CN111039381A - 一种提高反渗透海水淡化产水水质的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种提高反渗透海水淡化产水水质的方法，其特征在于，在常规单级反渗透海水淡化操作工艺中，向进料海水中投加能与海水中硼元素发生反应的糖醇类络合剂。采用本方法可有效提高单级反渗透的脱硼效果，使单级反渗透海水淡化的产水水质满足饮用水的安全标准。

Description

一种提高反渗透海水淡化产水水质的方法
技术领域
本发明属于海水淡化领域，涉及一种提高反渗透海水淡化产水水质的方法。
背景技术
作为一种淡水资源生产的增量技术，反渗透海水淡化由于具有适用范围广、脱盐效果好、工程造价和运行成本低、建造周期短等诸多优点，近20年来发展迅速，已成为海水淡化两大主导技术之一。目前，反渗透海水淡化技术已经相当成熟，淡化的海水也已进入自来水管网系统，成为解决淡水资源短缺的有益补充。但是长期饮用反渗透淡化的海水对人类健康造成的潜在危害也逐渐被人们所认知，其中非常受关注就是淡化水中硼元素超标的问题。硼是人和动物植物生长必需的营养元素，但长期接触过量的硼元素会对人体的神经系统、免疫系统和生殖系统等造成损害。
虽然反渗透膜的脱盐率高达99.6％以上，但对海水中的硼的去除效果不甚理想，去除率仅有80％左右，导致产水中硼元素的含量超出饮用水的安全标准。潘献辉等人对我国曹妃甸万吨级的膜法海水淡化产水的106项指标进行了检测分析，发现除硼元素超标外，其他各项指标完全符合我国《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)(潘献辉,郑睿,王晓楠,赵建超,周东星.膜法海水淡化厂产品水质与饮用安全分析[J].中国给水排水:2016,32(20):19-23.)。海水的平均硼含量在4～5mg/L。在自然的海水pH值下，硼元素以硼酸的形式存在，在反渗透海水淡化中能够透过反渗透膜，影响产水水质。考虑到反渗透海水淡化操作条件及进水水质的不同，反渗透海水淡化产水中硼浓度在0.8～1.5mg/L之间，而我国《生活饮用水卫生标准》规定饮用水中硼含量不超过0.5mg/L。为了达到此标准，目前反渗透海水淡化工厂采用的解决方法有：(1)将反渗透产水用不含硼的自来水或地表水稀释，使淡化海水的硼含量达标，但该方法在淡水资源紧缺的地区不适用；(2)采用两级反渗透工艺，即在第一级高压反渗透的产水中，加碱调节pH到9.5-10(使硼元素以离子的形式存在)，然后进入第二级低压反渗透处理，硼元素被截留，第二级反渗透产水满足硼元素的限量要求。但两级反渗透工艺使海水淡化过程复杂化，增加了产水成本。此外，产水中的矿物质含量如钙镁离子等过低。
本发明通过向进料海水中添加能与硼元素发生反应的糖醇类络合剂，从而达到只采用单级反渗透就能实现脱硼的目的，其原理是糖醇类络合剂与硼元素发生络合作用，生成的分子尺寸较大的络合物被反渗透膜截留，产生的淡化海水中硼含量小于0.5mg/L,完全符合生活饮用水的安全标准。
发明内容
本发明目的在于在常规单级反渗透海水淡化操作工艺的基础上提供一种提高产水水质的方法，以使淡化海水符合安全饮用的标准。
本发明的技术要点在常规单级反渗透海水淡化操作工艺的基础上，向进料海水中添加能与硼发生反应的糖醇类络合剂。
本发明所述的糖醇类络合剂包括木糖醇、甘露糖醇、山梨糖醇、甘油、赤藓糖醇和麦芽糖醇，优选木糖醇和甘露糖醇。
本发明所述的糖醇类络合剂的添加量与海水中硼元素的含量相关，两者之间的质量比在1:1～20:1之间。
本发明所述的进料海水的pH在4～8之间，优选pH7.0。
本发明所述的反渗透海水淡化工艺所用的反渗透膜是聚酰胺复合反渗透膜或是醋酸纤维素复合反渗透膜。
本发明提供的向海水中添加糖醇类络合剂方法具有如下突出特点和优势：
1、操作方便，简单易行，除硼效果好；
2、仅采用单级反渗透就能生产水质完全符合安全标准的淡化水，与两级反渗透海水淡化工艺相比，简化了操作步骤，节省了能耗；
3、无需加碱除硼，避免了碱性海水对反渗透膜造成的损害。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，本发明所涉及的主题保护范围并非仅限于这些实施例。
实施例1：以模拟海水为进料液进行反渗透实验。模拟海水中氯化钠浓度为35g/L，硼含量为4.6mg/L，海水的pH值是7.0。采用的反渗透膜是聚酰胺复合反渗透膜，操作条件是：压力5.0MPa，回水率40％，温度30oC。在未加木糖醇络合剂的情况下，反渗透产水中氯化钠含量是0.11g/L，硼含量是0.90mg/L，计算得到的反渗透膜的脱盐率为99.7％，脱硼率为80.4％。当向模拟海水中加入46mg/L的木糖醇时，反渗透产水中氯化钠的含量时0.11g/L，硼含量是0.25mg/L。反渗透膜的脱盐率为99.7％，没有发生变化，但脱硼率提高到94.6％。
实施例2：以模拟海水为进料液进行反渗透实验。模拟海水中氯化钠浓度为35g/L，硼含量为5.0mg/L，海水的pH值是6.0。采用的反渗透膜是醋酸纤维素复合反渗透膜，操作条件是：压力5.5MPa，回水率40％，温度27℃。在未加山梨糖醇络合剂的情况下，反渗透产水中氯化钠含量是0.12g/L，硼含量是0.85mg/L，计算得到的反渗透膜的脱盐率为99.7％，脱硼率为83.0％。当向模拟海水中加入25mg/L的山梨糖醇时，反渗透产水中氯化钠的含量是0.11g/L，硼含量是0.41mg/L。反渗透膜的脱盐率为99.7％，没有发生显著变化，但脱硼率提高到91.8％。
实施例3：以实际海水为进料液进行反渗透实验。海水的水质是pH6.8，总溶解固体含量(TDS)是38.3g/L,硼含量是4.59mg/L。海水先经过杀菌、絮凝、沉淀、精密过滤等预处理步骤，使水质满足反渗透系统的进水要求。采用的反渗透膜是聚酰胺复合反渗透膜，操作条件是：压力6.0MPa，回水率40％，温度25℃。在未加木糖醇络合剂的情况下，反渗透产水中TDS是0.17g/L，硼含量是1.20mg/L，计算得到的反渗透膜的脱盐率为99.6％，脱硼率为73.8％。当向进料海水中加入80mg/L的木糖醇时，反渗透产水中TDS是0.19g/L，硼含量是0.35mg/L。反渗透膜的脱盐率为99.6％，没有受到影响，但脱硼率提高到92.4％。
实施例4：以实际海水为进料液进行反渗透实验。海水的水质是pH6.8，总溶解固体含量(TDS)是38.3g/L,硼含量是4.59mg/L。海水先经过杀菌、絮凝、沉淀、精密过滤等预处理步骤，使水质满足反渗透系统的进水要求。采用的反渗透膜是醋酸纤维素复合反渗透膜，操作条件是：压力6.0MPa，回水率40％，温度30oC。在未加甘露糖醇络合剂的情况下，反渗透产水中TDS是0.23g/L，硼含量是1.38mg/L，计算得到的反渗透膜的脱盐率为99.4％，脱硼率为69.9％。当向进料海水中加入50mg/L的甘露糖醇时，反渗透产水中TDS是0.23g/L，硼含量是0.42mg/L。反渗透膜的脱盐率为99.4％，没有受到影响，但脱硼率提高到90.8％。

Claims (5)

1.一种提高反渗透海水淡化产水水质的方法，其特征在于，在常规单级反渗透海水淡化工艺中，向进料海水中投加能与硼发生反应的糖醇类络合剂。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的进料海水的pH值在4～8之间，优选pH7.0。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的糖醇类络合剂包括木糖醇、甘露糖醇、山梨糖醇、甘油、赤藓糖醇和麦芽糖醇，优选木糖醇和甘露糖醇。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的糖醇类络合剂的添加量与海水中硼元素的含量相关，两者之间的质量比在1:1～20:1之间。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的反渗透海水淡化工艺所用的反渗透膜是聚酰胺复合反渗透膜或是醋酸纤维素复合反渗透膜。
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