CN106830145A - 纳滤‑多效蒸馏耦合处理海水淡化浓水制饱和盐水系统 - Google Patents

纳滤‑多效蒸馏耦合处理海水淡化浓水制饱和盐水系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种纳滤‑多效蒸馏耦合处理海水淡化浓水制饱和盐水系统，包括纳滤装置和多效蒸馏装置，纳滤装置通过纳滤产水管与多效蒸馏装置连接；纳滤装置包括高压泵和纳滤膜组件，来自海水淡化装置的淡化浓水管依次与高压泵和纳滤膜组件连接，纳滤膜组件连接有纳滤排水管和纳滤产水管。本系统先脱除海水淡化浓水中的二价析垢离子，然后采用多效蒸馏装置对纳滤产水进行高倍率浓缩，制成饱和盐水，供纯碱生产，同时生产高品质淡水供碱厂其他工艺段使用。海水淡化浓水直接排放会对环境产生潜在风险，通过将淡化厂浓水排放和碱厂饱和盐水供应对接，实现海水淡化浓水零排放和高品质淡水回收，同时减少碱厂工业盐用量，节约生产成本，缩短盐环境足迹。

Description

纳滤-多效蒸馏耦合处理海水淡化浓水制饱和盐水系统
技术领域
本发明涉及海水淡化浓水利用和纯碱生产用饱和盐水制备领域，具体说是一种通过纳滤和多效蒸馏相结合，处理海水淡化排放的浓水，制备饱和盐水，供应纯碱生产的一种系统。
背景技术
随着世界人口的持续增长和经济的不断发展，水资源危机已成为全球性问题。海水及苦咸水淡化作为一种淡水资源增量技术，不受气候影响，可提供全天候稳定供水，已逐渐成为世界各国应对淡水短缺的重要途径之一。淡化得到淡水的同时也会产生浓水(质量浓度约为7％)，通常来说，生产1吨淡水，就会排放1.2吨浓水。浓水由于其盐度、温度和成份与天然水体存在差异，直接排放会对周边生态环境产生潜在风险。为了尽可能减少环境风险，目前通行的方法主要有两类：一是干预后排放，比如通过与电厂冷却水或市政废水混合稀释后排放，以及通过优化排放口设计，强化浓水扩散，减小排放口附近的盐浓度；二是资源化利用，就是将浓水浓缩制盐，提取其中的盐，最大限度减排，甚至实现零排，比如将浓水排至蒸发池晒盐，或者真空制盐。由于晒盐需要占用大面积土地，真空制盐又耗能较高，二者的经济效益都不显著。因此，目前大型淡化厂浓水资源化利用的案例并不多，直接排放仍是主流。
纯碱NaCO3是一种重要的化工原料，广泛应用于玻璃、印染、纺织、冶金等行业。我国作为世界上最大的纯碱生产国与消费国，约占全球总产量的50％。饱和盐水是纯碱生产的主要原料，每吨纯碱需要消耗约5.7吨饱和盐水(含1.5吨盐+4.2吨水)(氨碱法)。目前，纯碱生产中的饱和盐水主要是通过海水或卤水直接化盐(将工业盐溶解于水中)，然后精制得到。传统化盐工艺流程长、占地大、添加药剂量多、需外购大量工业盐、已成为制约纯碱行业产业升级的关键。因此，如何获取廉价的饱和盐水，降低纯碱生产成本，已成为提高碱厂经济效益的一个重要方向。
淡化浓水的主要成份是NaCl，如果将其浓缩，制取饱和盐水，用于纯碱生产，则可以降低淡化厂浓盐水外排产生的环境风险，还可减少碱厂外购工业盐量、节约生产成本。此外，避免了盐的结晶(海水制盐)/溶解(海水化盐)重复操作、以及盐的运输，减少环境足迹，节约土地使用，提高综合经济环境效益。
目前，对淡化浓水以及卤水的浓缩，基本以制固体盐为目标，这就需要将盐水混合物中盐和水彻底分开，也就意味着很高的能耗。纯碱生产中需要用到大量饱和盐水(质量浓度约26％)。因此亟需一种获取廉价的饱和盐水，降低纯碱生产成本的系统及方法。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种纳滤-多效蒸馏耦合处理海水淡化浓水制饱和盐水系统。
本发明的技术方案概述如下：
纳滤-多效蒸馏耦合处理海水淡化浓水制饱和盐水系统，包括纳滤装置1和多效蒸馏装置2，所述纳滤装置通过纳滤产水管6与多效蒸馏装置连接；纳滤装置包括高压泵4和纳滤膜组件3，来自海水淡化装置的淡化浓水管7依次与高压泵4和纳滤膜组件3连接，纳滤膜组件3连接有纳滤排水管5和纳滤产水管6。
纳滤膜组件3至少一个，多个纳滤膜组件为并联连接、串联连接或并串联连接。
优选地，多效蒸馏装置包括N个蒸发器、冷凝器8、N个淡水闪蒸罐和N个浓水闪蒸罐，喷射泵11，浓水循环泵12，真空泵13，冷却水泵14，淡水泵15和饱和盐水泵16，纳滤产水管6分别与各蒸发器连接；首效蒸发器17-1通过二次蒸汽管道依次与第二效蒸发器17-2，直到末效蒸发器17-N连接后，再与冷凝器8连接：各个蒸发器分别通过管道与对应的浓盐水闪蒸罐连接；各个浓盐水闪蒸罐通过管道与对应的蒸发器相邻的下一个蒸发器连接，末个浓盐水闪蒸罐10-N通过管道与冷凝器8连接；末个浓盐水闪蒸罐10-N通过管道分别与饱和盐水泵16、浓水循环泵12连接，浓水循环泵12通过管道与纳滤产水管6连接；饱和盐水泵16连接有饱和盐水管22；首个浓盐水闪蒸罐10-1通过管道依次与第二个浓盐水闪蒸罐10-2，直到末个浓盐水闪蒸罐10-N连接；首效蒸发器17-1连接有锅炉回水管18；各个蒸发器分别通过管道与对应的淡水闪蒸罐连接；各个淡水闪蒸罐通过管道与对应的蒸发器相邻的下一个蒸发器连接，末个淡水闪蒸罐9-N通过管道与冷凝器8连接；首个淡水闪蒸罐9-1通过管道依次与第二个淡水闪蒸罐9-2，直到末个淡水闪蒸罐9-N连接；末个淡水闪蒸罐通过管道依次与平衡罐21和淡水泵15连接；淡水泵15连接有淡水管23；冷凝器8通过管道与平衡罐21连接，各个蒸发器和冷凝器8分别通过管道与真空泵13连接；外供蒸汽管19依次与喷射泵11和首效蒸发器17-1连接；末效蒸发器17-N通过管道与喷射泵11连接；冷却水泵14通过管道与冷凝器8连接；冷凝器8连接有冷却排水管20；N＝1-15个。
本发明的优点：
本发明的系统能利用纳滤过程对析垢离子先进行脱除，防止其高浓度结垢，然后再通过多效蒸馏进一步浓缩，得到饱和盐水，直接供制碱生产，利用该系统能从海水淡化浓水得到饱和盐水，省却了中间制盐/化盐过程，减少了操作单元，避免了系统重复投资，缩短了盐的环境足迹，降低了碱厂的生产成本，同时生产总固溶物(TDS)小于5mg/l的高品质淡水供碱厂其他工艺段使用。通过将海水淡化厂浓水处理和碱厂饱和盐水生产对接，实现了浓水的资源化利用，减少甚至可做到淡化厂浓水零排放，同时实现碱厂工业盐零外购，具有很好的经济环境效益。
附图说明
图1为纳滤-多效蒸馏耦合处理海水淡化浓水制饱和盐水系统示意图。
图2为纳滤装置的示意图。
图3为多效蒸馏装置的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
纳滤-多效蒸馏耦合处理海水淡化浓水制饱和盐水系统,见图1，包括纳滤装置1和多效蒸馏装置2，所述纳滤装置通过纳滤产水管6与多效蒸馏装置连接；纳滤装置包括高压泵4和纳滤膜组件3，来自海水淡化装置的淡化浓水管7依次与高压泵4和纳滤膜组件3连接，纳滤膜组件3连接有纳滤排水管5和纳滤产水管6。
纳滤膜组件3的个数以6个为例，第一级为4个并联，第二级为2个并联，第一级和第二级为串联，见图2。
见图3，多效蒸馏装置包括N个蒸发器(以N＝3为例)、冷凝器8、3个淡水闪蒸罐和3个浓水闪蒸罐，喷射泵11，浓水循环泵12，真空泵13，冷却水泵14，淡水泵15和饱和盐水泵16，纳滤产水管6分别与各蒸发器连接；首效蒸发器17-1通过二次蒸汽管道依次与第二效蒸发器17-2，末效蒸发器17-3连接后，再与冷凝器8连接：各个蒸发器分别通过管道与对应的浓盐水闪蒸罐连接；各个浓盐水闪蒸罐通过管道与对应的蒸发器相邻的下一个蒸发器连接，末个浓盐水闪蒸罐10-3通过管道与冷凝器8连接；末个浓盐水闪蒸罐10-3通过管道分别与饱和盐水泵16、浓水循环泵12连接，浓水循环泵12通过管道与纳滤产水管6连接；饱和盐水泵16连接有饱和盐水管22；首个浓盐水闪蒸罐10-1通过管道依次与第二个浓盐水闪蒸罐10-2，直到末个浓盐水闪蒸罐10-3连接；首效蒸发器17-1连接有锅炉回水管18；各个蒸发器分别通过管道与对应的淡水闪蒸罐连接；各个淡水闪蒸罐通过管道与对应的蒸发器相邻的下一个蒸发器连接，末个淡水闪蒸罐9-3通过管道与冷凝器8连接；首个淡水闪蒸罐9-1通过管道依次与第二个淡水闪蒸罐9-2，直到末个淡水闪蒸罐9-3连接；末个淡水闪蒸罐通过管道依次与平衡罐21和淡水泵15连接；淡水泵15连接有淡水管23；冷凝器8通过管道与平衡罐21连接，各个蒸发器和冷凝器8分别通过管道与真空泵13连接；外供蒸汽管19依次与喷射泵11和首效蒸发器17-1连接；末效蒸发器17-3通过管道与喷射泵11连接；冷却水泵14通过管道与冷凝器8连接；冷凝器8连接有冷却排水管20。
蒸发器还可以是1、2、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15个，浓盐水闪蒸罐和淡水闪蒸罐的数量与蒸发器的数量对应。
传统化盐工艺中饱和盐水的生产是盐厂先从海水中晒制提取固体盐，然后碱厂购买固体盐，将其溶解，得到饱和盐水用于制碱。整个过程中盐先从液体结晶为固体，然后又从固体溶解为液体，经历了2次相变过程，操作工序复杂，环境足迹长。
盐水高倍率浓缩面临的主要问题之一是垢的析出，有效去除结垢离子，一方面可以保证浓缩过程中析垢程度的最小化，维持系统稳定运行；另一方面也可以保证所得产品中杂质含量的最小化，简化后续精制流程。
采用本发明的系统，利用纳滤过程将海水淡化浓水中杂质离子，如Ca2+、Mg2+、CO3 2 +、SO4 2-等脱除，防止其高浓度结垢，然后再通过多效蒸馏进一步浓缩，将NaCl浓缩至饱和状态，得到饱和盐水，让盐继续以液态形式存在，直接供制碱生产，同时，能够生产总固溶物(TDS)小于5mg/l的高品质淡水供碱厂其他工艺段使用。本发明从海水淡化浓水得到饱和盐水，无需对浓水中的盐水进行彻底分离，避免了高能耗的浓缩结晶过程，另一方面又可省去碱厂购买工业盐进行化盐的操作，节约了生产成本，减少了操作单元，避免了系统重复投资，缩短了盐的环境足迹，降低了碱厂的生产成本。通过将淡化厂浓水处理和碱厂饱和盐水生产对接，实现了浓水的资源化利用，减少甚至可做到淡化厂浓水零排放，同时实现碱厂工业盐零外购，具有很好的经济环境效益。
系统工作原理：当海水淡化浓水温度较高时(如淡化方法为热法海水淡化)，淡化浓水首先通过纳滤装置除去析垢离子，然后进入多效蒸馏系统进行高度浓缩，制成饱和盐水，供应纯碱生产。当淡化浓水温度较低时(如淡化方法为膜法海水淡化)，可利用淡化浓水作为多效蒸馏装置冷凝器的冷却介质，温度升高后再进入纳滤装置。此时在达到冷凝效果的同时，预热了淡化浓水，提高了能源利用率。
海水淡化浓水经过高压泵加压后，进入纳滤膜组件，进行过滤。根据水回收率的需求，纳滤膜组件可采用单级或多级串联。根据处理海水淡化浓水量的需求，纳滤膜组件可采用单个或多个并联。一般的，如在多个多级情况下，上一级的纳滤排水进入下一级纳滤膜组件，进一步过滤，提高水回收率。随着级数的增大，水量减少，因此级数越高，纳滤膜组件的数量越少。各级的纳滤产水汇总到一起输出。根据需求，可以通过添加化学药剂的方法，实现纳滤排水中的析垢离子凝结生成固体，沉淀分离，上清液实现循环回用。
多效蒸馏装置可实现浓盐水循环，浓盐水浓缩至饱和状态后输出。根据加热蒸汽参数及设备投资预算的不同，可以采用1～N效蒸发器。蒸汽参数较高时，可采用喷射泵，实现蒸汽循环。生成饱和盐水的同时，会有淡水产出。具体步骤为：纳滤产水作为多效蒸馏装置的料液，进入蒸发器进行喷淋降膜蒸发，蒸发出来的蒸汽，作为下一效蒸发器的热源，在下一效蒸发器管内冷凝成水。蒸发后的浓盐水利用各效间的自然压差逐级自流，浓盐水由第一效蒸发器逐级排放，最终至第N效，第N效后浓盐水与料液补水混合，进行循环。当达到盐水饱和浓度时输出系统。高温效向低温效自流时，压力逐渐降低，有部分蒸汽从浓盐水中闪蒸出来，进入相应蒸发器和冷凝器换热后凝结成淡水。除首效外供蒸汽部分的冷凝水返回锅炉外，各效蒸发二次蒸汽凝结的淡水，靠效间压力梯度逐级自流，由于压力逐渐降低，有部分蒸汽从淡水中闪蒸出来，进入相应蒸发器和冷凝器换热后再凝结成淡水。闪蒸后的淡水、冷凝器冷凝后的淡水汇集到平衡罐，再经淡水泵输出。蒸发器和冷凝器管内外均为负压，且保持一定的压力梯度，采用真空泵抽出不凝气体，维持系统的真空。冷凝器需要供应冷却水维持低温。同时，为保证系统的长期稳定运行，可设置清洗系统。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.纳滤-多效蒸馏耦合处理海水淡化浓水制饱和盐水系统，其特征是包括纳滤装置(1)和多效蒸馏装置(2)，所述纳滤装置通过纳滤产水管(6)与多效蒸馏装置连接；纳滤装置包括高压泵(4)和纳滤膜组件(3)，来自海水淡化装置的淡化浓水管(7)依次与高压泵(4)和纳滤膜组件(3)连接，纳滤膜组件(3)连接有纳滤排水管(5)和纳滤产水管(6)。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征是所述纳滤膜组件(3)至少一个，多个纳滤膜组件为并联连接、串联连接或并串联连接。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征是所述多效蒸馏装置包括N个蒸发器、冷凝器(8)、N个淡水闪蒸罐和N个浓水闪蒸罐，喷射泵(11)，浓水循环泵(12)，真空泵(13)，冷却水泵(14)，淡水泵(15)和饱和盐水泵(16)，纳滤产水管(6)分别与各蒸发器连接；首效蒸发器(17-1)通过二次蒸汽管道依次与第二效蒸发器(17-2)，直到末效蒸发器(17-N)连接后，再与冷凝器(8)连接；各个蒸发器分别通过管道与对应的浓盐水闪蒸罐连接；各个浓盐水闪蒸罐通过管道与对应的蒸发器相邻的下一个蒸发器连接，末个浓盐水闪蒸罐(10-N)通过管道与冷凝器(8)连接；末个浓盐水闪蒸罐(10-N)通过管道分别与饱和盐水泵(16)、浓水循环泵(12)连接，浓水循环泵(12)通过管道与纳滤产水管(6)连接；饱和盐水泵(16)连接有饱和盐水管(22)；首个浓盐水闪蒸罐(10-1)通过管道依次与第二个浓盐水闪蒸罐(10-2)，直到末个浓盐水闪蒸罐(10-N)连接；首效蒸发器(17-1)连接有锅炉回水管(18)；各个蒸发器分别通过管道与对应的淡水闪蒸罐连接；各个淡水闪蒸罐通过管道与对应的蒸发器相邻的下一个蒸发器连接，末个淡水闪蒸罐(9-N)通过管道与冷凝器(8)连接；首个淡水闪蒸罐(9-1)通过管道依次与第二个淡水闪蒸罐(9-2)，直到末个淡水闪蒸罐(9-N)连接；末个淡水闪蒸罐通过管道依次与平衡罐(21)和淡水泵(15)连接；淡水泵(15)连接有淡水管(23)；冷凝器(8)通过管道与平衡罐(21)连接，各个蒸发器和冷凝器(8)分别通过管道与真空泵(13)连接；外供蒸汽管(19)依次与喷射泵(11)和首效蒸发器(17-1)连接；末效蒸发器(17-N)通过管道与喷射泵(11)连接；冷却水泵(14)通过管道与冷凝器(8)连接；冷凝器(8)连接有冷却排水管(20)；
N＝1-15个。
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