CN102438957A - 处理和净化海水以回收高纯度工业用氯化钠的方法 - Google Patents

Abstract

本发明的实施方案通过引入降低海水结垢趋势的上游单元处理来提高海水反渗透系统性能。另外的实施方案通过回收绝大部分否则作为废水排放的海水反渗透盐水来改善整个系统的水平衡，以纯净的馏出物的形式用于，或者与海水反渗透渗透物共混，或者供直接工业使用。实施方案可以包括进一步的处理步骤以将海水反渗透盐水转化为商业上可再使用的产品，使废水产出最少化和整个系统的成本效益方面最优化。

Description

处理和净化海水以回收高纯度工业用氯化钠的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年5月20日提交的美国临时专利申请No.61/179992的优先权，并且通过参考引入本文。

发明背景

发明的技术领域

本发明的实施方案涉及由海水回收氯化钠和任选的其它化合物的方法和设备，以及基本不含氯化钠的馏出物的生产。

相关技术的说明

脱盐海水希望被用于很多用途，包括人或动物的消耗，农业或工业用途。生产脱盐海水最常用的方法是通过多级闪蒸。但是该方法也有不希望的方面，一部分是由于产生作为废物的浓盐水。

多级闪蒸期间产生的浓盐水中的一种成分是氯化钠。高纯度氯化钠在多种工业中作为生产多种化学品的原料，或者在生产过程作为添加剂使用。

发明简述

提供通过引入降低海水结垢趋势的上游单元处理来提高海水反渗透系统性能的实施方案。另外的实施方案通过回收绝大部分否则作为废水排放的海水反渗透盐水来改善整个系统的水平衡，以纯净的馏出物的形式用于或者与海水反渗透渗透物共混，或者供直接工业使用。

实施方案可以包括进一步的处理步骤以将海水反渗透盐水转化为商业上可再使用的产品。这可以使废水产出最少化和整个系统的成本效益方面最优化。

附图简要说明

图1表示根据本发明的一个实施方案的工艺。

发明的详细说明

通过参考以下实施例中列举的具体实施方案可以更好理解本发明的思想。

来自进水口的海水原水进给到接触池进行氯化和化学处理。氯化可使用氯或次氯酸盐进行。化学处理可以使用絮凝剂进行以提高存在于海水中的杂质如胶体物质或悬浮物质的去除或改性。化学处理过的海水使用盐酸或硫酸酸化至pH为5到6.5之间，然后通过脱气单元处理以去除存在于海水原水中的挥发性物质如二氧化碳。脱气后挥发性物质的典型水平将在10ppm或以下。

脱气海水进给到软化系统，该系统使用膜来减少可能引起下游系统中硬度结垢的二价离子。合适的膜可包括例如但不限于由聚合物化合物构成的螺旋缠绕型或毛细管型膜。去除的典型二价原子包括钙、镁、硫酸根或其它。处理过的海水流过海水反渗透系统，而且由于上游处理过程，该海水反渗透系统与传统的海水反渗透系统相比以高得多的回收率操作，而仍维持截留各种离子杂质，产生高品质的渗透物。示例系统可以以60％到75％范围内的回收率操作，而传统的海水反渗透系统为40％到50％。

该海水反渗透系统产生渗透物流和盐水流。渗透物流被用于饮用目的或进一步处理以获得更纯净的水用于工业。盐水流具有多种存在于处理过的海水中的离子成分但具有高浓度的氯化钠。这些成分可包括例如钾、钙、镁、硫酸盐、重碳酸盐、硝酸盐、氟化物、碘化物或其它。盐水流进给到除气器中以去除任何挥发性物质或不可冷凝气体。经除气的进料在进入垂直管降膜蒸发器以进一步浓缩该物流至接近氯化钠饱和度之前，使用碱溶液进行化学处理以提高pH。合适的碱溶液包括，例如但不限于氢氧化钠。典型地，pH值从7-8.5的范围提高到9.5-11。该垂直管降膜单元通过使用蒸汽或机械蒸气再压缩以在单元中获得希望的氯化钠浓度。典型的目标氯化钠溶液是25％的浓度范围。

垂直管降膜蒸发器单元将产生两股物流：馏出物流和排出流。排出流中氯化钠略亚饱和。馏出物流含有非常低水平的总溶解固体并且可以与海水反渗透的渗透物流共混或原样用于其它用途。

馏出物流与海水反渗透的渗透物流的共混导致对于预定流量而去往或来自海水反渗透系统的流量需求减少，或者由于从海水反渗透盐水流中回收蒸馏物而为整个系统提供额外渗透能力，所述海水反渗透盐水流在典型设备中被当作废弃的废水处理。蒸发器的排出流在特别配置的澄清单元中进一步处理，其中在该单元中，通过沉淀污泥的外部循环维持非常稠的污泥床，沉淀污泥充分地减少了排出流中的硬度离子以及其它存在的杂质。也可对澄清单元进行化学处理以加强蒸发器排出流中杂质的去除。该化学处理可以包括使用有效量的氢氧化钠和碳酸钠。

过滤来自澄清处理的上清液以去除悬浮固体遗留物，并且进给到使用鳌合树脂的离子交换系统中。所述树脂经过特别配制以去除存在的残余水平的硬度和其它杂质以将其减少到痕量水平。可使用的树脂包括但不限于具有亚氨基二乙酸官能团的树脂。离子交换单元被设计为以具有超前滞后操作的旋转木马(merry go round)结构运行以保证产品品质的稳定性。树脂床失效后使用适当浓度的酸性和碱性溶液作为再生剂以洗脱吸附在树脂床上的杂质并恢复交换能力。用于再生的可能的酸溶液包括但不限于盐酸和硫酸。用作再生剂的可能的碱性溶液包括但不限于氢氧化钠。将再生处理期间产生的废水中和以满足排放要求并被废弃。

将经净化的盐水流(具有痕量杂质的饱和氯化钠溶液)进给到结晶单元。将进料再次进行化学调节以适应结晶处理的操作要求，调节可以包括，例如，但不限于盐酸和氢氧化钠。结晶单元通过使用蒸汽或机械蒸气再压缩以使液体氯化钠结晶。结晶单元产生总溶解固体浓度很低的馏出物流并可以用于其它工业目的。一些实施方案中总溶解固体浓度可以低至10到25ppm。将结晶单元产生的包含氯化钠晶体的排出流洗涤并进给到离心单元以进行液相和固相分离。由此产生的盐晶体具有非常高的纯度，并被用于多种工业生产过程，包括但不限于氯碱工业。在水和氯化钠联产是这些工业的产品生产所必需的工业中，本发明的实施方案尤其有用。

本文所参考或提及的专利、专利申请、出版物、科学论文、书籍、网站和其它文件和资料，均表明自每一个出版物公布之日起本发明所属领域技术人员的水平，并且以参考的方式并入所有内容，使其如同全文写入本文。本说明书中包含的文件并不是准许该文件代表在先发明或用于任意目的的现有技术。

Claims (10)

1.一种用于海水脱盐以生产氯化钠和脱盐水的工艺，包括：

a)海水氯化；

b)海水化学处理；

c)海水酸化；

d)海水脱气；

e)在反渗透系统中软化海水，产生包含脱盐水的渗透物流和包含氯化钠的盐水流；

f)盐水流除气；

g)提高盐水流pH；

h)在蒸发器中处理盐水流以浓盐水流，产生水馏出物和浓缩的盐水排出流；

i)澄清并使用离子交换树脂降低排出流的硬度以产生澄清的排出流；

j)结晶经澄清的排出流以产生低总溶解的馏出物和结晶器排出流；和

k)将结晶器排出流分离为水和氯化钠。

2.权利要求1的方法，其中所述化学处理步骤包括胶体和悬浮物的去除。

3.权利要求1的方法，其中提高盐水流pH的步骤通过加入氢氧化钠进行。

4.权利要求1的方法，其中将盐水流的pH增加到9.5到11之间。

5.权利要求1的方法，其中所述蒸发器是降膜蒸发器。

6.权利要求1的方法，进一步包括使步骤(h)的馏出物再循环到步骤(e)的渗透物的步骤。

7.权利要求1的方法，其中盐排出流具有至少25％的氯化钠浓度。

8.权利要求1的方法，其中所述离子交换树脂以旋转木马结构排列。

9.权利要求1的方法，其中所述离子交换树脂具有亚氨基二乙酸官能团。

10.一种用于实施权利要求1的方法的设备。