在超滤膜表面，有关全过滤超滤膜的应用在期刊名“Desalination”第110卷，第107~114页的文章“Ultrafiltration(newtechnology)，a viable cost-saving pretreatment for reverse osmosis andnanofiltration-A new approach to reduce costs”中有详细阐述。为有效去除海水中上述各种有害物质，对超滤膜的有效孔径选择一般要求在1～100纳米，截留分子量为50000~200000道尔顿。运行后的预处理设备膜表面因沉积了大量的沉淀物，需定期进行清洗。清洗时，先将阀门10、12、13开启，阀门9、11、14关闭。开启清洗泵体4在膜背面加压，使清洗水从膜产水侧垂直通过膜反向流动，直接冲击沉积在膜表面上的沉淀物，使沉淀物松动脱落，并从出水口18排出，恢复超滤膜的性能。为提高操作效率，整个预处理器采用PCL电脑控制。一般情况下，超滤过程运行20分钟，反冲洗1分钟，反冲洗的压力约1.5Kg/cm2，流量2.5m3/h。
等到中间水箱5储有一定量的清洁海水时，阀门15、16开启，启动高压泵体6，在反渗透器7中进行高压脱盐。为了有效去除海水中的盐份，在选择反渗透膜时，一般要求膜元件的盐去除率大于99％，这样才能达到海水淡化产水供给人们日常生活的需求。运行一段时间后，慢慢调节高压泵出口阀门及阀门15、16，使反渗透器7的工作压力为5.0Mpa，纳滤器8的工作压力为2.0Mpa。对于纳滤膜的选择也有一定的要求，纳滤膜对二价(如：Ca2+、SO4 2-、CO3 2-、Mg2+等)等高价离子具有较高的截留率，而对一价离子(如：Na+、Cl-等)则相对具有较高的透过率，因此，经过纳滤器8处理后的产水中已去除了大部分的二价离子，保存下来的只是部分一价离子。这样的产水再进入反渗透器7后，不会增加反渗透器7的渗透压，反渗透器7的操作压力也不会因此而增加，同时因降低了Ca2+、SO4 2-、CO3 2-、Mg2+等高价离子，所以有效防止了在反渗透膜表面结垢沉淀问题的出现，而此时海水的利用率已经提高。所以对膜元件的要求是：对氯离子截留率为10～50％，硫酸根等二价离子截留率大于98％，否则难于达到工艺设计所要求的目的。由于反渗透器7的浓水出口还维持着较高的压力，故在进入纳滤器8时不需外加压力，只需通过调节阀门15、16就可得到所需的流量及操作压力2.0Mpa。
当装置运行进入正常时，记录、测试相关的运行数据。此时，装置的产水回收率为34.29％，盐去除率98.36％。
实施例三、
参照附图1，采用实施例二相同的方法与设备，选取合适的海水浓度28299mg/L，在反渗透器7的操作压力为7.0Mpa，纳滤器8的操作压力为4.0Mpa，此时的产水回收率为61.0％，盐去除率98.96％。
实施例四、
参照附图1，采用实施例二相同的方法与设备，选取合适的海水浓度28299mg/L，在反渗透器7的操作压力为6.5Mpa，纳滤器8的操作压力为3.5Mpa，此时的产水回收率为55.0％，盐去除率98.55％。
实施例五、
参照附图1，采用实施例二相同的方法与设备，选取合适的海水浓度36454mg/L，在反渗透器7的操作压力为5.0Mpa，纳滤器8的操作压力为2.0Mpa，此时的产水回收率为35.48％，盐去除率98.25％。
实施例六、
参照附图1，采用实施例二相同的方法与设备，选取合适的海水浓度36454mg/L，在反渗透器7的操作压力为7.0Mpa，纳滤器8的操作压力为4.0Mpa，此时的产水回收率为59.0％，盐去除率98.72％。
实施例七、
参照附图1，采用实施例二相同的方法与设备，选取合适的海水浓度36454mg/L，在反渗透器7的操作压力为6.5Mpa，纳滤器8的操作压力为3.5Mpa，此时的产水回收率为54.3％，盐去除率98.55％。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于上述实施例，还可以许多的操作组合。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有情形，均应当认为是本发明的保护范围。
Claims (6)
1、一种海水淡化的处理方法，其特征在于，该方法流程依次按下列顺序进行：
A、待处理的海水经增压泵体(2)从原水箱(1)泵入平板、卷式或中空超滤膜组成的截留分子量为50000～200000道尔顿预处理器(3)，去除海水中的悬浮物、浊度、颗粒、固体物；
B、经预处理器(3)出来的清洁海水自流进入中间水箱(5)；
C、中间水箱(5)中的清洁海水再由高压泵体(6)泵入反渗透膜组成的反渗透器(7)，操作压力为5.0～7.0Mpa，经过反渗透器(7)处理后，已经去除了海水中大部分离子的淡水，作为淡化产水流出；而浓缩水自流进入纳滤膜组成的纳滤器(8)，操作压力为2.0～4.0Mpa；
D、经过纳滤器(8)处理后的水，含有大部分一价离子和少部分高价离子的产水自流回到步骤C所述的高压泵体(6)的进口作为反渗透器(7)的进水，操作压力还是控制为5.0～7.0Mpa，而二次浓缩水作为废水排放掉。
2、根据权利要求1所述的海水淡化的处理方法，其特征在于，所述预处理器(3)是一种全过滤超滤装置，并带有定时、自动清洗***。
3、根据权利要求1所述的海水淡化的处理方法，其特征在于，所述反渗透器(7)的操作压力为6.5Mpa，所述纳滤器(8)的操作压力为3.5Mpa。
4、一种海水淡化的处理设备，包括原水箱(1)，增压泵体(2)，预处理器(3)，清洗泵体(4)，中间水箱(5)，高压泵体(6)，反渗透器(7)、纳滤器(8)，其特征在于，原水箱(1)的进口与海水取水处连接，原水箱(1)的出口与增压泵体(2)进口连接，增压泵体(2)的出口与超滤膜组成的截留分子量为50000～200000道尔顿的预处理器(3)的进水口连接，预处理器(3)的产水由出口汇入中间水箱(5)，中间水箱(5)的出口与高压泵体(6)的进口连接，高压泵体(6)的出水口与反渗透膜组成的反渗透器(7)的进水口连接，操作压力控制为5.0～7.0Mpa，反渗透器(7)的淡水出口将淡化产水汇入集水箱，反渗透器(7)的浓水出口与纳滤膜组成的纳滤器(8)的进水口连接，纳滤器(8)的操作压力为2.0～4.0Mpa，纳滤器(8)的浓缩水出口将浓水排放掉，纳滤器(8)的淡化产水出口与高压泵体(6)的进口连接，与预处理器(3)的产水混合后作为反渗透器(7)的进水；清洗泵体(4)的进口与中间水箱(5)的一个出口连接，清洗泵体(4)的出口与预处理器(3)的产水出口连接，预处理器(3)的进水口同时作为清洗污水排放口使用。
5、根据权利要求4所述的海水淡化的处理设备，其特征在于，所述预处理器(3)为截留分子量为100000道尔顿的中空纤维超滤膜。
6、根据权利要求4所述的海水淡化的处理设备，其特征在于，所述反渗透器(7)的膜元件盐去除率大于99％，纳滤器(8)的膜元件对氯离子截留率为10～50％，硫酸根二价离子截留率大于98％。
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