CN103253818A

CN103253818A - 海水淡化、资源综合利用及零排放处理系统

Info

Publication number: CN103253818A
Application number: CN2013101380342A
Authority: CN
Inventors: 韦相亮; 马崇维; 余丽雅
Original assignee: Golden Wiser Ltd
Current assignee: Golden Wiser Ltd
Priority date: 2013-04-19
Filing date: 2013-04-19
Publication date: 2013-08-21

Abstract

本发明公开了一种海水淡化、资源综合利用及零排放处理系统，具有超滤系统即UF系统、海水反渗透系统即SWRO系统、去离子水处理系统即UPW系统、可防止结垢的机械压缩系统和制盐及盐化工系统。UF系统产生纯净海水，经SWRO系统产生淡化水和浓海水，浓海水经过机械压缩系统和制盐及盐化工系统生产出硫酸钙、氯化钠、氯化钾、硫酸镁、溴素、氯化镁和蒸汽冷凝水，蒸汽冷凝水和部分淡化水进入UPW系统，产生去离子水。本发明使海水淡化、能源利用、工业制盐及盐化工等关联项目有机结合，实现资源的合理配置、利用，实现了节能减排、循环经济及零排放的目标。

Description

海水淡化、资源综合利用及零排放处理系统

技术领域

本发明是关于海水综合利用的，尤其涉及一种海水淡化、资源综合利用及零排放的处理系统。

背景技术

全球范围内面临水资源问题，淡水供应的安全面临严峻挑战，水资源日益短缺，水环境状况日益恶化。我国加速海水及资源综合利用，降低运行成本，发展海水利用的高新技术及产业化，具有重要的战略意义。

海水淡化的方法主要有蒸馏法、电渗析法和反渗透法，回收率普遍在40-45%。回收率低，能源消耗大，造成了成本压力大，限制了经济的发展。

目前的SWRO浓海水主要排回大海、地表灌溉或者排入污水处理系统，暂时还未出现大的问题，但是其潜在的危害已经引起广泛关注。

加大对高含盐量海水研究和利用力度，使海水淡化过程中产生的SWRO浓海水资源化，尽量达到零排放，将SWRO浓海水对环境和生态系统的不利影响降到最低。

采用技术创新及组合技术来提高海水淡化的经济竞争优势，已经势在必行。

发明内容

本发明的目的，在于克服以往海水淡化的技术不足，提供一种海水淡化、资源综合利用及零排放处理系统。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种海水淡化、资源综合利用及零排放处理系统，包括超滤系统，简称UF系统和海水反渗透系统，简称SWRO系统，其特征在于，所述UF系统（1）和SWRO系统（2）相连接；SWRO系统（2）产生的浓盐水部分连接到机械压缩蒸发浓缩系统（5），机械压缩蒸发浓缩系统（5）与制盐及盐化工系统（15）相连接，所述的制盐及盐化工系统（15）由多效蒸发制盐系统（6）、多效蒸发制氯化钾系统（7）、溴素系统（8）、蒸发制氯化镁系统（9）依次连接所组成；SWRO系统（2）产生的淡化水一部分输送到客户，另一部分淡化水与机械压缩蒸发浓缩系统（5）和制盐及盐化工系统（11）产生的冷凝水混合后输送到去离子水处理系统，简称UPW系统（10）,所述UPW系统（10）由二级反渗透系统，简称BWRO系统（3）和电去离子系统，简称EDI系统（4）组成；

所述UF系统（1）采用内压或外压形式，材质为PVC或PVDF，膜过滤孔径小余0.1微米；该UF系统（1）由进水系统、UF膜系统、排水系统、反洗系统、加药系统、供气系统、化学清洗系统和自控系统八个单元组成。

所述SWRO系统（2）为一级二段海水反渗透系统，采用58%以上超高回收率海水淡化处理系统，操作压力大于5.5MPa，反渗透膜的长度为1米，单根膜的脱盐率最低99.5%，该SWRO系统（2）由保安过滤器、高压泵、反渗透膜组件、能量回收装置、加药系统、冲洗清洗系统及控制仪表组成。

所述BWRO系统（3）采用超高回收率RO装置，操作压力大于1.5MPa，反渗透膜的长度为1米，单根膜的脱盐率最低99.8%；该BWRO系统由保安过滤器、高压泵、反渗透膜组件、加药系统、清洗系统及控制仪表组成。

所述EDI系统（4）。回收率为95%，产水电导率［（25±1）℃］≤0.1μS/cm；该EDI系统（4）由保安过滤器、进水泵、EDI膜组件、清洗系统及控制仪表组成。

所述机械压缩蒸发浓缩系统（5）采用结晶晶体去垢方法，使硫酸钙和二氧化硅加快盐浆晶体成长而不沉积在传热管道的表面上，有效防止浓缩过程中的结垢问题；该机械压缩蒸发浓缩系统（5）由换热器、脱气塔、蒸发器、压缩机、循环泵、水力旋流器及板框式压滤机组成。

制盐及盐化工系统（11）由多效蒸发制盐系统（6）、多效蒸发制氯化钾系统（7）、溴素系统（8）、蒸发制氯化镁系统（9）组成，利用蒸汽分别采用多效蒸发系统、化学反应、单效蒸发，制取氯化钠、氯化钾、硫酸镁、溴素和氯化镁，同时产生冷凝水。

本发明的有益效果是：

（1）充分利用制盐及盐化工系统的热能，从而节省盐及盐化工系统的能源，也不占用紧缺的蒸汽资源。

（2）采用超高回收反渗透装置及国外先进的能量回收装置，以保证淡水品质，具有超高回收率（58%以上），低能耗（小于3kwh/m3）及高浓度浓海水（8.9万ppm）的特性，高浓度浓海水作为盐及盐化工的原料又可以降低机械压缩蒸发浓缩单元的能耗。

（3）为防止机械压缩蒸发浓缩时浓海水中的硫酸钙结垢，本系统采用结晶晶体去垢方法，此以保证机械压缩蒸发浓缩系统长期稳定运行。

（4）浓海水进行制盐，没有排放回大海，所以没有对大海造成污染。

（5）SWRO进水中不加入阻垢剂，保证了盐及盐化工产品质量。

（6）海水中的水成分完全被制成淡水及去离子水，实现水的综合利用及提高其经济价值。海水中的元素被有效提取，实现节能减排、循环经济及零排放目标。

（7）本系统利用盐化工余热为原海水提高温度，利用机械压缩蒸发浓缩所产生的余热为浓盐水加热，以及盐及盐化工采用多效蒸发原理，利用上效二次蒸汽依次为下效的加热蒸汽。

（8）通过本发明处理系统，使能源利用、海水淡化、工业制盐及盐化工等关联项目有机结合，实现资源的合理配置利用，废弃物再利用、资源化和循环综合利用。

附图说明

图1是本发明海水淡化、资源综合利用及零排放处理系统的工作流程图。

附图标记如下：

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

海水的特点是取之不尽，含有淡水和盐、钾、溴、镁等元素。利用反渗透工艺进行淡化海水生产淡水，并利用蒸汽为热源进行蒸发制取去离子水及盐、硫酸钙、氯化钾、溴素、硫酸镁、氯化镁等化工产品，形成海水淡化—海洋化工产业循环经济链圈。

如图1所示，本发明的一种海水淡化、资源综合利用及零排放处理系统，具有超滤系统即UF系统1、SWRO系统2、去离子水处理系统即UPW系统10、一种可以防止结垢的机械压缩系统5和制盐及盐化工系统11。UF系统1产生纯净海水，经高回收率SWRO系统2产生淡化水和浓海水，浓海水经过可以防止结垢的机械压缩系统5和制盐及盐化工系统11生产出硫酸钙、氯化钠、氯化钾、硫酸镁、溴素、氯化镁和蒸汽冷凝水，蒸汽冷凝水和部分淡化水进入UPW系统10，产生去离子水。

通过本发明处理系统，使能源利用、海水淡化、工业制盐及盐化工等关联项目有机结合，实现资源的合理配置利用，废弃物再利用、资源化和循环综合利用。

UF系统1由进水系统、UF膜系统、排水系统、反洗系统、加药系统、供气系统、化学清洗系统和自控系统八个单元组成。

UF过滤膜工艺有着很好的浊度去除能力，单位面积制水率高，采用外压形式，材质为PVC，膜过滤孔径在0.03-0.2μm之间，比目前知道的最小的细菌（0.3μm）还小，所以可彻底地筛分去除各种致病菌和细菌。UF过滤膜可以有效去除颗粒状物质，包括微生物，还可通过一定程度地降低消毒副产物前体物浓度和限制消毒过程中氧化剂需求量来减少消毒副产物。

由于UF过滤膜、SWRO过滤膜在25℃温度下运行效率最高，所以本系统利用盐及盐化工的余热作为热源，提高海水温度，以节省海水淡化系统的能耗。

UF系统1产生纯净海水进入SWRO系统2。

SWRO系统2由保安过滤器、高压泵、反渗透膜组件、能量回收装置、加药系统、冲洗清洗系统及控制仪表组成。

反渗透膜组件是整个脱盐系统的执行机构。它负责脱除水中的可溶性盐分、胶体、有机物及微生物，使出水水质达到用户的要求。根据水质情况，采用脱盐率高达到99.5%。为了达到反渗透装置的回收率超过58%，最佳的反渗透设计方案是每套反渗透膜组采用一级二段的排列。反渗透为无相变过程，因此能耗低，通过采用能量回收技术，已使每吨淡水电耗降到3.0度以下；建设周期短，可模块化设计，装置规模灵活。采用高回收反渗透装置及国外先进的能量回收装置，以保证淡水品质，高回收率，低能耗及高浓度浓水。高浓度浓水作为盐及盐化工的原料又可以降低机械压缩蒸发浓缩单元的能耗。反渗透可以把海水的含盐量由32000mg/l降低至小于500mg/l。

通过UF系统1产生的纯净海水进入一级二段反渗透系统即SWRO系统2处理后，反渗透生产水作为淡化水供应给用水户，浓盐水去机械压缩蒸发浓缩车间。

本发明将SWRO系统2排出的浓海水进行盐化工制盐，没有回排大海，避免对大海造成污染，实现水的综合利用及提高其经济价值。海水中的元素被有效提取，实现循环经济及零排放目标。本发明所采用的SWRO工艺中并未在进水中加入阻垢剂，以保证了盐及盐化工产品质量，并可节省资源，节能减排及实现循环经济。

机械压缩蒸发浓缩蒸发系统5由换热器、脱气塔、蒸发器、压缩机、循环泵、水力旋流器及板框式压滤机组成。

由于高浓度浓盐水中含有钙和硫酸盐，能生成硫酸钙沉淀，引起结垢问题。为避免该问题，可通过优先沉淀的办法，从浓盐水中有选择地分离出钙和硅。高浓度浓盐水经提高温度后进入机械压缩蒸发浓缩装置，并与通过底部循环装置的浓缩液混合，经分散器流进装置顶部，再经热交换器回流至装置底部，蒸发罐上部的沸腾蒸汽经压缩机后，在热交换器管外凝结，并以凝结水形式流出，去生产去离子水。

为了不使钙结垢累积在蒸发罐里，硫酸钙会持续在蒸发罐的湿面上循环。当水分从管内的盐水薄膜蒸发，其余的盐水薄膜会变得超饱和，硫酸钙和二氧化硅会开始凝结。沉淀的物质加快盐桨晶体的成长而不是钙垢沉积在热传导的表面上。此结垢预防方式称为优先沉淀法，为有效防止热导体表面结垢的方法。

SWRO反渗透系统所排出的高浓度浓盐水，利用机械压缩蒸发浓缩系统5所产生的余热通过一级热交换及二级热交换提高温度进行热能循环利用，高浓度浓海水作为盐及盐化工的原料可以降低机械压缩蒸发浓缩单元的能耗，此为特征之一。经提高温度后的浓盐水进入机械压缩蒸发浓缩系统，含有沉淀的硫酸钙、溶解盐和其它复合盐从25°Bé循环卤水中析出。沉淀的硫酸钙由水力旋流器分离，部分25°Bé卤水输送到制盐车间作为原料。为了保持蒸发器里的晶体的浓度，部分由离心机分离出来的硫酸钙将回流至蒸发罐。

由晶体去垢方法所产生的废渣可被充分利用为建筑材料，作为硫酸钙产品，由此将海水中的元素被有效提取，实现循环经济及零排放目标。

在多效蒸发制盐系统6中，25°Bé饱和卤水经过制盐蒸发系统多效蒸发结晶析出氯化钠。蒸发一效采用蒸汽为热源蒸汽，上效二次蒸汽依次为下效的加热蒸汽，此为特征之一。制盐蒸发罐排出盐浆经淘洗、脱水、干燥后为成品精制盐；制盐母液卤水浓度控制在30-32°Bé以下（这时盐析出约80%）。制盐母液（称为苦卤）供综合利用分离氯化钾(KCl)、氯化镁(MgC12)、硫酸镁(MgSO4)和溴(Br2)等盐化工产品。

特点：产品质量高、生产速度快、周期短，生产占地面积小，受环境影响小，需要有蒸汽、电力等作为主要能源。

石膏晶种浓度和盐固液比控制法在制盐蒸发罐内加入一定量的固体粒度小于20微米的石膏，使蒸发器内悬浮固体石膏量控制4%，起着晶核的作用，从料液中析出的初生态石膏附着于其表面，防止石膏在加热管上析出结垢；同时控制制盐蒸发罐内的盐浆固液比在15-30%，对蒸发罐加热室起到冲刷作用，减缓加热管结垢。

饱和卤水与回收高低温盐（已分离硫酸镁）混合经多效蒸发结晶析出盐，盐浆经脱水、干燥为成品精制盐，制盐母液（苦卤）去综合利用生产盐化工产品。

从末效蒸发所产生的高温冷凝水与其他盐化工所产生的高温冷凝水混合后，经热交换器对UF系统进水进行加热，此热能循环利用为该系统特征之一。降温后的冷凝水流往去离子水生产工艺。

多效蒸发制氯化钾系统7包括制备副产品硫酸镁。苦卤与含氯化镁为主的浓厚卤混合兑卤，由于氯离子浓度提高，使氯化钠因同离子效应进一步析出。混合卤蒸发（128～130℃）析出高温盐(主要成分为氯化钠及一水硫酸镁)。高温盐经过锥蓝式离心机两步分离分别得到氯化钠和硫酸镁。

30-32°Bé饱和卤水经过制氯化钾蒸发系统进行多效蒸发。蒸发一效采用蒸汽为热源蒸汽，上效二次蒸汽依次为下效的加热蒸汽，此为特征之一。蒸发母液澄清清液冷却至30-35℃光卤石(KCl.MgCl2.6H2O)结晶析出。由于氯化镁在水中的溶解度很大，在光卤石中加入约50%的水后，分解而制得粗制氯化钾，粗制氯化钾提纯后制得精制氯化钾。

高温盐用循环液稀释后，将其分离成镁乳和粗盐，粗盐经洗涤甩干后成为精制工业盐。将镁乳滤干后得湿一水硫酸镁，循环液去稀释高温盐。湿一水硫酸镁通过干燥得干一水硫酸镁产品。

从末效蒸发所产生的高温冷凝水与其他盐化工所产生的高温冷凝水混合后，经热交换器对海水进行加热以提高UF、SWRO的运行效率，此热能循环利用为该系统特征之一。冷凝器的循环冷却水流往去离子水生产工艺。

溴素系统8中，由于提取氯化钾后的老卤溴含量提高，主要以溴化镁和溴化钠的形式存在，用氯气氧化、水蒸汽蒸馏提取溴素。蒸汽蒸馏法制溴是将制氯化钾中的浓厚卤预热，在反应塔中通入氯气，将溴用蒸汽蒸出、冷凝、精馏，即得成品。此法适用于含溴较高的料液，提取比较容易。蒸馏法生产溴的主要原料为制盐母液提制氯化钾后的浓厚卤，浓度为36～38°Bé，含溴量可达7±0.5g/l，pH值为3.2。如用苦卤作原料，需加硫酸或盐酸，酸化至pH值3～3.5。原料要求不含不溶物。制溴的料液需经预热、氧化、蒸馏、溴气冷凝、溴水分离及精馏等过程。

蒸发制氯化镁系统9中，为了利用溴素系统的余热，高温制溴废液自卤槽靠压差自动进入蒸发罐，蒸发出来的水蒸汽被冷凝器中的海水所冷凝，并给蒸发罐造成负压。蒸发完成液排入保温贮槽，蒸发过程中析出的盐类沉在锥底定期排出。上层热的清液流经液面控制器进入结片机。经过冷却水冷却降温，迅速冷凝成卤片，由旋转的刮刀将卤片破碎并给螺旋输料器供料，卤片经螺旋输送器进入贮料仓，最后进行装袋包装，即得片状氯化镁产品。

从蒸发过程所产生的高温冷凝水与其他盐化工所产生的高温冷凝水混合后，经热交换器对海水进行加热以提高UF、SWRO的运行效率，此热能循环利用为该系统特征之一。降温后的冷凝水流往去离子水生产工艺。

去离子水处理系统，即UPW系统10中，机械压缩蒸发浓缩得到冷凝水及制盐及盐化工系统的冷凝水，与SWRO系统产生的淡化水混合进入UPW系统生产去离子水产品。

UPW系统10由BWRO系统3及EDI系统4组成，其中BWRO系统工作原理和SWRO系统相似。

EDI系统是用于反渗透系统之后，为了取消酸碱再生过程，用EDI取代传统的混合离子交换技术（MB-DI）生产稳定的去离子水。EDI系统由保安过滤器、进水泵、EDI膜组件、清洗系统及控制仪表组成。EDI技术的优点是水质相对稳定，比较容易自动控制，不需化学再生，运行费用低以及无污水排放。

Claims

1.一种海水淡化、资源综合利用及零排放处理系统，包括超滤系统，简称UF系统和海水反渗透系统，简称SWRO系统，其特征在于，所述UF系统（1）和SWRO系统（2）相连接；SWRO系统（2）产生的浓盐水部分连接到机械压缩蒸发浓缩系统（5），机械压缩蒸发浓缩系统（5）与制盐及盐化工系统（15）相连接，所述的制盐及盐化工系统（15）由多效蒸发制盐系统（6）、多效蒸发制氯化钾系统（7）、溴素系统（8）、蒸发制氯化镁系统（9）依次连接所组成；SWRO系统（2）产生的淡化水一部分输送到客户，另一部分淡化水与机械压缩蒸发浓缩系统（5）和制盐及盐化工系统（11）产生的冷凝水混合后输送到去离子水处理系统，简称UPW系统（10）,所述UPW系统（10）由二级反渗透系统，简称BWRO系统（3）和电去离子系统，简称EDI系统（4）组成；

2.根据权利要求1的海水淡化、资源综合利用及零排放处理系统，其特征在于，所述UF系统（1）采用内压或外压形式，材质为PVC或PVDF，膜过滤孔径小余0.1微米；该UF系统（1）由进水系统、UF膜系统、排水系统、反洗系统、加药系统、供气系统、化学清洗系统和自控系统八个单元组成。

3.根据权利要求1的海水淡化、资源综合利用及零排放处理系统，其特征在于，所述SWRO系统（2）为一级二段海水反渗透系统，采用58%以上超高回收率海水淡化处理系统，操作压力大于5.5MPa，反渗透膜的长度为1米，单根膜的脱盐率最低99.5%，该SWRO系统（2）由保安过滤器、高压泵、反渗透膜组件、能量回收装置、加药系统、冲洗清洗系统及控制仪表组成。

4.根据权利要求1的海水淡化、资源综合利用及零排放处理系统，其特征在于，所述BWRO系统（3）采用超高回收率RO装置，操作压力大于1.5MPa，反渗透膜的长度为1米，单根膜的脱盐率最低99.8%；该BWRO系统由保安过滤器、高压泵、反渗透膜组件、加药系统、清洗系统及控制仪表组成。

5.根据权利要求1的海水淡化、资源综合利用及零排放处理系统，其特征在于，所述EDI系统（4）。回收率为95%，产水电导率［（25±1）℃］≤0.1μS/cm；该EDI系统（4）由保安过滤器、进水泵、EDI膜组件、清洗系统及控制仪表组成。

6.根据权利要求1的海水淡化、资源综合利用及零排放处理系统，其特征在于，所述机械压缩蒸发浓缩系统（5）采用结晶晶体去垢方法，使硫酸钙和二氧化硅加快盐浆晶体成长而不沉积在传热管道的表面上，有效防止浓缩过程中的结垢问题；该机械压缩蒸发浓缩系统（5）由换热器、脱气塔、蒸发器、压缩机、循环泵、水力旋流器及板框式压滤机组成。

7.根据权利要求1的海水淡化、资源综合利用及零排放处理系统，其特征在于，制盐及盐化工系统（11）由多效蒸发制盐系统（6）、多效蒸发制氯化钾系统（7）、溴素系统（8）、蒸发制氯化镁系统（9）组成，利用蒸汽分别采用多效蒸发系统、化学反应、单效蒸发，制取氯化钠、氯化钾、硫酸镁、溴素和氯化镁，同时产生冷凝水。