CN109896672B - 海水淡化装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种海水淡化装置及方法，涉及海水处理技术领域，用于提高系统运行的稳定性和安全性并降低系统运行费用。本发明的海水淡化装置，包括低压膜分离装置以及低压膜淡化装置，利用低压膜分离装置盐分部分截留的特点将一价盐水(即氯化钠溶液)与二价盐水(如氯化镁、氯化钙及硫酸盐溶液)进行分离，其可以分摊部分的渗透压，以降低其下游设备的负担，由于膜两侧盐水可抵消部分渗透压，系统自身运行压力也因此大幅降低；由于低压膜分离装置分离后的氯化钠溶液含盐量降低，其渗透压也大幅降低，因此可以在较低的操作压力下就可以实现除盐淡化、产水出合格淡化水的目的。

Description

海水淡化装置及方法

技术领域

本发明涉及海水处理技术领域，特别地涉及一种海水淡化装置及方法。

背景技术

海水淡化即利用海水脱盐生产淡水，是实现水资源利用的开源增量技术，可以增加淡水总量，且不受时空和气候影响，可以保障沿海居民饮用水和工业锅炉补水等稳定供水。现有的海水淡化膜分离装置及淡化方法是海水通过一定的预处理，一般使用高压(大于或等于4Pa)反渗透(8MPa)法克服海水盐分极高的渗透压、脱盐淡化制取得到淡水。该方法为了保证一次脱除盐分的效果，以及防止污染，就会有以下的缺陷之处，例如必须克服海水很高的渗透压，特别是高回收率下的浓缩液盐度倍增，渗透压更高，从而使操作压力更高，因此对不利于系统的稳定性和安全性，此外现有的海水淡化膜分离装置其投资及运行费用高，且海水淡化应用率低。

发明内容

本发明提供一种海水淡化装置及方法，用于提高系统运行的稳定性和安全性并降低系统运行费用。

根据本发明的第一个方面，本发明提供一种海水淡化装置，包括低压膜分离装置，其用于分离海水中的氯化钠溶液；

低压膜淡化装置，其与所述低压膜分离装置相连，用于分离氯化钠溶液中的淡化水；以及

后处理装置，其用于处理所述低压膜淡化装置(2)中浓缩分离的氯化钠浓水；

其中，所述低压膜分离装置和所述低压膜淡化装置之间还设置有第一中间水箱，所述低压膜分离装置浓缩分离的氯化钠溶液经由所述第一中间水箱被输送至所述低压膜淡化装置，所述低压膜淡化装置中分离的氯化钠浓水返回至所述第一中间水箱中进行循环，浓缩的氯化钠浓水进入所述后处理装置进行处理，使第一中间水箱的氯化钠盐水的浓度降低。

在一个实施方式中，所述后处理装置包括均相膜电渗析装置，其与所述第一中间水箱相连，用于浓缩氯化钠溶液；

氯化钠高盐水箱，其与所述均相膜电渗析装置相连，所述低压膜淡化装置浓缩分离的氯化钠浓水通过均相膜电渗析装置迁移至所述氯化钠高盐水箱，使所述第一中间水箱的氯化钠盐水的浓度降低；以及

氯化钠固体制备装置，其与所述均相膜电渗析装置的浓缩循环系统连通，用于制备氯化钠固体。

在一个实施方式中，所述均相膜电渗析装置中氯化钠溶液的电导率高于预定值时，所述均相膜电渗析装置的浓缩循环系统与所述氯化钠固体制备装置连通。

在一个实施方式中，所述氯化钠高盐水箱还与所述低压膜淡化装置的其中一个输出端相连。

在一个实施方式中，所述氯化钠高盐水箱的其中一个输入端通过回流阀与所述均相膜电渗析装置的其中一个输出端相连；

所述氯化钠高盐水箱的另一个输入端通过补水阀与所述低压膜淡化装置的其中一个输出端相连；

所述氯化钠高盐水箱的输出端与所述均相膜电渗析装置的其中一个输入端相连。

在一个实施方式中，还包括前处理装置，所述前处理装置包括依次相连的微滤装置、第二中间水箱、增压泵和精密过滤器，所述精密过滤器的输出端与所述低压膜分离装置的输入端相连。

在一个实施方式中，所述低压膜分离装置的输出端与所述第二中间水箱的其中一个输入端相连。

在一个实施方式中，所述第一中间水箱的第一个输入端与所述低压膜分离装置的其中一个输出端相连，所述第一中间水箱的第二个输入端与所述均相膜电渗析装置的其中一个输出端相连，所述第一中间水箱的第三个输入端与所述低压膜淡化装置的其中一个输出端通过第二调节阀相连；

所述第一中间水箱的输出端与所述均相膜电渗析装置的其中一个输入端相连。

在一个实施方式中，所述低压膜分离装置和所述精密过滤器之间以及所述第一中间水箱和所述低压膜淡化装置之间均连接有高压泵。

根据本发明的第一个方面，本发明提供一种采用上述的海水淡化装置淡化海水的方法，包括以下步骤：

采用低压膜分离装置对经过前处理的海水进行氯化钠溶液的分离，

低压膜分离装置中分离的氯化钠溶液通过第一中间水箱进入低压膜淡化装置中进行淡化水的分离，

低压膜淡化装置中分离的淡化水进入淡化水箱中，低压膜淡化装置中分离的氯化钠浓水进入第一中间水箱和/或氯化钠高盐水箱中；

第一中间水箱中的氯化钠溶液进入均相膜电渗析装置进行浓缩处理，浓缩后氯化钠溶液选择性地进入氯化钠固体制备装置中。

与现有技术相比，本发明的优点在于：利用低压膜分离装置盐分部分截留的特点将一价盐水(即氯化钠溶液)与二价盐水(如氯化镁、氯化钙及硫酸盐溶液)进行分离，其可以分摊部分的渗透压，以降低其下游设备的负担，由于膜两侧盐水可抵消部分渗透压，系统自身运行压力也因此大幅降低；并且低压膜分离装置分离后的氯化钠溶液含盐量降低，其渗透压也大幅降低；同时系统自身运行压力也因此大幅降低；由于低压膜分离装置分离后的氯化钠溶液其渗透压大幅降低，而且含盐量降低，因此可以在较低的操作压力下就可以实现除盐淡化、产出合格淡化水的目的；因此通过两级分离操作分别分离不同的产物，不仅能够分摊渗透压，降低运行压力以及降低能耗，使系统运行的稳定性和安全性得以提高，也可形成产水水质的双重保障。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。

图1是本发明的实施例中海水淡化装置的结构示意图。

附图标记：

1-低压膜分离装置；11-第一调节阀；12-第一冲洗阀；

2-低压膜淡化装置；21-补水阀；22-淡化水箱；23-第二冲洗阀；24-第二调节阀；

3-第一中间水箱；

4-均相膜电渗析装置；41-回流阀；42-排放阀；

5-氯化钠固体制备装置；6-氯化钠高盐水箱；

7-前处理装置；71-增压泵；72-微滤装置；73-精密过滤器；74-第二中间水箱；

8-高压泵。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，根据本发明的第一个方面，本发明提供一种海水淡化装置，其包括低压膜分离装置1和低压膜淡化装置2，其中，低压膜分离装置1用于分离海水中的氯化钠溶液；低压膜淡化装置2与低压膜分离装置1相连，用于分离氯化钠溶液中的淡化水。

具体地，低压膜分离装置1和低压膜淡化装置2之间还设置有第一中间水箱3，低压膜分离装置1分离的氯化钠溶液经由第一中间水箱3被输送至低压膜淡化装置2，低压膜淡化装置2中分离的氯化钠浓水返回至第一中间水箱3中进行循环。

如图1所示，低压膜分离装置1中分离的氯化钠溶液进入第一中间水箱3中进行缓冲，以防对其下游的装置产生冲击而影响低压膜淡化装置2的作业过程。第一中间水箱3中的氯化钠溶液通过高压泵8将其输送至低压膜淡化装置2，经过低压膜淡化装置2的浓缩分离后，其将淡化水输入至淡化水箱22中，将氯化钠浓水则通过第二调节阀24再次返回至第一中间水箱3中，从而对氯化钠溶液进行循环浓缩分离；此外，低压膜淡化装置2还可根据第一中间水箱3的硅化物含量选择通过第二冲洗阀23将氯化钠浓水进行排放。

在一个实施例中，发明的海水淡化装置还包括后处理装置，其中后处理装置包括均相膜电渗析装置4、氯化钠高盐水箱6和氯化钠固体制备装置5，其中，均相膜电渗析装置4与第一中间水箱3相连，用于浓缩氯化钠溶液；氯化钠高盐水箱6与均相膜电渗析装置4相连，使第一中间水箱3中的氯化钠溶液进入均相膜电渗析装置4，在均相膜电渗析装置4中通过离子迁移得以淡化，同时氯化钠高盐水箱6的氯化钠溶液浓度得以提高，从而达到降低第一中间水箱3的氯化钠盐水的浓度的目的；氯化钠固体制备装置5与均相膜电渗析装置4的浓缩循环系统连通，用于制备氯化钠固体。

具体来说，由于氯化钠溶液经通过均相膜电渗析装置4进行离子迁移，因此通过监测氯化钠高盐水箱6中氯化钠溶液的电导率可对氯化钠固体制备装置5进行控制。例如，当氯化钠高盐水箱6中氯化钠溶液的电导率高于预定值时，均相膜电渗析装置4的浓缩循环系统与氯化钠固体制备装置5之间的排放阀42打开，同时回流阀41关闭，则均相膜电渗析装置4的浓缩循环系统与氯化钠固体制备装置5连通，浓缩的氯化钠进入氯化钠固体制备装置5进行氯化钠固体的制备。相反地，当氯化钠高盐水箱6中氯化钠溶液的电导率低于预定值时，排放阀42关闭且回流阀41打开，浓缩的氯化钠继续流入氯化钠高盐水箱6中。

其中，均相膜电渗析装置4中的离子交换膜为均相膜，其电化学性能较为优良。氯化钠固体制备装置5可采用现有技术中的结构，在此不再赘述。

在一个实施例中，本发明的海水淡化装置中还设置有氯化钠高盐水箱6，其中，氯化钠高盐水箱6的输出端与均相膜电渗析装置4的其中一个输入端(E2端)相连；低压膜淡化装置2的其中一个输出端依次通过第二调节阀24和补水阀21与氯化钠高盐水箱6的其中一个输入端相连，当氯化钠高盐水箱6水位低于某个值时，补水阀21打开，即低压膜淡化装置2中分离的氯化钠浓水还可被输送至氯化钠高盐水箱6，使氯化钠浓水通过氯化钠高盐水箱6而进入到均相膜电渗析装置4的浓缩循环系统中进行浓缩处理。

进一步地，第一中间水箱3的第一个输入端与低压膜分离装置1的其中一个输出端相连，第一中间水箱3的第二个输入端与均相膜电渗析装置4的其中一个输出端(即C1端)相连，第一中间水箱3的第三个输入端与低压膜淡化装置2的其中一个输出端通过第二调节阀24相连；第一中间水箱3的输出端通过循环泵与均相膜电渗析装置4的其中一个输入端(即E1端)相连。

也就是说，第一中间水箱3中的溶液分别来自低压膜分离装置1、低压膜淡化装置2和均相膜电渗析装置4中的一个或多个，第一中间水箱3中输入的氯化钠溶液则分别进入低压膜淡化装置2和/或均相膜电渗析装置4中，从而使第一中间水箱3中的氯化钠溶液尽可能多地在各个装置之间进行循环，从而使分离的淡化水的量增加。

在一个实施例中，本发明的海水淡化装置还包括还包括前处理装置7，具体地，前处理装置7包括依次相连的增压泵71、微滤装置72、第二中间水箱74、增压泵71和精密过滤器73，精密过滤器73的输出端经高压泵8与低压膜分离装置1的输入端相连。通过前处理装置能够对海水中的微生物、杂质等进行过滤，以保证低压膜分离装置1的分离效果，并防止低压膜分离装置1的堵塞。

进一步地，第二中间水箱74和精密过滤器73之间连接有增压泵71，以提高精密过滤器的过滤效果。

此外，低压膜分离装置1的输出端与第二中间水箱74的其中一个输入端相连。因此低压膜分离装置1中分离出来的高价浓盐水(例如氯化镁溶液等)再次返回至第二中间水箱74中进行循环，以提高低压膜分离装置1的分离效率。

在一个具体的实施例中，低压膜分离装置1为分盐纳滤装置。

根据本发明的第二个方面，提供一种采用上述的海水淡化装置淡化海水的方法，包括以下步骤：

第一步，采前处理装置7对海水进行预处理。

首先，通过增压泵71将海水输送至微滤装置72中进行第一级过滤，以除去海水中的悬浮物和杂质等，过滤后的净水进入第二中间水箱74中。其次，第二中间水箱74中的净水通过增压泵71被输送至精密过滤器73中进行第二级过滤，以进一步除去杂质等。

第二步，通过高压泵经低压膜分离装置1分离氯化钠溶液。

精密过滤器73中的液体通过高压泵8被输送至低压膜分离装置1中，通过低压膜分离装置1对经过前处理的海水进行氯化钠溶液的分离，经过低压膜分离装置1分离后的一价氯化钠溶液进入第一中间水箱3中，高价浓盐水则返回至第二中间水箱74中进行循环分离。

第三步，通过低压膜淡化装置2分离淡化水。

第一中间水箱3中的一价氯化钠溶液通过高压泵8进入低压膜淡化装置2中进行淡化水的分离，低压膜淡化装置2中分离的淡化水进入淡化水箱22中。

低压膜淡化装置2中分离的氯化钠浓水可以选择通过第二冲洗阀23进行排放，通过第二调节阀24进入第一中间水箱3中以及通过第二调节阀24、补水阀21进入氯化钠高盐水箱6中的一个路径或者多个路径，以使低压膜淡化装置2的分离效率更高。

第三步，通过电渗析膜浓缩装置4进行后处理。

第一中间水箱3中的氯化钠溶液通过E1端进入均相膜电渗析装置4进行浓缩处理；和/或

氯化钠高盐水箱6中的氯化钠溶液通过E2端进入均相膜电渗析装置4进行浓缩处理。

当均相膜电渗析装置4中氯化钠溶液的电导率高于预定值时，将排放阀42打开，使浓缩后氯化钠溶液通过均相膜电渗析装置4的C2端以及排放阀42进入氯化钠固体制备装置5中进行固体氯化钠的制备。

均相膜电渗析装置4中的氯化钠溶液还可通过C1端进入第一中间水箱3中进行循环，以提高氯化钠溶液的处理效率。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (9)

1.一种海水淡化装置，其特征在于，包括：

低压膜分离装置(1)，其用于分离海水中的氯化钠溶液；

低压膜淡化装置(2)，其与所述低压膜分离装置(1)相连，用于分离氯化钠溶液中的淡化水；以及

后处理装置，其用于处理所述低压膜淡化装置(2)中浓缩分离的氯化钠浓水；

其中，所述低压膜分离装置(1)和所述低压膜淡化装置(2)之间还设置有第一中间水箱(3)，所述低压膜分离装置(1)分离的氯化钠溶液经由所述第一中间水箱(3)被输送至所述低压膜淡化装置(2)，所述低压膜淡化装置(2)中浓缩分离的氯化钠浓水返回至所述第一中间水箱(3)中进行循环，浓缩的氯化钠浓水进入所述后处理装置进行处理，使第一中间水箱(3)的氯化钠盐水的浓度降低；

所述后处理装置包括：

均相膜电渗析装置(4)，其与所述第一中间水箱(3)相连；

氯化钠高盐水箱(6)，其与所述均相膜电渗析装置(4)相连，所述低压膜淡化装置(2)浓缩分离的氯化钠浓水通过均相膜电渗析装置(4)迁移至所述氯化钠高盐水箱(6)，使所述第一中间水箱(3)的氯化钠盐水的浓度降低；以及

氯化钠固体制备装置(5)，其与所述均相膜电渗析装置(4)的浓缩循环系统连通，用于制备氯化钠固体。

2.根据权利要求1所述的海水淡化装置，其特征在于，所述均相膜电渗析装置(4)中氯化钠溶液的电导率高于预定值时，所述均相膜电渗析装置(4)的浓缩循环系统与所述氯化钠固体制备装置(5)连通。

3.根据权利要求1或2所述的海水淡化装置，其特征在于，所述氯化钠高盐水箱(6)还与所述低压膜淡化装置(2)的其中一个输出端相连。

4.根据权利要求3所述的海水淡化装置，其特征在于，所述氯化钠高盐水箱(6)的其中一个输入端通过回流阀(41)与所述均相膜电渗析装置(4)的其中一个输出端相连；

所述氯化钠高盐水箱(6)的另一个输入端通过补水阀(21)与所述低压膜淡化装置(2)的其中一个输出端相连；

所述氯化钠高盐水箱(6)的输出端与所述均相膜电渗析装置(4)的其中一个输入端相连。

5.根据权利要求1-2中任一项所述的海水淡化装置，其特征在于，还包括前处理装置(7)，所述前处理装置(7)包括依次相连的微滤装置(72)、第二中间水箱(74)、增压泵(71)和精密过滤器(73)，所述精密过滤器(73)的输出端与所述低压膜分离装置(1)的输入端相连。

6.根据权利要求5所述的海水淡化装置，其特征在于，所述低压膜分离装置(1)的输出端与所述第二中间水箱(74)的其中一个输入端相连。

7.根据权利要求1或2所述的海水淡化装置，其特征在于，所述第一中间水箱(3)的第一个输入端与所述低压膜分离装置(1)的其中一个输出端相连，所述第一中间水箱(3)的第二个输入端与所述均相膜电渗析装置(4)的其中一个输出端相连，所述第一中间水箱(3)的第三个输入端与所述低压膜淡化装置(2)的其中一个输出端通过第二调节阀(24)相连；

所述第一中间水箱(3)的输出端与所述均相膜电渗析装置(4)的其中一个输入端相连。

8.根据权利要求5所述的海水淡化装置，其特征在于，所述低压膜分离装置(1)和所述精密过滤器(73)之间以及所述第一中间水箱(3)和所述低压膜淡化装置(2)之间均连接有高压泵(8)。

9.一种采用权利要求1-8中任一项所述的海水淡化装置淡化海水的方法，其特征在于，包括以下步骤：

采用低压膜分离装置(1)对经过前处理的海水进行氯化钠溶液的分离，

低压膜分离装置(1)中分离的氯化钠溶液通过第一中间水箱(3)进入低压膜淡化装置(2)中进行淡化水的分离，

低压膜淡化装置(2)中分离的淡化水进入淡化水箱(22)中，低压膜淡化装置(2)中分离的氯化钠浓水进入第一中间水箱(3)和/或氯化钠高盐水箱(6)中；

第一中间水箱(3)和/或氯化钠高盐水箱(6)中的氯化钠溶液进入均相膜电渗析装置(4)进行浓缩处理，浓缩后氯化钠溶液选择性地进入氯化钠固体制备装置(5)中。

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