CN103787462A - 低能耗海水淡化工艺及其装置 - Google Patents

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叶晓娟
赵庭勇
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Abstract

本发明公开了一种低能耗海水淡化工艺及其装置，其将海水经预处理后由高压泵带动输入海水淡化反渗透膜分离系统经海水淡化膜分离截留所有离子，得膜透过液和浓缩液，膜透过液再经低压反渗透膜分离系统做二级分离可作为饮用水；海水淡化反渗透膜分离系统产出的浓缩液通过管道进入低压反渗透膜分离系统，分离得膜透过液和浓缩液，膜透过液可作为生活杂用水；由低压反渗透膜分离系统产出的浓缩液进而通过管道连接到纳滤膜分离系统经纳滤膜去除海水中较大部分的盐分，所得膜透过液可作为冲厕用水；所得浓缩液端连接一能量回收装置以回收浓缩液的压力能，推动高压泵转轴进而转换成超滤膜透析液进入海水淡化反渗透膜系统的压力能，减少高压泵所需能耗，以实现能耗低、回收率高且产水水质多样等特效。

Description

低能耗海水淡化工艺及其装置
技术领域
本发明涉及一种海水淡化技术及设备，特别是指一种低能耗海水淡化工艺及其装置。
背景技术
随着全球经济的迅猛发展，淡水需求量不断增长，淡水资源越来越紧缺，海水淡化作为解决淡水资源短缺的重要战略手段之一，具有广阔的开发前景。在众多的海水淡化技术中以多级闪蒸、低温多效和反渗透膜法为三大主流技术。其中，反渗透膜法技术是当今较为先进、较稳定且有效的除盐技术。与其他技术相比，具有工艺简单、操作方便、易于控制、运行成本低等诸多优点。因此，其在海水淡化应用上具有明显优势。
但目前通用的膜法海水淡化技术及设备仅采用单级海水淡化反渗透膜或单段多级膜组合工艺进行海水脱盐淡化，其存在下述问题：
(1) 海水回收率较低，能耗高。目前万吨级海水淡化系统回收率接近40%，对于海岛及船用等中小规模海水淡化系统通常的回收率仅在10-20%之间，吨水能耗高于10KWH；
(2) 产水水质单一，综合利用程度低。
发明内容
本发明的目的是提供一种能耗低、回收率高且产水水质多样的低能耗海水淡化工艺及其装置。
为实现上述目的，本发明的解决方案是：
一种低能耗海水淡化工艺，其具体步骤为：
步骤1、将海水经预处理后由高压泵带动输入海水淡化反渗透膜分离系统经海水淡化膜分离截留所有离子，得膜透过液和浓缩液，膜透过液再经低压反渗透膜分离系统做二级分离，产出的膜透过液可作为饮用水，二级分离产出的浓缩液可作为生活杂用水；
步骤2、海水淡化反渗透膜分离系统产出的浓缩液通过管道进入低压反渗透膜分离系统，分离得膜透过液和浓缩液，膜透过液可作为含盐量小于1000ppm的生活杂用水；
步骤3、由低压反渗透膜分离系统产出的浓缩液进而通过管道连接到纳滤膜分离系统经纳滤膜去除海水中较大部分的盐分，所得膜透过液可作为含盐量小于10000ppm冲厕用水；所得浓缩液端连接一能量回收装置以回收浓缩液的压力能，推动高压泵转轴进而转换成超滤膜透析液进入海水淡化反渗透膜系统的压力能，减少高压泵所需能耗。
所述步骤1的预处理是滤芯式过滤器。
所述滤芯式过滤器是采用微滤器和超滤器组合过滤。
一种低能耗海水淡化装置，包括通过管道连接的增压泵、微滤器、超滤器、带能量回收装置的高压泵、海水淡化反渗透膜分离系统、第一低压反渗透膜分离系统、第二低压反渗透膜分离系统及纳滤膜分离系统；其中所述超滤器的入口经微滤器连接增压泵，其出口连接带能量回收装置的高压泵，带能量回收装置的高压泵的出口经压力表连通海水淡化反渗透膜分离系统进水口；所述的海水淡化反渗透膜分离系统的透过液连通第一低压反渗透膜分离系统进水口，第一低压反渗透膜分离系统的透过液通过第一淡水输出端输出；而第一低压反渗透膜分离系统的浓缩液通过管道与第二低压反渗透膜分离系统的透过液管道连通，海水淡化反渗透膜分离系统浓缩液的出口连通第二低压反渗透膜分离系统进水口，低压反渗透膜分离系统的透过液通过第二淡水输出端输出；而第二低压反渗透膜分离系统的浓缩液出口连通纳滤膜分离系统的进水口，纳滤膜分离系统的透过液通过第三淡水输出端输出；纳滤膜分离系统再次产生的浓海水经压力表再通过连接管道回流至带能量回收装置的高压泵，进行能量回收，并产生最终的浓海水排出。
所述第一淡水输出端进一步连接消毒器。
所述第二低压反渗透膜分离系统的浓缩液出水管道上装有截止阀。
所述第一淡水输出端、第二淡水输出端或/和第三淡水输出端之前分别设有电导率表进行水质检测。
采用上述方案后，本发明通过将海水经一段膜系统分离后取得淡水和浓缩液，收集浓缩液做为第二段膜分离系统的进水再次分离取得淡水和浓缩液，周而复始多段连接充分利用海水，从而提高海水回收率；而高压泵为海水透过膜提供高压动力，通过采用海水淡化反渗透膜、低压反渗透膜、纳滤膜所需透过压不同，充分合理利用分离后海水携带的剩余能量，各组膜系统间无需再增加高压泵，同时使用能量回收装置回收部分能量，实现低能耗；并根据海水淡化反渗透膜、低压反渗透膜、纳滤膜的过滤精度不同导致产出淡水水质不同，将各产水依次作为饮用水、生活杂用水、冲厕用水，在低能耗下实现海水综合利用。
附图说明
图1为本发明的工艺流程示意图；
图2为本发明海水淡化装置示意图。
图号说明：
1增压泵                   2微滤器               3超滤器
4带能量回收装置的高压泵   5海水淡化膜分离系统
6、7低压反渗透膜分离系统  8纳滤膜分离系统
9消毒器                   10、11压力表
12、13、14电导率表        15、截止阀。
具体实施方式
以下结合附图解释本发明的实施方式：
配合图1所示，本发明揭示了一种低能耗海水淡化工艺，其具体包骤为：
步骤1、将海水经预处理后由高压泵带动输入海水淡化反渗透膜分离系统经海水淡化膜分离截留所有离子，得膜透过液和浓缩液，膜透过液再经低压反渗透膜分离系统做二级分离可作为饮用水；
步骤2、海水淡化反渗透膜分离系统产出的浓缩液通过管道进入低压反渗透膜分离系统，分离得膜透过液和浓缩液，膜透过液可作为含盐量小于1000ppm的生活杂用水；
步骤3、由低压反渗透膜分离系统产出的浓缩液进而通过管道连接到纳滤膜分离系统经纳滤膜去除海水中较大部分的盐分，所得膜透过液可作为含盐量小于10000ppm冲厕用水；浓缩液端连接一能量回收装置以回收浓缩液的压力能，推动高压泵转轴进而转换成超滤膜透析液进入海水淡化反渗透膜系统的压力能，减少高压泵所需能耗，能量回收效率达20%。
配合图2所示，实施上述低能耗海水淡化工艺的装置，包括通过管道连接的增压泵1、微滤器2、超滤器3、带能量回收装置的高压泵4、海水淡化反渗透膜分离系统5、第一低压反渗透膜分离系统6、第二低压反渗透膜分离系统7及纳滤膜分离系统8。
其中所述超滤器3的入口经微滤器2连接增压泵1，其出口连接带能量回收装置的高压泵4，带能量回收装置的高压泵4的出口经压力表10连通海水淡化反渗透膜分离系统5进水口；所述的海水淡化反渗透膜分离系统5的透过液连通第一低压反渗透膜分离系统6进水口，第一低压反渗透膜分离系统6的透过液可由电导率表12水质检测而通过第一淡水输出端，在第一淡水输出端进一步连接消毒器9，如紫外消毒器，经其消毒后输出。
而第一低压反渗透膜分离系统6的浓缩液通过管道与第二低压反渗透膜分离系统7的透过液管道连通，海水淡化反渗透膜分离系统5浓缩液的出口连通第二低压反渗透膜分离系统7进水口，低压反渗透膜分离系统7的透过液可由电导率表13水质检测通过第二淡水输出端输出。
而第二低压反渗透膜分离系统7的浓缩液出水管道上装有截止阀15，管道出口连通纳滤膜分离系统8的进水口，纳滤膜分离系统8的透过液可由电导率表14水质检测通过第三淡水输出端输出。
纳滤膜分离系统8再次产生的浓海水经压力表11再通过连接管道与带能量回收装置的高压泵4连接，进行能量回收，并产生最终的浓海水排出。
本发明系统海水淡化回收率高于40%，接近50%，淡化水吨水电耗5度以下。各股水占总淡化水量的比例：饮用水的产水比例约20%，生活杂用水的产水比例约50%，冲厕用水的产水比例约30%，符合实际生活中三种水的用水比例。
综上所述，本发明的海水淡化技术具有如下优势：
多段：将海水经一段膜系统分离后取得淡水和浓缩液，收集浓缩液做为第二段膜分离系统的进水再次分离取得淡水和浓缩液，周而复始多段连接充分利用海水，从而提高海水回收率；
低能耗：高压泵为海水透过膜提供高压动力，也是主要的耗能设备，本工艺采用海水淡化反渗透膜、低压反渗透膜、纳滤膜所需透过压不同（透过压：海水淡化反渗透膜＞低压反渗透膜＞纳滤膜），充分合理利用分离后海水携带的剩余能量，无需再增加高压泵，同时使用能量回收装置回收部分能量，实现低能耗；
海水综合利用：本工艺根据海水淡化反渗透膜、低压反渗透膜、纳滤膜的过滤精度不同导致产出淡水水质不同（产出淡水水质：海水淡化反渗透膜优于低压反渗透膜优于纳滤膜），将各产水依次作为饮用水、生活杂用水、冲厕用水，在低能耗下实现海水综合利用。

Claims (7)

1.一种低能耗海水淡化工艺，其具体步骤为：
步骤1、将海水经预处理后由高压泵带动输入海水淡化反渗透膜分离系统经海水淡化膜分离截留所有离子，得膜透过液和浓缩液，膜透过液再经低压反渗透膜分离系统做二级分离，产出的膜透过液可作为饮用水，二级分离产出的浓缩液可作为生活杂用水；
步骤2、海水淡化反渗透膜分离系统产出的浓缩液通过管道进入低压反渗透膜分离系统，分离得膜透过液和浓缩液，膜透过液可作为含盐量小于1000ppm的生活杂用水；
步骤3、由低压反渗透膜分离系统产出的浓缩液进而通过管道连接到纳滤膜分离系统经纳滤膜去除海水中较大部分的盐分，所得膜透过液可作为含盐量小于10000ppm冲厕用水；浓缩液端连接一能量回收装置以回收浓缩液的压力能推动高压泵转轴进而转换成超滤膜透析液进入海水淡化反渗透膜系统的压力能，减少高压泵所需能耗。
2.如权利要求1所述的低能耗海水淡化工艺，其特征在于：所述步骤1的预处理是滤芯式过滤器。
3.如权利要求1所述的低能耗海水淡化工艺，其特征在于：所述滤芯式过滤器是采用微滤器和超滤器组合过滤。
4.一种低能耗海水淡化装置，其特征在于：其包括通过管道连接的增压泵、微滤器、超滤器、带能量回收装置的高压泵、海水淡化反渗透膜分离系统、第一低压反渗透膜分离系统、第二低压反渗透膜分离系统及纳滤膜分离系统；其中所述超滤器的入口经微滤器连接增压泵，其出口连接带能量回收装置的高压泵，带能量回收装置的高压泵的出口经压力表连通海水淡化反渗透膜分离系统进水口；所述的海水淡化反渗透膜分离系统的透过液连通第一低压反渗透膜分离系统进水口，第一低压反渗透膜分离系统的透过液通过第一淡水输出端输出；而第一低压反渗透膜分离系统的浓缩液通过管道与第二低压反渗透膜分离系统的透过液管道连通，海水淡化反渗透膜分离系统浓缩液的出口连通第二低压反渗透膜分离系统进水口，低压反渗透膜分离系统的透过液通过第二淡水输出端输出；而第二低压反渗透膜分离系统的浓缩液出口连通纳滤膜分离系统的进水口，纳滤膜分离系统的透过液通过第三淡水输出端输出；纳滤膜分离系统再次产生的浓海水经压力表再通过连接管道与带能量回收装置的高压泵连接，进行能量回收，并产生最终的浓海水排出。
5.如权利要求4所述的低能耗海水淡化装置，其特征在于：所述第一淡水输出端进一步连接消毒器。
6.如权利要求4所述的低能耗海水淡化装置，其特征在于：所述第二低压反渗透膜分离系统的浓缩液出水管道上装有截止阀。
7.如权利要求4、5或6所述的低能耗海水淡化装置，其特征在于：所述第一淡水输出端、第二淡水输出端或/和第三淡水输出端之前分别设有电导率表进行水质检测。
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