CN203269703U

CN203269703U - 新型膜法海水淡化制取淡水和制盐原料系统

Info

Publication number: CN203269703U
Application number: CN2013202484039U
Authority: CN
Inventors: 张松建; 谷维梁; 李南
Original assignee: BEIJING SCINOR WATER TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: BEIJING SCINOR WATER TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-05-24
Filing date: 2013-05-10
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2023-05-10
Also published as: CN102659272A

Abstract

本实用新型涉及一种新型膜法海水淡化制取淡水和制盐原料系统。系统包括原水箱、超滤装置、超滤水箱、海水反渗透淡化装置、产水箱、电渗析盐水分离装置和浓盐水箱；其中原水箱、超滤装置、超滤水箱、海水反渗透淡化装置和产水箱之间依次通过管道或管道和泵相连接，海水反渗透淡化装置、电渗析盐水分离装置和浓盐水箱之间依次通过管道相连接。经过本实用新型装置的处理，不仅可以获取高质量的精制盐或盐化工的原料和高品质的淡水，同时避免了SWRO浓盐水排放对海域生态环境的负面影响，还可以大幅度降低海水制盐与海水淡化的成本，特别是对于我国北方缺水地区具有很好的使用价值。

Description

新型膜法海水淡化制取淡水和制盐原料系统

技术领域

本实用新型涉及一种新型膜法海水淡化制取淡水和制盐原料系统，特别涉及海水淡化、海水制盐、反渗透浓水安全排放系统。

背景技术

海水淡化技术的大规模应用始于干旱的中东地区，但并不局限于该地区。由于世界上70％以上的人口都居住在离海洋120公里以内的区域，因而海水淡化技术近20多年迅速在中东以外的许多国家和地区得到应用。目前，全球海水淡化日产量约3500万立方米左右，其中80％用于饮用水，解决了1亿多人的供水问题，海水淡化作为淡水资源的替代与增量技术，愈来愈受到世界上许多沿海国家的重视。全世界直接利用海水作为工业冷却水总量每年约6000亿立方米左右，替代了大量宝贵的淡水资源；全世界每年从海洋中提盐5000万吨、镁及氧化镁260多万吨、溴20万吨等。

海水淡化方法有十余种。目前主要方法有多效蒸发(MED)、反渗透(RO)和多级闪蒸(MSF)等，而适用于大型的海水淡化的方法只有MED、MSF和SWRO。MED方法中低温多效蒸馏(LT-MED)开发后在世界范围内迅速得到了较广泛的应用，当前与SWRO和MSF一起成为最具发展前景的海水淡化技术。

低温多效海水淡化技术是指盐水的最高蒸发温度低于70℃的淡化技术，其特征是将一系列的水平管喷淋降膜蒸发器串联起来，用一定量的蒸汽输入通过多次的蒸发和冷凝，后面一效的蒸发温度均低于前面一效，从而得到多倍于蒸汽量的蒸馏水的淡化过程。

SWRO法(反渗透法海水淡化)是利用只允许溶剂透过、不允许溶质透过的半透膜，将海水与淡水分隔开的。反渗透法的最大优点是节能。它的能耗仅为电渗析法的1/2，蒸馏法的1/4。因此，从1974年起，美日等发达国家就先后把发展重心转向反渗透法。

SWRO法具有的投资低、能耗低、建设周期短等优点，适用于建造各种规模的海水淡化工程。其突出优点就是成本较低，大约在0.50～0.70美元/m3淡化之间，这还取决于能源成本。但是SWRO在制取淡水的同时也产生了大量的浓盐水(约占原海水量的55～60％)，如果直接排放则会对附近海域和环境产生恶劣影响。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种新型膜法海水淡化制取淡水和制盐原料系统。

本实用新型的上述目的是通过以下技术方案达到的：

一种新型膜法海水淡化制取淡水和制盐原料系统，其包括原水箱、超滤装置、超滤水箱、海水反渗透淡化装置、产水箱、电渗析盐水分离装置和浓盐水箱；其中所述原水箱、超滤装置、超滤水箱、海水反渗透淡化装置和产水箱之间依次通过管道或管道和泵相连接，所述海水反渗透淡化装置、电渗析盐水分离装置和浓盐水箱之间依次通过管道相连接。

上述一种新型膜法海水淡化制取淡水和制盐原料系统中，具体为所述超滤装置通过管道与所述超滤水箱相连接；所述超滤水箱通过泵和管道与所述海水反渗透淡化装置相连接；所述海水反渗透淡化装置通过管道与所述产水箱相连接；所述海水反渗透淡化装置通过管道与所述的电渗析盐水分离装置相连接；所述的电渗析盐水分离装置通过管道与所述的浓盐水箱相连接。

一种优选技术方案，其特征在于：所述的超滤装置采用中空纤维超滤膜。

一种优选技术方案，其特征在于：所述的海水反渗透淡化装置采用卷式反渗透膜。

一种优选技术方案，其特征在于：所述的海水反渗透淡化装置还包括能量回收系统。

一种优选技术方案，其特征在于：所述的电渗析盐水分离装置采用一价离子选择透过膜，对海水反渗透淡化装置得到的反渗透浓水中的一价离子进行浓缩。

采用本实用新型的上述系统进行膜法海水淡化制取淡水和制盐原料的工艺方法，包括如下步骤：

(1)储存在原水箱里的经过预处理的海水通过超滤装置进行过滤，去除掉几乎所有的悬浮物、颗粒、细菌、病毒以及胶体、大分子有机物等，并储存于超滤水箱；

(2)经步骤(1)处理过的海水再经过反渗透淡化装置，去除掉绝大部分盐分，得到淡水并储存于产水箱；

(3)经步骤(2)处理得到反渗透浓水经过电渗析盐水分离装置进行一价离子浓缩，所述的电渗析盐水分离装置采用的是一价离子选择透过膜；

(4)经步骤(3)处理得到的浓盐水作为精制盐或盐化工的原料，储存于浓盐水箱；

(5)经步骤(3)处理得到的淡盐水直接排放到附近海域。

所述预处理可以采用气浮过滤或混凝沉淀+砂滤等，去除掉大部分悬浮物、胶体和部分有机物等。

本实用新型的优点是：

本实用新型是将经过预处理的海水首先采用超滤装置对海水进行处理，去除掉几乎所有悬浮物、颗粒、细菌、病毒以及胶体、大分子有机物等；然后进入海水反渗透淡化系统去除海水中的绝大部分盐分得到淡水。海水反渗透淡化系统所排放的浓盐水进入电渗析装置，利用一价离子选择透过膜将海水中的一价离子进行浓缩，得到高浓度NaCl溶液的同时，也可得到含盐量相对较低的淡盐水。通过本实用新型系统的处理，一方面可以得到精制盐或盐化工的原料，另一方面可以得到淡水，同时电渗析处理产生的淡盐水TDS较低，一般不超过45000ppm，直接排放不会对周边海域和环境造成影响，对于我国北方地区开发利用海洋资源，提取淡水和高品质食盐方面具有很好的应用价值。

下面通过实施例和附图对本实用新型进行详细说明。应该理解的是，所述的实施例仅仅涉及本实用新型的优选实施方案，在不脱离本实用新型的精神和范围情况下，各种成分及含量的变化和改进都是可能的。

附图说明

图1为本实用新型的系统示意图。

图2为本实用新型的工艺流程图。

附图标记说明：

0经过预处理的海水 1原水箱

2超滤装置 3超滤水箱

4海水反渗透淡化装置 5产水箱

6电渗析盐水分离装置 7浓盐水箱

8电渗析淡盐水排放

具体实施方式

如图1所示，为本实用新型的新型膜法海水淡化制取淡水和制盐原料系统的示意图，其包括原水箱1、超滤装置2、超滤水箱3、海水反渗透淡化装置(反渗透装置)4、产水箱5、电渗析盐水分离装置(电渗析装置)6和浓盐水箱7；其中，经过预处理的海水0存储于原水箱1中，原水箱1通过泵和管道与超滤装置2相连接；超滤装置2通过管道与超滤水箱3相连接；超滤水箱3通过泵和管道与海水反渗透淡化装置4相连接；海水反渗透淡化装置4通过管道分别与产水箱5和电渗析盐水分离装置6相连接；电渗析盐水分离装置6通过管道与浓盐水箱7相连接，并通过管道进行电渗析淡盐水排放。

超滤装置2采用中空纤维超滤膜，海水反渗透淡化装置4采用卷式反渗透膜。电渗析盐水分离装置6采用一价离子选择透过膜对海水中的一价离子进行浓缩。

进一步地，海水反渗透淡化装置4还包含能量回收系统。

如图2所示，为采用本实用新型新型膜法海水淡化制取淡水和制盐原料系统的工艺流程图，其包括如下步骤：

(1)将海水输送到预处理系统，同时在进水中投加杀菌剂(如次氯酸钠)、混凝剂(如聚合氯化铝或三氯化铁)和助凝剂(如聚丙烯酰胺)，进行气浮过滤或混凝沉淀和砂滤处理；

经过预处理的海水储存在清水箱(即原水箱)中，然后经给水泵和管路输送到两个超滤(UF)装置中进行超滤，去除掉几乎所有的悬浮物、颗粒、细菌、病毒以及胶体、大分子有机物等，并储存于超滤水箱；超滤装置采用中空纤维超滤膜，如PVDF中空纤维外压式超滤膜，型号为SMT600-P50，平均孔径0.1μm，有效膜面积50m²；

(2)经步骤(1)处理的海水依次经提升泵、SWRO高压泵及管路输送到海水反渗透淡化(SWRO)装置，同时在进水中投加阻垢剂和还原剂，经过海水反渗透淡化装置处理，去除掉绝大部分盐分，得到淡水并储存于产水箱；海水反渗透淡化装置采用卷式反渗透膜，如采用有效膜面积为400ft²的卷式反渗透超低压海水膜，有效分离层材质为芳香聚酰胺；

海水反渗透淡化装置还可包含能量回收系统。采用功交换式的能量回收装置可以利用反渗透浓水的残余压力通过高效率的功交换对反渗透进水增压，从而降低整个反渗透系统的能耗。如图2所示，能量回收装置的淡盐水侧分别与SWRO提升泵泵出口支管道和增压泵入口管道相连接；浓水侧分别与反渗透高压浓水管道和浓水排放管道相连接。

(3)经步骤(2)处理所得到的反渗透浓水经管路输送到电渗析(ED)盐水分离装置，进行一价离子浓缩，电渗析盐水分离装置采用一价离子选择透过膜，如共使用300对单片膜面积为0.25m²的电渗析膜，可以使海水中的钠离子、氯离子等一价离子浓缩于浓盐水侧并排出，而含有其他离子的淡盐水从淡盐水侧排出；

(4)经步骤(3)处理得到的浓盐水储存于浓盐水箱，作为精制盐或盐化工的原料；

(5)经步骤(3)处理，电渗析(ED)盐水分离装置产生的淡盐水直接排放到附近海域。

经过预处理的海水进入超滤(UF)系统，可以去除掉几乎所有悬浮物、颗粒、细菌、病毒以及胶体、大分子有机物等；经过UF处理的海水进入海水反渗透(SWRO)淡化装置，去除掉绝大部分盐类，得到淡水；海水反渗透(SWRO)淡化装置所排出的浓盐水进入电渗析(ED)盐水分离装置，将浓海水中的钠离子和氯离子浓缩，浓盐水作为精制盐或盐化工的原料，淡盐水的总含盐量低于45000ppm，直接排放不会对周边海域和环境造成影响。所以，经过上述的工艺处理，不仅可以获取高质量的精制盐或盐化工的原料和高品质的淡水，同时避免了SWRO浓盐水对海域生态环境的负面影响，还可以大幅度降低海水制盐与海水淡化的成本，特别是对于我国北方缺水地区具有很好的使用价值。

北京市新能源及海水淡化技术创新示范项目中采用了本实用新型的系统和工艺技术。本海水淡化项目按功能块可分为：海水前处理部分、超滤过滤部分、反渗透脱盐淡化部分、浓海水盐分提取和淡化部分。

1.设计基础

(1)海水水质

离子	浓度[mg/L]
		K⁺	376
Na⁺	10155
		Ca²⁺	389
Mg²⁺	1216
		CO₃ ^2-	23
HCO₃ ^-	142
		Cl^-	18248
SO₄ ^2-	2557
		总溶解固体(TDS)	33106
温度(degrees C)	0-28
		Boron	4.19
COD	0.8-2.4
		总悬浮固体量(TSS)	2.5-340

备注：本项目采用中国渤海湾海水，水质如上表所示，其中总溶解固体最大按35000mg/L考虑，最低海水水温(考虑换热)，按10℃以上进行设计。

(2)产品水水质

最终产品水水质达到《GB5749-2006生活饮用水卫生标准》。

(3)公共设施条件

基地：基地占地面积约800m²，其中厂房面积约600m²；

取水：取水量为550m³/d；

电源：频率50Hz；电压380V/220V；

用电负荷：生产用电约90kwh，其他用电约30kwh；

气源：来自于项目内工艺装置。

(4)项目规模

海水淡化产水量：200吨/日；

膜法反渗透浓盐水分离装置处理能力：50吨/日；

超滤系统过滤水量：480吨/日；

预处理系统处理水量：550吨/日；

2.处理工艺和设备

(1)海水预处理部分

由于原海水悬浮物含量变化频繁，变化范围较大，同时考虑赤潮的发生，因此在进行膜过滤之前，有必要首先对海水进行预过滤等处理，以去除海水进水中的悬浮物、油、油脂、胶体、有机物或者其它能够堵塞、损坏、污染后续超滤膜和反渗透膜的物质。

在海水中投加杀菌剂、混凝剂、助凝剂，经过预处理系统处理后，经过预处理的海水0存储在原水箱1中。

前处理部分设计参数：

处理水量：550m³/d

自用水率：＜2％

出水水质：悬浮物：＜10mg/l；

浊度：＜5NTU；

COD去除率：20-50％。

(2)超滤(UF)部分

超滤装置可以基本去除进水中的悬浮物、颗粒、细菌、病毒以及部分胶体、大分子有机物等，其出水SDI₁₅小于3的指标，有效地保证了后续反渗透装置的稳定运行。

经前处理部分处理的净化水经UF给水泵进入后续超滤装置进行过滤，滤后水进入超滤产水箱暂存，在超滤装置之前设置保安过滤器，以防止漏砂对超滤膜的损害以及超滤装置产水量的影响。

超滤装置设置2套，每套100％出力规模，超滤回收率设计为90％，既可以采用死端过滤运行方式，也可以采用错流过滤运行方式。另外，系统设置一套超滤反洗及EFM/CIP化学清洗的辅助系统，水源来自超滤或反渗透产水箱。超滤装置的过滤、气/水混合反洗及化学清洗均采取自动控制方式，不但保证系统运行安全，同时减少操作强度，减少人员操作成本。

超滤系统设计参数：

净产水量： 10m³/h/套

装置数量： 2套

平均净产水通量：＞50L/(m²h)

回收率：＞90％

允许清洗PH值范围： 1-13

产品水浊度：＜0.2NTU

产品水SDI：＜2.5

(3)反渗透海水淡化(SWRO)部分

海水淡化反渗透装置具有极高的脱盐能力，是本项目中最主要的脱盐装置。海水淡化反渗透系统按2列配置，包括反渗透给水泵、高压泵、能量回收装置及增压泵、海水反渗透装置、反渗透冲洗和清洗系统、反渗透加药系统。

海水淡化反渗透设计参数：

系统产水量： 100m³/d×2

系统回收率： 45％--50％

系统进水量： 223--200m³/d×2

设计列数： 2列

膜平均设计水通量： 16L/m²h

产水水质：达到《GB5749-2006生活饮用水卫生标准》。

(4)海水浓盐水分离部分

海水盐水分离装置(ED技术)也是采用膜法分离技术，它通过具有1-1价选择性的离子分离膜，在装置通电的情况下，可将反渗透浓水中的钠离子和氯离子进一步浓缩分离，将反渗透浓水分为浓海水和淡海水两部分，ED的浓盐水含盐量可达到10-20％，NaCl纯度高，用于制取高端精制盐和高品质食用盐或盐化工的原料；ED的淡盐水的含盐量可降低到45000mg/l以下，可以直接排放到附近海域。

设计ED装置1套，回收率约90％，通过ED给水泵将超滤的产水送入ED装置，其中占进水水量10％的浓盐水作为制盐用水；另外90％经过了ED部分脱盐的淡盐水，可以直接排放到附近海域。

3.结论

(1)本系统和工艺经过对海水的预处理与超滤处理，去除掉悬浮物、油脂、颗粒、细菌、病毒以及部分胶体、大分子有机物，使处理后海水满足进入反渗透和电渗析的要求。

(2)经过预处理的海水进入反渗透装置进行脱盐处理即可得到淡水。

(3)海水反渗透的浓水经过电渗析设备，利用一价离子选择透过膜可以高效将浓海水中的氯离子和钠离子等一价离子浓缩，从而得到浓盐水作为精制盐或盐化工的原料，并且降低淡盐水的含盐量使其可以直接排放。

(4)本系统和工艺将膜法制盐工艺与膜法海水淡化技术相耦合，既可以降低制盐成本，也可以降低海水淡化系统的运行电耗，降低制水成本，同时也有效避免了浓盐水对周边海域的环境污染问题，可谓一举数得。在利用海水提取淡水和高品质食盐或盐化工的原料方面具有很好的应用价值。

Claims

1.一种新型膜法海水淡化制取淡水和制盐原料系统，其特征在于：包括原水箱、超滤装置、超滤水箱、海水反渗透淡化装置、产水箱、电渗析盐水分离装置和浓盐水箱；其中所述原水箱、超滤装置、超滤水箱、海水反渗透淡化装置和产水箱之间依次通过管道或管道和泵相连接，所述海水反渗透淡化装置、电渗析盐水分离装置和浓盐水箱之间依次通过管道相连接。

2.如权利要求1所述的新型膜法海水淡化制取淡水和制盐原料系统，其特征在于：所述的超滤装置采用中空纤维超滤膜。

3.如权利要求1所述的新型膜法海水淡化制取淡水和制盐原料系统，其特征在于：所述的海水反渗透淡化装置采用卷式反渗透膜。

4.如权利要求1所述的新型膜法海水淡化制取淡水和制盐原料系统，其特征在于：所述的海水反渗透淡化装置还包括能量回收系统。

5.如权利要求1所述的新型膜法海水淡化制取淡水和制盐原料系统，其特征在于：所述的电渗析盐水分离装置采用一价离子选择透过膜。