CN101767894A - 一种苦咸水淡化方法及其设备 - Google Patents

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Abstract

一种苦咸水淡化方法及其设备，它由苦咸水预处理系统、纳滤脱盐淡化系统、膜再生系统三部分构成。苦咸水预处理系统由微电解、砂滤和活性炭等设备单元构成。反渗透淡化系统由高压泵、纳滤膜组件、活性炭吸附柱、淡水贮罐、能量回收器组成。通过苦咸水预处理系统除去藻类、浮游生物、固体悬浮物、带电胶体、细菌从而获得净化苦咸水。通过苦咸水预处理系统获得的净化苦咸水经过纳滤过滤脱盐得淡水和浓缩水。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

一种苦咸水淡化方法及其设备
技术领域
本发明涉及一种苦咸水淡化方法及成其设备，特别涉及一种高含盐的苦咸水经过微电解净化后，纳滤膜分离脱盐的苦咸水淡化方法及其设备。
背景技术
淡水资源短缺已经成为21世纪的三大环境问题之一，因此，苦咸水淡化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。我国有些地区淡水资源十分缺乏，但苦咸水资源相对比较丰富，因此，向苦咸水要淡水、要资源，是解决这些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。苦咸水主要指含盐量1000mg/L以上的湖水、河水及地下水。一般来讲，含盐量1～5g/L的水叫低盐度苦咸水，微咸水(矿化度1～3g/L)和半咸水(矿化度3～5g/L))；5～10g/L叫中盐度苦咸水，10g/L以上为高盐度苦咸水；含盐量50～500g/L称之为卤水。我国苦咸水主要分布在西北干旱内陆地区、北方和东部沿海地区，水化学类型多为SO4.Cl-Na和SO4.Cl-Na.Mg型，。时至今日，苦咸水脱盐淡化的方法很多，主要有蒸馏法、冷冻法、反渗透法、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、化学脱盐法等。中国专利申请98102171.9、200710115996.0、2008100521520、882141015、94230263X、96200200.3、96230884.6、98208215.0、99252181.5、992429676、2004100194465、2005100124503、031117570、03133959.X、200310117801.8、200510012413.2、200510014295.9、200510084376.6、200710039793.8、200810121600.8等分别公开了苦咸水的脱盐淡化淡化方法或装置。尽管方法多种多样，但主要方法可以归纳成电渗析法、蒸馏法、膜过滤法和化学法四大类。这些方法中，电渗析法和膜过滤法是近年发展最快，应用较多的方法。特别是膜过滤法，近年发展很快。但是，这些方法，要么效率不高，要么能耗大，不经济，要么，生产工艺比较复杂，难于小型化和大范围推广应用。因此，从经济合算和操作简便的标准衡量，仍然不尽如人意。
目前采用的传统的膜法主要包括苦咸水预处理部分、膜过滤脱盐淡化和膜的再生三个部分，其典型生产工艺为：
苦咸水→原水泵→储水池→水泵→絮凝→砂滤→紫外杀菌器→MF→膜过滤→臭氧消毒→淡水池→供水
传统的膜过滤淡化生产工艺的苦咸水预处理采用加入絮凝剂对水中浮游生物、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。絮凝剂多为铝聚合物或铁聚合物，一部分与水中浮游生物、胶体物、固体颗粒进行絮凝沉淀，沉淀排放在环境中，会造成一定程度的污染。另一部分溶解在苦咸水中，会加重反渗透过滤的运行负担，使产水率下降。其优点是苦咸水淡化的效率较高，规模可以根据需要进行个性化设计，生产能力大。此外，为了杀灭原水中的生物，通常还要加入消毒剂。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、操作方便和苦咸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
现有的反渗透法对苦咸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，需要多个絮凝池和沉淀池，不仅占地较多，生产工艺流程也较长。
2、淡化成本较高
①、在对苦咸水预处理时，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、在对苦咸水预处理时，采用絮凝的水预处理工艺，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、在对苦咸水预处理时，采用絮凝的苦咸水预处理工艺，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
由于在对苦咸水进行预处理时，采用絮凝法，这种方法是对苦咸水添加化学物质，使水中的生物被杀死，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。这种苦咸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，部分进入苦咸水中，给反渗透膜的运行增加了运行负担，系统复杂，生产设备投资大。
4、苦咸水资源难以综合利用
由于采用絮凝这一苦咸水预处理工艺，添加的化学物质不能被完全沉淀，部分进入苦咸水中，存在于脱盐后的浓缩水(卤水)中，给浓缩水综合利用增加了难度，使利用淡化后的卤水综合利用没有经济意义。
5、污染环境
由于采用絮凝这一苦咸水预处理工艺，添加的絮凝剂随苦咸水预处理的沉淀和浓缩水一起排放，从而对环境造成了一定的污染。
6、操作技术要求较高
由于采用絮凝这一苦咸水预处理工艺，需要不断的加入絮凝剂，对操作技术要求较高，难以在农村推广应用。
因以上问题，导致现有膜法苦咸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膜法苦咸水淡化技术存在的问题，克服现有膜法脱盐淡化技术的不足，提供一种高含盐苦咸水的脱盐净化方法和成套设备，它利用微电解对高含盐量苦咸水进行预处理，并与纳滤过滤紧密结合，从而形成一种苦咸水的脱盐方法和成套设备。
本发明所述的一种苦咸水淡化方法及成套装置，包括如下系统：
(1)苦咸水预处理系统：由取水管、取水泵、微电解罐、补水泵、中和罐、砂滤罐、活性碳罐和微滤膜组件构成。苦咸水经取水泵泵入微电解罐中进行微电解，使浮游生物、悬浮物、胶体、细菌等形成更大颗粒沉淀。经中和罐消耗多余的氧化性物质后，再砂滤罐过滤和活性碳吸附罐吸附。
所述的苦咸水预处理系统的微电解罐的工作电压为3V～48V，电流强度为1～50A水中的浮游生物、悬浮物、胶体、细菌等经过微电解处理，形成较大颗粒后，经中和罐消耗多余的氧化性物质后，再经过砂滤罐和活性炭罐过滤去除。
所述的苦咸水预处理系统的膜管为孔径0.05～0.1μm的陶瓷膜并带有可控制的清洗再生装置。
所述的苦咸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)苦咸水纳滤脱盐淡化系统：由高压泵、纳膜组件、活性碳吸附柱、淡水罐和能量回收器组成。经过微滤膜组件过滤净化的苦咸水经过高压泵泵入对硫酸镁截留率为98％的纳滤膜组件，在操作压力为3-25bar的条件下进行纳滤过滤，得淡水和浓缩水。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，浓缩水作为废水直接排放。
所述的苦咸水纳滤淡化系统的纳滤膜为对硫酸镁截留率为98％反渗透膜，其工作条件是：温度：常温～45℃，工作压力为3-25bar。
所述的能量回收器与反渗透膜组件的浓苦咸水排放口连接。
(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。
附图说明
图1是本发明的一种苦咸水淡化方法及其设备的示意图；
图2是本发明的一种苦咸水淡化方法中苦咸水经过微电解处理后的效果；
图3是本发明的一种苦咸水淡化设备制备的淡化水的检测结果。
具体实施例
具体实施例1
如图1所示，本发明的一种苦咸水淡化方法及其设备包括苦咸水预处理系统、纳滤脱盐淡化系统和膜清洗再生三个系统组成。
所述的苦水预处理系统包括：取水泵(11)、微电罐(12)、苦咸水补水阀(13)、中和罐(14)砂滤罐(15)、活性碳过滤罐(16)、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(17)的膜管为孔径0.05～0.1μm的陶瓷膜、结构为管式膜组件。苦咸水经取水管泵(11)输送到微电罐(12)进行微电解，使水中的浮游生物、悬浮物、胶体、细菌等经过微电解处理，形成较大颗粒后，经过中和罐(14)中和消耗多余的氧化性物质后，再经过砂滤罐(15)和活性碳过滤罐(16)过滤去除得初级净化水，结果如附图2。初级净化水经过微滤系统(17)进行过滤，得净化苦咸水，结果见图2。
所述的苦咸水纳滤淡化系统：由高压泵(21)、纳滤膜组件(22)、活性碳吸附柱(23)、淡水罐(24)和能量回收器(41)组成。反渗透膜组件(22)为对硫酸镁截留率为98％纳滤管式膜组件。经过微滤系统(17)净化的苦咸水经过高压泵(21)输入到纳滤膜组件(22)过滤脱盐得淡化水，淡化水经过活性碳吸附柱(23)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(24)中。纳滤膜组件(22)过滤脱盐得的浓缩水与能量回收器联接。
所述的膜清洗再生系统：由淡水输送泵(31)、淡水贮罐(32)、淡水截止阀(33)、清洗液贮罐(34)、清洗液截止阀(35)、输液泵(36)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)，当输送淡水清洗时，关闭清洗液阀(35)。
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3的1号水样。
具体实施例2
如图1所示，本发明的一种苦咸水淡化方法及成套装置包括苦咸水预处理系统、苦咸水纳淡化系统和膜清洗再生三个系统组成。
所述的苦咸水预处理系统包括：取水泵(11)、微电罐(12)、补水阀(13)、中和罐(14)、砂滤罐(15)、活性碳过滤罐(16)、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24V，电流为5A。微滤系统(17)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。
苦咸水经取水泵(11)输送到微电罐(12)进行微电解，使苦咸水中的浮游生物、悬浮物、胶体、细菌等经过微电解处理，形成较大颗粒后，经过中和罐补充苦咸水中和消耗多余的氧化性物质后，再经过砂滤罐(15)和活性碳过滤罐(16)过滤去除得初级净化水。初级净化水进入微滤系统(17)进行过滤，得净化苦咸水，结果见图2。
所述的苦咸水反渗透脱盐淡化系统：由高压泵(21)、纳滤膜组件(22)、活性碳吸附柱(23)、淡水罐(24)和能量回收器(41)组成。纳滤膜组件(22)为对硫酸镁截留率为98％卷式纳滤膜组件。经过微滤系统(17)净化的苦咸水经过高压泵(21)输入到纳滤膜组件(22)中过滤得淡化水，淡化水经过活性碳吸附柱(23)吸附后符合《生活饮用水卫生标准》的淡水并贮存于淡水贮罐(24)中。纳滤膜组件(22)过滤脱盐得的浓缩水与能量回收器联接。
所述的膜清洗再生系统：由淡水输送泵(31)、淡水贮罐(32)、淡水截止阀(33)、清洗液贮罐(34)、清洗液截止阀(35)、输液泵(36)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)，当输送淡水清洗时，关闭清洗液阀(35)。
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 (9)

1.一种苦咸水淡化方法及其设备，其特征在于它包括如下系统：
(1)苦咸水预处理系统：由取水泵、微电解罐、补水泵、中和罐、砂滤罐、活性碳吸附塔和微滤膜组件构成；苦咸水经取水泵输入微电解罐中进行微电解，使浮游生物、固体悬浮物、胶体、细菌等形成更大颗粒、经砂滤过滤、中和除去多余氧化性物质后再经活性碳吸附塔处理后泵入微滤膜组件过滤除去苦咸水中的固体杂质、浮游生物、胶体、细菌和氧化性物质；
(2)苦咸水纳滤淡化系统：由高压泵、纳滤膜组件、活性碳吸附塔、淡水罐和能量回收器组成；经过微滤膜组件过滤净化的苦咸水经过高压泵泵入对硫酸镁截留率为98％的纳滤膜组件，在工作压力为3-25bar条件下进行纳滤过滤，得淡水和浓缩水；淡水经过活性碳吸附柱吸附，得符合《生活饮用水卫生标准》的淡水；浓缩水排出管的出口与能量回收器联接。
(3)清洗再生系统：由清洗液贮罐、清洗液输送泵、清洗液输送管等构成。
2.根据权利要求1所述的一种苦咸水淡化方法及其设备，其特征在于所述的苦咸水预处理系统的微电解的工作电压为3V～48V，电流强度为1～50A，苦咸水中的浮游生物、悬浮物、胶体、细菌等经过微电解处理，形成较大颗粒后，经过中和罐消耗多余的氧化性物质后，再经过砂滤罐过滤和活性碳吸附塔吸附去除。
3.根据权利要求1所述的一种苦咸水淡化方法及其设备，其特征在于所述的苦咸水预处理系统的微滤膜组件中的膜材料为截留分子量为孔径0.05～0.1μm的陶瓷膜。
4.根据权利要求1或2所述的一种苦咸水淡化方法及其设备，其特征在于所述的苦咸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，并带自动清洗装置。
5.根据权利要求1所述的一种苦咸水淡化方法及其设备，其特征在于所述的苦咸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3-15bar。
6.根据权利要求1所述的一种苦咸水淡化方法及其设备，其特征在于所述的苦咸水纳滤脱盐净化系统的纳滤膜为对硫酸镁截留率为98％的纳滤膜，膜组件为卷式膜组件，其工作条件是：常温～45℃，工作压力为3-25bar。
7.根据权利要求1所述的一种苦咸水淡化方法及其设备，其特征在于所述的苦咸水纳滤脱盐净化系统的活性碳吸附柱内装颗粒或粉沫活性碳。
8.根据权利要求1所述的一种苦咸水淡化方法及其设备，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或8所述的一种苦咸水淡化方法及其设备，其特征在于所述的清洗再生系统的清洗液和反冲洗淡水共同一个输液泵，当输送清洗液时，关闭淡水阀，当输送淡水时，关闭清洗液阀。
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