CN107117756A - 一种热膜耦合海水淡化工艺 - Google Patents

Abstract

一种热膜耦合海水淡化工艺，包括海水预处理程序、热法海水淡化程序和膜法海水淡化程序；热法海水淡化程序包括蒸发和冷凝；膜法海水淡化程序包括砂滤、超滤和反渗透；根据热法海水淡化产生的冷却排水水量与膜法海水淡化进水水量之间的不同关系，灵活控制膜法海水淡化的进水来源。本发明将热法与膜法海水淡化有机结合，海水和热量利用率高；膜法海水淡化充分利用了热法海水淡化的热量，增大了膜通量，降低了渗透压，提高了效能；将热法海水淡化产生的冷却排水直接用作膜法海水淡化进水使用，使海水取水量和排水量显著减少；热法、膜法海水淡化共用一套预处理装置，降低了成本；膜法、热法海水淡化分别设立成品水箱，操作灵活，可满足不同需求。

Description

一种热膜耦合海水淡化工艺

技术领域

本发明属于海水淡化技术领域，具体涉及一种热膜耦合海水淡化工艺。

背景技术

我国淡水资源短缺，特别是北方沿海地区是我国缺水最严重的地区之一，海水淡化是解决我国沿海城市水资源短缺的必然趋势。

目前，海水淡化技术已经比较成熟，常用的海水淡化技术主要分为热法和膜法，两种方法各有优点和局限性。热法是将海水加热蒸发后得到蒸汽，然后再将蒸汽冷凝成淡水，其优点是对原海水要求低，预处理简单，淡化水含盐量较低，局限性是海水淡化过程发生气液两相变化，对热量需求大，海水利用率低、冷却水携带热量离开等；膜法是利用天然或人工合成的高分子薄膜，以外加能量或化学位差作为推动力，将海水中的盐和水分离开得到淡水，其优点是整个过程不发生相变，一般不需要加热，能耗低，启动和停机较简单，局限性是海水温度波动影响膜通量，对预处理要求严格，淡化水含盐量较高等。根据热法和膜法两类海水淡化技术的特点分析，可知这两类方法具有一定的互补性，通过热膜耦合海水淡化技术，能将热法和膜法海水淡化技术有机的结合起来。

但是目前的热膜耦合海水淡化技术大部分只是两种方法的简单组合，不是完全意义上的集成，不能充分发挥二者的优势，导致了能耗和成本较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种低成本、高效、稳定的热膜耦合海水淡化工艺，将热法和膜法海水淡化技术有机结合起来，充分发挥二者优势，将热法和膜法海淡的优缺点进行互补，更合理的利用海水和热量，从而降低海水淡化的投资成本和运行成本。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：

一种热膜耦合海水淡化工艺，其特征在于，包括如下步骤：

物料海水首先经过预处理，去除海水中的悬浮物和胶体，絮体污泥排入污泥系统处理，清水分别进入热法海水淡化进水池或膜法海水淡化进水池；

海水经过所述热法海水淡化进水池出口流至低温多效蒸馏海水淡化装置，进入热法海水淡化程序，产生成品水、浓盐水和冷却排水，其中成品水使用，浓盐水外排；

根据热法海水淡化产生的冷却排水水量Q1与膜法海水淡化进水水量Q2之间的不同关系，所述膜法海水淡化进水池的进水来源不同：

当Q1≥Q2时，所述膜法海水淡化进水池与所述低温多效蒸馏海水淡化装置连通，所述所述膜法海水淡化进水池的进水全部来自热法海水淡化产生的冷却排水；

当Q1＝0时，所述膜法海水淡化进水池与混合絮凝沉淀池连通，所述膜法海水淡化进水池的进水全部来自预处理后的新鲜海水；

当0＜Q1＜Q2时，所述膜法海水淡化进水池分别与所述低温多效蒸馏海水淡化装置和所述混合絮凝沉淀池连通，所述膜法海水淡化进水池的进水分别来自热法海水淡化产生的冷却排水和预处理后的新鲜海水；

海水经过所述膜法海水淡化进水池出口流出，进入膜法海水淡化程序，产生的成品水使用，产生的浓盐水外排。

优选地，物料海水经海水取水泵站由泵提升至所述混合絮凝沉淀池进行预处理。

优选地，所述热法海水淡化程序包括蒸发和冷凝。

优选地，所述膜法海水淡化程序包括砂滤、超滤和反渗透。

优选地，当Q1≠0时，热法海水淡化产生的成品水直接使用；当Q1＝0时，热法海水淡化产生的成品水流经成品水换热器后再使用。

优选地，当Q1≠0时，热法海水淡化产生的浓盐水直接外排；当Q1＝0时，热法海水淡化产生的浓盐水流经浓盐水换热器后再外排。

优选地，当Q1≠0时，海水经所述砂滤池流出后，直接进入超滤装置；当Q1＝0时，海水经所述砂滤池流出后，通过所述浓盐水换热器和所述成品水换热器，分别与热法海水淡化产生的成品水和浓盐水进行热量交换，升温后再进入所述超滤装置。

优选地，当Q1＞Q2时，排出热法海水淡化产生的多余冷却排水。

本方案具体包含以下步骤：

1、物料海水首先经海水提升泵提升至热膜耦合海水淡化工程的预处理单元，即混合絮凝沉淀池，去除海水中悬浮物、胶体。经沉淀澄清分离，絮体污泥排入污泥系统处理，清水分别进入热法海水淡化进水池或膜法海水淡化进水池。

2、热法海水淡化冷却排水水量会随着一年四季海水温度的不同而变化，根据热法海水淡化冷却排水和膜法海水淡化进水水量大小关系的不同，经过预处理后的海水去向有以下几种方式：

(1)方式一：当进水海水温度大于等于温度拐点1时，热法海水淡化产生的冷却排水水量大于等于膜法海水淡化进水水量时的方式(其中温度拐点1指热法海水淡化产生的冷却排水水量等于膜法海水淡化进水水量时的海水温度)。

如图2所示，预处理后的海水从热法海水淡化进水池经泵提升进入低温多效蒸馏海水淡化装置(LT-MED)，海水经蒸发冷凝后产生成品水、浓盐水、冷却排水三股水流。开启第九阀门9，关闭第七阀门7，成品水进入热法海水淡化成品水箱。开启第八阀门8，关闭第六阀门6，浓盐水外送至盐场。由于热法海水淡化单元产生的冷却排水水量大于等于膜法海水淡化进水水量，开启第二阀门2和第三阀门3，关闭第一阀门1，这样一部分热法海水淡化产生的冷却排水进入膜法海水淡化进水池，作为膜法海水淡化的进水使用，多余的冷却水外排。热法海水淡化冷却排水从膜法海水淡化进水池经泵提升进入膜法海水淡化单元的砂滤池，开启第四阀门4，关闭第五阀门5，经超滤、反渗透装置处理后，产生的成品水进入膜法海水淡化成品水箱，浓盐水外送至盐场。

(2)方式二：当进水海水温度小于等于温度拐点2时，热法海水淡化产生的冷却排水水量为零时的方式(其中温度拐点2指热法海水淡化产生的冷却排水水量为零时的海水最高温度)。

如图3所示，预处理后的海水一部分进入热法海水淡化进水池，经泵提升进入低温多效蒸馏海水淡化装置(LT-MED)，海水经蒸发冷凝后产生成品水、浓盐水两股水流，开启第七阀门7，关闭第九阀门9，成品水进入热法海水淡化成品水箱。开启第六阀门6，关闭第八阀门8，浓盐水外送至盐场。由于热法海水淡化产生的冷却排水水量为零，没有外排冷却水，关闭第二阀门2和第三阀门3，开启第一阀门1，预处理后的另一部分海水进入膜法海水淡化进水池，经泵提升后送至砂滤池，关闭第四阀门4，开启第五阀门5，过滤出水通过换热器与热法海水淡化产生的成品水和浓盐水进行热量交换，升温后的海水经超滤、反渗透装置处理后，产生的成品水进入膜法海水淡化成品水箱，浓盐水外送至盐场。具体流程图如图3所示。

(3)方式三：当进水海水温度大于温度拐点2小于温度拐点1时，热法海水淡化产生的冷却排水水量大于零小于膜法海水淡化进水水量时的方式

如图4所示，预处理后的海水从热法海水淡化进水池经泵提升进入低温多效蒸馏海水淡化装置(LT-MED)，海水经蒸发冷凝后产生成品水、浓盐水、冷却排水三股水流。开启第九阀门9，关闭第七阀门7，成品水进入热法海水淡化成品水箱。开启第八阀门8，关闭第六阀门6，浓盐水外送至盐场。由于热法海水淡化产生的冷却排水水量小于膜法海水淡化进水水量，开启第二阀门2，关闭第三阀门3，热法海水淡化冷却排水全部进入膜法海水淡化进水池，作为膜法海水淡化进水使用。开启第一阀门1，膜法海水淡化进水不足部分的水量由预处理后的新鲜海水补充，在膜法海水淡化进水池中与热法海水淡化冷却排水混合之后，保持合适的温度，经泵提升至砂滤池。开启第四阀门4，关闭第五阀门5，经超滤、反渗透装置处理后，产生成品水进入膜法海水淡化成品水箱，浓盐水外送至盐场。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、热法与膜法海水淡化有机结合，充分利用热法海水淡化冷却排水或成品水及浓盐水携带的热量，达到节能降耗、降低投资成本和运行成本的目的；

2、将热法海水淡化产生的冷却水排水直接用作膜法海水淡化进水使用，大大减少了海水的取水量和排水量，降低了能耗，节约了投资成本和运行成本。

3、热法和膜法海水淡化共用一套预处理装置，大大降低了投资成本和运行成本。

4、膜法、热法海水淡化分别设立单独的成品水箱，可根据热法、膜法海水淡化产生的成品水水质，分别外供或进行一定比例混合，操作灵活，可满足不同用水需求。

附图说明

图1为本发明热膜耦合海水淡化系统结构示意图。

图2是本发明热膜耦合海水淡化工艺方式一的流程图。

图3是本发明热膜耦合海水淡化工艺方式二的流程图。

图4是本发明热膜耦合海水淡化工艺方式三的流程图。

其中：1第一阀门；2第二阀门；3第三阀门；4第四阀门；5第五阀门；6第六阀门；7第七阀门；8第八阀门；9第九阀门；11热法成品水；12热法浓盐水；13热法冷却排水；21膜法成品水；22膜法浓盐水。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示的一种热膜耦合海水淡化工艺，一种热膜耦合海水淡化工艺，其特征在于，包括如下步骤：

物料海水首先经过预处理，去除海水中的悬浮物和胶体，絮体污泥排入污泥系统处理，清水分别进入热法海水淡化进水池或膜法海水淡化进水池；

海水经过所述热法海水淡化进水池出口流至低温多效蒸馏海水淡化装置，进入热法海水淡化程序，产生成品水、浓盐水和冷却排水，其中成品水使用，浓盐水外排；

根据热法海水淡化产生的冷却排水水量Q1与膜法海水淡化进水水量Q2之间的不同关系，所述膜法海水淡化进水池的进水来源不同：

当Q1≥Q2时，所述膜法海水淡化进水池与所述低温多效蒸馏海水淡化装置连通，所述所述膜法海水淡化进水池的进水全部来自热法海水淡化产生的冷却排水；

当Q1＝0时，所述膜法海水淡化进水池与混合絮凝沉淀池连通，所述膜法海水淡化进水池的进水全部来自预处理后的新鲜海水；

当0＜Q1＜Q2时，所述膜法海水淡化进水池分别与所述低温多效蒸馏海水淡化装置和所述混合絮凝沉淀池连通，所述膜法海水淡化进水池的进水分别来自热法海水淡化产生的冷却排水和预处理后的新鲜海水；

海水经过所述膜法海水淡化进水池出口流出，进入膜法海水淡化程序，产生的成品水使用，产生的浓盐水外排。

在更加优选的实施例中，物料海水经海水取水泵站由泵提升至所述混合絮凝沉淀池进行预处理。

在更加优选的实施例中，所述热法海水淡化程序包括蒸发和冷凝。

在更加优选的实施例中，所述膜法海水淡化程序包括砂滤、超滤和反渗透。

在更加优选的实施例中，当Q1≠0时，热法海水淡化产生的成品水直接使用；当Q1＝0时，热法海水淡化产生的成品水流经成品水换热器后再使用。

在更加优选的实施例中，当Q1≠0时，热法海水淡化产生的浓盐水直接外排；当Q1＝0时，热法海水淡化产生的浓盐水流经浓盐水换热器后再外排。

在更加优选的实施例中，当Q1≠0时，海水经所述砂滤池流出后，直接进入超滤装置；当Q1＝0时，海水经所述砂滤池流出后，通过所述浓盐水换热器和所述成品水换热器，分别与热法海水淡化产生的成品水和浓盐水进行热量交换，升温后再进入所述超滤装置。

在更加优选的实施例中，当Q1＞Q2时，排出热法海水淡化产生的多余冷却排水。

在某一具体的实施例中，采用本发明的热膜耦合海水淡化工艺对某海水样本进行淡化，如表1、表2分别所示海水淡化进水、出水水质指标。

表1本实施例海水淡化进水水质指标

序号	项目名称	单位	工艺指标
				1	平均水温	℃	12.4
2	pH	值	8.16
				3	盐度	‰	34.756
4	DO	mg/L	7.60
				5	CODMn	mg/L	1.45
6	石油类	mg/L	0.025
				7	悬浮物	mg/L	106.3

表2本实施例海水淡化出水水质指标

序号	项目	单位	热法海水淡化成品水	膜法海水淡化成品水
					1	TDS	mg/L	≤5	≤20

物料海水首先经海水提升泵提升至热膜耦合海水淡化工程的预处理单元，即混合絮凝沉淀池，去除海水中悬浮物、胶体。经沉淀澄清分离，絮体污泥排入污泥系统处理，清水分别进入热法海水淡化进水池或膜法海水淡化进水池。

根据海水的实际温度，经过预处理后的海水去向有以下几种方式：

方式一：如图2所示，当进水海水温度大于等于20℃时(其中20℃指本实施例条件下热法海水淡化产生的冷却排水水量等于膜法海水淡化进水水量时的海水温度)，预处理后的海水从热法海水淡化进水池经泵提升进入热水直驱-低温多效蒸馏海水淡化装置，海水经蒸发冷凝后产生成品水11、浓盐水12、冷却排水13三股水流，其中成品水11进入热法海水淡化成品水箱，浓盐水12外送至盐场。此时热法海水淡化单元产生的冷却排水13水量大于等于膜法海水淡化进水水量，这样一部分热法海水淡化产生的冷却排水13进入膜法海水淡化进水池，作为膜法海水淡化的进水使用，多余的冷却排水13外排。热法海水淡化冷却排水13从膜法海水淡化进水池经泵提升进入膜法海水淡化单元的砂滤池，之后经超滤、反渗透装置处理后，产生的成品水21进入膜法海水淡化成品水箱，浓盐水22外送至盐场。

方式二：如图3所示，当进水海水温度小于等于3℃时(其中3℃指本实施例条件下热法海水淡化产生的冷却排水水量为零时的海水温度)，预处理后的海水一部分进入热法海水淡化进水池，经泵提升进入热水直驱-低温多效蒸馏海水淡化装置，海水经蒸发冷凝后产生成品水11、浓盐水12两股水流，其中成品水11进入热法海水淡化成品水箱，浓盐水12外送至盐场。此时热法海水淡化产生的冷却水水量为零，没有外排冷却水。预处理后的另一部分海水进入膜法海水淡化进水池，经泵提升后送至砂滤池，过滤出水通过换热器与热法海水淡化产生的成品水11和浓盐水12进行热量交换，升温后的海水经超滤、反渗透装置处理后，产生的成品水21进入膜法海水淡化成品水箱，浓盐水22外送至盐场。

方式三：如图4所示，当进水海水温度大于3℃小于20℃时，预处理后的海水从热法海水淡化进水池经泵提升进入热水直驱-低温多效蒸馏海水淡化装置，海水经蒸发冷凝后产生成品水11、浓盐水12、冷却排水13三股水流，其中成品水11进入成品水箱，浓盐水12外送至盐场。此时热法海水淡化产生的冷却排水13水量小于膜法海水淡化进水水量，热法海水淡化冷却排水13全部进入膜法海水淡化进水池，作为膜法海水淡化进水使用，膜法海水淡化进水不足部分的水量由预处理后的新鲜海水补充，在膜法海水淡化进水池中与热法海水淡化冷却排水13混合之后，保持合适的温度，经泵提升至砂滤池，之后经超滤、反渗透装置处理后，产生成品水21进入膜法海水淡化成品水箱，浓盐水22外送至盐场。

此方式将热法海水淡化产生的冷却排水作为膜法海水淡化部分进水，可以减少60000t/d的新鲜海水取水量和排水量；热法海水淡化产生的冷却水作为膜法海水淡化进水，可以使膜法海淡进水温度达到30℃～35℃，使反渗透膜达到较好的通透性，同时渗透压降低，反渗透进水泵压力比此时新鲜海水(水温15℃)直接进入反渗透膜时可以减少约100m，电耗降低20％左右。

以上三种方式都是在膜法海水淡化单元和热法海水淡化单元中分别设立单独的成品水箱，这样可以根据热法海水淡化和膜法海水淡化产生的成品水水质不同，分别外供或进行一定比例混合，操作灵活，可以满足不同用水需求。

以上通过具体的和优选的实施例详细的描述了本发明，但本领域技术人员应该明白，本发明并不局限于以上所述实施例，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种热膜耦合海水淡化工艺，其特征在于，包括如下步骤：

物料海水首先经过预处理，去除海水中的悬浮物和胶体，絮体污泥排入污泥系统处理，清水分别进入热法海水淡化进水池或膜法海水淡化进水池；

海水经过所述热法海水淡化进水池出口流至低温多效蒸馏海水淡化装置，进入热法海水淡化程序，产生成品水、浓盐水和冷却排水，其中成品水使用，浓盐水外排；

根据热法海水淡化产生的冷却排水水量Q1与膜法海水淡化进水水量Q2之间的不同关系，所述膜法海水淡化进水池的进水来源不同：

当Q1≥Q2时，所述膜法海水淡化进水池与所述低温多效蒸馏海水淡化装置连通，所述所述膜法海水淡化进水池的进水全部来自热法海水淡化产生的冷却排水；

当Q1＝0时，所述膜法海水淡化进水池与混合絮凝沉淀池连通，所述膜法海水淡化进水池的进水全部来自预处理后的新鲜海水；

当0＜Q1＜Q2时，所述膜法海水淡化进水池分别与所述低温多效蒸馏海水淡化装置和所述混合絮凝沉淀池连通，所述膜法海水淡化进水池的进水分别来自热法海水淡化产生的冷却排水和预处理后的新鲜海水；

海水经过所述膜法海水淡化进水池出口流出，进入膜法海水淡化程序，产生的成品水使用，产生的浓盐水外排。

2.根据权利要求1所述的热膜耦合海水淡化工艺，其特征在于：物料海水经海水取水泵站由泵提升至所述混合絮凝沉淀池进行预处理。

3.根据权利要求1所述的热膜耦合海水淡化工艺，其特征在于：所述热法海水淡化程序包括蒸发和冷凝。

4.根据权利要求1所述的热膜耦合海水淡化工艺，其特征在于：所述膜法海水淡化程序包括砂滤、超滤和反渗透。

5.根据权利要求1所述的热膜耦合海水淡化工艺，其特征在于：当Q1≠0时，热法海水淡化产生的成品水直接使用；当Q1＝0时，热法海水淡化产生的成品水流经成品水换热器后再使用。

6.根据权利要求1所述的热膜耦合海水淡化工艺，其特征在于：当Q1≠0时，热法海水淡化产生的浓盐水直接外排；当Q1＝0时，热法海水淡化产生的浓盐水流经浓盐水换热器后再外排。

7.根据权利要求1所述的热膜耦合海水淡化工艺，其特征在于：当Q1≠0时，海水经所述砂滤池流出后，直接进入超滤装置；当Q1＝0时，海水经所述砂滤池流出后，通过所述浓盐水换热器和所述成品水换热器，分别与热法海水淡化产生的成品水和浓盐水进行热量交换，升温后再进入所述超滤装置。

8.根据权利要求1所述的热膜耦合海水淡化工艺，其特征在于：当Q1＞Q2时，排出热法海水淡化产生的多余冷却排水。