CN113087229A - 一种浓海水的固碳应用系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种浓海水的固碳应用系统及方法，系统包括纳滤系统、固碳反应器和双极膜电渗析装置；纳滤的入口与海水淡化系统的浓海水出口相连；纳滤的产水侧与双极膜电渗析装置的盐水入口相连，纳滤的浓水侧与固碳反应器的盐水入口相连；固碳反应器为塔筒式结构，下部为盐水池，所述盐水池的底部有沉淀物及液体排污口，盐水池的下部布置有气体分布器，气体分布器浸没在盐水中，气体分布器的入口与富碳烟气的出口相连，固碳反应器的中部设置盐水喷淋装置；盐水池出水口与双极膜电渗析装置的淡水出口均连通海水淡化系统的入口，本发明充分利用了浓海水中高价盐和单价盐，实现了烟气的固碳应用，同时，提高了海水淡化的产量，具有良好的应用前景。

Description

一种浓海水的固碳应用系统及方法
技术领域
本发明涉及海水淡化及二氧化碳捕集技术领域，特别涉及一种浓海水的固碳应用系统及方法。
背景技术
海水淡化工程在生产淡水的同时会副产大量的浓海水，目前，浓海水多被直接排入海中。浓海水的温度、盐度和溶解性化学物质的含量高于天然海水，其大量排放会破坏海洋环境，改变海洋生物群落结构。因此，如何处理或综合利用海水淡化中产生的浓海水，是促进海水淡化产业可持续发展的制约因素。目前，已经普遍在城镇、工业和农业农村等领域开展污水资源化利用，推动污水资源化利用实现高质量发展。浓海水的资源化利用成为海水淡化行业发展和应用的必然趋势。但是，由于浓海水中的盐类以混合物形式存在，给浓海水的分质资源化回收、利用带来了困难，影响了利用效率，增加了产品杂质含量。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种浓海水的固碳应用系统及方法，通过盐水的分质利用实现烟气的脱碳，同时，有利于提高淡水产量。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种浓海水的分盐固碳系统，包括纳滤系统、固碳反应器和双极膜电渗析装置；纳滤的入口与海水淡化系统的浓海水出口相连；纳滤的产水侧与双极膜电渗析装置的盐水入口相连，纳滤的浓水侧与固碳反应器的盐水入口相连；固碳反应器为塔筒式结构，下部为盐水池，所述盐水池的底部有沉淀物及液体排污口，所述盐水池的下部布置有气体分布器，气体分布器浸没在盐水中，气体分布器的入口与富碳烟气的出口相连，固碳反应器的中部设置盐水喷淋装置，盐水池中的盐水经循环水泵连通所述盐水喷淋装置；盐水池出水口与双极膜电渗析装置的淡水出口均连通海水淡化系统的入口，双极膜电渗析装置的碱液出口连通盐水池，双极膜电渗析装置采用三隔室结构，两端为电极，中间交替布置双极膜、阴离子交换膜和阳离子交换膜。
盐水池中设置有pH、电导率监测设备、加药设备和搅拌器，双极膜电渗析装置的碱液出口连通所述加药设备。
固碳反应器的顶部设置除雾器。
纳滤采用一级或多级结构。
固碳反应器内的气体分布器采用穿孔管，开孔方向斜向下45度。
固碳反应器的循环泵采用螺杆泵，盐水池底部为锥斗结构。
固碳反应器和双极膜电渗析装置的入口处有盐水调节池。
本发明所述固碳应用系统的运行方法，具体过程如下：
海水淡化系统的浓海水进入纳滤系统内，以钠离子、钾离子、氯离子为主的单价盐透过纳滤膜，进入产水侧形成产水，以钙离子、镁离子、硫酸根离子为主的高价盐被纳滤膜截留在浓水侧，形成浓盐水；纳滤膜的产水进入双极膜电渗析装置，所述产水在双极膜内解离生成氢离子和氢氧根离子，氢离子与盐水中透过阴离子交换膜的氯离子阴离子结合形成盐酸溶液；氢氧根离子与盐水中透过阳离子交换膜的钠离子、钾离子结合形成碱液；盐水中阴离子和阳离子透过离子交换膜，由此产生脱盐淡水；所述碱液进入固碳反应器，所述脱盐淡水进入海水淡化系统；
所述浓盐水进入固碳反应器的盐水池，富碳烟气从盐水池底部的气体分布器进入固碳反应器内，烟气中的二氧化碳溶解在水中并与液体中的钙盐发生化学反应，生成难溶于水的碳酸钙；未被脱除的二氧化碳随烟气进入盐水池上部空间内并进一步向上运动；浓盐水通过循环泵进入盐水喷淋装置，形成液滴向下运行，并与向上的烟气接触，液体与烟气接触的过程中，烟气中的二氧化碳溶解在水中并与液体中的钙盐发生化学反应，生成难溶于水的碳酸钙等，并落入盐水池中，从而进一步从烟气中脱除，二氧化碳脱除后的烟气通过固碳反应器上部的除雾器，烟气中的雾滴被脱除，随后排入大气，盐水池中的沉淀累积到设定量后，由底部的排污口排出系统，未排出的盐水经沉淀和澄清后回到海水淡化工艺的入口。
双极膜电渗析装置的电流为10-40mA/cm2。
固碳反应器中浓盐水的pH维持在8-9，固碳反应器中加药设备的碱液采用消石灰浆液。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明公开的一种浓海水的固碳应用系统，首先通过纳滤对浓海水中的高、低价盐进行有效分离，再利用低价盐溶液，通过双极膜电渗析装置制备碱液，用于固碳反应，最后通过高价盐水中的钙离子等与二氧化碳反应，对烟气进行脱碳，同时，双极膜电渗析和固碳反应后的盐水中的盐分得到脱除，可以回用于海水淡化系统，提高淡化海水的产量，使浓海水实现了资源化利用，具有良好的应用前景。
进一步地，盐水池中设置有pH、电导率监测设备、加药设备和搅拌器，以监控和调节盐水的水质。
进一步地，采用纳滤对浓海水进行分盐，具有高价、单价盐分离效率高，操作压力低，能耗低的优点。
进一步地，固碳反应器采用盐水池底部通气和盐水喷淋两种方式实现气液接触反应，提高了固碳反应的效率。
进一步地，固碳反应器循环水泵采用螺杆泵，有利于高悬浮物液体的输送，减少堵塞的风险。
本发明公开的上述浓海水的固碳应用系统的运行方法，工艺流程简单，实现了浓海水的资源化回收利用，具有良好的应用前景。
附图说明
图1为本发明的循环水排污水处理回用系统示意图。
图中，1-纳滤系统，2-固碳反应器，3-双极膜电渗析。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做详细叙述
参考图1，本发明公开了一种浓海水的固碳应用系统，包括纳滤系统1、固碳反应器2和双极膜电渗析装置3；纳滤系统的入口与海水淡化系统的浓海水出口相连；纳滤系统的产水侧与双极膜电渗析装置3的盐水入口相连，纳滤系统的浓水侧与固碳反应器2的盐水入口相连；固碳反应器2为塔筒式结构，下部为盐水池，所述盐水池的底部有沉淀物及液体排污口，所述盐水池的下部布置有气体分布器，气体分布器浸没在盐水中，气体分布器的入口与富碳烟气的出口相连，固碳反应器2的中部设置盐水喷淋装置，盐水池中的盐水经循环水泵连通所述盐水喷淋装置；盐水池出水口与双极膜电渗析装置3的淡水出口均连通海水淡化系统的入口，双极膜电渗析装置3的碱液出口连通盐水池，双极膜电渗析装置3采用三隔室结构，两端为电极，中间交替布置双极膜、阴离子交换膜和阳离子交换膜；盐水池中设置有pH、电导率监测设备、加药设备和搅拌器，双极膜电渗析装置3的碱液出口连通所述加药设备。
作为一个优选实施例，固碳反应器2的顶部设置除雾器，消除烟气中的雾滴，随后排入大气。
纳滤系统采用一级，也可以采用多级结构。
固碳反应器2内的气体分布器采用穿孔管，开孔方向斜向下45度，气体分布器布设在整个固碳反应器2下部的横截面。
固碳反应器2的循环泵采用螺杆泵，有利于高悬浮物液体的输送，减少堵塞的风险；盐水池底部为锥斗结构，有利于沉淀物的彻底排出。
固碳反应器2和双极膜电渗析装置3的入口处有盐水调节池，能对系统本身的处理过程进行缓冲，降低水处理量的剧烈波动，防止下游工艺超负荷或断续工作，有助于提高系统的稳定性。
纳滤系统1的入口与海水淡化系统的浓海水出口相连；纳滤系统1的产水侧与双极膜电渗析的盐水入口相连，纳滤系统1的浓水侧与固碳反应器2的盐水入口相连；固碳反应器2为塔筒式结构，下部为盐水池，盐水池的下部布置有气体分布器，气体分布器浸没在盐水中，气体分布器的入口与富碳烟气的出口相连，烟气被气体分布器分散形成气泡从盐水上升中逸，气泡上升过程中，烟气中的二氧化碳溶解在水中并与液体中的钙盐等发生化学反应，生成难溶于水的物质，从而被脱除；盐水池的底部有沉淀物及液体排污口；盐水池中设置有pH、电导率监测设备、加药设备和搅拌器，以监控和调节盐水的水质；固碳反应器2的中部为盐水喷淋装置，盐水池中的盐水通过循环水泵进入盐水喷淋装置，盐水被分散成液滴向下淋洒，液体与上升的烟气接触；液体与烟气接触的过程中，烟气中的二氧化碳溶解在水中并与液体中的钙盐等发生化学反应，生成难溶于水的物质，从而被进一步脱除；固碳反应器2的顶部为除雾器，脱碳后的烟气经过除雾后排入大气；双极膜电渗析装置3的碱液出口与固碳反应器2中的加药设备相连，用于调节固碳反应过程中盐水的pH；双极膜电渗析装置3为三隔室结构，两端为电极，中间交替布置双极膜、阴离子交换膜和阳离子交换膜，水在双极膜内解离生成氢离子和氢氧根离子，氢离子与盐水中透过阴离子交换膜的氯离子阴离子结合形成盐酸溶液；氢氧根离子与盐水中透过阳离子交换膜的钠离子、钾离子结合形成碱液；盐水中阴离子和阳离子透过离子交换膜，由此产生脱盐淡水。
下面对本发明的浓海水的固碳应用系统的工作方法进行进一步的说明：
海水淡化系统的浓海水由高压水泵打入纳滤系统内，由于纳滤膜对高价盐的截留作用，以钠离子、钾离子、氯离子为主的单价盐透过纳滤膜，进入产水侧形成产水，以钙离子、镁离子、硫酸根离子为主的高价盐被纳滤膜截留在浓水侧，形成浓盐水。纳滤膜的产水进入双极膜电渗析装置3，双极膜电渗析装置3内的两端为电极，中间交替布置双极膜、阴离子交换膜和阳离子交换膜，调节双极膜电渗析装置3的工作电流至10mA/cm2，水在双极膜内解离生成氢离子和氢氧根离子，氢离子与盐水中透过阴离子交换膜的氯离子等阴离子结合形成盐酸溶液，氢氧根离子与盐水中透过阳离子交换膜的钠离子、钾离子等结合形成氢氧化钠、氢氧化钾溶液；此外，盐水中的氯离子、钠离子、钾离子等盐分得到脱除，形成可回到海水淡化系统入口的淡水。纳滤膜的浓盐水进入固碳反应器2的盐水池，通过盐水池内搅拌器的搅拌作用，与双极膜电渗析装置3产生的碱液混合以调节pH至9.0；当双极膜电渗析装置3产生的碱液不足时，通过加药设备加入消石灰液体调节pH至9.0；富碳烟气由盐水池底部的气体分布器进入固碳反应器2内，首先在盐水池内形成气泡，气泡上升过程中，烟气中的二氧化碳溶解在水中并与液体中的钙盐等发生化学反应，生成难溶于水的碳酸钙等，从而被从烟气中脱除；未被脱除的二氧化碳随烟气进入盐水池上部空间内并进一步向上运动；浓盐水通过螺杆泵打入中部的盐水喷淋装置，形成液滴向下运行，并与向上的烟气接触，液体与烟气接触的过程中，烟气中的二氧化碳溶解在水中并与液体中的钙盐等发生化学反应，生成难溶于水的碳酸钙等，并落入盐水池中，从而被进一步从烟气中脱除。二氧化碳脱除后的烟气通过固碳反应器2上部的除雾器，烟气中的雾滴被脱除，随后排入大气。盐水池中碳酸钙等沉淀累积到设定程度后，由底部的排污口排出系统。未排出的盐水经沉淀、澄清后可以回到海水淡化工艺的入口。

Claims (10)

1.一种浓海水的分盐固碳系统，其特征在于，包括纳滤系统(1)、固碳反应器(2)和双极膜电渗析装置(3)；纳滤的入口与海水淡化系统的浓海水出口相连；纳滤的产水侧与双极膜电渗析装置(3)的盐水入口相连，纳滤的浓水侧与固碳反应器(2)的盐水入口相连；固碳反应器(2)为塔筒式结构，下部为盐水池，所述盐水池的底部有沉淀物及液体排污口，所述盐水池的下部布置有气体分布器，气体分布器浸没在盐水中，气体分布器的入口与富碳烟气的出口相连，固碳反应器(2)的中部设置盐水喷淋装置，盐水池中的盐水经循环水泵连通所述盐水喷淋装置；盐水池出水口与双极膜电渗析装置(3)的淡水出口均连通海水淡化系统的入口，双极膜电渗析装置(3)的碱液出口连通盐水池，双极膜电渗析装置(3)采用三隔室结构，两端为电极，中间交替布置双极膜、阴离子交换膜和阳离子交换膜。
2.根据权利要求1所述的浓海水的分盐固碳系统，其特征在于，盐水池中设置有pH、电导率监测设备、加药设备和搅拌器，双极膜电渗析装置(3)的碱液出口连通所述加药设备。
3.根据权利要求1所述的浓海水的分盐固碳系统，其特征在于，固碳反应器(2)的顶部设置除雾器。
4.根据权利要求1所述的浓海水的分盐固碳系统，其特征在于，纳滤采用一级或多级结构。
5.根据权利要求1所述的浓海水的分盐固碳系统，其特征在于，固碳反应器(2)内的气体分布器采用穿孔管，开孔方向斜向下45度。
6.根据权利要求1所述的浓海水的分盐固碳系统，其特征在于，固碳反应器(2)的循环泵采用螺杆泵，盐水池底部为锥斗结构。
7.根据权利要求1所述的浓海水的分盐固碳系统，其特征在于，固碳反应器(2)和双极膜电渗析装置(3)的入口处有盐水调节池。
8.权利要求1～7任一项所述固碳应用系统的运行方法，其特征在于，具体过程如下：
海水淡化系统的浓海水进入纳滤系统(1)内，以钠离子、钾离子、氯离子为主的单价盐透过纳滤膜，进入产水侧形成产水，以钙离子、镁离子、硫酸根离子为主的高价盐被纳滤膜截留在浓水侧，形成浓盐水；纳滤膜的产水进入双极膜电渗析装置(3)，所述产水在双极膜内解离生成氢离子和氢氧根离子，氢离子与盐水中透过阴离子交换膜的氯离子阴离子结合形成盐酸溶液；氢氧根离子与盐水中透过阳离子交换膜的钠离子、钾离子结合形成碱液；盐水中阴离子和阳离子透过离子交换膜，由此产生脱盐淡水；所述碱液进入固碳反应器(2)，所述脱盐淡水进入海水淡化系统；
所述浓盐水进入固碳反应器(2)的盐水池，富碳烟气从盐水池底部的气体分布器进入固碳反应器(2)内，烟气中的二氧化碳溶解在水中并与液体中的钙盐发生化学反应，生成难溶于水的碳酸钙；未被脱除的二氧化碳随烟气进入盐水池上部空间内并进一步向上运动；浓盐水通过循环泵进入盐水喷淋装置，形成液滴向下运行，并与向上的烟气接触，液体与烟气接触的过程中，烟气中的二氧化碳溶解在水中并与液体中的钙盐发生化学反应，生成难溶于水的碳酸钙等，并落入盐水池中，从而进一步从烟气中脱除，二氧化碳脱除后的烟气通过固碳反应器(2)上部的除雾器，烟气中的雾滴被脱除，随后排入大气，盐水池中的沉淀累积到设定量后，由底部的排污口排出系统，未排出的盐水经沉淀和澄清后回到海水淡化工艺的入口。
9.根据权利要求7所述的运行方法，其特征在于，双极膜电渗析装置(3)的电流为10-40mA/cm2。
10.根据权利要求7所述的运行方法，其特征在于，固碳反应器(2)中浓盐水的pH维持在8-9，固碳反应器中加药设备的碱液采用消石灰浆液。
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