CN111138020A - 一种海水资源化利用系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种海水资源化利用系统和方法。包括鸟粪石反应装置、第一加药装置、浓海水加入装置、离心装置、二氧化氯发生装置、反应装置、第二加药装置、过滤装置、蒸发装置、结晶装置；第一加药装置、浓海水加入装置分别与鸟粪石反应装置连接，鸟粪石反应装置依次与离心装置、反应装置、过滤装置、蒸发装置、结晶装置连接，二氧化氯发生装置、第二加药装置分别与反应槽连接。生产鸟粪石、制盐制碱，实现海水的零排放。
Description
技术领域
本发明属于海水淡化技术领域，具体涉及一种海水资源化利用系统和方法。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
目前我国淡水资源既患贫，又因时间和地域上的分布而患不均，人均水量少。近年来经济快速发展，水资源污染较为严重，再加上降水量减少，水的供应矛盾更加突出。其中沿海经济圈人口高度集中，经济发展迅速，缺水问题已成为制约经济发展的关键因素。沿海城市拥有丰富的海水资源，因此应该充分利用海水资源，将海水淡化以解决淡水资源短缺的问题。
虽然海水淡化工艺方法有很多种，而适用于大型的海水淡化的方法只有多级闪蒸、多效蒸发、反渗透膜组件法等。蒸馏法出现较早，技术成熟，它的设备简单可靠，受原水浓度限制较小且产品水质较高。但是装置投资费用高、能耗高，已失去其技术优势，逐渐落入低谷。而膜法近年来以惊人的速度在发展，它采用天然或人工合成的高分子薄膜，以外界能量或化学位差为推动力将海水溶液中盐分和水分子分离的方法。由于过程中不存在相变，能量消耗较少，所以膜法越来越显现出其投资省、能耗低、占地少、建造周期短、易于自动控制、启动运行快、安全可靠等经济和技术优势。
海水淡化技术经几十年的发展，技术已日趋成熟，经济性亦日趋合理，但海水淡化后产生的大量高盐度海水，一般1t海水淡化后大约产生0.65t左右盐度在52以上的海水，其中含有高浓度的钙、镁、氮、磷，利用直接排放的方式处理浓海水，不仅会在很大程度上造成资源的浪费，而且还会造成一些生物的死亡，对环境造成巨大的威胁，不能彻底解决海水资源化、零排放的问题。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种海水资源化利用系统和方法。本发明的技术方案解决了海水淡化及浓海水资源化利用的问题。浓海水为海水淡化后的浓盐水，通过本发明的资源化装置和方法的处理，生产鸟粪石、制盐制碱，实现海水的零排放。
为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：
一种海水资源化利用系统，包括鸟粪石反应装置、第一加药装置、浓海水加入装置、离心装置、二氧化氯发生装置、反应装置、第二加药装置、过滤装置、蒸发装置、结晶装置；
第一加药装置、浓海水加入装置分别与鸟粪石反应装置连接，鸟粪石反应装置依次与离心装置、反应装置、过滤装置、蒸发装置、结晶装置连接，二氧化氯发生装置、第二加药装置分别与反应槽连接。
本发明中浓海水在鸟粪石反应装置内反应得到鸟粪石结晶，然后通过离心装置分离鸟粪石结晶和剩余海水，剩余海水通入反应装置中，反应装置中通入二氧化氯除氮，然后通过第二加药装置加入氯化钙、碳酸钠除磷和除钙镁离子，通过过滤装置分离沉淀，过滤后的液体进入蒸发装置，在蒸发装置内进行浓缩，浓缩液进入到结晶装置，得到氯化钠结晶。解决了现有的浓海水没有被综合利用的问题。浓海水通过除磷、除氮、除钙镁使海水资源得到有效的利用，解决了淡水资源短缺的问题。
在本发明的一些实施例中，浓海水加入装置包括浓海水储存装置、海水泵、过滤器、流量计。
在本发明的一些实施例中，所述海水资源化系统包括第一低温恒温循环装置，鸟粪石反应装置与第一低温恒温循环装置连接。低温恒温循环装置用于对鸟粪石反应装置进行低温恒温处理。
作为本发明的一些实施方式，过滤装置为板框压滤机，板框压滤机的出液口与反应装置连接，过滤装置与蒸发器之间设置流量计。
作为本发明的一些实施方式，所述海水资源化系统包括蒸汽发生器，蒸发装置与蒸汽发生器连接。蒸发器为蒸发装置提供蒸发的热源。
作为本发明的一些实施方式，所述海水资源化系统包括冷凝装置、缓冲槽、冷凝水泵，蒸发装置依次与冷凝装置、缓冲槽、冷凝水泵连接。蒸发的蒸汽通过冷凝作用，得到冷凝水，通过缓冲槽、冷凝水泵排出。
作为本发明的一些实施方式，所述海水资源化系统包括第二低温恒温循环装置，结晶装置与第二低温恒温循环装置连接。第二低温恒温循环装置用于对结晶装置进行低温恒温处理。
作为本发明的一些实施方式，所述海水资源化系统包括曝气装置和曝气机，反应装置的内部设置曝气装置，曝气装置与反应装置外部的曝气机连接。
利用上述海水资源化利用系统的海水资源化利用方法，具体步骤为：
将浓海水送入鸟粪石结晶装置，调节pH后加入磷酸铵，降温反应；
反应后得到结晶体和混合液送入离心装置中，进行离心，得到鸟粪石结晶和离心母液；
离心母液在反应装置中通过曝气处理，并通入二氧化氯，反应除去氮元素；然后加入氯化钙和碳酸盐，除去磷和钙镁离子；将生成的沉淀送入过滤装置；
过滤母液进入蒸发装置，在蒸发装置内通过调节pH、蒸发得到结晶、蒸汽和浓缩液，蒸汽进入冷凝装置进行冷凝，浓缩液进行结晶装置结晶得到氯化钠结晶。
在本发明的一些实施例中，在鸟粪石反应装置内，镁氮磷的摩尔比例(Mg:N:P)为1-1.15:1:1。某些无机离子Ca2+、CO3 2-等对鸟粪石结晶析出会造成影响。因此发明人发现在上述范围内的原料摩尔比，有助于生成鸟粪石结晶。
在本发明的一些实施例中，在鸟粪石反应装置内的反应液的pH为9.5-10.5。根据水质不同，沉淀pH值不同。发明人研究发现：海水淡化后的浓海水经浓缩结晶生产鸟粪石，pH值小于7.5时，溶液中几乎没有鸟粪石生成，随着溶液pH值的升高，沉淀会逐渐增加，但达到一定浓度后，沉淀生成趋于稳定，继续增加还会产生其他杂质沉淀。
在本发明的一些实施例中，鸟粪石结晶反应的时间为0.5-1.5h。
在本发明的一些实施例中，过滤母液在蒸发装置内，调节pH值为6-8。
本发明的有益效果：
实现淡海水除硼加药生产饮用水，浓海水制盐制碱零排放。进而建成一套海水淡化、资源化的示范装置，为海水淡化、资源化技术方案的优化以及应用推广提供技术支持。
本发明结合反渗透膜组件实现了海水的淡化过程，并利用核电厂核能来解决海水淡化中巨大的能源消耗问题，从而降低成本。利用核能提供大量的廉价能源而缓解现有能源的供求矛盾，同时可解决大量燃烧化石燃料造成的环境污染问题。
本发明回收的鸟粪石中含有氮、磷等元素，去除率高且可作为缓释肥料，并且能够减少浓盐水排放对环境造成的污染。
本发明的经反渗透后的淡化水还需经过除硼加药进行二次净化，使得淡水的质量更加符合要求，且海水的补充、淡水的抽离均可控，智能化程度高。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明的实施例1的海水资源化利用系统图；
其中，1、第一加药装置，2、浓海水储存装置，3、海水泵，4、过滤器，5、流量计，6、第一低温恒温循环装置，7、鸟粪石反应装置，8、离心装置，9、二氧化氯发生装置，10、反应装置，11、板框压滤机，12、第二加药装置，13、蒸发装置，14、蒸汽发生器，15、结晶装置，16、第二低温恒温循环装置，17、冷凝装置，18、缓冲槽，19、冷凝水泵，20、曝气机。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
下面结合实施例对本发明进一步说明
实施例1
如图1所示，本发明的海水资源化利用系统，包括鸟粪石反应装置7、第一加药装置1、浓海水加入装置、离心装置8、二氧化氯发生装置9、反应装置10、第二加药装置12、过滤装置、蒸发装置13、结晶装置15；
第一加药装置1、浓海水加入装置分别与鸟粪石反应装置7连接，鸟粪石反应装置7依次与离心装置8、反应装置10、过滤装置、蒸发装置13、结晶装置15连接，二氧化氯发生装置9、第二加药装置12分别与反应装置10连接。
浓海水加入装置包括浓海水储存装置2、海水泵3、过滤器4、流量计5。流量计5可以得到加入的浓海水的量。
所述海水资源化系统包括第一低温恒温循环装置6，鸟粪石反应装置7与第一低温恒温循环装置6连接。
反应装置的内部设置曝气装置，曝气机20设置在反应装置的外侧，曝气机20与反应装置的曝气装置连接。通过曝气装置向反应装置的内部通入空气。
过滤装置为板框压滤机11，板框压滤机11的出液口与反应装置10连接，过滤装置与蒸发器之间设置流量计。
所述海水资源化系统包括蒸汽发生器14，蒸发装置13与蒸汽发生器14连接。
所述海水资源化系统包括冷凝装置17、缓冲槽18、冷凝水泵19，蒸发装置13依次与冷凝装置17、缓冲槽18、冷凝水泵19连接。
所述海水资源化系统包括第二低温恒温循环装置16，结晶装置15与第二低温恒温循环装置16连接。
第一加药装置1内的药物通过泵输送到鸟粪石反应装置7。在鸟粪石反应装置7中完成鸟粪石结晶。然后通过离心装置8进行离心分离结晶和母液，母液进入反应装置10。反应装置10反应后液体通过离心泵进入板框压滤机11，压滤后得到过滤母液，过滤母液一部分返回反应装置10，一部分进入蒸发装置13，蒸发后进入结晶装置15。
浓海水储存装置2可以为浓海水储罐或浓海水储槽等。
鸟粪石反应装置7可以为鸟粪石结晶釜或鸟粪石结晶罐等。
第一低温恒温循环装置6和第二低温恒温循环装置16分别给鸟粪石反应装置7、结晶装置15提供冷凝介质。
冷凝装置17可以为冷凝器。离心装置8可以为离心机。蒸发装置可以为降膜浓缩蒸发器。
实施例2
从某核电站附近海域(属我国东海)引海水至反渗透膜组件，设计淡水产水量为500m3/d。海水是一个复杂的体系.特别是靠近陆地的海域，海水中含有大量的胶体、悬浮颗粒、微生物、细菌、溶解性有机物和无机物。为了延长反渗透膜的使用寿命，降低海水淡化的成本，进入反渗透膜组件前需经过絮凝、砂滤及超滤膜组件的预处理单元。由于海水中的硼物种经反渗透膜组件后在淡水中的含量仍超标，淡水收集后去除硼加药单元，最后汇入管网使用。
浓海水首先收集到浓海水储存装置2，达一定液位后(40-60％液位)，由海水泵3输送至鸟粪石结晶釜7，采用NaOH溶液调节溶液的pH为9.5，采用磷酸铵调节溶液中的镁氮磷比例(Mg:N:P)为1.15:1:1，降温，待鸟粪石结晶析出并稳定1小时后，由结晶釜下的管道放入离心机(离心装置8)进行离心操作，得鸟粪石结晶产品；离心母液进入浓缩结晶制盐单元包括二氧化氯发生器、加药泵、搅拌装置、降膜浓缩蒸发器、结晶釜、蒸汽发生器、低温恒温循环系统、离心机等。离心母液首先采用曝气除氮附加二氧化氯除氮；通过加氯化钙除磷，得到白色絮状磷酸钙沉淀；加碳酸钠除钙镁离子，生成钙镁的碳酸盐沉淀，随后将生成的沉淀与生成的磷酸钙沉淀采用板框压滤机分离。最后将过滤母液采用盐酸和氢氧化钠标准溶液调pH为7.0，用降膜浓缩蒸发器(蒸发装置13)浓缩盐溶液至有结晶出现。将蒸发出的冷凝水回收利用，浓缩液降温结晶，离心分离得氯化钠结晶产品。离心母液返回浓缩工序套用，实现废水零排放。
本实施例的前一工序为海水反渗透装置，产淡水水能力约20t/h(由石岛核电站自建，本专利设计的工艺和装置与之配套使用。每天运行24小时，设计温度10℃)、系统脱盐率≥99.3％、海水反渗透装置回收水率：≥40％。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种海水资源化利用系统，其特征在于：包括鸟粪石反应装置、第一加药装置、浓海水加入装置、离心装置、二氧化氯发生装置、反应装置、第二加药装置、过滤装置、蒸发装置、结晶装置；
第一加药装置、浓海水加入装置分别与鸟粪石反应装置连接，鸟粪石反应装置依次与离心装置、反应装置、过滤装置、蒸发装置、结晶装置连接，二氧化氯发生装置、第二加药装置分别与反应槽连接。
2.根据权利要求1所述的海水资源化利用系统，其特征在于：浓海水加入装置包括浓海水储存装置、海水泵、过滤器、流量计。
3.根据权利要求1所述的海水资源化利用系统，其特征在于：所述海水资源化系统包括第一低温恒温循环装置，鸟粪石反应装置与第一低温恒温循环装置连接。
4.根据权利要求1所述的海水资源化利用系统，其特征在于：过滤装置为板框压滤机，板框压滤机的出液口与反应装置连接，过滤装置与蒸发器之间设置流量计。
5.根据权利要求1所述的海水资源化利用系统，其特征在于：所述海水资源化系统包括蒸汽发生器，蒸发装置与蒸汽发生器连接。
6.根据权利要求1所述的海水资源化利用系统，其特征在于：所述海水资源化系统包括冷凝装置、缓冲槽、冷凝水泵，蒸发装置依次与冷凝装置、缓冲槽、冷凝水泵连接。
7.根据权利要求1所述的海水资源化利用系统，其特征在于：所述海水资源化系统包括第二低温恒温循环装置，结晶装置与第二低温恒温循环装置；
或，所述海水资源化系统包括曝气装置和曝气机，反应装置的内部设置曝气装置，曝气装置与反应装置外部的曝气机连接。
8.利用权利要求1-7任一所述的海水资源化利用系统的海水资源化利用方法，其特征在于：具体步骤为：
将浓海水送入鸟粪石结晶装置，调节pH后加入磷酸铵，降温反应；
反应后得到结晶体和混合液送入离心装置中，进行离心，得到鸟粪石结晶和离心母液；
离心母液在反应装置中通过曝气处理，并通入二氧化氯，反应除去氮元素；然后加入氯化钙和碳酸盐，除去磷和钙镁离子；将生成的沉淀送入过滤装置；
过滤母液进入蒸发装置，在蒸发装置内通过调节pH、蒸发得到结晶、蒸汽和浓缩液，蒸汽进入冷凝装置进行冷凝，浓缩液进行结晶装置结晶得到氯化钠结晶。
9.权利要求8所述的海水资源化利用方法，其特征在于：在鸟粪石反应装置内，镁氮磷的摩尔比例(Mg:N:P)为1-1.15:1:1。
10.权利要求8所述的海水资源化利用方法，其特征在于：在鸟粪石反应装置内的反应液的pH为9.5-10.5；
或，鸟粪石结晶反应的时间为0.5-1.5h；
或，过滤母液在蒸发装置内，调节pH值为6-8。
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