CN109896653A - 一种双端产水的反渗透海水淡化高效脱硼系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于海水淡化技术领域，尤其是涉及一种双端产水的反渗透海水淡化高效脱硼系统。本发明所提供的双端产水的反渗透海水淡化高效脱硼系统将一级反渗透膜组设置为双端产水的反渗透海水淡化膜组，一级反渗透膜组海水进水端的取水比例x可以调节，可以根据二级反渗透膜组的配置设定一级反渗透膜组的海水进水端的取水比例x的调节范围，可以大大减少二级反渗透膜组的处理量，能够有效地减少二级反渗透膜组的投资成本与运行成本；当一级反渗透膜组的海水进水端的取水比例x为50%，二级反渗透膜组的投资成本减少约50%，吨水二级运行成本减少约50%。系统产水中硼含量低于0.5 mg/L，符合《生活饮用水卫生标准》（GB5749‑2006）。

Description

一种双端产水的反渗透海水淡化高效脱硼系统
技术领域
本发明属于海水淡化技术领域，尤其是涉及一种双端产水的反渗透海水淡化高效脱硼系统。
背景技术
我国人均水资源量为2220 m3，是世界人均水平的1/4，是全球13个人均水资源最贫乏的国家之一。水资源短缺已经成为制约社会发展的重要因素，并且随着人口增长，这一问题仍在恶化。反渗透海水淡化技术是应用反渗透膜将海水淡化为淡水，同时得到浓水的方法。反渗透海水淡化技术具有能耗较低，工艺简单，易工程实现等优点，是水资源开源增量的有效技术，沿海地区解决水资源短缺的重要途径。
中大型反渗透海水淡化工程工艺流程，主要包括取水系统，混凝沉淀池、无阀滤池和机械滤器/超滤组成的预处理系统，高压泵、能量回收装置和反渗透膜堆组成的脱盐系统，后矿化系统以及浓海水排放/利用系统。其中，脱盐系统是海水淡化工程的核心，反渗透膜堆常用单级单段工艺，所用反渗透膜壳并联安装在反渗透膜装置上，膜壳内多个反渗透膜元件依次串联。单级单段工艺的产水含盐量低于500 mg/L，符合国家《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）。然而产水硼含量高于0.5 mg/L，已超标，不符合国家标准。
目前，常用自来水勾兑法或两级反渗透海水淡化法来控制产水硼含量。其中，中国专利CN 203683262U公开了一种反渗透脱硼系统。其本质为采用一级反渗透产水箱收集一级反渗透膜组产水，经过二级反渗透膜组进一步脱硼后所产生的二级产水，作为最终产水。该系统新增一级反渗透产水箱和二级反渗透膜组，需要较大的工程建设投入与运行成本。因此，需要一种更经济、高效的反渗透海水淡化脱硼系统。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术中存在的不足，提供一种双端产水的反渗透海水淡化高效脱硼系统。
为此，本发明的上述目的通过以下技术方案来实现：
一种双端产水的反渗透海水淡化高效脱硼系统，所述双端产水的反渗透海水淡化高效脱硼系统包括：反渗透保安滤器、一级高压泵、能量回收装置、压力提升泵、一级反渗透膜组、二级高压泵和二级反渗透膜组；原海水经过反渗透保安滤器分为进水A支路和进水B支路，进水A支路内的原海水通过一级高压泵加压后与一级反渗透膜组的入口相连通，进水B支路内的原海水经过能量回收装置、压力提升泵加压后与一级反渗透膜组的入口相连通，一级反渗透膜组的高压浓水出口与能量回收装置的另一个入口相连通；所述一级反渗透膜组为双端产水的反渗透海水淡化膜组，所述双端产水的反渗透海水淡化膜组在海水进水端取出的产水为硼含量较低的一级产水，所述双端产水的反渗透海水淡化膜组在浓水出水端取出的产水为硼含量较高的一级产水，一级反渗透膜组浓水端产水经过二级高压泵加压后进入二级反渗透膜组；一级反渗透膜组海水进水端产水与二级反渗透膜组产水相汇合。
在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用以下进一步的技术方案：
优选地，所述一级反渗透膜组中反渗透膜元件为海水淡化用聚酰胺反渗透卷式膜元件，膜元件产水汇集于中心管内，可从膜元件物料进水端收集产水，也可从膜元件浓水出水端收集产水。
优选地，所述二级反渗透膜组中反渗透膜元件为苦咸水淡化用聚酰胺反渗透卷式膜元件。
优选地，所述一级反渗透膜组海水进水端取水比例x为0~100%，且根据二级反渗透膜组的配置进一步设定一级反渗透膜组的海水进水端的取水比例x的调节范围。
优选地，所述反渗透保安滤器入口的上游管路上设有第一混合器，所述第一混合器分别与硫酸计量泵、还原剂计量泵相连通。
优选地，所述二级高压泵与一级反渗透膜组之间的连接管路上设有第二混合器，所述第二混合器还与碱计量泵相连通；所述第二混合器用于混合二级反渗透膜组的进水和碱，且根据二级反渗透膜组的进水流量、温度、硼含量以及二级反渗透膜组的产水中硼含量来调节二级反渗透膜组进水的pH值，pH值的调节范围为9.0~10.9。
优选地，所述一级反渗透膜组的浓水出水端与二级高压泵之间的连接管路上设有压力开关，所述压力开关用于控制二级反渗透膜组的启停。
优选地，所述反渗透保安滤器的过滤精度为5 μm。
优选地，所述一级高压泵的操作压力范围为4.0~6.0 MPa，扬程为400~600 m；所述压力提升泵的操作压力范围为4.0~6.0 MPa，扬程为20~40 m。
优选地，所述二级高压泵的操作压力范围为0.5~1.9 MPa，扬程为50~190 m；且根据一级反渗透膜组的海水进水端的产水量、浓水出水端的产水量和二级反渗透膜组的产水量来调节二级反渗透膜组的进水压力。
本发明提供一种双端产水的反渗透海水淡化高效脱硼系统，具有如下有益效果：
（1）本发明所提供的双端产水的反渗透海水淡化高效脱硼系统将一级反渗透膜组设置为双端产水的反渗透海水淡化膜组，一级反渗透膜组海水进水端的取水比例x可以调节，可以根据二级反渗透膜组的配置设定一级反渗透膜组的海水进水端的取水比例x的调节范围，可以大大减少二级反渗透膜组的处理量，能够有效地减少二级反渗透膜组的投资成本与运行成本；当一级反渗透膜组的海水进水端的取水比例x为50%，二级反渗透膜组的投资成本减少约50%，吨水二级运行成本减少约50%。
（2）通过一级反渗透膜组的浓水出水端产水管上设置压力开关来控制二级反渗透系统的启停，设置第二混合器来混合二级反渗透膜组的进水和碱，可以取消设置一级反渗透产水箱。
（3）系统产水中硼含量低于0.5 mg/L，符合《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）。
（4）本发明所提供的双端产水的反渗透海水淡化高效脱硼系统已经在某海水淡化工程中实际应用，工程实践表明，上述双端产水的反渗透海水淡化高效脱硼系统设计合理，产水水质达标，运行稳定可靠，是海水淡化合理有效的系统。
附图说明
图1为本发明所提供的一种双端产水的反渗透海水淡化高效脱硼系统的示意图；
图2为不同脱硼工艺产水硼含量与二级反渗透膜组的进水pH的关系图；
图中：1-反渗透保安滤器；201-一级高压泵；202-二级高压泵；301-一级反渗透膜组；302-二级反渗透膜组；401-能量回收装置；402-压力提升泵；501-第一混合器；502-第二混合器。
具体实施方式
参照附图和具体实施例对本发明作进一步详细地描述。
一种双端产水的反渗透海水淡化高效脱硼系统，包括：反渗透保安滤器1、一级高压泵201、一级反渗透膜组301、二级高压泵202和二级反渗透膜组302；反渗透保安滤器1的出口与一级高压泵201的入口相连通，一级高压泵201的出口与一级反渗透膜组301的入口相连通，一级反渗透膜组301为双端产水的反渗透海水淡化膜组，一级反渗透膜组301的A产水端为海水进水一侧的产水端，一级反渗透膜组301的B产水端为浓水出水一侧的产水端，一级反渗透膜组301的B产水端与二级高压泵202的入口相连通，二级高压泵202的出口与二级反渗透膜组302的入口相连通。一级反渗透膜组301中反渗透膜元件为海水淡化用聚酰胺反渗透卷式膜元件，膜元件产水汇集于中心管内，可从膜元件物料进水端收集产水，也可从膜元件浓水出水端收集产水；二级反渗透膜组302中反渗透膜元件为苦咸水淡化用聚酰胺反渗透卷式膜元件。一级反渗透膜组301的A产水端产出的为硼含量较低的产水，B产水端产出的为硼含量较高的产水。一级反渗透膜组301的海水进水端产水与二级反渗透膜组302的产水相汇合。
双端产水的反渗透海水淡化高效脱硼系统还包括能量回收装置401，能量回收装置401的高压侧入口与一级反渗透膜组301的B产水端相连通，能量回收装置401的低压侧入口与反渗透保安滤器1的出口相连通，能量回收装置401的低压侧出口与一级反渗透膜组301的入口相连通。
能量回收装置401的低压侧出口与一级反渗透膜组301的入口之间的连接管路上设有压力提升泵402。
反渗透保安滤器1入口的上游管路上设有第一混合器501，第一混合器501分别与硫酸计量泵、还原剂计量泵相连通。
二级高压泵202与一级反渗透膜组301之间的连接管路上设有第二混合器502，第二混合器502还与碱计量泵相连通。
一级反渗透膜组301的B产水端与二级高压泵202之间的连接管路上设有压力开关，压力开关用于控制二级反渗透膜组302的启停。
以5000 m3/d双端产水的反渗透海水淡化高效脱硼系统为例，一级反渗透膜组海水进水端的取水比例x为42.9%。
根据二级反渗透膜组进水流量、温度、硼含量和产水中硼含量来调节二级反渗透膜组进水中的pH值，pH值约为9.5。
本发明对比了双端出水脱硼工艺和传统脱硼工艺产水硼含量与二级反渗透膜组的进水pH的关系，结果如图2所示。双端出水脱硼工艺与传统脱硼工艺相似，随着二级反渗透膜组的进水pH的升高，产水硼含量逐渐降低。产水硼含量与二级反渗透膜组的进水pH的关系表明，双端出水脱硼工艺可行，当二级反渗透膜组的进水pH为9.5时，产水硼含量达标。
根据一级反渗透膜组海水进水端产水量、一级反渗透膜组浓水出水端产水量和二级反渗透膜组产水量来调节二级反渗透膜组进水压力，压力约为1.5 MPa。
一级高压泵201的操作压力范围为4.0~6.0 MPa，扬程为600 m；二级高压泵202的操作压力约为1.5 MPa，扬程为150 m；压力提升泵402的扬程为38 m。
反渗透保安滤器1的过滤精度为5 μm。
采用5000 m3/d双端产水的反渗透海水淡化高效脱硼系统，二级反渗透膜组投资成本约为：
3万元/(m3/h)*108m3/h=324万元
若采用传统的反渗透海水淡化脱硼系统，其二级反渗透膜组投资成本约为：
3万元/(m3/h)*189m3/h=567万元
吨水二级运行成本方面，主要考虑能耗（1.0元/kWh），调节pH的NaOH药耗（2500元/t）和膜更换费用（5年）：
采用5000 m3/d双端产水的反渗透海水淡化高效脱硼系统，吨水二级运行成本约为：
[0.43kWh/m3*1.0元/kWh+7.85*10-6t/m3*2500元/t+112*4000/(108*24*330*5)]*108/198
=(0.430+0.020+0.105)*108/198=0.303元/m3
若采用传统的反渗透海水淡化脱硼系统，其吨水二级运行成本约为：
0.42kWh/m3*1.0元/kWh+4.32*10-6t/m3*2500元/t+196*4000/(189*24*330*5)
=0.420+0.011+0.105=0.536元/m3
因此，双端产水的反渗透海水淡化高效脱硼系统通过减少二级反渗透膜组处理量，减少二级反渗透膜组的投资成本约42.9%，减少吨水二级运行成本43.5%。
本实施例中并未示出一级反渗透膜组海水进水端的取水比例x为其他具体数值，很显然，x也可以为30%、50%等；且均落在本发明的保护范围内。
上述具体实施方式用来解释说明本发明，仅为本发明的优选实施例，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改、等同替换、改进等，都落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种双端产水的反渗透海水淡化高效脱硼系统，其特征在于，所述双端产水的反渗透海水淡化高效脱硼系统包括：反渗透保安滤器、一级高压泵、能量回收装置、压力提升泵、一级反渗透膜组、二级高压泵和二级反渗透膜组；原海水经过反渗透保安滤器分为进水A支路和进水B支路，进水A支路内的原海水通过一级高压泵加压后与一级反渗透膜组的入口相连通，进水B支路内的原海水经过能量回收装置、压力提升泵加压后与一级反渗透膜组的入口相连通，一级反渗透膜组的高压浓水出口与能量回收装置的另一个入口相连通；所述一级反渗透膜组为双端产水的反渗透海水淡化膜组，所述双端产水的反渗透海水淡化膜组在海水进水端取出的产水为硼含量较低的一级产水，所述双端产水的反渗透海水淡化膜组在浓水出水端取出的产水为硼含量较高的一级产水，一级反渗透膜组浓水端产水经过二级高压泵加压后进入二级反渗透膜组；一级反渗透膜组海水进水端产水与二级反渗透膜组产水相汇合。
2.根据权利要求1所述的双端产水的反渗透海水淡化高效脱硼系统，其特征在于，所述一级反渗透膜组中反渗透膜元件为海水淡化用聚酰胺反渗透卷式膜元件，膜元件产水汇集于中心管内，可从膜元件物料进水端收集产水，也可从膜元件浓水出水端收集产水。
3.根据权利要求1所述的双端产水的反渗透海水淡化高效脱硼系统，其特征在于，所述二级反渗透膜组中反渗透膜元件为苦咸水淡化用聚酰胺反渗透卷式膜元件。
4.根据权利要求1所述的双端产水的反渗透海水淡化高效脱硼系统，其特征在于，所述一级反渗透膜组海水进水端取水比例x为0~100%，且根据二级反渗透膜组的配置进一步设定一级反渗透膜组的海水进水端的取水比例x的调节范围。
5.根据权利要求1所述的双端产水的反渗透海水淡化高效脱硼系统，其特征在于，所述反渗透保安滤器入口的上游管路上设有第一混合器，所述第一混合器分别与硫酸计量泵、还原剂计量泵相连通。
6.根据权利要求1所述的双端产水的反渗透海水淡化高效脱硼系统，其特征在于，所述二级高压泵与一级反渗透膜组之间的连接管路上设有第二混合器，所述第二混合器还与碱计量泵相连通；所述第二混合器用于混合二级反渗透膜组的进水和碱，且根据二级反渗透膜组的进水流量、温度、硼含量以及二级反渗透膜组的产水中硼含量来调节二级反渗透膜组进水的pH值，pH值的调节范围为9.0~10.9。
7.根据权利要求1所述的双端产水的反渗透海水淡化高效脱硼系统，其特征在于，所述一级反渗透膜组的浓水出水端与二级高压泵之间的连接管路上设有压力开关，所述压力开关用于控制二级反渗透膜组的启停。
8. 根据权利要求1所述的双端产水的反渗透海水淡化高效脱硼系统，其特征在于，所述反渗透保安滤器的过滤精度为5 μm。
9. 根据权利要求1所述的双端产水的反渗透海水淡化高效脱硼系统，其特征在于，所述一级高压泵的操作压力范围为4.0~6.0 MPa，扬程为400~600 m；所述压力提升泵的操作压力范围为4.0~6.0 MPa，扬程为20~40 m。
10. 根据权利要求1所述的双端产水的反渗透海水淡化高效脱硼系统，其特征在于，所述二级高压泵的操作压力范围为0.5~1.9 MPa，扬程为50~190 m；且根据一级反渗透膜组的海水进水端的产水量、浓水出水端的产水量和二级反渗透膜组的产水量来调节二级反渗透膜组的进水压力。
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