CN111423017A - 一种苦咸水淡化处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种苦咸水淡化处理工艺，属于苦咸水处理技术领域。其包括以下步骤：过滤：将苦咸水通入到滤速为10‑15m/h的石英砂过滤器；阻垢：将经过滤处理后的苦咸水加热至30‑50℃，并向其中以加量为3‑5mg/L加入阻垢剂，并且停留0.2‑0.5h；精过滤：将加入阻垢剂的苦咸水通入到滤速为5‑12m/h精密过滤器中；反渗透：将经精密过滤器处理后的苦咸水通入到反渗透膜处理器中。本发明先通过石英砂过滤器将水中的杂质过滤掉，并在反渗透装置前添加阻垢剂，由阻垢剂降低水中的钙、镁等离子的硬度，致使其不会再在反渗透膜内结垢，能防止有害物质对膜造成损害，可大大提高反渗透膜的使用寿命，减少膜的更换频率，从而减少设备的运行维护费用，减少水处理的生产成本。

Description

一种苦咸水淡化处理工艺
技术领域
本发明涉及苦咸水处理技术领域，具体涉及一种苦咸水淡化处理工艺。
背景技术
目前，苦咸水处理技术主要有蒸馏法、纳滤和反渗透等方法，或是这些方法的组合。其中，蒸馏法的装置结构非常简单，操作简便，能够获得较好的淡水水质，但是消耗能源大，且容易结垢。纳滤膜在对苦咸水的软化处理过程中，可以有效地去除水中的有机物、藻类、细菌、无机胶体颗粒、重金属离子等污染物，但是其在实际应用过程中也存在由于膜污染使膜通量下降以及膜寿命降低的问题。
反渗透法可以从水中除去90％以上的溶解性盐类和99％以上的胶体微生物及有机物等，与其他水处理方法相比具有无相态变化、常温操作、设备简单、效益高、占地少、操作方便、能量消耗少、适应范围广、自动化程度高和出水质量好等优点。但是，在苦咸水反渗透淡化过程中，膜元件容易受到苦咸水中某些污染成分的污染以及随之出现的浓差极化现象而导致分离性能的下降和操作成本的提高。
发明内容
本发明的目的是提供一种苦咸水淡化处理工艺，以解决现有反渗透处理苦咸水中，由于苦咸水中的污染物致使膜元件受损，降低处理性能、缩短使用时间的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种苦咸水淡化处理工艺，包括以下步骤：
(1)过滤：将苦咸水通入到滤速为10-15m/h的石英砂过滤器；其中，石英砂的粒径为0.4-0.65mm，不均匀系数<2；
(2)阻垢：将经过滤处理后的苦咸水加热至30-50℃，并向其中以加量为3-5mg/L加入阻垢剂，并且停留0.2-0.5h；
(3)精过滤：将加入阻垢剂的苦咸水通入到滤速为5-12m/h精密过滤器中；其中，精密过滤器的滤芯为聚丙烯，过滤精度为5-10μm；
(4)反渗透：将经精密过滤器处理后的苦咸水通入到反渗透膜处理器中；其中，反渗透膜处理器采用超滤膜，其膜孔径为0.01-0.1μm，单位面积产水量为20-30L/m2·h。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述步骤(2)中采用的阻垢剂，包括：按重量份计，2-膦酸丁烷-1，2，4三羧酸钠15-35份、乌洛托品10-20份、氨基磺酸10-25份、含膦磺酸聚合物10-20份、羟基乙叉二膦酸15-35份、改性马来酸酐10-15份、琥珀酸脂磺酸钠10-17份和水70-90份。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述含膦磺酸聚合物的制备方法包括以下步骤：
将丙烯酸、2-丙烯酰胺基-甲基丙磺酸和腐殖酸盐加入水中，搅拌溶解后，得到混合溶液，调节pH值至7-11后对混合溶液加热至50-70℃，通入氮气25-35min后，在氮气氛围保护下加入混合引发剂，搅拌反应2h-4h，制得含膦磺酸聚合物；其中，所述混合引发剂为过硫酸铵和亚硫酸氢钠混合水溶液，过硫酸铵和亚硫酸氢钠的浓度为1wt％-1.5wt％，且过硫酸铵和亚硫酸氢钠的质量为1:1。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述改性马来酸酐的制备方法包括以下步骤：
将木质素磺酸钠和壳聚糖溶解在稀盐酸溶液中，得到共混溶液，将马来酸酐加入到共混溶液中，调节pH至2-5，加入过硫酸钾，在60-80℃温度下4h-6h后，干燥、粉碎，制得改性马来酸酐；其中，木质素磺酸钠、壳聚糖和马来酸酐的质量比为1：(0.2-0.5)：(6-8)；过硫酸钾的加入量是共混溶液的0.5wt％-1wt％。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述阻垢剂还包括：螯合剂5-10份；其中，所述螯合剂包括：羟基苯乙烯10-20份、丙烯酰胺10-20份、过氧化苯甲酰1-5份和2-羟基丙酸钠10-25份。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述螯合剂的制备方法包括以下步骤：将羟基苯乙烯溶于恒温30-80℃水中，并在搅拌下加入丙烯酰胺、过氧化苯甲酰和2-羟基丙酸钠，搅拌反应2-4h后，制得所述螯合剂。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述阻垢剂的制备方法包括以下步骤：
先将氨基磺酸和水在常温下混合搅拌10-30min后，在搅拌状态下依次加入螯合剂和琥珀酸脂磺酸钠混合搅拌10-20min后，最后加入2-膦酸丁烷-1，2，4三羧酸钠、乌洛托品、含膦磺酸聚合物、羟基乙叉二膦酸和改性马来酸酐继续搅拌20-30min，制得阻垢剂。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明的苦咸水处理工艺，先通过石英砂过滤器将水中的杂质过滤掉，并在反渗透装置前添加阻垢剂，由阻垢剂降低水中的钙、镁等离子的硬度，致使其不会再在反渗透膜内结垢，能防止有害物质对膜造成损害，可大大提高反渗透膜的使用寿命，减少膜的更换频率，从而减少设备的运行维护费用，减少水处理的生产成本。
2、本发明的苦咸水处理工艺中采用的阻垢剂，通过各个组分之前配伍性好，缓蚀阻垢、分散和鳌合性能高，能有效降低苦咸水中的钙、镁等离子，阻垢效果明显。
3、本发明通过腐殖酸盐、丙烯酸和2-丙烯酰胺基-甲基丙磺酸制得含膦磺酸聚合物，具有优异的阻垢分散性能，能有效阻止水中溶解盐的和悬浮粒子沉淀的性能。引入的腐殖酸中其分子结构中引入更多含量的羧基、羟基、羰基等活性基团，引入的2-丙烯酰胺基-甲基丙磺酸能协同腐殖酸盐提高杀菌灭藻、阻垢和缓蚀性，同时增强了对金属离子的螯合作用、对碳酸钙、磷酸钙的分散能力及对碳酸钙晶体的晶格畸变作用。
4、本发明采用的改性马来酸酐通过壳聚糖对马来酸酐进行改性的同时并加入木质素磺酸钠，提高了壳聚糖的水溶性，同时也增强了分子链的刚性，提高了产物的热稳定性，同时在一定程度上抑制了水解作用，提高了改性马来酸酐的稳定性。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
本实施例的苦咸水淡化处理工艺，包括以下步骤：
(1)过滤：将苦咸水通入到滤速为10m/h的石英砂过滤器；其中，石英砂的粒径为0.4mm，不均匀系数<2；
(2)阻垢：将经过滤处理后的苦咸水加热至30℃，并向其中以加量为3mg/L加入阻垢剂，并且停留0.2h；
(3)精过滤：将加入阻垢剂的苦咸水通入到滤速为5m/h精密过滤器中；其中，精密过滤器的滤芯为聚丙烯，过滤精度为5μm；
(4)反渗透：将经精密过滤器处理后的苦咸水通入到反渗透膜处理器中；其中，反渗透膜处理器采用超滤膜，其膜孔径为0.01μm，单位面积产水量为20L/m2·h。
其中，步骤(2)中采用的阻垢剂，包括：按重量份计，2-膦酸丁烷-1，2，4三羧酸钠15份、乌洛托品10份、氨基磺酸10份、含膦磺酸聚合物10份、羟基乙叉二膦酸15份、改性马来酸酐10份、琥珀酸脂磺酸钠10份、水70份和螯合剂5份。
其中，含膦磺酸聚合物包括：腐殖酸盐5份、丙烯酸10和2-丙烯酰胺基-甲基丙磺酸15份；其中，腐殖酸盐包括腐殖酸钾或腐殖酸钠。其制备方法包括以下步骤：
将丙烯酸、2-丙烯酰胺基-甲基丙磺酸和腐殖酸盐加入水中，搅拌溶解后，得到混合溶液，调节pH值至7后对混合溶液加热至50℃，通入氮气25min后，在氮气氛围保护下加入混合引发剂，搅拌反应2h，制得含膦磺酸聚合物。混合引发剂为过硫酸铵和亚硫酸氢钠混合水溶液，过硫酸铵和亚硫酸氢钠的浓度为1wt％，且过硫酸铵和亚硫酸氢钠的质量为1:1。
改性马来酸酐的制备方法包括以下步骤：
将木质素磺酸钠和壳聚糖溶解在稀盐酸溶液中，得到共混溶液，将马来酸酐加入到共混溶液中，调节pH至2，加入过硫酸钾，在60℃温度下4h后，干燥、粉碎，制得改性马来酸酐；其中，木质素磺酸钠、壳聚糖和马来酸酐的质量比为1：0.2：6；过硫酸钾的加入量是共混溶液的0.5wt％。
螯合剂包括：羟基苯乙烯10份、丙烯酰胺10份、过氧化苯甲酰1份和2-羟基丙酸钠10份。其制备方法包括以下步骤：
将羟基苯乙烯溶于恒温30℃水中，并在搅拌下加入丙烯酰胺、过氧化苯甲酰和2-羟基丙酸钠，搅拌反应2h后，制得所述螯合剂。
阻垢剂的制备方法包括以下步骤：
先将氨基磺酸和水在常温下混合搅拌10min后，在搅拌状态下依次加入螯合剂和琥珀酸脂磺酸钠混合搅拌10min后，最后加入2-膦酸丁烷-1，2，4三羧酸钠、乌洛托品、含膦磺酸聚合物、羟基乙叉二膦酸和改性马来酸酐继续搅拌20min，制得阻垢剂。
实施例2：
本实施例的苦咸水淡化处理工艺，包括以下步骤：
(1)过滤：将苦咸水通入到滤速为12m/h的石英砂过滤器；其中，石英砂的粒径为0.5mm，不均匀系数<2；
(2)阻垢：将经过滤处理后的苦咸水加热至40℃，并向其中以加量为4mg/L加入阻垢剂，并且停留0.35h；
(3)精过滤：将加入阻垢剂的苦咸水通入到滤速为9m/h精密过滤器中；其中，精密过滤器的滤芯为聚丙烯，过滤精度为7μm；
(4)反渗透：将经精密过滤器处理后的苦咸水通入到反渗透膜处理器中；其中，反渗透膜处理器采用超滤膜，其膜孔径为0.05μm，单位面积产水量为25L/m2·h。
其中，步骤(2)中采用的阻垢剂，包括：按重量份计，2-膦酸丁烷-1，2，4三羧酸钠20份、乌洛托品12份、氨基磺酸15份、含膦磺酸聚合物12份、羟基乙叉二膦酸20份、改性马来酸酐11份、琥珀酸脂磺酸钠12份、水75份和螯合剂6份。
其中，含膦磺酸聚合物包括：腐殖酸盐10份、丙烯酸20和2-丙烯酰胺基-甲基丙磺酸30份；其中，腐殖酸盐包括腐殖酸钾或腐殖酸钠。其制备方法包括以下步骤：
将丙烯酸、2-丙烯酰胺基-甲基丙磺酸和腐殖酸盐加入水中，搅拌溶解后，得到混合溶液，调节pH值至9后对混合溶液加热至60℃，通入氮气30min后，在氮气氛围保护下加入混合引发剂，搅拌反应3h，制得含膦磺酸聚合物。混合引发剂为过硫酸铵和亚硫酸氢钠混合水溶液，过硫酸铵和亚硫酸氢钠的浓度为1.2wt％，且过硫酸铵和亚硫酸氢钠的质量为1:1。
改性马来酸酐的制备方法包括以下步骤：
将木质素磺酸钠和壳聚糖溶解在稀盐酸溶液中，得到共混溶液，将马来酸酐加入到共混溶液中，调节pH至3，加入过硫酸钾，在70℃温度下5h后，干燥、粉碎，制得改性马来酸酐；其中，木质素磺酸钠、壳聚糖和马来酸酐的质量比为1：0.35：7；过硫酸钾的加入量是共混溶液的0.7wt％。
螯合剂包括：羟基苯乙烯15份、丙烯酰胺15份、过氧化苯甲酰3份和2-羟基丙酸钠17份。其制备方法包括以下步骤：
将羟基苯乙烯溶于恒温50℃水中，并在搅拌下加入丙烯酰胺、过氧化苯甲酰和2-羟基丙酸钠，搅拌反应3h后，制得所述螯合剂。
阻垢剂的制备方法包括以下步骤：
先将氨基磺酸和水在常温下混合搅拌20min后，在搅拌状态下依次加入螯合剂和琥珀酸脂磺酸钠混合搅拌15min后，最后加入2-膦酸丁烷-1，2，4三羧酸钠、乌洛托品、含膦磺酸聚合物、羟基乙叉二膦酸和改性马来酸酐继续搅拌25min，制得阻垢剂。
实施例3：
本实施例的苦咸水淡化处理工艺，包括以下步骤：
(1)过滤：将苦咸水通入到滤速为15m/h的石英砂过滤器；其中，石英砂的粒径为0.65mm，不均匀系数<2；
(2)阻垢：将经过滤处理后的苦咸水加热至50℃，并向其中以加量为5mg/L加入阻垢剂，并且停留0.5h；
(3)精过滤：将加入阻垢剂的苦咸水通入到滤速为12m/h精密过滤器中；其中，精密过滤器的滤芯为聚丙烯，过滤精度为10μm；
(4)反渗透：将经精密过滤器处理后的苦咸水通入到反渗透膜处理器中；其中，反渗透膜处理器采用超滤膜，其膜孔径为0.1μm，单位面积产水量为30L/m2·h。
其中，步骤(2)中采用的阻垢剂，阻垢剂包括：按重量份计，2-膦酸丁烷-1，2，4三羧酸钠25份、乌洛托品15份、氨基磺酸17份、含膦磺酸聚合物15份、羟基乙叉二膦酸25份、改性马来酸酐13份、琥珀酸脂磺酸钠14份、水80份和螯合剂7份。
其中，含膦磺酸聚合物包括：腐殖酸盐15份、丙烯酸30和2-丙烯酰胺基-甲基丙磺酸45份；其中，腐殖酸盐包括腐殖酸钾或腐殖酸钠。其制备方法包括以下步骤：
将丙烯酸、2-丙烯酰胺基-甲基丙磺酸和腐殖酸盐加入水中，搅拌溶解后，得到混合溶液，调节pH值至11后对混合溶液加热至70℃，通入氮气35min后，在氮气氛围保护下加入混合引发剂，搅拌反应4h，制得含膦磺酸聚合物。混合引发剂为过硫酸铵和亚硫酸氢钠混合水溶液，过硫酸铵和亚硫酸氢钠的浓度为1.5wt％，且过硫酸铵和亚硫酸氢钠的质量为1:1。
改性马来酸酐的制备方法包括以下步骤：
将木质素磺酸钠和壳聚糖溶解在稀盐酸溶液中，得到共混溶液，将马来酸酐加入到共混溶液中，调节pH至5，加入过硫酸钾，在80℃温度下4h-6h后，干燥、粉碎，制得改性马来酸酐；其中，木质素磺酸钠、壳聚糖和马来酸酐的质量比为1：0.5：8；过硫酸钾的加入量是共混溶液的1wt％。
螯合剂包括：羟基苯乙烯20份、丙烯酰胺20份、过氧化苯甲酰5份和2-羟基丙酸钠25份。其制备方法包括以下步骤：
将羟基苯乙烯溶于恒温80℃水中，并在搅拌下加入丙烯酰胺、过氧化苯甲酰和2-羟基丙酸钠，搅拌反应4h后，制得所述螯合剂。
阻垢剂的制备方法包括以下步骤：
先将氨基磺酸和水在常温下混合搅拌30min后，在搅拌状态下依次加入螯合剂和琥珀酸脂磺酸钠混合搅拌20min后，最后加入2-膦酸丁烷-1，2，4三羧酸钠、乌洛托品、含膦磺酸聚合物、羟基乙叉二膦酸和改性马来酸酐继续搅拌30min，制得阻垢剂。
实施例4：
本实施例的苦咸水淡化处理工艺与实施例1一致，区别在于步骤(2)中采用的阻垢剂的组成不同，具体如下：步骤(2)采用的阻垢剂包括：按重量份计，2-膦酸丁烷-1，2，4三羧酸钠30份、乌洛托品17份、氨基磺酸20份、含膦磺酸聚合物17份、羟基乙叉二膦酸30份、改性马来酸酐14份、琥珀酸脂磺酸钠15份、水85份和螯合剂8份。
其中，含膦磺酸聚合物、改性马来酸酐和螯合剂的组成和制备方法与实施例1中的组成和制备方法一致。其阻垢剂的制备方法与实施例1中阻垢剂的制备方法一致。
实施例5：
本实施例的苦咸水淡化处理工艺与实施例1一致，区别在于步骤(2)中采用的阻垢剂的组成不同，具体如下：
步骤(2)采用的阻垢剂包括：按重量份计，2-膦酸丁烷-1，2，4三羧酸钠35份、乌洛托品20份、氨基磺酸25份、含膦磺酸聚合物20份、羟基乙叉二膦酸35份、改性马来酸酐15份、琥珀酸脂磺酸钠17份、水90份和螯合剂10份。
其中，含膦磺酸聚合物、改性马来酸酐和螯合剂的组成和制备方法与实施例2中的组成和制备方法一致。其阻垢剂的制备方法与实施例1中阻垢剂的制备方法一致。
结果分析
本发明针对的苦咸水原水的水质：氯化物：350-400mg/L；硫酸盐：
450-500mg/L；碳酸盐：总硬度：750-850mg/L；溶解性总固体：1750-2000mg/L；pH为7.5-8.0。采用实施例1-5的苦咸水淡化处理工艺进行阻垢性能测试，总运行时间为24h，加药量为3mg/L，其结果如下：
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
阻垢率(％) 97.9 98.5 98.8 98.2 97.5
经实施例1-5处理后的产水水质：氯化物：小于30mg/L；硫酸盐：小于40mg/L；碳酸盐：总硬度：小于35mg/L；溶解性总固体小于30mg/L；pH为7.5-8.0。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (7)

1.一种苦咸水淡化处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)过滤：将苦咸水通入到滤速为10-15m/h的石英砂过滤器；其中，石英砂的粒径为0.4-0.65mm，不均匀系数<2；
(2)阻垢：将经过滤处理后的苦咸水加热至30-50℃，并向其中以加量为3-5mg/L加入阻垢剂，并且停留0.2-0.5h；
(3)精过滤：将加入阻垢剂的苦咸水通入到滤速为5-12m/h精密过滤器中；其中，精密过滤器的滤芯为聚丙烯，过滤精度为5-10μm；
(4)反渗透：将经精密过滤器处理后的苦咸水通入到反渗透膜处理器中；其中，反渗透膜处理器采用超滤膜，其膜孔径为0.01-0.1μm，单位面积产水量为20-30L/m2·h。
2.根据权利要求1所述的苦咸水淡化处理工艺，其特征在于，步骤(2)中采用的阻垢剂，包括：按重量份计，2-膦酸丁烷-1，2，4三羧酸钠15-35份、乌洛托品10-20份、氨基磺酸10-25份、含膦磺酸聚合物10-20份、羟基乙叉二膦酸15-35份、改性马来酸酐10-15份、琥珀酸脂磺酸钠10-17份和水70-90份。
3.根据权利要求2所述的苦咸水淡化处理工艺，其特征在于，所述含膦磺酸聚合物的制备方法包括以下步骤：
将丙烯酸、2-丙烯酰胺基-甲基丙磺酸和腐殖酸盐加入水中，搅拌溶解后，得到混合溶液，调节pH值至7-11后对混合溶液加热至50-70℃，通入氮气25-35min后，在氮气氛围保护下加入混合引发剂，搅拌反应2h-4h，制得含膦磺酸聚合物；其中，所述混合引发剂为过硫酸铵和亚硫酸氢钠混合水溶液，过硫酸铵和亚硫酸氢钠的浓度为1wt％-1.5wt％，且过硫酸铵和亚硫酸氢钠的质量为1:1。
4.根据权利要求2所述的苦咸水淡化处理工艺，其特征在于，所述改性马来酸酐的制备方法包括以下步骤：
将木质素磺酸钠和壳聚糖溶解在稀盐酸溶液中，得到共混溶液，将马来酸酐加入到共混溶液中，调节pH至2-5，加入过硫酸钾，在60-80℃温度下4h-6h后，干燥、粉碎，制得改性马来酸酐；其中，木质素磺酸钠、壳聚糖和马来酸酐的质量比为1：(0.2-0.5)：(6-8)；过硫酸钾的加入量是共混溶液的0.5wt％-1wt％。
5.根据权利要求2所述的苦咸水淡化处理工艺，其特征在于，所述阻垢剂还包括：螯合剂5-10份；其中，所述螯合剂包括：羟基苯乙烯10-20份、丙烯酰胺10-20份、过氧化苯甲酰1-5份和2-羟基丙酸钠10-25份。
6.根据权利要求5所述的苦咸水淡化处理工艺，其特征在于，所述螯合剂的制备方法包括以下步骤：将羟基苯乙烯溶于恒温30-80℃水中，并在搅拌下加入丙烯酰胺、过氧化苯甲酰和2-羟基丙酸钠，搅拌反应2-4h后，制得所述螯合剂。
7.根据权利要求2所述的苦咸水淡化处理工艺，其特征在于，所述阻垢剂的制备方法包括以下步骤：
先将氨基磺酸和水在常温下混合搅拌10-30min后，在搅拌状态下依次加入螯合剂和琥珀酸脂磺酸钠混合搅拌10-20min后，最后加入2-膦酸丁烷-1，2，4三羧酸钠、乌洛托品、含膦磺酸聚合物、羟基乙叉二膦酸和改性马来酸酐继续搅拌20-30min，制得阻垢剂。
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