CN111392934A - 双膜法海水淡化工艺 - Google Patents

Abstract

双膜法海水淡化工艺，具体包括以下步骤：1)取陈化两年的贝壳。2)将贝壳粉碎成颗粒。3)将粉碎的贝壳加入填料塔。4)将原水和二氧化碳在混合器内充分混合。5)将步骤4)中产生的二氧化碳水溶液加入填料塔。6)将步骤5中填料塔内产水通过输水管道加入过滤器。7)将步骤6)中过滤出的水加入紫外杀菌装置。8)将步骤7)中产品水直接进入饮用水储存箱存储备用。本发明的有益效果为：可以提高产水硬度和矿物质含量，提高生产效率，且节约成本。产水符合饮用水要求，微量元素锶的析出含量达到了饮用天然矿泉水标准。

Description

双膜法海水淡化工艺

技术领域

本发明属于海水淡化技术领域，具体涉及双膜法海水淡化工艺。

背景技术

双膜法海水淡化方法中，反渗透脱盐工艺后的产水，矿物质含量低，长时间饮用会对身体产生不利影响，且反渗透产水会腐蚀输水管道，产生红水现象。因此，反渗透产水需增加矿化工艺，提高矿物质含量以及碱度，使产水符合生活饮用水标准，且不具有腐蚀性。现有的矿化方式主要是酸浸矿物质方法。酸浸矿物质法，多使用碳酸溶解石灰石或者其他矿物质，气液混合气将二氧化碳溶于水后，形成的碳酸溶液进入石灰石或者矿石填料塔，再与石灰石充分反应，提高出水硬度，使用跌宕室或导气口将剩余的二氧化碳排出。矿化后的产水再经过过滤去除杂质后进水产品水池。但是现有的海水淡化矿化工艺中，多使用酸浸石灰石工艺。酸浸法中使用盐酸和硝酸，或者使用二氧化碳溶于水产生的碳酸。使用硝酸和盐酸时，硝酸根离子和氯离子会腐蚀输水管道，使用二氧化碳进行酸浸石灰石时，反应效率较低，产品水达不到所需硬度，而其他一些人体所需的微量元素的含量没有增加。石灰石中其他杂质被浸出后可能造成产品水的其他有害成分升高，影响产水水质。现有的矿化工艺在填加填料过程以及敞开式设备，其他物质易进入到矿化工艺中，矿化后的产水一般直接进水产品水池然后进行供水，对最终产水的水质有较大影响。

经过处理后的海水淡化水是反渗透后的出水，由于反渗透膜具有较高的离子截留作用，将海水中绝大部分的离子去除，水的品质比较高，基本不含矿物质，进而导致了产水的碱度和硬度大幅度降低。且pH较低，水温较高，水体稳定性极差，对原有市政供水管道具有较强的腐蚀性和侵蚀性，进行输送时，旧管网内部原存在的沉积物将与淡化水发生反应，导致管壁上不溶性物质而溶于水中，从而出现“红水”现象。

溶解矿石法是目前最简单且应用最为广泛的处理海水淡化水的方法。该种方法是用海水淡化水通过盛有矿石的溶解池，通过溶解矿石里的碳酸钙实现对海水淡化水的矿化。通常使用的矿石是碳酸钙含量非常高的石灰石和方解石。淡化水的pH一般在7-8，在该pH范围内矿石的溶解速率非常慢，因此需要降低淡化水的pH来加快矿石的溶解速率。石灰石在中性pH值时的溶解速率很慢，因此常常通过增加淡化水的酸度加快石灰石的溶解速率，常用的酸性介质是二氧化碳和硫酸。现有工艺中实施有二氧化碳酸化贝壳的处理工艺，但是使用是陈化多年的贝壳，此类贝壳产量少，难开采利用，设备长时间运营会导致填料的供应不足。使用新贝壳或者陈化时间较短的贝壳，处理之后的产品水的浊度会升高，菌落数亦会升高，影响产水水质。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明旨在提供一种双膜法海水淡化工艺，该工艺生产效率高，产品水硬度高，符合饮用水要求，微量元素锶的析出含量达到了饮用天然矿泉水标准。

为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

双膜法海水淡化工艺，具体包括以下步骤：

1)取陈化两年的贝壳。

2)将贝壳粉碎成颗粒。

3)将粉碎的贝壳加入填料塔。

4)将原水和二氧化碳在混合器内充分混合。

5)将步骤4)中产生的二氧化碳水溶液加入填料塔。

6)将步骤5中填料塔内产水通过输水管道加入过滤器。

7)将步骤6)中过滤出的水加入紫外杀菌装置。

8)将步骤7)中产品水直接进入饮用水储存箱存储备用。

进一步的，向步骤7)中紫外杀菌装置内加入消毒液，同时可控制消毒液流量。

进一步的，也可向步骤1)中加入麦饭石、木鱼石、沸石。

进一步的，步骤4)中，可调节原水的流量和二氧化碳的浓度，使得二氧化碳水溶液PH值为3.8～4.3。

进一步的，工艺过程中，可通过压力传感器、流量传感器、PH值传感器、浊度传感器和电导传导器时刻监测电导、压力、浊度和pH值等数据，并根据数据及时进行调节工作。

本发明的有益效果为：

1)使用二氧化碳微酸化剂，二氧化碳与反渗透产水相混合，之后进入矿化反应装置，与填料进行反应。填料使用天然矿石和贝壳，并将矿石和贝壳破碎成小颗粒，与碳酸溶液反应时，不仅可以提高产水硬度，矿物质含量也明显升高，且节约成本。

2)使用天然矿石和贝壳，及自动化程序可有效控制二氧化碳的加入。生产效率高，产品水硬度高，符合饮用水要求，微量元素锶的析出含量达到了饮用天然矿泉水标准。

具体实施方式

为了便于理解，下面结合实施例，对本发明技术方案作进一步具体描述：

实施例1：

双膜法海水淡化工艺，具体包括以下步骤：

1)取陈化两年的贝壳，此种贝壳易开采获取。

2)将贝壳粉碎成80目颗粒。

3)将粉碎的贝壳加入填料塔。

4)将原水和二氧化碳在混合器内充分混合。并调节二氧化碳水溶液PH值为4.3。并使用流量传感器监测原水的流量。

5)将步骤4)中产生的二氧化碳水溶液加入填料塔。利用碳酸溶液的酸性以及微生物作用，各类矿物质从矿石和贝壳内析出。

6)将步骤5中填料塔内产水通过输水管道加入过滤器，进入过滤器后，能够去除矿化产水的固体颗粒物，降低浊度。并可使用浊度传感器时刻监测浊度。

7)将步骤6)中过滤出的水加入紫外杀菌装置，进行紫外线杀菌，降低菌落数。

8)向步骤7)中紫外杀菌装置内加入消毒液，同时可控制消毒液流量。

9)将步骤8)中产品水直接进入饮用水储存箱存储，可以作为饮用水。

实施例2：

双膜法海水淡化工艺，具体包括以下步骤：

1)取陈化两年的贝壳和麦饭石、木鱼石、沸石。

2)将1)中矿石粉碎成60目颗粒。

3)将粉碎的矿石加入填料塔。

4)将原水和二氧化碳加入混合器内充分混合，使用pH计调节二氧化碳水溶液PH值为4.0。并使用流量传感器监测原水的流量。

5)将步骤4)中产生的二氧化碳水溶液加入填料塔。利用碳酸溶液的酸性以及微生物作用，各类矿物质从矿石和贝壳内析出。

6)将步骤5中填料塔内产水通过输水管道加入过滤器，进入过滤器后，能够去除矿化产水的固体颗粒物，降低浊度。并可使用浊度传感器时刻监测浊度。

7)将步骤6)中过滤出的水加入紫外杀菌装置，进行紫外线杀菌，降低菌落数。

8)向步骤7)中紫外杀菌装置内加入消毒液，同时可控制消毒液流量。

9)将步骤8)中产品水直接进入饮用水储存箱存储，可以作为饮用水。

试验及结果：

试验选取了麦饭石、沸石、木鱼石、扇贝壳四种天然矿石作为矿化材料，对百发淡化海水厂通过超滤和反渗透双膜工艺生产的淡化海水进行了矿化试验。

两组烧杯浸泡试验和小试试验的检测结果表明，各组试验浸泡水中砷、镉、铅、铜、汞、硒、氰化物、硝酸盐、铁、锌、钡、氯化物、硫酸盐、溶解性总固体、总硬度、耗氧量、亚硝酸盐、硫化物、氟化物、钠、pH等指标含量符合《生活饮用水标准》(GB5749-2006)，个别组因样品有杂质混入出现超标情况

分析静置浸泡试验检测结果可得：

根据钠、钾、镁等元素的析出量分析，在一定时间范围内(如16h)，浸泡时间越长，矿石滤料中元素溶出量越多。不同种类矿石的元素溶出量不同，麦饭石钾元素溶出量较多，沸石镁元素溶出量较多，扇贝壳钠元素溶出量较多，而木鱼石的元素溶出量没有突出表现。

沸石组和扇贝壳组试验在16h、24h均有有益微量元素锶析出，析出含量约0.1-0.22mg/L，且沸石在8h时析出0.13mg/L。麦饭石、木鱼石没有析出锶元素。

四种矿石滤料均有偏硅酸析出。麦饭石析出偏硅酸较多，可达4～6mg/L。沸石析出偏硅酸为2～3mg/L，木鱼石析出偏硅酸为1～2mg/L。扇贝壳析出偏硅酸较少，但溶解性总固体、碱度、总硬度等指标增量都较大，具有研究价值。

静置浸泡试验检测的各项指标显示，木鱼石各种矿物质元素析出量均不突出，不适用于淡化海水的矿化处理。

在搅拌浸泡试验中，各种元素析出量较低且差别不大；矿物质总量指标总硬度、溶解性总固体等除扇贝壳外基本均无析出；几种矿石在该条件下均无偏硅酸析出；沸石和扇贝壳有有益元素锶元素析出，含量约为0.051～0.074mg/L。主要原因是搅拌时间较短且pH接近中性，矿物质很难析出，矿化效果不明显。

小试试验结果分析可得：

(1)对比A、B两组试验可以发现，pH对扇贝壳的矿化效果影响较大，不添加二氧化碳调节pH时，几乎无矿物质析出(A组)，投加二氧化碳调节pH为4.3后，矿物质析出量明显增多(B组)。对比B、C两组试验可以发现，水在填充柱中的流量对扇贝壳的矿化效果有影响，流量慢时，矿物质析出量更大，原因是流量变慢，水流速变慢，增加了水对矿石滤料的浸泡时间，使更多的矿物质析出。所以，降低pH且增长浸泡时间，有利于矿物质溶出。

(2)通过溶解性总固体、总硬度、碱度三个指标可以发现，小试试验中扇贝壳的矿物质溶出量非常高，如扇贝壳C组矿化试验的溶解性总固体达到了820mg/L，碱度达到了641mg/L，总硬度达到了642.1mg/L，其中总硬度超出《生活饮用水标准》(GB5749-2006)(不超过450mg/L)。主要原因是扇贝壳中含有丰富的碳酸钙，二氧化碳与碳酸钙容易反应，扇贝壳的溶出效果好，溶出的矿物质含量高。但在小试试验中麦饭石和沸石矿物质析出均不明显，可能因为pH为4.3比pH为3时高，麦饭石和沸石的溶出效果没有烧杯试验好，矿物质溶出量不高。

(3)通过小试数据可发现，三种矿石仅扇贝壳有明显的锶元素析出，析出含量达到了0.4-0.8mg/L的水平，已经达到了《饮用天然矿泉水》(GB8537－2008)的锶含量标准(不低于0.2mg/L)，其他两种矿石无锶析出。另外，小试试验中三种矿石均未能析出有益矿物质偏硅酸，这与烧杯试验结果有所不同，原因可能是烧杯试验用无机酸调节浸泡液到强酸性，而小试试验用生产常用的二氧化碳调节pH，浸泡水的酸性没有那么强所致。

(4)扇贝壳的填充柱中水呈白色，浊度较高，其A、B、C三组的菌落数为340～780mg/L，均远远超出《生活饮用水标准》(GB5749-2006)标准(不超过100mg/L)。试验选用的扇贝壳只沉积风化二三年，贝壳本身含有的有机质没有完全分解，依然很多，可能促使菌落繁殖，检测的菌落数超出标准。并且有机质不易沉淀，不易分解，使扇贝壳所在的填充柱中一直呈白色。因此，若考虑选用扇贝壳做矿化处理，扇贝壳中的有机质去除是需要解决的一个技术难题。

(5)由于扇贝壳组在矿物质总量和锶的析出方面都表现优异，若能够分解贝壳所含有机质，让矿化水浊度降低，菌落数低于限值，且其他项目符合《生活饮用水标准》(GB5749-2006)，那么扇贝壳可以作为一种好的矿化材料。

Claims (5)

1.双膜法海水淡化工艺，其特征在于，包括以下步骤：

1)取陈化两年的贝壳；

2)将贝壳粉碎成颗粒；

3)将粉碎的贝壳加入填料塔；

4)将原水和二氧化碳在混合器内充分混合；

5)将步骤4)中产生的二氧化碳水溶液加入填料塔；

6)将步骤5中填料塔内产水通过输水管道加入过滤器；

7)将步骤6)中过滤出的水加入紫外杀菌装置；

8)将步骤7)中产品水直接进入饮用水储存箱存储备用。

2.根据权利要求1所述的双膜法海水淡化工艺，其特征在于：向步骤7)中紫外杀菌装置内加入消毒液。

3.根据权利要求2所述的双膜法海水淡化工艺，其特征在于：可向步骤1)中加入麦饭石、木鱼石或沸石。

4.根据权利要求3所述的双膜法海水淡化工艺，其特征在于：步骤4)中，调节二氧化碳水溶液PH值为3.8～4.3。

5.根据权利要求4所述的双膜法海水淡化工艺，其特征在于：工艺过程中，可通过压力传感器、流量传感器、PH值传感器、浊度传感器和电导传导器时刻监测电导、压力、浊度和pH值数据。