CN114988590B - 一种以新能源为动力的海水去除硬度同步固碳系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种以新能源为动力的海水去除硬度同步固碳系统及方法，包括初沉装置、原水池、过滤器、沉淀室、固碳装置、过滤装置、电源和清水池；初沉装置、原水池、过滤器、沉淀室、过滤装置和清水池依次通过管道连接；固碳装置连接在沉淀室上；电源用于为系统供电，电源为风力发电机或光伏发电机；初沉装置与海水连通，过滤器和过滤装置的反洗排水回收至初沉装置入口。本发明充分利用了丰富的海水资源。不仅能去除了海水硬度，同时增设固碳装置，能达到同步固碳的目的。本发明该技术产生的固碳固形物以碳酸钙、碳酸镁形式存在，在与污泥浓缩、脱水处理后，进行填埋或低温处理，可达到永久固碳的目的。

Description

一种以新能源为动力的海水去除硬度同步固碳系统及方法
技术领域
本发明属于海水软化技术领域，特别涉及一种以新能源为动力的海水去除硬度同步固碳系统及方法。
背景技术
目前，国内二氧化碳回收技术已经逐步开发成熟起来，但是“碳固定、碳封存”技术还在努力探索中。国内已知的“碳固定、碳封存”技术主要包括：植树造林以吸收游离二氧化碳；回收二氧化碳并制成干冰用水泥封存沉入深海；直接将回收的二氧化碳注入深层页岩空隙以达到封存的目的。但是，这些方法投入成本较高，也均不会产生经济效益，所以推广起来难度较大。而二氧化碳利用技术虽然多样，但实质上并不能减少二氧化碳循环中的流通碳，对碳中和也无实质意义。
地球上海洋资源丰富，海水呈弱碱性，且含有大量游离阴、阳离子。Mg2+、Ca2+含量较大，导致海水具有较高的硬度。在海水淡化处理时，经常采用反渗透(以下简称RO)对海水进行脱盐。由于海水较高的硬度，经常会导致RO膜结垢，不仅影响了使用寿命，同时增加了RO膜清洗维护成本。
目前现有的海水去除硬度的方法是将海水经过石灰乳碱化处理，使海水中的Mg2+转化为Mg(OH)2沉淀下来，而海水中的Ca2+要加入碳酸钠加以沉淀清除。这种方法不仅运行成本较高，而且并没有固碳的效果。另外，也有海水淡化工艺是将海水只进行过滤、超滤等预处理后直接采用反渗透或闪蒸等工艺进行淡化处理。但是，这种方法对海水脱盐处理设备易造成设备结垢，影响设备使用寿命，设备的清洗、维护成本也逐步攀升，总体算下来也并不节约。因此，探索一种能够降低海水硬度同时又能够达到固碳效果的工艺方式是行业的一个进步。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以新能源为动力的海水去除硬度同步固碳系统及方法，以解决上述问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种以新能源为动力的海水去除硬度同步固碳系统，包括初沉装置、原水池、过滤器、沉淀室、固碳装置、过滤装置、电源和清水池；初沉装置、原水池、过滤器、沉淀室、过滤装置和清水池依次通过管道连接；固碳装置连接在沉淀室上；电源用于为系统供电，电源为风力发电机或光伏发电机；
初沉装置与海水连通，过滤器和过滤装置的反洗排水回收至初沉装置入口。
进一步的，固碳装置包括二氧化碳气罐和供气管道；供气管道设置在沉淀室内底部及沉淀室的入口处，二氧化碳气罐和供气管道通过管路连通；沉淀室上部分填充空心多面球。
进一步的，供气管道上设置有若干喷气嘴。
进一步的，过滤装置包括自清洗过滤器和超滤装置；自清洗过滤器和超滤装置依次连接，且自清洗过滤器和超滤装置的反洗排水通过管道回收至初沉装置入口。
进一步的，自清洗过滤器带滤膜的保安过滤器或叠片过滤器；超滤装置为微滤或纳滤。
进一步的，沉淀室的顶部通过管路连接到原水池，用于将沉淀室残余的二氧化碳排到原水池。
进一步的，原水池和过滤器之间设置有提升泵；过滤器为多介质过滤器或活性炭过滤器。
进一步的，沉淀室和自清洗过滤器之间设置有超滤水泵。
进一步的，超滤装置和清水池之间设置有超滤反洗水泵，超滤反洗水泵的入口连接清水池，出口连接到超滤装置和清水池之间的管道上。
进一步的，一种以新能源为动力的海水去除硬度同步固碳方法，包括以下步骤：
步骤1：海水进入初沉装置，海水在初沉装置内经过絮凝、沉淀除去海水中的泥沙、胶体不溶物后自流入原水池内；
步骤2：海水在原水池通过提升泵进入过滤器过滤，进一步将海水中不溶物去除，使海水浊度进一步降低，过滤器反洗排水回收至初沉装置进水管，与海水混合后进入初沉装置处理；
步骤3：在提升泵启动的同时，二氧化碳开始给沉淀室供气，供气压力0.1-0.2Mpa，二氧化碳从底部均匀喷出与进入的海水充分接触；
步骤4：启动超滤水泵为自清洗过滤器及超滤供水，启动超滤装置，超滤制水进入清水池，清水池水作为海水淡化给水，用反渗透脱盐可得到淡水；
步骤5：过滤器反洗排水、自清洗过滤器反洗排水、超滤反洗排水回收至初沉装置入口，在经过絮凝澄清等步骤后，过滤器、自清洗过滤器、超滤装置截留的MgCO3、CaCO3随初沉装置排泥系统进入泥水回收单元处理。
与现有技术相比，本发明有以下技术效果：
本发明充分利用了丰富的海水资源。不仅能去除了海水硬度，同时增设固碳装置，能达到同步固碳的目的。
本发明该技术产生的固碳固形物以碳酸钙、碳酸镁形式存在，在与污泥浓缩、脱水处理后，进行填埋或低温处理，可达到永久固碳的目的。
本发明可作为海水淡化工艺的一部分，通过二氧化碳与海水的多级反应，能够去除海水中大部分钙镁硬度，有利于后续脱盐处理。
本发明采用海水风电等不能上网的新能源电量提供动力支撑，极大的降低了运行费用。
附图说明
图1为本发明系统结构图。
1.初沉装置；2.原水池；3.提升泵；4.过滤器；5.沉淀室；6.二氧化碳罐；
7.超滤水泵；8.自清洗过滤器；9.超滤装置；10.超滤反洗水泵；11.清水池；
具体实施方式
以下结合附图对本发明进一步说明：
请参阅图1，本装置是以新能源提供动力支撑，利用新能源(比如海上风电、光伏等)不能上网的电量，使二氧化碳与海水中的游离Mg2+、Ca2+离子反应使Mg2+、Ca2+从海水中析出，以达到去除海水硬度同步固碳的目的。如图1所示，该装置由以下几部分组成。
初沉装置：通过混凝澄清技术，将海水中的泥沙、胶体、浮游藻类等不溶物进行沉降分离。
原水池：储存初步澄清的海水，同时储存海水吸收沉淀室排出的二氧化碳尾气。
提升泵：作为动力源，为过滤器提供原水池海水。
过滤器：可为多介质过滤器、活性炭过滤器等，将原水池海水过滤，进一步去除掉残留不溶物和与二氧化碳反应产生的碳酸镁、碳酸钙，进一步降低浊度。过滤器反洗排水回收至初沉装置入口。
沉淀室：分上下两部分，上部分填充空心多面球以增大二氧化碳与海水接触面积，底部通入二氧化碳，二氧化碳向上与从上部流入的水流接触后迅速溶解并与海水中的钙镁离子发生反应生成碳酸、碳酸镁沉淀，残余的二氧化碳从上部排气口排放至原水池。下部分储存从上部流下来的海水，同时底部可进入的二氧化碳与储存海水进行曝气反应。
二氧化碳罐：不限于二氧化碳钢瓶、瓶组、罐等压力容器，出口带有减压阀，压力可调，可提供0.3～0.8MPa出口压力。
超滤水泵：为超滤及自清洗过滤器提供动力，将沉淀室与二氧化碳反应过的海水及沉淀物输送至超滤装置。
自清洗过滤器：超滤前置过滤器，不限于带滤膜的保安过滤器或叠片过滤器，可过滤清除100μm以上不溶物，压差大于100kpa时进行自动反洗。反洗排水回收至初沉装置入口。
超滤装置：不限于微滤、纳滤等，去除海水中绝大多数不溶物，使海水浊度进一步降低到1NTU以内。超滤反洗排水回收至初沉装置入口。
超滤反洗水泵：入口与清水池连接，用清水池产水反洗超滤装置。
清水池:储存超滤产水，同时可为下一级海水淡化处理提供水源。
以上所使用的电气设备均采用新能源不能上网电量提供电力运行时，则整体运行成本大幅度降低。
实施方法
启动过程
步骤1：海水经提升泵进入初沉装置，海水在初沉装置内经过絮凝、沉淀除去海水中的泥沙、胶体等不溶物后自流入原水池内。
步骤2：海水在原水池通过提升泵进入过滤器过滤，进一步将海水中不溶物去除，使海水浊度进一步降低。过滤器反洗排水回收至初沉装置进水管，与海水混合后进入初沉装置处理。
步骤3：在提升泵启动的同时，二氧化碳开始给沉淀室供气，供气压力0.1-0.2Mpa，二氧化碳从底部均匀喷出与进入的海水充分接触。
步骤4：沉淀室底部到达一定液位后，启动超滤水泵为自清洗过滤器及超滤供水，启动超滤装置。超滤制水进入清水池。清水池水作为海水淡化给水，用反渗透(RO)脱盐可得到淡水。
步骤5：过滤器反洗排水、自清洗过滤器反洗排水、超滤反洗排水回收至初沉装置入口，在经过絮凝澄清等步骤后，过滤器、自清洗过滤器、超滤装置截留的MgCO3、CaCO3随初沉装置排泥系统进入泥水回收单元处理。最后，MgCO3、CaCO3等会形成泥渣进行填埋或其他低温无害化处理。
停运过程
根据各水池液位不同可选择不同停运方式。正常情况下，从前往后停运，具体过程为：
步骤1：停止初沉装置进水，停运初沉装置。
步骤2：停运提升水泵，过滤器停止运行。
步骤3：停止二氧化碳进气。
步骤4：停运超滤水泵，超滤系统停运。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1.一种以新能源为动力的海水去除硬度同步固碳系统，其特征在于，包括初沉装置（1）、原水池（2）、过滤器（4）、沉淀室（5）、固碳装置、过滤装置、电源和清水池（11）；初沉装置（1）、原水池（2）、过滤器（4）、沉淀室（5）、过滤装置和清水池（11）依次通过管道连接；固碳装置连接在沉淀室（5）上；电源用于为系统供电，电源为风力发电机或光伏发电机；
初沉装置（1）与海水连通，过滤器（4）和过滤装置的反洗排水回收至初沉装置（1）入口；
固碳装置包括二氧化碳气罐（6）和供气管道；供气管道设置在沉淀室（5）内底部及沉淀室（5）的入口处，二氧化碳气罐（6）和供气管道通过管路连通；沉淀室（5）上部分填充空心多面球；
过滤装置包括自清洗过滤器（8）和超滤装置（9）；自清洗过滤器（8）和超滤装置（9）依次连接，且自清洗过滤器（8）和超滤装置（9）的反洗排水通过管道回收至初沉装置（1）入口；
沉淀室（5）的顶部通过管路连接到原水池（2），用于将沉淀室（5）残余的二氧化碳排到原水池（2）。
2.根据权利要求1所述的一种以新能源为动力的海水去除硬度同步固碳系统，其特征在于，供气管道上设置有若干喷气嘴。
3.根据权利要求1所述的一种以新能源为动力的海水去除硬度同步固碳系统，其特征在于，自清洗过滤器（8）为带滤膜的保安过滤器或叠片过滤器。
4.根据权利要求1所述的一种以新能源为动力的海水去除硬度同步固碳系统，其特征在于，原水池（2）和过滤器（4）之间设置有提升泵（3）；过滤器（4）为多介质过滤器或活性炭过滤器。
5.根据权利要求1所述的一种以新能源为动力的海水去除硬度同步固碳系统，其特征在于，沉淀室（5）和自清洗过滤器（8）之间设置有超滤水泵（7）。
6.根据权利要求1所述的一种以新能源为动力的海水去除硬度同步固碳系统，其特征在于，超滤装置（9）和清水池（11）之间设置有超滤反洗水泵（10），超滤反洗水泵（10）的入口连接清水池（11），出口连接到超滤装置（9）和清水池（11）之间的管道上。
7.一种以新能源为动力的海水去除硬度同步固碳方法，其特征在于，基于权利要求1至6任意一项所述的以新能源为动力的海水去除硬度同步固碳系统，包括以下步骤：
步骤1： 海水进入初沉装置，海水在初沉装置内经过絮凝、沉淀除去海水中的泥沙、胶体不溶物后自流入原水池内；
步骤2：海水在原水池通过提升泵进入过滤器过滤，进一步将海水中不溶物去除，使海水浊度进一步降低，过滤器反洗排水回收至初沉装置进水管，与海水混合后进入初沉装置处理；
步骤3： 在提升泵启动的同时，二氧化碳开始给沉淀室供气，供气压力0.1-0.2Mpa，二氧化碳从底部均匀喷出与进入的海水充分接触；
步骤4：启动超滤水泵为自清洗过滤器及超滤供水，启动超滤装置，超滤制水进入清水池，清水池水作为海水淡化给水，用反渗透脱盐得到淡水；
步骤5： 过滤器反洗排水、自清洗过滤器反洗排水、超滤反洗排水回收至初沉装置入口，在经过絮凝澄清步骤后，过滤器、自清洗过滤器、超滤装置截留的MgCO3、CaCO3随初沉装置排泥系统进入泥水回收单元处理。
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