CN101462805A - 一种采用离子交换去硼的海水淡化方法及成套装置 - Google Patents

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Abstract

一种采用离子交换去硼的海水淡化方法及成套设备，它由海水预处理系统、反渗透淡化系统、膜再生系统、离子交换去硼系统四部分构成。海水预处理系统由微电解、砂滤和活性炭等设备单元构成。通过海水预处理系统除去海藻、海洋浮游生物、悬浮物、带电胶体、细菌从而获得净化海水的。反渗透淡化系统由然后泵入反渗透，经过反渗透脱盐得淡水和卤水(浓缩水)。离子交换去硼系统由淡水输送泵、阴离子交换塔、活性炭吸附塔、淡水贮罐等构成。采用本方法所得的淡水符合《生活饮用水卫生标准》GB5749－2006，可以直接作为生产和生活用水。

Description

一种采用离子交换去硼的海水淡化方法及成套装置
技术领域
本发明涉及一种海水淡化淡化方法及成套装置，特别涉及一种采用微电解对海水进行预处理、反渗透脱盐、离子交换去硼的海水淡化方法及成套装置。
背景技术
全球水的总储量为13.86亿km3，海水就占有96.5％，人类可取用的地表淡水和浅层地下淡水仅为0.79％，且随地域和季节变化分布极不均匀。淡水资源短缺已经成为21世纪的三大环境问题之一。因此，海水淡化和海水直接利用技术成为各国非常重视的高新技术，也是解决我国水资源危机的重要措施之一。向大海要水、要资源，是解决沿海(近海)地区淡水资源短缺的现实选择，也是实现水资源可持续利用，保障沿海地区经济社会可持续发展的重大措施，具有重大的现实意义和战略意义。海水中含有大量的盐，从海水中去除盐份，提取出淡水，是人类追求了几百年的梦想。早在世界大航海的时代，英国王室就曾悬赏征求经济合算的海水淡化方法。时至今日，海水淡化的方法已有数百种之多，主要有蒸馏法、冷冻法、反渗透法(通常又称超过滤法或膜法)、太阳能法、低温多效、多级闪蒸、电渗析法、压汽蒸馏、流通电容吸附法、露点蒸发法、水电联产、热膜联产等。这些方法，要么效率不高，要么能耗大，不经济。因此，从经济合算的标准衡量，仍然不尽如人意。
目前采用的传统的反渗透法主要包括海水预处理部分、反渗透脱盐淡化和膜的再生三个部分，其生产工艺：
海水→原水泵→储水池→水泵→絮凝→砂滤→紫外杀菌器→MF→一级反渗透过滤→二级反渗透过滤→臭氧消毒→淡水池→供水
传统的反渗透过滤淡化生产工艺的海水预处理采用加入絮凝剂对海水中海洋浮游生物、胶体物、固体颗粒进行沉淀后，再经过砂滤过滤，其缺点是生产中要加入絮凝剂，生产成本较高。此外，絮凝剂多为铝聚合物或铁聚合物，一部分与海洋浮游生物、胶体物、固体颗粒进行作用，形成沉淀排放在环境中，会造成一定程度的污染。另一部分溶解在海水中，会加重反渗透过滤的运行负担，使产水率下降。其优点是海水淡化的效率较高，规模可以根据需要进行个性化设计，生产能力大。因此，仅从理论角度而言，它似乎已经十分成熟，但是，从经济实用、投资、环保和海水综合资源利用这些方面综合分析，其仍然存在如下问题：
1、生产工艺流程长，占地大
现有的反渗透法对海水的预处理多采用絮凝预处理工艺，絮凝处理时，多需要一定的时间，为了保证连续运行，就需要建设多个絮凝池和沉淀池，不仅占地较多，而且生产工艺流程也较长。
2、淡化成本较高
①、在对海水预处理时，采用添加化学物质(絮凝剂)进行絮凝处理，增加了原料成本，使淡化水成本增加；
②、在对海水预处理时，采用絮凝处理工艺，生产工艺流程较长，设备投资较大，吨水(淡化水)折旧费较多；
③、在对海水预处理时，采用絮凝预处理工艺，生产工艺流程较长，设备运行能耗较大，吨水(淡化水)能耗较多，能耗成本大。
3、设备投资较大
由于在对海水进行预处理时，采用絮凝法，这种方法是对海水添加化学物质，使海水中的生物被杀死，海水中的大颗粒杂质与絮凝结合，形成较大颗粒而沉淀，再进一步经过砂滤等工序而沉降。这种海水预处理工艺一是预处理工艺比较长，二是因为添加的絮凝剂不能被完全沉淀，部分进入海水中，给反渗透膜的运行增加了负担，导致一级反渗透的淡化水质量不能满足生活水质量要求，从而需要两级或多级反渗透，因此，系统复杂，生产设备投资大。
4、海水资源难以综合利用
由于采用絮凝这一海水预处理工艺，添加的化学物质不能被完全沉淀，部分进入海水中，存在于海水淡化的浓缩水(卤水)中，给卤水综合利用增加了难度，使利用淡化后的卤水制盐没有经济意义。
5、污染环境
由于采用絮凝这一海水预处理工艺，添加的絮凝剂随海水预处理的沉淀和浓缩海水一起排放，从而对环境造成了一定的污染。
因以上问题，导致现有反渗透海水淡化设备的系统庞大，设备投资大，生产运行能耗比较高。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的问题，克服现有反渗透淡化技术的不足，提供一种利用微电解对海水进行预处理，反渗透过滤脱盐后，再用离子交换法除去硼的海水淡化方法和成套装置。
本发明所述的采用离子交换去硼的海水淡化方法及成套装置，包括如下系统：
(1)海水预处理系统：由取水泵、微电解罐、海水补充泵、砂滤罐、活性碳罐和微滤膜组件构成。海水经取水泵泵入微电解罐中进行微电解，使海洋浮游生物、悬浮物、胶体、细菌等形成更大颗粒并产生氧化性物质。形成更大颗粒并产生氧化物质经砂滤罐过滤和活性碳吸附罐吸附，未被砂滤罐过滤去除的固体杂质、浮游生物、胶体、细菌再经微滤过滤除去；
所述的海水预处理系统的微电解罐的工作电压为3V～48V，电流强度为3～50A海水中的海洋浮游生物、悬浮物、胶体、细菌等经过微电解处理，形成较大颗粒后，经过砂滤罐和活性炭罐过滤去除，微电解产生的氧化性物质经活性碳吸附塔吸附去除。
所述的海水预处理系统的膜管为孔径0.05～0.1μm的陶瓷膜、膜组件为管式膜组件，并带有可控制的清洗再生装置。
所述的海水预处理系统的微滤膜组件中的膜材料为截留分子量为200000道尔顿以上的有机膜或金属膜，膜组件为平板膜组件、管式膜组件或卷式膜组件，并带有定时自动清洗装置。
(2)海水反渗透脱盐淡化系统：由高压泵、反渗透膜组件组成。经过微滤膜组件过滤净化的海水经过高压泵泵入对氯化钠截留率为98％的反渗透膜组件，在操作压力差为1.5-2.0bar的条件下进行反渗透过滤，得淡水和卤水(浓缩水)。卤水(浓缩水)作为废水直接排入海洋中。
所述的海水反渗透淡化系统的反渗透膜为对氯化钠截留率为98％反渗透复合膜，其工作条件是：温度：常温～45℃，工作压力为3-75bar，压力差为1.5-2.0bar。
(3)膜清洗再生系统：由清洗液贮罐、清洗液截止阀、淡水贮罐、淡水截止阀、输液泵、清洗液输送管等构成。清洗再生系统的清洗液和反冲淡水共同一套输液泵，当输送清洗液时，关闭淡水阀，当输送淡水时，关闭清洗液阀。
(4)离子交换去硼系统：淡水输送泵、阴离子交换塔(柱)、活性炭吸附塔、淡水贮罐等构成。
所述采用常规反渗透复合膜脱盐所得的淡水由于所含的硼[B(OH)- 4]超过0.5％，不能满足《生活饮用水卫生标准》GB5749-2006的质量要求，因此，需将其经过淡水输送泵输入到阴离子交换塔(柱)吸附除去硼后，再经过活性碳吸附柱吸附，得符合《生活饮用水卫生标准》GB5749-2006的淡水。
附图说明
图1是本发明一种采用离子交换去硼的海水淡化方法及成套设备的示意图。
图2是本发明一种采用离子交换去硼的海水淡化方法及成套设备制备的淡化水的检测结果图。
具体实施例
具体实施例1
如图1所示，本发明所述的一种采用离子交换去硼的海水淡化方法及成套设备包括海水预处理系统、海水反渗透淡化系统和膜清洗再生四个系统组成。
所述的海水预处理系统包括：取水泵11、微电罐12、海水补水阀13、砂滤池(罐)14、活性碳过滤池(罐)15、高压泵16和微滤系统17。微电解罐12和微滤系统17的电流输入端与供电系统的输出端联接。微电解罐12的工作电压为36V，电流为10A，微滤系统12工作电压为220V或380V。微滤系统12的膜管为孔径0.05～0.1μm的陶瓷膜、结构为管式膜组件。海水经取水管泵11输送到微电罐12进行微电解，使海水中的海洋浮游生物、悬浮物、胶体、细菌等经过微电解处理，形成较大颗粒后，经过砂滤罐13和活性碳过滤池(罐)14过滤去除得初级净化水，初级净化水经过高压泵15泵入微滤系统17进行过滤，得净化海水。必要时通过海水补水阀13补充海水，以消耗微电解后海水中存在的多余的氧化性物质。
所述的海水反渗透淡化系统：由高压泵21、反渗透膜组件22构成。反渗透膜组件22为对氯化钠截留率为98％反渗透管式膜组件，膜材料为复合膜材料。经过微滤系统16净化的海水经过高压泵21输入到反渗透膜组件22中过滤脱盐得淡化水。
所述的膜清洗再生系统：由清洗液贮罐34、清洗液截止阀35、淡水贮罐32、淡水截止阀33、输液泵36、清洗水输送泵31等构成。清洗再生系统的清洗液和反冲淡水共同一套输液泵36，当输送清洗液时，关闭淡水阀33，当输送清洗水时，关闭清洗液阀35。
所述的离子交换去硼系统：由阴离子交换塔(柱)41、活性炭吸附塔42、淡水贮罐43等构成。海水反渗透淡化系统所得的淡化水经过阴离子交换41吸附除去硼后，再经过活性碳吸附柱42吸附后得符合《生活饮用水卫生标准》GB5749-2006的淡水，并贮存于淡水贮罐43中。
淡化所得的淡水质量依照《生活饮用水卫生标准》GB5749-2006检测，结果如附图2的1号水样。
具体实施例2
如图1所示，本发明所述的一种采用离子交换去硼的海水淡化方法及成套设备的包括海水预处理系统、海水反渗透淡化系统和膜清洗再生四个系统组成。
所述的海水预处理系统包括：取水泵11、微电罐12、海水补水阀13、砂滤池(罐)14、活性碳过滤池(罐)15、高压泵16和微滤系统17。微电解罐12和微滤系统17的电流输入端与供电系统的输出端联接。微电解罐12的工作电压为4V，电流为50A，微滤系统17工作电压为220V或380V。微滤系统16的膜材料为截留分子量250000道尔顿以上的有机膜，膜组件为平板膜组件，并带有定时自动清洗装置。
海水经取水泵11输送到微电罐12进行微电解，使海水中的海洋浮游生物、悬浮物、胶体、细菌等经过微电解处理，形成较大颗粒后，经过砂滤罐14和活性碳过滤池(罐)15过滤去除得初级净化水，初级净化水经过高压泵16泵入微滤系统17进行过滤，得净化海水。必要时通过海水补水阀13补充海水，以消耗微电解后海水中存在的多余的氧化性物质。
所述的海水反渗透脱盐淡化系统：由高压泵21、反渗透膜组件22组成。反渗透膜组件22为对氯化钠截留率为98％反渗透卷式膜组件，反渗透膜为复合反渗透膜。经过微滤系统16净化的海水经过高压泵21输入到反渗透膜组件22中过滤得淡化水。
所述的膜清洗再生系统：由清洗液贮罐34、清洗液截止阀35、淡水贮罐32、淡水截止阀33、输液泵36、清洗水输送泵31等构成。清洗再生系统的清洗液和反冲淡水共同一套输液泵36，当输送清洗液时，关闭淡水阀33，当输送淡水时，关闭清洗液阀35。
所述的离子交换去硼系统：由淡化水淡水输送泵、阴离子交换塔(柱)41、活性炭吸附塔42、淡水贮罐43等构成。海水反渗透淡化系统所得的淡化水经过阴离子交换41吸附除去硼后，再经过活性碳吸附柱42吸附后得符合《生活饮用水卫生标准》GB5749-2006的淡水，并贮存于淡水贮罐43中。
淡化所得的淡水质量依照《生活饮用水卫生标准》GB5749-2006检测，结果如附图2的2号水样。

Claims (10)

1、一种采用离子交换去硼的海水淡化方法及成套设备，其特征在于它包括如下系统：
(1)海水预处理系统：由取水口、取水泵、微电解罐、砂滤罐、活性碳吸附塔和微滤膜组件构成。海水经取水泵泵入微电解罐中进行微电解，使海洋浮游生物、悬浮物、胶体、细菌等形成更大颗粒、经砂滤过滤后再经活性碳吸附塔处理后泵入微滤膜组件过滤除去海水中的固体杂质、浮游生物、胶体、细菌和氧化性物质；
(2)海水反渗透淡化系统：由高压泵、反渗透膜组件、活性碳吸附柱和淡水罐组成。经过微滤膜组件过滤净化的海水经过高压泵泵入对氯化钠截留率为98％的反渗透膜组件，在工作压力为3-75bar，压力差为1.5-2.0bar的条件下进行反渗透过滤，得淡水和卤水(浓缩水)。淡水经过活性碳吸附柱吸附，得符合《生活饮用水卫生标准》GB5749-2006的淡水，卤水(浓缩水)作为废水直接排入海洋中；
(3)清洗再生系统：清洗液贮罐、清洗液输送泵、清洗液输送管等构成；
(4)离子交换去硼系统：淡水输送泵、阴离子交换塔(柱)、活性炭吸附塔、淡水贮罐等构成。
2、根据权利要求1所述的一种采用离子交换去硼的海水淡化方法及成套设备，其特征在于所述的海水预处理系统的微电解的工作电压为3V～48V，电流强度为3～50A，海水中的海洋浮游生物、悬浮物、胶体、细菌等经过微电解处理，形成较大颗粒后，经过砂滤过滤去除，微电解产生的氧化性物质经活性碳吸附塔吸附去除。
3、根据权利要求1所述的一种采用离子交换去硼的海水淡化方法及成套设备，其特征在于所述的海水预处理系统的微滤膜组件中的膜管为截留分子量为孔径0.05～0.1μm的陶瓷膜、膜组件为管式膜组件。
4、根据权利要求1、2所述的一种采用离子交换去硼的海水淡化方法及成套设备，其特征在于所述的海水预处理系统的微滤膜组件中的膜材料为截留分子量为200000道尔顿以上的有机膜或金属膜，膜组件为平板膜组件、管式膜组件或卷式膜组件，并带有可控制的自动清洗装置。
5、根据权利要求1所述的一种采用离子交换去硼的海水淡化方法及成套设备，其特征在于所述的海水预处理系统的微滤的工作条件是：温度：常温～65℃，工作压力为3-75bar，压力差为1.5-2.0bar。
6、根据权利要求1所述的一种采用离子交换去硼的海水淡化方法及成套设备，其特征在于所述的海水反渗透脱盐淡化系统的反渗透膜为对氯化钠截留率为98％的反渗透复合膜，膜组件的结构为卷式膜组件，其工作条件是：温度：常温～45℃，工作压力为28-60bar，压力差为1.5-2.0bar。
7、根据权利要求1所述的一种采用离子交换去硼的海水淡化方法及成套设备，其特征在于所述的海水反渗透脱盐淡化系统的活性碳吸附柱的大小和长短可以根据生产需要设计，内装颗粒或粉沫活性碳，用活性碳吸附海水淡化所得的淡水中残留的味道，保重生活用水质量，使其符合《生活饮用水卫生标准》GB5749-2006。
8、根据权利要求1所述的一种采用离子交换去硼的海水淡化方法及成套设备，其特征在于所述的清洗再生系统由清洗液贮罐、清洗液截止阀、淡水贮罐、淡水截止阀、输液泵、清洗液输送管等构成。
9、根据权利要求1、8所述的一种采用离子交换去硼的海水淡化方法及成套设备，其特征在于所述的清洗再生系统的清洗液和反冲淡水共同一套输液泵，当输送清洗液时，关闭淡水阀，当输送淡水时，关闭清洗液阀。
10、根据权利要求1所述的一种采用离子交换去硼的海水淡化方法及成套设备，其特征在于所述的离子交换去硼系统由淡水输送泵、阴离子交换塔(柱)、活性炭吸附塔、淡水贮罐，海水经过反渗透淡化系统脱盐后的淡化水现经淡水输送泵输送到阴离子交换塔(柱)中经过吸附去硼后，再经活性炭吸附塔吸附后贮藏于淡水贮罐中。
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