CN101323489A - 海水深度预处理装置 - Google Patents

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唐鹏
吴燕
张冠军
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Abstract

本发明是一种海水淡化深度预处理的装置，属于海水淡化技术领域。装置主要包括平流混凝反应池、斜板沉降池、板框压滤机和酸度调节池。海水由泵打入高位槽，经管道流入平流混凝反应池，同时由加药管加入少量或微量高效絮凝剂、助凝剂和碱化剂，混凝后海水经过沉降池，离心机和酸度调节池后出水。利用絮凝作用和氢氧化镁的吸附作用，从而达到降低海水的浊度、污染密度指数(SDI)、有机物(COD)以及微生物含量等目的。本工艺实现了连续化深度预处理海水，具有效率高、运行成本低、操作简便、易于工业化生产的优点，且联产高价值副产物。该工艺的实现将推动反渗透在海水淡化中的应用。

Description

海水深度预处理装置
技术领域
本发明属于海水除浊预处理领域，涉及一套深度预处理装置，对海水的深度预处理进行连续性操作，同时联产氢氧化镁浆料，适合采用反渗透装置对海水进行淡化时的预处理。
背景技术
当今世界大多数地区淡水水资源严重短缺，我国也是世界上淡水资源严重短缺的国家之一。我国有着绵延数千公里的海岸线，有着丰富的海水资源，开发利用海水已成了当今水资源利用的大势所趋。目前，要求对海水进行深度除浊预处理的产业很多，尤其以海水淡化最为社会各界所关注。
近年来，海水淡化开始普遍采用反渗透技术，该技术的核心部件是反渗透膜，膜对进水的水质要求较高，若未经预处理的海水直接进入反渗透，会很快污染反渗透膜，并降低膜的寿命，增加海水淡化的成本，经济性差。尽管国内已经出现多例海水淡化示范工程，但专门对海水进行深度预处理的极少见报。因此，对海水进行深度预处理，把海水的各项指标降到高效反渗透所需的范围，减少膜污染，增加膜使用寿命，有重大的现实意义和经济意义。
渤海沿岸水域的海水污染比较严重，水中既有悬浮物、胶体和溶解性物质，还有大量有机物、微生物、细菌、藻类等污染物质，该装置不仅能够达到良好的除浊效果，同时还在杀菌、降低Suspended Solids(SS)、Silt Density Index(SDI)、COD等方面有显著的效果。
此外，本设计还联产氢氧化镁浆料，氢氧化镁作为一种环境友好型的酸性物质中和剂，有极高的使用价值和广阔的应用前景。
发明内容
本发明针对渤海海水污染严重的水质现状，设计了一套海水深度预处理装置，使处理后水质达到反渗透进水指标，从而减缓反渗透膜污染和延长使用寿命。
本发明利用预处理过程生成的金属氢氧化物的吸附作用，降低混凝剂用量和提高混凝效果，从而提高出水水质(浊度、COD、SDI)，并联产具有较高工业价值的副产物。
本发明的海水深度预处理工艺包括以下几个步骤：
(1)混凝反应：将海水引入平流混凝反应池，同时投加絮凝剂(PFC、PFS、PAC、PAFC中的一种)、碱化剂(NaOH、Ca(OH)2、NH3·H2O中的一种)和助凝剂(PAM或其它)，使海水与药剂在反应池内充分均匀混合，并施以适当搅拌。
(2)沉降分离：平流混凝反应池出水进入斜板沉降池，絮体沉降后，上层清液溢流进酸度调节池，底层浆料送入压滤机。
(3)板框压滤：絮体从斜板沉降池底部排出由泵送进板框压滤机，过滤后，滤液进酸度调节池，滤渣即为所得副产物(氢氧化镁)。
(4)酸度调节：用A酸(H2SO4、HCl、醋酸、磷酸中的一种)调节出水酸度至高效反渗透所需pH范围，出水。
装置介绍：本发明所提供的海水深度预处理装置包括带三个带搅拌的平流混凝反应池、斜板沉降池、板框压滤机和酸度调节池，在第一反应池的侧中部设有进水管和加药管。
在上述海水深度预处理工艺中，所述的平流混凝反应池中设有搅拌器，以保证各个部分所需的返混程度(用G值衡量)。所述的斜板沉降池部分设有一定角度一定间距分布的若干斜板。
附图说明
图1为本发明的工作流程图。
1高位槽；2，3，4平流混凝反应池；5定量加液器；6斜板沉降池；7酸度调节池；8板框压滤机；9出水；10离心泵；11螺杆泵。
具体实施方式
本装置实施中采用海水为渤海海水，海水的浊度较高，海水中有较多的悬浮物和有机物，进行反渗透处理时严重污染反渗透膜，降低膜寿命。利用本装置对海水进行深度预处理后，可有效降低膜污染和延长膜寿命。因此本装置具有很高应用价值和现实意义。
本工艺的实施流程为：
海水由泵送至高位槽1，然后经管道进平流混凝反应池2，同时由定量加液器5投加絮凝剂、助凝剂和碱化剂到池2，这一阶段要求强烈搅拌(700S-1＜G＜1000S-1)，经充分混合后的海水以平流方式进入反应池3，絮体在反应池3内长大，在反应池3中搅拌强度较反应池2为低(20S-1＜G＜70S-1)，停留一定时间后以平流方式进入反应池4，絮体在反应池4进一步增大，反应池4低速搅拌。
经混凝反应后的海水由反应池4底部进入斜板沉降池6，为提高沉淀效率，该池中安装一定间距和倾斜角度的均匀分布的挡板。在池6中沉降一定时间后固液分离，得到上层清液和底部浆料。上层清液溢流至酸度调节池7，底部絮体浆料由泵送入板框压滤机8。
压滤液由管道输送至酸度调节池7，压滤渣作为副产品收集。调节酸度调节池内清水的pH值至高效反渗透所需pH范围。由管道9出水。
实例一
为了考察装置对海水的预处理效果，控制不同的海水流量，室温下连续运行一段时间后测量出水水质。进水水质如表一所示，处理结果如表二所示。
表一进水水质指标
  水质指标  浊度(NTU)     pH   水温(℃)    总硬度(g/L)  CODMn(mg/L)
  值  43.2     7.96   23.7    5.77  5.3
表二海水流量对出水水质的影响
Figure A20071005760900051
实验中，浊度和SDI15是重点考察的参数，反渗透进水要求：浊度＜1.0NTU，SDI15＜5，CODMn＜5.0mg/L，从实验结果可以看出，利用本装置，当海水流量在1.0-1.25mL/s时，出水的浊度和SDI15值较低。
实例二
为了考察装置对海水的预处理效果，控制不同的PAM投加量，室温下连续运行一段时间后测量出水水质。进水水质如表三所示，处理后水质见表四。
表三进水水质指标
  水质指标  浊度(NTU)     pH   水温(℃)    总硬度(g/L)   CODMn(mg/L)
  值  35.7     8.04   24.3    5.80   4.8
表四PAM投加量对出水水质的影响
表四的数据表明，PAM投加量在较低(0.7-1.0mg/L)和较高(4.0-7.0mg/L)时，出水水质较好，浊度范围为0.3-0.85NTU，SDI15范围为2.4-3.6。
实例三
为了考察装置对海水的预处理效果，控制不同的反应pH，室温下连续运行一段时间后测量出水水质。进水水质如表五所示，处理结果如表六所示。反应池pH对出水水质的影响如表四所示。
表五进水水质指标
  水质指标  浊度(NTU)     pH   水温(℃)    总硬度(g/L)  CODMn(mg/L)
  值  48.5     8.10   24.6    5.73  4.7
表六反应池pH对出水水质的影响
Figure A20071005760900062
Figure A20071005760900071
表六的数据表明在反应池pH为10.5-11.5的酸度范围内，出水水质的浊度和SDI都较低，且相对稳定，满足反渗透进水浊度＜1.0NTU，SDI15＜5，CODMn＜5.0mg/L的要求。
实例四
为了考察装置对海水的预处理效果，控制不同的絮凝剂投加量，室温下连续运行一段时间后测量出水水质。进水水质如表七所示，处理结果如表八所示。
表七进水水质指标
  水质指标  浊度(NTU)   pH   水温(℃)   总硬度(g/L)   CODMn(mg/L)
  值  37.0   8.14   25.2   5.79   4.6
表八絮凝剂投加量对出水水质的影响
Figure A20071005760900072
表八的结果表明，絮凝剂PFC投加量在6.0-10.0mg/L时，利用本装置的得到的出水水质较好，浊度在0.8NTU以下，SDI15＜5.0。
通过单因素实验和大量的数据表明，本专利涉及的装置对海水进行深度预处理后，浊度、SDI15、CODMn均达到了反渗透进水水质指标。处理效果较优的条件为：海水流量1.0-1.25mL/s，PAM投加量为0.7-1.0mg/L或4.0-7.0mg/L，反应池pH控制在10.5-11.5之间，搅拌速度要求满足：700S-1＜G1＜1000S-1，20S-1＜G2＜70S-1即可。
其中，G＝(gh/μT)1/2，式中，g-重力加速度，9.8m/s2；h-混凝设备的水头损失，m；μ-运动黏性系数，m2/s；T-水流在混凝设备中的停留时间，s。

Claims (6)

1、本发明海水深度预处理装置的特征在于，其方法包括以下几个步骤：
(1)混凝反应：将海水引入平流混凝反应池，同时投加絮凝剂、碱化剂和助凝剂，使海水与药剂在反应池内充分均匀混合，并施以适当搅拌。
(2)沉降分离：平流混凝反应池出水进入斜板沉降池，絮体沉降后，上层清液溢流进酸度调节池，底层浆料送入压滤机。
(3)板框压滤：絮体从斜板沉降池底部排出由泵送进板框压滤机，过滤后，滤液进酸度调节池，滤渣即为所得副产物(氢氧化镁)。
(4)酸度调节：用A酸调节出水酸度至高效反渗透所需pH范围，出水。
2、根据权利要求1所述的混凝反应装置，其特征在于，采用平流混凝反应池，控制不同的停留时间，并设置有三级搅拌控制搅拌强度。
3、根据权利要求1所述的沉降分离装置，其特征在于，安装一定间距和倾斜角度(60°)的挡板若干。
4、根据权利要求1所述的板框过滤，其特征在于，得到极具工业价值的副产物氢氧化镁，且滤液和上层溢流清液水质相当。
5、根据权利要求1所述的酸度调节，其特征在于，调节后海水pH在反渗透高效范围。
6、如权利1、2、3、4、5所述，经本装置处理后海水可直接用于海水淡化反渗透进水，并得到环境友好型酸性物质中和剂氢氧化镁。
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