CN101402494B - 海洋深层水提取浓缩液的系统及其提取工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种海洋深层水的综合利用。本发明公开了一种海洋深层水提取浓缩液的系统及其提取工艺，系统包括预处理净化设备、高浓度浓缩液处理设备、低浓度浓缩液处理设备、锅炉、消毒设备、灌装设备；工艺：1)海洋深层水预处理；2)高浓度浓缩液处理；3)低浓度浓缩液处理；本发明能做到不添加化学物质，保证了海洋深层水提取的浓缩液的质量；本发明可以有效地降低浓缩水的胶体物质，能最大限度地保留海水中的微量元素。

Description

海洋深层水提取浓缩液的系统及其提取工艺

技术领域

本发明涉及一种海洋深层水的综合利用。具体涉及一种海洋深层水提取浓缩液的系统。本发明还涉及一种海洋深层水提取浓缩液的提取工艺。

背景技术

深海健康饮用水水源的补给必须来自海水。而且深海健康饮用水主要利用及其功效主要来源于海水中矿物元素。因此我们首先对海水的矿物盐组成大致有所了解。

海水中溶解各种盐分，以其来源看，海水应含有地球上所有的元素，但限于分析技术水平，目前仅测定了80多种，这些元素构成海水中各种有机物和无机物。溶于海水的化学元素虽多，但其含量差别极大。除了组成水的氢和氧以外，每千克海水中含量在1mg以上的元素有氯、钠、镁、硫、钙、钾、溴、碳、锶、硼、硅和氟一共12种。它们约占海水中全部元素的99.9％，它们形成了5种阳离子Na+、k+、Ca2+、Mg2+和Sr2+，以及6种阴离子Cl-、SO42-、Br-、HCO3-、CO32-和F-，共11种离子成分，分别称为海水中大量元素和主要成分。由于这些成分在海水中的含量较大，各成分浓度间的比值近似恒定，生物活动对其浓度影响不大，在海水中性质比较稳定，又称为保守元素。但其中的Si虽然含量超过1mg/kg，但由于其含量受生物活动的影响较大，性质也不稳定，不属于保守元素。除12种大量元素之外的几十种元素，一般称为微量元素。磷、氮、硅等对海洋植物生长有关的元素，称为营养元素，当其含量很低时，会限制植物的正常生长，研究这些元素分布变化对海洋综合利用有重要意义。海水中主要离子组成见表1。

表1海水中主要离子(S＝35)

注：S为盐度

工业用海水淡化工程对海水水源选择一般不严格，深海健康饮用水用途对海水源的水质要求严格。一是要求干净，没有污染。二是水质稳定。而所取水源要远离城市、远离港口、远离污染工厂，其周围海域常年没有污染。国际上作为深海健康饮取水点有二种方法：第一是直接取自200米以下海水。国际上有标准，低于200米以下的海水称为深海水，其水源干净污染程度小，甚至病源微生物均不生长，水温低且水质稳定。第二是沿海岸打深井取海水。源水矿物元素组成与海水相同。

经过海水向陆地横向自然岩层过滤，和深井的岩石垂直自然过滤，经过二次自然过滤，水质天然洁净温度低，没有微生物、藻类生长及其它有机与无机有害物质存在，而且常年平均水温低于10℃以下。

所以打深井取海水是值得提倡的方法，但打井不是越深越好，而且一定防止把深井中淡水误当成海水。

目前海水的综合利用，是采用自然晒盐的方法制备食盐，然后再对盐卤等用一些化学、电化学、离子交换和吸附或加入药品、进行化学反应等方法提取盐卤中的固体物质。因此现有的技术不能有效地去除海水中的有机污染物，在海水加工时常常加入一些物质，提取海水的固形物。如投加混凝剂和氯消毒剂，影响了海水的质量。

发明内容

本发明的目的是提供一种不使用化学物质，能有效降低海洋深层水中的有机污染物的海洋深层水提取浓缩液的系统。本发明的目的还提供一种海洋深层水提取浓缩液的提取工艺。

为了达到上述目的，本发明有如下技术方案：

本发明的一种海洋深层水提取浓缩液的系统，包括预处理净化设备、高浓度浓缩液处理设备、低浓度浓缩液处理设备、锅炉、消毒设备、灌装设备，所述预处理净化设备与高浓度浓缩液处理设备连接，高浓度浓缩液处理设备与低浓度浓缩液处理设备连接，高浓度浓缩液处理设备、低浓度浓缩液处理设备通过消毒设备与灌装设备连接，锅炉分别与高浓度浓缩液处理设备和消毒设备连接，所述预处理净化设备包括贮水罐、原水泵、机械过滤器、臭氧发生器、活性炭过滤器、保安过滤器、高压泵、反渗透过滤器，所述高浓度浓缩液处理设备包括浓水罐、超滤器、四级减压蒸馏器、离心机、高浓度的浓缩液储罐、淡水罐、真空泵，所述低浓度浓缩液处理设备包括除氯化钠的电渗析装置、低浓度的浓缩液储罐，其中，贮水罐通过原水泵与机械过滤器连接，机械过滤器与活性炭过滤器连接，臭氧发生器与机械过滤器、活性炭过滤器之间的水管连接，活性炭过滤器与保安过滤器连接，保安过滤器通过高压泵与反渗透过滤器连接；浓水罐通过浓水泵与超滤器连接，超滤器分别与除氯化钠的电渗析装置、四级减压蒸馏器连接，四级减压蒸馏器与离心机连接，离心机与高浓度的浓缩液储罐连接，淡水罐与真空泵连接，真空泵位于超滤器和四级减压蒸馏器之间；除氯化钠的电渗析装置与低浓度的浓缩液储罐连接；所述反渗透过滤器分别与浓水罐和淡水罐连接，所述锅炉分别与四级减压蒸馏器和消毒设备连接，高浓度的浓缩液储罐和低浓度的浓缩液储罐通过消毒设备与灌装设备连接。

本发明的一种海洋深层水提取浓缩液的提取工艺，有如下步骤：

1)、海洋深层水预处理：a将低于200米以下的海洋深层水放入贮水罐中，由原水泵加压后经过机械过滤器粗过滤，除去水中的可见颗粒和一些胶体颗粒；b臭氧发生器产生臭氧加入到粗过滤的水中，杀灭水中的原生动物和微生物，促进水中的有机物的分解以及铁和锰的氧化；c采用活性炭过滤器过滤，去除原水中的悬浮杂质、有机物、细菌、铁和锰，除去多余的臭氧和还原溴酸盐；d采用保安过滤器过滤，其过滤精度小于1μm，再通过高压泵进入反渗透装置，其分离出来的淡水作为冷却水，进入淡水贮水罐，其分离出来的浓水进入浓水贮水罐；

2)、高浓度浓缩液处理：经过步骤1)反渗透装置出来的浓水经过超滤器去除水中的5000-10000分子量的物质，经过四级减压蒸馏器负压低温蒸馏，用离心机，将水中的氯化钠去除，得到的高浓缩的浓缩液经过消毒设备的80℃温度消毒后罐装即为高浓度浓缩液成品；

3)低浓度浓缩液处理：经过步骤1)反渗透装置出来的浓水经过超滤器去除水中的5000-10000分子量的物质，采用除氯化钠的电渗析装置，除去浓水中的80％以上的氯化钠和部分溴化物，即得到低浓度的浓缩液，同样也用消毒设备的80℃的温度进行消毒处理，罐装后即为低浓度浓缩液成品。

由于采取了以上技术方案，本发明的优点在于：

1、本发明的海洋深层水预处理净化，采用了臭氧发生器、活性炭过滤器，一方面可以杀灭水中的各种生物，另一方面臭氧可以将海水中的一些有机物分解，以利于活性炭吸附和去除，能做到不添加化学物质，保证了海洋深层水提取的浓缩液的质量。

2、本发明的高浓度浓缩液处理采用了过滤精度高的超滤器对浓缩水进行过滤，可以截留分子量为10³～10⁶的物质，与常规的处理相比，设计易于标准化，操作易于自动化，节省能耗和人力，特别是可以有效地降低浓缩水的胶体物质。

3、本发明能最大限度地保留海水中的微量元素。

附图说明

图1为本发明总体结构的方框示意图。

图中：1、贮水罐；2、原水泵；3、机械过滤器；4、臭氧发生器；5、活性炭过滤器；6、保安过滤器；7、反渗透过滤器；8、高压泵；9、浓水罐；10、超滤器；11、四级减压整流器；12、离心机；13、高浓度的浓缩液储罐；14、淡水罐；15、泵；16、真空泵；17、锅炉；18、浓水泵；19、除氯化钠的电渗析装置；20、低浓度的浓缩液储罐；21、消毒设备；22、灌装设备。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

参见图1，本发明的一种海洋深层水提取浓缩液的系统由贮水罐1、原水泵2、机械过滤器3、臭氧发生器4、活性炭过滤器5、保安过滤器6、高压泵8、反渗透过滤器7、浓水罐9、超滤器10、四级减压蒸馏器11、离心机12、高浓度的浓缩液储罐13、淡水罐14、真空泵16、除氯化钠的电渗析装置19、低浓度的浓缩液储罐20、锅炉17、消毒设备21、灌装设备22，其中，贮水罐1通过原水泵2与机械过滤器3连接，机械过滤器3与活性炭过滤器5连接，臭氧发生器4与机械过滤器3、活性炭过滤器5之间的水管连接，活性炭过滤器5与保安过滤器6连接，保安过滤器6通过高压泵8与反渗透过滤器7连接；浓水罐9通过浓水泵18与超滤器10连接，超滤器10与四级减压蒸馏器11连接，四级减压蒸馏器11与离心机12连接，离心机12与高浓度的浓缩液储罐13连接，淡水罐14与真空泵16连接，真空泵16位于超滤器10和四级减压蒸馏器11之间；除氯化钠的电渗析装置19与低浓度的浓缩液储罐20连接；所述反渗透过滤器7分别与浓水罐9和淡水罐14连接，所述锅炉17分别与四级减压蒸馏器11和消毒设备21连接，高浓度的浓缩液储罐13和低浓度的浓缩液储罐20通过消毒设备21与灌装设备22连接。

海水有害物质从其存在形态分为颗粒状和溶解状。通常以0.45μm滤膜过滤。通过物质称为溶解态，而被截流的物质称颗粒物质。颗粒物质包括无机和的机不溶物，例如悬浮物胶体、活的细菌植物藻类、原生动物、后生动物等。水体中菌类和藻类小的尺寸小于0.2μm，大的可达十几μm，它们容易在水体中、管道中、膜表面和淡化设备中大量繁殖，与水体中悬浮颗粒物一起堵塞膜和管道，影响出水质量和减小出水量。

参见图1，针对上述情况，本发明的一种海洋深层水提取浓缩液的提取工艺如下：

(1)海洋深层水预处理—净化处理：

海洋深层水放入贮水罐1中，由原水泵2加压后经过机械过滤器3粗过滤，除去水中的可见颗粒和一些胶体颗粒；臭氧发生器产生臭氧加入到水中，一方面杀灭水中的原生动物和微生物，另外促进水中的有机物的分解、铁和锰的氧化，经过活性炭过滤器5后才能增强过滤效果和除去多余的臭氧和还原溴酸盐；海水进一步经过保安过滤器6其过滤精度小于1μm，再通过高压泵进入反渗透过滤器7，其分离出来的淡水作为冷却水，进入淡水罐14；而浓水进入浓水罐9。

(2)高浓度浓缩液处理：

反渗透出来的浓水经过超滤器10去除水中的5000-10000分子量的物质，经过四级减压蒸馏器11负压低温蒸馏，用离心机12，将水中的氯化钠去除，得到的高浓缩的浓缩液经过80℃温度消毒后罐装即为成品。

(3)低浓度浓缩液处理：

反渗透出来的浓水经过超滤器10去除水中的5000-10000分子量的物质，用专门化的除氯化钠的电渗析装置19，除去浓水中的80％以上的氯化钠和部分溴化物，即得到低浓度的浓缩液，同样也用80℃的温度进行消毒处理，罐装后即为成品。

机械过滤器3主要针对水中的悬浮颗粒物、部分有机物、胶体物质截留除去。因此机械过滤器3中的滤料主要采用大理石、石英砂、钛沙、陶丽材料对水进行处理，其选用的颗粒要求机械强度高，化学性质稳定、抗海水的腐蚀、抗冲击负荷能力强。

由于海水中含有一些原生动物、藻类、各种微生物，因此在对海洋深层水进行处理时杀生处理是一个很重要的步骤。传统的海水处理工艺常常向海水中投加混凝剂和氯消毒剂，由于这些物质对海洋深层水的水质具有不利的作用，所以本工艺主要采用臭氧发生器4和活性炭过滤器5，一方面可以杀灭水中的各种生物，另一方面臭氧可以将海水中的一些有机物分解，以利于活性炭吸附和去除。

保安过滤器7属于微滤，它是使用压力为动力的筛分过程，它属于精密过滤，即采用微滤膜，其孔径范围一般0.05～10μm，其特点是过滤精密度高、滤速快、吸附量小、天介质脱落等。

由于预处理的过滤精度较差，一些大分子的有机物或水处理设备和管道形成的二次污染物也随着淡化的过程进入到浓缩水中，因此采用过滤精度高的超滤器10对浓缩水进行过滤。超滤器10采用超滤膜，该超滤膜一般可以截留分子量为103～106的物质，与常规的处理相比，设计易于标准化，操作易于自动化，节省能耗和人力等优点，特别是可以将浓缩液的胶体物质有效地降低，有些矿物盐的颗粒有效地去除。

消毒设备—为灭菌器，海洋深层水在电加热容器中加热到85～90℃保持20～30min。

四级减压蒸馏器—每一级的减压蒸馏器都采用水冷却，抽真空的来达到负压状态进行蒸馏。因此真空泵在工作时，需要冷却水才能最大程度地进行工作，一般循环水的温度控制在10～20℃

除氯化钠电渗析装置—主要原理是以直流电为推动力，利用阴离子交换膜和阳离子交换膜对海洋深层水中的钠离子和氯离子、硫酸根离子进行脱除。这种除氯化钠的电渗析器对水中的氯化钠有较强的针对性，水中的Na⁺向阴极方向迁移，与水分解出来的H⁺形成NaOH从阴极流出；而水中的Cl^-和SO₄ ²⁺与水分解出来的OH^-成为HCl和HSO₄从阳极中流出来。经过反复循环后，水中的Na⁺、Cl^-、和SO₄ ²⁺逐渐降低。

反渗透过滤器—反渗透是将水和离子分离，从而达到纯化和浓缩的目的。海洋深层水采用单极反渗透，反渗透过滤器包括：保安过滤器、高压泵和膜组件。水经过保安过滤器后，经过高压泵，使水进入反渗透膜，产出的浓水，大约为原海水的1/3，收集后进入下一个工序，而淡水进入冷却水罐，作为冷却水使用。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (2)

1.一种海洋深层水提取浓缩液的系统，其特征在于：包括预处理净化设备、高浓度浓缩液处理设备、低浓度浓缩液处理设备、锅炉、消毒设备、灌装设备，所述预处理净化设备与高浓度浓缩液处理设备连接，高浓度浓缩液处理设备与低浓度浓缩液处理设备连接，高浓度浓缩液处理设备、低浓度浓缩液处理设备通过消毒设备与灌装设备连接，锅炉分别与高浓度浓缩液处理设备和消毒设备连接，所述预处理净化设备包括贮水罐、原水泵、机械过滤器、臭氧发生器、活性炭过滤器、保安过滤器、高压泵、反渗透过滤器，所述高浓度浓缩液处理设备包括浓水罐、超滤器、四级减压蒸馏器、离心机、高浓度的浓缩液储罐、淡水罐、真空泵，所述低浓度浓缩液处理设备包括除氯化钠的电渗析装置、低浓度的浓缩液储罐，其中，贮水罐通过原水泵与机械过滤器连接，机械过滤器与活性炭过滤器连接，臭氧发生器与机械过滤器、活性炭过滤器之间的水管连接，活性炭过滤器与保安过滤器连接，保安过滤器通过高压泵与反渗透过滤器连接；浓水罐通过浓水泵与超滤器连接，超滤器分别与除氯化钠的电渗析装置、四级减压蒸馏器连接，四级减压蒸馏器与离心机连接，离心机与高浓度的浓缩液储罐连接，淡水罐与真空泵连接，真空泵位于超滤器和四级减压蒸馏器之间；除氯化钠的电渗析装置与低浓度的浓缩液储罐连接；所述反渗透过滤器分别与浓水罐和淡水罐连接，所述锅炉分别与四级减压蒸馏器和消毒设备连接，高浓度的浓缩液储罐和低浓度的浓缩液储罐通过消毒设备与灌装设备连接。

2.一种海洋深层水提取浓缩液的提取工艺，其特征在于有如下步骤：

1)、海洋深层水预处理：a将低于200米以下的海洋深层水放入贮水罐中，由原水泵加压后经过机械过滤器粗过滤，除去水中的可见颗粒和一些胶体颗粒；b臭氧发生器产生臭氧加入到粗过滤的水中，杀灭水中的原生动物和微生物，促进水中的有机物的分解以及铁和锰的氧化；c采用活性炭过滤器过滤，去除原水中的悬浮杂质、有机物、细菌、铁和锰，除去多余的臭氧和还原溴酸盐；d采用保安过滤器过滤，其过滤精度小于1μm，再通过高压泵进入反渗透装置，其分离出来的淡水作为冷却水，进入淡水贮水罐，其分离出来的浓水进入浓水贮水罐；

2)、高浓度浓缩液处理：经过步骤1)反渗透装置出来的浓水经过超滤器去除水中的5000-10000分子量的物质，经过四级减压蒸馏器负压低温蒸馏，用离心机，将水中的氯化钠去除，得到的高浓缩的浓缩液经过消毒设备的80℃温度消毒后罐装即为高浓度浓缩液成品；

3)低浓度浓缩液处理：经过步骤1)反渗透装置出来的浓水经过超滤器去除水中的5000-10000分子量的物质，采用除氯化钠的电渗析装置，除去浓水中的80％以上的氯化钠和部分溴化物，即得到低浓度的浓缩液，同样也用消毒设备的80℃的温度进行消毒处理，罐装后即为低浓度浓缩液成品。

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