CN109650608A - 一种采用化学法-纳滤-反渗透-电渗析集成浓海水软化与浓缩工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于海水淡化和浓海水资源化利用领域,提供一种采用化学法‑纳滤‑反渗透‑电渗析集成浓海水软化与浓缩工艺。本发明采用化学法‑纳滤(NF)‑反渗透(RO)‑电渗析(ED)技术集成实现浓海水软化与浓缩工艺,用于海水淡化浓海水再利用的工艺流程,通过化学法脱除浓海水中Ca2+,纳滤实现浓海水中一、二价离子分离,有效降低浓缩过程中膜污染现象,延长膜寿命;将纳滤产水通入反渗透系统,初步浓缩,得到淡水;并采用电渗析对反渗透浓水深度浓缩,得到高浓盐水,可提浓作为液体盐为氯碱、纯碱等工业提供原料;同时,原料室溶液可循环回至反渗透进水储槽再进入浓缩系统循环。该方法能够实现浓海水综合利用,具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于海水淡化和浓海水资源化利用领域,涉及一种采用化学法-膜集成浓海水软化与浓缩工艺,具体地说,涉及一种采用化学法脱钙-纳滤-反渗透-电渗析集成浓海水软化与浓缩工艺,能够实现浓海水深度浓缩的同时,实现近乎“零排放”,提高经济、环保效益。
背景技术
我国水资源严重短缺,海水淡化是解决我国沿海地区水资源匮乏和维护远海岛屿领土主权问题的战略途径。随着海水淡化产业规模的扩大,副产浓海水的排放问题亟待解决。直排入海将对海洋生态造成潜在威胁,浓海水中化学资源丰富,实现浓海水综合利用和零排放,能显著提高海淡的综合效益,避免环境污染。
纳滤膜对多价离子截留率较高能达到90-99%,有效实现一、二价离子分离,能够大量除去海水中的Ca2+,Mg2+,SO4 2-等二价离子,并可以完全脱出浊度和微生物等,避免下一级反渗透过程中的膜结垢问题,非常适用于海水软化。纳滤膜对海水中NaCl的去除也有一定的效果继而可以减轻RO的脱盐负荷,能有效降低海水的渗透压,降低反渗透海水淡化的操作压力,提高回收率有利于降低能耗。将纳滤和反渗透海水淡化结合不仅可以减少海水高硬度和杂质,还可以降低进入反渗透膜的海水盐度,防止反渗透过程中的结垢现象的发生。
反渗透法无相变、占地面积小、成本较低,但对进水水质要求高,浓缩受溶液渗透压限制,对压力要求苛刻。由于浓海水中Ca2+、Mg2+等含量升高,易形成难溶盐结垢析出,如能有效提钙镁资源并加以利用,能降低海水渗透压、预防结垢的同时降低产水成本,对浓海水资源化利用有重要意义。将纳滤软化与反渗透浓缩集成,能降低预、后处理需求,若能将能量回收循环利用,则可以进一步降低能耗及成本。
电渗析是指以外加直流电场作用产生的电位差为推动力,带电离子在溶液中定向移动,利用离子交换膜选择透过性,阳膜带负电场,仅允许阳离子透过向阴极移动,阴膜带正电场,仅允许阴离子透过向阳极移动,实现溶液中离子分离的过程。膜堆由阴、阳膜交替排列,以隔板隔开,组成浓缩、淡化系统,电渗析过程不受浓度限制,只要保证通电时间足够长,能够将溶液深度浓缩,同时离子能几乎完全迁移,淡化效果好。
纳滤作为海水淡化预处理,虽然降低了反渗透膜结垢风险,但RO的结垢与污染大部分转移至了纳滤阶段。因此,纳滤膜的污染与结垢问题同样需要重视。化学法脱钙能够有效脱除浓海水中大部分Ca2+,大大降低海水中硬度离子含量,也为后续工艺创造了良好的条件。因此,研究化学法-纳滤-反渗透-电渗析集成浓海水软化与浓缩工艺具有十分重要的实用价值。
发明内容
本发明的目的在于:提供一种采用化学法脱钙-纳滤-反渗透-电渗析集成浓海水软化与浓缩工艺,以化学沉淀法脱钙及纳滤、反渗透、电渗析三种膜单元系统组合,实现如下技术指标:浓缩盐水为氯碱工业提供液体盐原料,TDS需超过200000mg/L;淡水符合《生活饮用水卫生标准》中关于TDS小于500mg/L的指标要求;所有产水必须能达到直接排海或者循环回用的标准,减缓浓海水直接排海造成的环境污染及生态失衡带来的隐患,实现海水中富集的水资源及化学资源的综合利用。
本发明所述一种采用化学法脱钙-纳滤-反渗透-电渗析集成系统能够实现所述的一种采用化学法脱钙-纳滤-反渗透-电渗析集成浓海水软化与浓缩工艺,其具体包括以下步骤:
(1)将海水淡化浓盐水通过化学法脱除Ca2+;
(2)将脱钙浓海水进行进预处理,使产水水质符合进膜标准;
(3)将预处理后浓海水通过纳滤系统,进行一、二价离子(如Na+/Mg2+、Cl-/SO4 2-)的分离,脱除二价离子;
(4)将纳滤一价离子富集液通入反渗透系统进行初步浓缩,分别得到浓水及符合《生活饮用水卫生标准》的淡水;
(5)收集纳滤二价离子富集侧溶液,放入储槽,为海水镁硫资源化利用提供基础;
(6)将反渗透浓水通入电渗析系统进行深度浓缩,得到高浓盐水,可提浓作为液体盐为氯碱工业提供原料;
(7)电渗析原料室溶液可循环回至反渗透进水储槽再进入浓缩系统循环。
进一步,步骤(1)中所用化学法,采用化学试剂NaOH、Na2CO3、(NH4)2CO3、Na2C2O4中的一种或几种组合,对浓海水中Ca2+进行脱除,并副产钙盐。
根据本发明所述采用化学法-纳滤-反渗透-电渗析集成浓海水软化与浓缩工艺,步骤(3)纳滤系统采用纳滤膜实现一、二价离子的有效分离。
根据本发明所述采用化学法-纳滤-反渗透-电渗析集成浓海水软化与浓缩工艺,步骤(4)反渗透系统采用反渗透膜,通过一段或多段浓缩,并产淡水。
根据本发明所述采用化学法-纳滤-反渗透-电渗析集成浓海水软化与浓缩工艺,步骤(5)电渗析系统采用1价选择性CSO/ASA离子交换膜或纯浓缩CMV/AMV离子交换膜通过一级或多级浓缩,最终能够将浓海水深度浓缩至20%以上。
进一步,步骤(3)纳滤系统在压力为0.5-3.0MPa,温度为5-45℃范围内,通过一级或多级纳滤膜浓缩。
进一步,步骤(6)所述电渗析系统膜对电压为0.1-10.0V,电流为0.5-10.0A。
进一步,步骤(2)所述进膜预处理,由于海水本身含有许多杂质,在海水淡化过程中又引入许多化学添加剂,含有大量悬浮物、有机物及阻垢剂,不符合RO膜进水水质要求。通过梯级过滤除杂,所述梯级过滤除杂为自清洗过滤器、絮凝-砂滤、碟片过滤和超滤一种或几种技术相结合,使得产出水能够符合膜处理进水水质要求,实现与后续工艺对接。
有益的技术效果:
本发明提供一种采用化学法脱钙-纳滤-反渗透-电渗析集成浓海水软化与浓缩工艺,以化学沉淀法脱钙及纳滤、反渗透、电渗析三种膜单元系统组合,实现了如下技术指标:浓缩盐水为氯碱工业提供液体盐原料,TDS需超过200000mg/L;淡水符合《生活饮用水卫生标准》中关于TDS小于500mg/L的指标要求;所有产水能达到直接排海或者循环回用的标准,减缓浓海水直接排海造成的环境污染及生态失衡带来的隐患,实现海水中富集的水资源及化学资源的综合利用。
与传统海水淡化工艺相衔接,所述工艺膜集成系统整体淡水回收率显著提高,同时得到含盐量20%以上NaCl纯度较高的盐溶液,能够同时实现海水中富集的水资源及化学资源的综合利用,有效避免浓盐水排放对周边海域带来的环境问题,具有很高的实用价值及较好的综合效益。
附图说明
图1为本发明采用化学法脱钙-纳滤-反渗透-电渗析集成浓海水软化与浓缩工艺流程图;
图2为本发明采用化学法脱钙-纳滤-反渗透-电渗析集成浓海水软化与浓缩系统中纳滤装置示意图;
图3为本发明采用化学法脱钙-纳滤-反渗透-电渗析集成浓海水软化与浓缩系统中反渗透装置示意图;
图4为本发明采用化学法脱钙-纳滤-反渗透-电渗析集成浓海水软化与浓缩系统中电渗析装置示意图。
其中:11-原水箱一,12-原水箱二,21-进水调节器一,22-进水调节器二,3-进水泵,4-保安过滤器,5-回流调节器,61-进膜调节器一,62-进膜调节器二,63-进膜调节器三,71-进膜压力计一,72-进膜压力计二,73-进膜压力计三,81-纳滤膜元件一,82-纳滤膜元件二,83-纳滤膜元件三,91-浓水压力计一,92-浓水压力计二,93-浓水压力计三,101-浓水流量计一,102-浓水流量计二,103-浓水流量计三,111-纯水流量计一,112-纯水流量计二,113-纯水流量计三,121-浓水调节计;
a-原水箱,b-进水调节器,c-保安过滤器,d-回流调节器,e-进膜调节器,f-进膜压力计,g-反渗透膜元件,h-纯水流量计,i-浓水流量计,j-浓水压力计,k-浓水调节计;
Ⅰ-淡室,Ⅱ-极室,Ⅲ-浓室,Ⅳ-膜堆,Ⅴ-阀门,Ⅵ-阀门,Ⅶ-输送泵,Ⅷ-输送泵,Ⅸ-输送泵,Ⅹ-输送泵,Ⅺ-阀门,Ⅻ-阀门。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明,其目的仅在于更好的理解本发明的内容。
如图1流程图所示,本工艺包括化学法脱钙、纳滤系统、反渗透系统、电渗析浓缩系统四部分组成。
所述化学法脱钙,通过向浓海水中通入K2CO3、Na2CO3、(NH4)2CO3中的一种或几种组合,作为沉淀剂,反应后通过过滤、洗涤滤饼数次,并烘干得CaCO3副产品。
所述纳滤系统采用纳滤装置示意图如图2所示,由两个原水箱、保安过滤器、纳滤膜元件、进水泵及多个流量调节阀与压力表组成,压力、流速由高压泵转速、回流阀、进膜调节阀同时调控;温度由原水箱中配置换热盘管控制。要用去离子水冲洗,保证洗净设备及膜内残留料液;若长期停用,需将膜洗净后,浸泡在质量浓度0.01%-1%的NaHSO3保护液中放置。
所述反渗透系统采用反渗透装置示意图如图3所示,由原水箱、保安过滤系统、反渗透膜元件、进水泵及多个流量调节阀与压力表组成,反渗透与纳滤运行机理相似,均为压力为推动力的膜单元,操作及膜保护方式同纳滤所述。
所述电渗析系统采用电渗析装置示意图如图4所示,由浓缩室、淡化室、极室组成,极室配置浓度为0.3%-10%的Na2SO4溶液,每个隔室配有离心泵,用于输送液体进入膜堆、返回储槽完成循环。设备电压、电流由外置稳流器控制,可实现稳压、稳流两种操作模式。电渗析实际运行中,浓、淡室都不断进、出料,另有一股溶液直接从原料侧流至浓室,实现维持运行过程中浓、淡室溶液浓度稳定。
下面具体介绍一种采用化学法-纳滤-反渗透-电渗析集成海水软化与浓缩工艺,所述工艺能够将浓海水深度浓缩的同时,减缓浓海水排放带来的污染问题。以处理量300t/d规模海水软化与浓缩化学法-膜法集成工艺为例,所述集成工艺具体包括:
将海水淡化浓盐水通过化学法脱除Ca2+,在结晶反应器内,通过向浓海水中通入与Ca2+计量比R为0.9-2.0范围内的K2CO3、Na2CO3、(NH4)2CO3中的一种或几种组合,作为沉淀剂,反应温度在0-95℃范围内,搅拌速率100-900r/min,反应后通过过滤、洗涤数次,并烘干得CaCO3副产品。
将脱钙浓海水进行进膜预处理,由于海水本身含有许多杂质,在海水淡化过程中又引入许多化学添加剂,含有大量悬浮物、有机物及阻垢剂,不符合RO膜进水水质要求。希望通过有效的预处理手段进行梯级过滤除杂,如自清洗过滤器、絮凝-砂滤、碟片过滤和超滤一种或几种技术等相结合,使得产出水能够符合膜处理进水水质要求,实现与后续工艺对接。
将预处理后浓海水通过纳滤系统,进行一、二价离子(Na+/Mg2+、Cl-/SO4 2-)的分离,脱除大部分二价离子,尤其是对SO4 2-的脱除效果较好,纳滤系统采用GE公司生产的DL膜,在压力为0.5-2.5MPa,温度为5-45℃范围内,通过一级或多级纳滤膜浓缩,纳滤系统保证淡侧水回收率70%-80%左右。
将一价离子富集液通入反渗透系统进行初步浓缩,分别得到浓水,及浓度降低到500ppm以下符合《国家生活饮用水标准》的淡水;反渗透系统分为两段,反渗透系统在所用商业膜承压极限范围内,选择较高压力(5.0-8.0MPa)使溶液尽可能浓缩,温度在5-45℃范围内,反渗透回收率控制50%左右。
收集二价离子富集侧溶液,经纳滤浓缩后SO4 2-、Mg2+浓缩倍数分别为3.0、2.0倍左右,放入储槽,可用于结晶制备二价盐,生产氢氧化镁、碳酸镁、水滑石、镁砂等无机功能材料,为海水淡化镁硫资源化利用提供基础。
将反渗透浓水通入电渗析系统进行深度浓缩,所述电渗析系统膜对电压为0.1-10.0V,电流为0.5-10.0A,采用CMV/AMV离子交换膜,能够将浓盐水浓缩到20%以上,可进一步对接蒸发结晶等工艺,为氯碱、纯碱等工业提供液体盐;
原料室溶液可根据其浓度,选择合适的回用点,循环回至反渗透进水储槽再进入浓缩系统循环。
与传统海水淡化工艺相衔接,所述工艺膜集成系统整体淡水回收率显著提高,同时得到含盐量20%以上NaCl纯度较高的盐溶液,能够同时实现海水中富集的水资源及化学资源的综合利用,有效避免浓盐水排放对周边海域带来的环境问题,具有很高的实用价值及较好的综合效益。
以上实例结合附图详细说明了本发明的工艺流程,仅用于说明及帮助理解本发明工艺可行性,并不构成对本发明的保护范围限制,根据不同目标需求,可相应调整、修改,凡是与本发明相同或相似的设计均属本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种采用化学法-纳滤-反渗透-电渗析集成浓海水软化与浓缩工艺,所述集成系统依次包括化学法脱钙、纳滤系统、反渗透系统、电渗析系统,具体包括以下步骤:
(1)将海水淡化浓盐水通过化学法脱除Ca2+;
(2)将脱钙浓海水进行进膜预处理,使产水水质符合进膜标准;
(3)将预处理后浓海水通过纳滤系统,进行一、二价离子的分离,脱除二价离子;
(4)收集纳滤一价离子富集液通入反渗透系统进行初步浓缩,分别得到反渗透浓水及淡水;
(5)收集纳滤二价离子富集侧溶液,放入储槽,为海水镁硫资源化利用提供基础;
(6)将反渗透浓水通入电渗析系统进行深度浓缩,得到高浓盐水,可提浓作为液体盐为氯碱、纯碱等工业提供原料;
(7)电渗析原料室溶液可循环回至反渗透进水储槽再进入浓缩系统循环。
2.根据权利1所述一种采用化学法-纳滤-反渗透-电渗析集成浓海水软化与浓缩工艺,其特征在于,步骤(1)中所用化学法,采用化学试剂NaOH、K2CO3、Na2CO3、(NH4)2CO3、Na2C2O4中的一种或几种组合,对浓海水中Ca2+进行脱除,并副产钙盐。
3.根据权利1所述一种采用化学法-纳滤-反渗透-电渗析集成浓海水软化与浓缩工艺,其特征在于,步骤(3)纳滤系统采用纳滤膜实现一、二价离子的有效分离。
4.根据权利1所述一种采用化学法-纳滤-反渗透-电渗析集成浓海水软化与浓缩工艺,其特征在于,步骤(4)反渗透系统采用反渗透膜,通过一段或多段浓缩,并产淡水。
5.根据权利1所述一种采用化学法-纳滤-反渗透-电渗析集成浓海水软化与浓缩工艺,其特征在于,步骤(6)电渗析系统采用1价选择性CSO/ASA离子交换膜或纯浓缩CMV/AMV离子交换膜,通过一级或多级浓缩,最终能够将浓海水深度浓缩至20%以上。
6.根据权利1所述一种采用化学法-纳滤-反渗透-电渗析集成浓海水软化与浓缩工艺,其特征在于,步骤(3)进行一、二价离子的分离,典型的一、二价离子为Na+/Mg2+、Cl-/SO4 2-。
7.根据权利1所述一种采用化学法-纳滤-反渗透-电渗析集成浓海水软化与浓缩工艺,其特征在于,步骤(3)纳滤系统操作参数为:在压力为0.5-3.0MPa,温度为5-45℃范围内,通过一级或多级纳滤膜浓缩。
8.根据权利1所述一种采用化学法-纳滤-反渗透-电渗析集成浓海水软化与浓缩工艺,其特征在于,步骤(6)所述电渗析系统膜对电压为0.1-10.0V,电流为0.5-10.0A。
9.根据权利1所述一种采用化学法-纳滤-反渗透-电渗析集成浓海水软化与浓缩工艺,其特征在于,步骤(2)所述进膜预处理,由于海水本身含有许多杂质,在海水淡化过程中又引入许多化学添加剂,含有大量悬浮物、有机物及阻垢剂,不符合RO膜进水水质要求。通过梯级过滤除杂,所述梯级过滤除杂为自清洗过滤器、絮凝-砂滤、碟片过滤和超滤一种或几种技术相结合,使得产出水能够符合膜处理进水水质要求,实现与后续工艺对接。
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