CN100999364A - 综合利用高效益零排放的海水淡化组合生产工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出的一种综合利用高效益零排放的海水淡化组合生产工艺方法，是以取盐为主，取水为副，实现综合利用为目的。生产工艺可安排先浓缩取盐后淡化取水(也可以先淡化取水后浓缩取盐)，首先通过对海水预处理实现海水净化并从中提取海藻，再将净化过的海水浓缩和提浓，提取含盐浓度达到26％～28％的洁净饱和盐水(海水原水平均含盐浓度为3.5％)，再应用饱和盐水去加工盐化工产品，实现综合利用；对余下的盐水进行淡化，从中提取出含盐量低于500mg/L达到可饮用标准的淡水，使另外余下的淡盐水的含盐浓度提增到3.5％(与海水原水含盐浓度相同)，将其循环使用，一点一滴不排放，实现零排放；在整个生产工艺过程中，对各工序中所产生的余能与余热全部回收利用，这种环保、节能、综合利用高效益的海水淡化组合生产工艺方法，为人类社会提供了廉价而又永恒的淡水资源。
Description
技术领域
本发明涉及一种海水淡化，特别是涉及综合利用高效益零排放的海水淡化组合生产工艺方法。
背景技术
水是自然界一切生物赖以生存的生命之源，地球因为有水，地球上才有生命。自18世纪以来，由于工业飞速发展和人类繁衍急聚增长，使地球表面的生态环境不断恶化，全球60％以上的原始森林被毁掉，整个地球生态失去平衡，人类社会赖以生存的淡水资源也在不断的减少，很多河流变成枯河。可是人类所必须的生活用水和工业用水量却在逐年增加，淡水资源的减少与淡水需求量的增加之间形成了一个无法抗拒的对立矛盾。
淡水紧缺是中国乃至全人类在21世纪面临的严重问题。中国是一个贫水国，人均水资源仅是世界人均水资源的1/4，目前，中国有400个城市缺水，108个城市严重缺水，每年因此造成的直接经济损失达数千亿元。据估计，2005年全国城市缺水量达到400亿立方米，因缺水影响的国民生产值达2400亿元人民币。
中国沿海地区经济发达，国民生产总值约占全国的60％，在国民经济中占有举足轻重的地位。但是沿海地区缺水形势非常严峻，沿海城市人均水资源量大部分低于500立方米，大连、天津、青岛、连云港、上海的水资源量低于200立方米，属于严重缺水城市。因此，海水淡化已成为解决沿海城市和地区缺水问题的必由之路。近几十年来，全世界的学者和科研单位都在不断的努力，创造和发明出多种海水淡化的方法，但都因成本太高和存在污染而影响普及与全面推广。
海水淡化技术，经近半个世纪的发展，主要比较成熟的淡化技术有四种：(1)多级闪蒸(MSF)技术、(2)低温多效(LT-MDE)技术、(3)反渗透(SWRO)RO膜技术、(4)电渗析(ED)技术。
应用上述的四种海水淡化技术，每获取一吨淡化洁净水的生产成本平均需要人民币6～10元，价格偏高，难以全面商业化推广应用，更主要是上述四种方法普遍存在一个问题：被淡化后所产生的大量浓盐水(浓度几乎提高了一倍，达5％～6％左右)又重新排放到海里，提高了局部海域的海水含盐浓度，破坏了海水含盐量的自然生态平衡，对海洋的生态环境造成了污染，因此会给局部海域的海洋生物的生存带来威胁。
鉴于上述现有海水淡化技术所存在的实际问题，本发明人在总结前人技术的经验基础上，经反复多方面的调查和研究，针对目前现有海水淡化技术的不足之处进行剖析，终于发明出与传统的海水淡化逆向思维的新方案：传统的海水淡化只是从海水中提取淡水，淡水是唯一产品，所以生产成本高。本发明将海水视为富含多种资源的“液态矿体”，海水中含有氯、钠、镁、硫、钙、钾、溴、碳、锶、硼、硅、氟和铀等多种元素，进行综合开采利用，首先将海水净化、浓缩，从中提取出高价值的医用海藻(每吨价值50万元人民币以上)，再将海水浓缩出即可供给工业应用又可供给食用的洁净饱和盐水(含盐浓度26％)，进而提取氯化钠、氯化镁、氯化钾等多种盐化工产品，最后剩下来的淡水，便是从这综合利用组合生产工艺中兼得的副产品了。由于从海藻和盐化工产品中已经获得很大的利润效益，副产品淡水就可以算是一分钱不花而白得的。不仅如此，本发明还将生产工艺中的水流余压能量90％回收利用，降低了能源耗费，再利用水源热泵技术回收淡水的余热，为海水原水提供予热能源，为公共建筑和住宅提供空调制冷。本发明的组合生产工艺中所提取的海水全部循环使用，实现了零排放，无污染。为全世界首例创新出具有全面推广应用价值的综合利用高效益零排放的海水淡化组合生产工艺方法。真正的为人类社会提供了廉价而又永恒的淡水资源。
发明内容
本发明的目的是提供一种综合利用高效益零排放的海水淡化组合生产工艺方法，使海水淡化工程形成为一个多产品的盐业化工产业，不仅能产洁净的淡水，还能生产医用海藻、洁净的饱和盐水、洁净营养食盐、医用蒸馏水及氯、钠、镁、硫、钙、钾、溴等多种盐化工产品，工艺流程中全面进行能量、热量回收，极大降低淡水的生产成本，使沿海地区用水有个巨大水源，无天旱之忧，供水稳定，取之不尽。
本发明的目的及解决其主要技术问题是采用以下技术措施来实现的。
依据本发明提出的一种综合利用高效益零排放的海水淡化组合生产工艺方法，是以取盐为主，取水为副，实现综合利用为目的。生产工艺可安排先浓缩取盐后淡化取水(也可以先淡化取水后浓缩取盐)，首先通过对海水予处理实现海水净化并从中提取海藻，将净化过的海水送到净化海水池中储存，用泵提送净化海水进入加工程序：先运用浓缩和提浓加工方法，提取出含盐浓度达到26％～28％的洁净饱和盐水(一般海水原水平均含盐浓度为3.5％)，再应用饱和盐水去有选择的加工盐化工产品，实现综合利用；经浓缩提取饱和盐水后剩余的淡盐水，对其进行淡化，经过淡化方法加工后，从中提取出含盐量低于500mg/L达到可饮用标准的淡水，使另外余下的淡盐水的含盐浓度提增到3.5％，恢复到与海水原水含盐浓度相同，将这些盐水用泵送到净化海水池中循环使用，一点一滴不排放，实现零排放，在整个生产工艺过程中，对各工序中所产生的余能与余热全部回收，降低能耗和运行成本。
本发明的目的及解决其主要技术问题还可以采用以下技术措施进一步实现。
前述的综合利用高效益零排放的海水淡化组合生产工艺方法，其中所述的海水予处理，是将海水沉淀除浊，灭菌除藻，消除胶体，溶解气体、软化水质，经过膜滤净化并将海藻及有经济价值的海洋生物作为产品收集起来。净化后的海水存放到净化海水池中，水温要求达到25℃。
前述的综合利用高效益零排放的海水淡化组合生产工艺方法，其中所述的对海水浓缩与提浓方法有多种：如电渗析(ED)法、离子交换法、电去离子(ED1)法、辐射法、压渗法、热蒸法。
前述的综合利用高效益零排放的海水淡化组合生产工艺方法，其中所述的用洁净饱和盐水加工盐化工产品是指从盐水中提取氯(Cl)、钠(Na)、镁(Mg)、硫(S)、钙(Ca)、钾(K)、溴(Br)、碳(C)、锶(Sr)、硼(B)、氟(F)、铀(U)、金(Au)、锂(Li)等著多元素物质和加工出氯化钠(NaCl)、氯化钾(KCl)、氯化镁(MgCl)、碳酸镁(MgCo3)、碳酸钠(Na2Co3)、硫酸镁(MgSo4)、硫酸钠(Na2So4)、硫酸钙(CaSo4)等蓍多无机盐产品，或直接加工成碱(NaoH)，或生产营养保健食用盐，或直接向化工厂与食品加工厂提供洁净饱和盐水。
前述的综合利用高效益零排放的海水淡化组合生产工艺方法，其中所述的淡化方法有多种：如反渗透RO膜法、各种膜分离法、多级闪蒸(MSF)法、低温多效蒸馏(LT-MED)法、压气蒸馏(VC)法、水合物法、电容吸附法、溶剂萃取法、核能海水淡化法等。
前述的综合利用高效益零排放的海水淡化组合生产工艺方法，其中所述的经过淡化方法加工后，提取出淡水后所剩余下来的盐水的含盐浓度提增到3.5％，恢复到与海水原水含盐浓度相同，将这些盐水用泵送到净化海水池中循环使用。是指在工艺设计中，一定要确保提取淡水后所剩余的盐水含盐浓度必须达到与海水原水的含盐浓度一致，只有这样才能保证在连续不断的循环生产中净化海水池中的原水含盐浓度是永远不变的恒定值，这样才能实现整个生产工艺过程中的自动化控制。
前述的综合利用高效益零排放的海水淡化组合生产工艺方法，其中所述的在整个生产工艺过程中，对各工序中所有剩余的能量和热量都予以回收，是指在各个加工设备排出的水流余压在P≥0.2Mpa以上的都要回收，如：反渗透RO膜的工作压力一般都在P＝3～6Mpa，出口余压一般都在P＝2～5Mpa以上，要应用能量回收装置进行能量回收，回收的方法有：水力涡轮增压器，压力交换器，射流发电机等。热量回收是指经淡化工序所提取出的淡水温度平均在20℃左右，应用水源热泵技术，从淡水中置换吸收出10℃～15℃的热量，利用这些热能可在天气寒冷时给净化海水池中的原水加热，或将水源热泵所置换出的热能提供给住宅和公共建筑的空调机组做能源。
前述的综合利用高效益零排放的海水淡化组合生产工艺方法，可按用户的要求对生产工艺做适当的调整和增减，但无论如何变化都要遵循三个原则：一是要综合利用。以提取海洋生物制品和盐化工制品为主，兼得淡水，获得高经济效益。二是海水要全部循环使用一点一滴不外排，实现零排放。三是要在整个生产工艺过程中对所有的余能和余热全部回收，降低能耗和生产成本。
本发明与现有各种海水淡化方法相比较，优点在于通过综合利用产生出多种产品，获得综合经济效益，将一个海水淡化工程变成一座多产品的盐化工产业，并在生产工艺中全面回收余压能量与余热，节省大量能源。由于海水全部循环使用，实现了零排放、无污染，所以这是个综合利用经济效益高的生产工艺，节能生产工艺、环保生产工艺。
综上所述，本发明的综合利用高效益零排放的海水淡化组合生产工艺方法，具有上述诸多优点和实用价值，并在同类海水淡化的技术中未见有类似的工艺设计方案公开发表和应用过，在技术上有很大的进步，在经济上有很大的价值，成本低、节能、环保、具有好用和实用的效果，确实具有新颖进步的功效。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容给予实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
本发明的具体实施方式由以下实施例及附图详细给出。
附图说明
图1是本发明用于综合利用高效益零排放的海水淡化组合生产工艺方法中的一种先浓缩取盐再淡化取水的工艺流程示意图。
1......海水予处理
2......净化海水池
3......输送泵
3.1......高压泵
4......浓缩设备电渗析(ED)
4.1......低温蒸发提浓设备
4.2......洁净饱和盐水
4.3......提取各种盐化工产品
4.4......蒸馏水回收设备
5......淡化设备反渗透膜(RO)
5.1......1号能量回收设备
6......2号能量回收设备
7......水源热泵
7.1......住宅建筑空调机组
8......淡水净化处理
9......洁净淡水
具体实施方式
以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的综合利用高效益零排放的海水淡化组合生产工艺方法的具体实施方式、特征、与功效，详细说明如后。
请参照图1所示，本发明综合利用高效益零排放的海水淡化组合生产工艺方法，其主要包括海水予处理1、净化海水池2、输送泵3、浓缩设备电渗析(ED)4、低温蒸发提浓设备4.1、洁净饱和盐水4.2、提取各种盐化工产品4.3、蒸馏水回收设备4.4、淡化设备反渗透膜(RO)5、1号能源回收设备5.1、2号能源回收设备6、水源热泵7、淡水净化处理8、洁净淡水9、所构成的组合生产工艺。
上述的海水予处理1是将海水中的有害物质包括悬浮物、泥砂杂质、藻类、胶体、铁盐、锰盐、溶解气体等清除干净，以保证下道工序浓缩和淡化设备的安全运行，采用沉淀降浊、投放化学药剂来杀菌和软化水质，并通过微滤、超滤、纳滤的滤膜技术提取海藻及有经济价值的海洋生物，做为产品收集起来，同时海水也得到了净化。被净化后的海水送到净化海水池中储存待用。
上述的浓缩设备电渗析(ED)4，能将含盐浓度为3.5％的海水原水，浓缩成10％的含盐浓度19.25％的浓盐水，其余90％盐水被稀释成含盐浓度只有1.75％的淡盐水，这些淡盐水被输送到下道工序的淡水设备反渗透膜(RO)5中被进一步淡化。而10％的浓盐水经低温蒸发提浓设备4.1再次提浓，制出含盐浓度达到26％的洁净饱和盐水4.2，低温蒸发提浓设备4.1提浓过程中所产生的蒸汽，经蒸馏水回收设备4.4提取出医用蒸馏水。洁净饱和盐水4.2可作为商品直接销售，它是很多化工行业的原料和食品工业的原料。也可以利用饱和盐水4.2提取氯(Cl)、钠(Na)、镁(Mg)、硫(S)、钙、(Ca)、钾(K)、溴(Br)、碳(C)、锶(Sr)、硼(B)、氟(F)、铀(U)、金(Au)、锂(Li)等著多元素物质或多种无机盐产品如：石膏(CaSO4·2H2O)、芒硝(Na2SO4·10H2O)、食盐(NaCl)、氯化钾(KCl)、氯化镁(MgCl2)、碳酸镁(MgCO3)、硫酸钠(Na2Co3)、硫酸镁(MgSo4)、硫酸钠(Na2So4)、硫酸钙(CaSo4)氧化镁(MgO)等或直接加工成碱(NaoH)或生产营养保健食盐(结晶袋装或液态瓶装)出售。
上述的淡化设备反渗透膜(RO)5，将从上道工序引入的90％淡盐水进行深度淡化，其中有45％水通过淡化后含盐浓度还不到500mg/L而成为淡水，这些淡水流还带有很高的压力，被引导入2号能量回收设备6中。另外45％的淡盐水的含盐浓度从1.75％被提浓到3.5％，与海水原水的含盐浓度一致，也因带有很高的压力将其引入1号能量回收设备5.1中，将余压能量全部回收后被输送返回到净化海水池2中，供循环生产用，整个生产流程的水一点一滴也不外排。
上述的2号能量回收设备6，利用从上道工序输送来的45％淡水的余压进行能量回收，汇集1号、2号的能量回收设备所回收的全部能量，可节省整个生产工艺中35％的耗电量，极大的降低能耗。
上述的水源热泵7利用从2号能量回收设备6排出的全部淡水的余温，从中提取10℃～15℃热量并吸收积聚交换出90℃的热媒，先供给低温蒸发提浓设备4.1作为热源后再输送到净化海水池2，将海水原水加热到25℃，夏季可通过空调机制冷供给城市公建与住宅。这样，从海水原水到淡水的全部工艺过程的所有资源都被取尽用完，实现了最经济的工艺流程，降低了淡水的生产成本。
上述的淡水净化处理8，是对所获取的45％淡水做最后应用净化，通过灭菌和调整PH值和其它微量元素，以达到工业生产用淡水标准或“国家生活饮用水水质标准”(GJ3020-1993)，要生产瓶装水要达到“国家生活饮用水水质标准”(GJ3020-1993)和卫生标准(GB17324-1998)。
上述的整个生产工艺过程中，凡是与盐水有关的管道设备与配件，都必须具备耐盐蚀的特性。
上述如此组合构成本发明的综合利用高效益零排放的海水淡化组合生产工艺方法，对现今同行业的技术人员来说均具有许多可取之处，而确实具有进步性，克服了以往各种海水淡化生产工艺技术中的缺点和不足。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述提示的生产工艺技术内容加以变更或修饰为等同变化的等效实施例，但是凡是末脱离本发明技术方案内容，依据本发明的组合生产工艺方法的实质对以上实施所作的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (8)
1、一种综合利用高效益零排放的海水淡化组合生产工艺方法，其特征在于是以取盐为主，取水为副，实现综合利用为目的，生产工艺可安排先浓缩取盐后淡化取水(也可以先淡化取水后浓缩取盐)，首先通过对海水予处理实现海水净化并从中提取海藻，将净化过的海水送到净化海水池中储存，用泵提送净化海水进入加工程序：先运用浓缩和提浓加工方法，提取出含盐浓度达到26％～28％的洁净饱和盐水(一般海水原水平均含盐浓度为3.5％)，再应用饱和盐水去有选择的加工盐化工产品，实现综合利用；经浓缩提取饱和盐水后剩余的淡盐水，对其进行淡化，经过淡化方法加工后，从中提取出含盐量低于500mg/L达到可饮用标准的淡水，使另外余下的淡盐水的含盐浓度提增到3.5％，恢复到与海水原水含盐浓度相同，将这些盐水用泵送到净化海水池中循环使用，一点一滴不排放，实现零排放，在整个生产工艺过程中，对各工序中所产生的余能与余热全部回收，降低能耗和运行成本。
2、根据权利要求1所述的综合利用高效益零排放的海水淡化组合生产工艺方法，其特征在于其中所述的海水予处理，是将海水沉淀除浊，灭菌除藻，消除胶体，溶解气体、软化水质，经过膜滤净化并将海藻及有经济价值的海洋生物作为产品收集起来，净化后的海水存放到净化海水池中，水温要求达到25℃。
3、根据权利要求1所述的综合利用高效益零排放的海水淡化组合生产工艺方法，其特征在于其中所述的对海水浓缩与提浓方法有多种：如电渗析(ED)法、离子交换法、电去离子(ED1)法、辐射法、压渗法、热蒸法。
4、根据权利要求1所述的综合利用高效益零排放的海水淡化组合生产工艺方法，其特征在于其中所述的用洁净饱和盐水加工盐化工产品是指从盐水中提取氯(Cl)、钠(Na)、镁(Mg)、硫(S)、钙(Ca)、钾(K)、溴(Br)、碳(C)、锶(Sr)、硼(B)、氟(F)、铀(U)、金(Au)、锂(Li)等著多元素物质和加工出氯化钠(NaCl)、氯化钾(KCl)、氯化镁(MgCl)、碳酸镁(MgCo3)、碳酸钠(Na2Co3)、硫酸镁(MgSo4)、硫酸钠(Na2So4)、硫酸钙(CaSo4)等蓍多无机盐产品，或直接加工成碱(NaoH)，或生产营养保健食用盐，或直接向化工厂与食品加工厂提供洁净饱和盐水。
5、根据权利要求1所述的综合利用高效益零排放的海水淡化组合生产工艺方法，其特征在于其中所述的淡化方法有多种：如反渗透RO膜法、各种膜分离法、多级闪蒸(MSF)法、低温多效蒸馏(LT-MED)法、压气蒸馏(VC)法、水合物法、电容吸附法、溶剂萃取法、核能海水淡化法等。
6、根据权利要求1所述的综合利用高效益零排放的海水淡化组合生产工艺方法，其特征在于其中所述的经过淡化方法加工后，提取出淡水后所剩余下来的盐水的含盐浓度提增到3.5％，恢复到与海水原水含盐浓度相同，将这些盐水用泵送到净化海水池中循环使用，是指在工艺设计中，一定要确保提取淡水后所剩余的盐水含盐浓度必须达到与海水原水的含盐浓度一致，只有这样才能保证在连续不断的循环生产中净化海水池中的原水含盐浓度是永远不变的恒定值，这样才能实现整个生产工艺过程中的自动化控制。
7、根据权利要求1所述的综合利用高效益零排放的海水淡化组合生产工艺方法，其特征在于其中所述的在整个生产工艺过程中，对各工序中所有剩余的能量和热量都予以回收，是指在各个加工设备排出的水流余压在P≥0.2Mpa以上的都要回收，如：反渗透RO膜的工作压力一般都在P＝3～6Mpa，出口余压一般都在P＝2～5Mpa以上，要应用能量回收装置进行能量回收，回收的方法有：水力涡轮增压器，压力交换器，射流发电机等，热量回收是指经淡化工序所提取出的淡水温度平均在20℃左右，应用水源热泵技术，从淡水中置换吸收出10℃～15℃的热量，利用这些热能可在天气寒冷时给净化海水池中的原水加热，或将水源热泵所置换出的热能提供给住宅和公共建筑的空调机组做能源。
8、根据权利要求1所述的综合利用高效益零排放的海水淡化组合生产工艺方法，其特征在于可按用户的要求对生产工艺做适当的调整和增减，但无论如何变化都要遵循三个原则：一是要综合利用，以提取海洋生物制品和盐化工制品为主，兼得淡水，获得高经济效益，二是海水要全部循环使用一点一滴不外排，实现零排放；三是要在整个生产工艺过程中对所有的余能和余热全部回收，降低能耗和生产成本。
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