CN115959799B - 一种盐碱水全组分资源化系统及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种盐碱水全组分资源化系统及工艺，属于水处理技术领域，该系统包括盐碱水预处理系统及盐碱水分盐淡化系统；盐碱水预处理系统包括磷酸三钠加药装置、初步沉淀池、多层过滤系统、化学污泥脱水单元、阻垢剂加药装置和pH自动调节加药装置；盐碱水分盐淡化系统包括纳滤装置和反渗透装置。本发明耦合磷酸三钠软化与膜集成技术，通过投加磷酸三钠及多层过滤软化盐碱水，软化后出水pH接近中性，沉积的化学污泥可回用作缓释磷肥，另外在软化基础上结合阻垢剂和pH控制，防止膜结垢，再通过纳滤装置、反渗透装置实现分盐淡化，最终纳滤浓水经反渗透产水稀释后可用于灌溉，反渗透浓水可用于制盐，实现了盐碱水全组分资源化。

Description

一种盐碱水全组分资源化系统及工艺

技术领域

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种盐碱水全组分资源化系统及工艺。

背景技术

我国盐碱地占地面积大，约为我国国土面积的10％，经过长期的农业实践，漫灌洗盐仍是改良盐碱地的重要手段。但在漫灌洗盐的过程中会产生大量的盐碱水，其盐分组成复杂，类型繁多，主要离子比值和含量与海水相比有很大差别，一般具有高pH值、高碳酸盐碱度以及离子系数高且水质类型繁多的特点，若将盐碱水作为废水直接排放将造成水资源的严重浪费，且其中的高盐分也将对生态环境造成破坏，因此必须考虑将盐碱水资源化利用。

通过纳滤和反渗透技术对盐碱水进行分盐淡化是实现盐碱水资源化利用的可靠途径。但一方面，盐碱水中浓度较高的Ca²⁺、Mg²⁺易导致膜结垢，也会使得难以从反渗透浓水中制得合格工业盐，因此需在分盐淡化前对盐碱水进行软化，目前常见的通过投加石灰、纯碱进行软化的方法存在软化出水pH高、化学污泥利用价值低等问题；另一方面，分盐产生的纳滤浓水中一、二价离子浓度仍均较高，难以实现回用。

现有技术中，公开号为CN216737936U的中国专利文献公开了一种用于盐碱水的高效回收处理装置，该装置包括盐水回收池以及与盐水回收池依次连通的初沉池、过滤池、超滤池、反渗透池、蒸发器、冷凝器、清水池；过滤池内设置有多个并联的多孔吸附柱，多个多孔吸附柱的设置使得进入到过滤池内的盐碱水进行有效分流，使得盐碱水过滤的更彻底；但是该装置并不能实现盐碱水的全资源化利用；公开号为CN216998046U的中国专利文献公开了一种太阳能盐碱水净化系统，该系统包括太阳能供电系统、供水泵、循环泵、管式纳滤膜、监测器、淡水池和控制器，所述供水泵、循环泵、管式纳滤膜、监测器、淡水池顺次连接形成过滤路，监测器、循环泵、管式纳滤膜顺次循环连接形成循环过滤路，太阳能供电系统通过控制器与供水泵、循环泵电性连接；但是上述系统不使用化学试剂，存在膜易结垢、使用寿命短的问题，需要监测器来检测出水是否合格，且不能实现盐碱水的全资源化利用。

发明内容

本发明提供了一种盐碱水全组分资源化系统，该系统耦合磷酸三钠软化作用与膜集成技术，使软化出水pH接近中性、化学污泥利用价值提高，且能够使难以回用的纳滤浓水适用于灌溉，反渗透浓水用于制得高品质工业盐，实现了盐碱水全组分资源化。

具体的技术方案如下：

一种盐碱水全组分资源化系统，包括盐碱水预处理系统及盐碱水分盐淡化系统；

所述盐碱水预处理系统包括磷酸三钠加药装置、初步沉淀池、多层过滤系统、化学污泥脱水单元、阻垢剂加药装置和pH自动调节加药装置；所述多层过滤系统包括微滤膜过滤器、多介质过滤器、超滤膜过滤器和过滤产水箱；

所述磷酸三钠加药装置用于将磷酸三钠加入至待处理盐碱水中，加入了磷酸三钠的待处理盐碱水在初步沉淀池中沉淀；所述初步沉淀池出水口与所述微滤膜过滤器进水口相连，所述微滤膜过滤器出水口与所述多介质过滤器进水口相连，所述多介质过滤器出水口与所述超滤膜过滤器进水口相连，所述超滤膜过滤器出水口与所述过滤产水箱进水口相连；

所述化学污泥脱水单元用于接收来自初步沉淀池和微滤膜过滤器的化学污泥，所述阻垢剂加药装置用于将阻垢剂加入至过滤产水箱中，所述pH自动调节加药装置用于控制过滤产水箱的出水pH；

所述盐碱水分盐淡化系统包括纳滤装置和反渗透装置，所述纳滤装置进水口与所述过滤产水箱出水口相连，所述纳滤装置浓水出水口连接至纳滤浓水箱，所述纳滤装置的产水出水口与所述反渗透装置进水口相连，所述反渗透装置浓水出水口连接至反渗透浓水箱，所述反渗透装置的产水出水口连接至纳滤浓水箱或反渗透产水箱。

优选的，所述初步沉淀池还设置有搅拌器。

优选的，所述微滤膜过滤器的进水管路上设有第一提升泵，以达到后续处理单元所要求的高度。

所述微滤膜过滤器包括罐体和微滤膜组件；所述罐体的下部设有进水口，所述罐体的中部设有微滤膜组件，所述罐体的上部设有出水口；所述微滤膜组件采用管袋式、管式或者中空纤维微滤膜。

优选的，所述纳滤装置进水管路上依次设有第二提升泵、第一保安过滤器及第一增压泵，所述反渗透装置进水管路上依次设有第三提升泵、第二保安过滤器及第二增压泵。保安过滤器能够在水进入纳滤膜和反渗透膜前截留水中的微小物质，确保水质过滤精度，保护后续膜元件不受大颗粒物质的污堵。

本发明还提供了一种盐碱水全组分资源化的工艺，应用所述盐碱水全组分资源化系统，包括以下步骤：

步骤A：利用磷酸三钠加药装置将磷酸三钠加入至待处理盐碱水中，在初步沉淀池中，待处理盐碱水的Ca²⁺、Mg²⁺在PO₄ ^3-的作用下沉淀，部分沉淀沉降于初步沉淀池的底部；

步骤B：初步沉淀池出水进入多层过滤系统，微滤膜过滤器截留大部分沉淀并将其沉积于罐体底部，多介质过滤器与超滤膜过滤器进一步发挥过滤作用，降低水的浊度，超滤膜过滤器出水进入过滤产水箱；另外，初步沉淀池与微滤膜过滤器底部的化学污泥定期排出；

步骤C：通过阻垢剂加药装置向过滤产水箱中加入阻垢剂，并通过pH自动调节加药装置控制过滤产水箱出水pH，协同防止水中剩余Ca²⁺、Mg²⁺结垢；

步骤D：过滤产水箱出水进入纳滤装置，经纳滤过程分盐后纳滤产水进入反渗透装置，纳滤浓水进入纳滤浓水箱，纳滤产水经反渗透装置淡化后，反渗透浓水进入反渗透浓水箱，反渗透产水可进入反渗透产水箱，也可进入纳滤浓水箱对纳滤浓水进行稀释，使其水质达到农田灌溉水标准。

本发明方法适用于处理Ca²⁺、Mg²⁺浓度高、碳酸盐碱度低且SO₄ ^2-浓度较高的盐碱水，具体的，优选用于处理硬度(以CaCO₃计)为1000～3000mg/L，碳酸盐碱度(以CaCO₃计)低于200mg/L，SO₄ ^2-浓度大于500mg/L的盐碱水。

步骤A中，磷酸三钠的使用量需要根据待处理盐碱水中Ca²⁺、Mg²⁺的量确定，通常以[n(Ca²⁺)+n(Mg²⁺)]:n(P)＝1.5～3的比例来投加磷酸三钠，其中n表示物质的量。磷酸三钠能够使出水pH接近中性，减少后续调节pH时的酸碱用量，即减少部分药剂成本。

优选的，所述超滤膜过滤器出水pH为6～8，硬度小于100mg/L，浊度小于0.1NTU。

所述化学污泥的主要成分为Ca₃(PO₄)₂与Mg₃(PO₄)₂，可回用作缓释磷肥，以P₂O₅计，磷肥有效成分含量大于20％。

所述阻垢剂可选用绿色阻垢剂聚天冬氨酸，投加量为2～5mg/L。

优选的，利用所述pH自动调节加药装置控制过滤产水箱出水pH为6～7。阻垢剂和过滤产水箱出水pH的调节能够协同防止膜结垢，增加膜的使用寿命。

所述反渗透浓水可用于制得高品质工业盐。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明中盐碱水全组分资源化系统及工艺耦合了磷酸三钠软化与膜集成技术，通过投加磷酸三钠及多层过滤的方法实现盐碱水的软化，使软化后出水的pH接近中性，节省后续调节pH时药剂的用量，并使沉积的化学污泥可回用作缓释磷肥；另外在软化的基础上结合阻垢剂投加和pH控制，协同防止膜结垢，提高了膜的使用寿命；再通过纳滤装置、反渗透装置实现盐碱水分盐淡化，反渗透浓水可用于制得高品质工业盐，纳滤浓水经反渗透产水稀释后可符合农田灌溉水标准，且其中残留的P元素对作物的生长有利，剩余反渗透产水可直接回用作生活用水，最终达到盐碱水全组分资源化目标。

附图说明

图1为所述盐碱水全组分资源化系统的示意图；

其中，附图标记为：1.盐碱水预处理系统，2.盐碱水分盐淡化系统，3.磷酸三钠加药装置，4.初步沉淀池，401.搅拌器，5.第一提升泵，6.多层过滤系统，7.微滤膜过滤器，701.罐体，702.微滤膜组件，8.多介质过滤器，9.超滤膜过滤器，10.过滤产水箱，11.化学污泥脱水单元，12.阻垢剂加药装置，13.pH自动调节加药装置，14.第二提升泵，15.第一保安过滤器，16.第一增压泵，17.纳滤装置，18.第三提升泵，19.第二保安过滤器，20.第二增压泵，21.反渗透装置，22.反渗透产水箱，23.反渗透浓水箱，24.纳滤浓水箱。

具体实施方式

下面结合附图与实施例，进一步阐明本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限制本发明的范围。

如图1所示，本发明实施例提供了一种耦合磷酸三钠软化与膜集成技术的盐碱水全组分资源化系统，所述盐碱水全组分资源化系统包括盐碱水预处理系统1及盐碱水分盐淡化系统2；

其中，所述盐碱水预处理系统1包括磷酸三钠加药装置3、初步沉淀池4、多层过滤系统6、化学污泥脱水单元11、阻垢剂加药装置12、pH自动调节加药装置13；所述多层过滤系统6包括微滤膜过滤器7、多介质过滤器8、超滤膜过滤器9和过滤产水箱10；

所述磷酸三钠加药装置3与所述初步沉淀池4进水口相连，用于将磷酸三钠加入至待处理盐碱水中，加入了磷酸三钠的待处理盐碱水在初步沉淀池4中沉淀；所述初步沉淀池4出水口与所述微滤膜过滤器7进水口相连，所述微滤膜过滤器7出水口与所述多介质过滤器8进水口相连，所述多介质过滤器8出水口与所述超滤膜过滤器9进水口相连，所述超滤膜过滤器9出水口与所述过滤产水箱10进水口相连，所述初步沉淀池4和所述微滤膜过滤器7的排泥口均与所述化学污泥脱水单元11相连，所述阻垢剂加药装置12用于将阻垢剂加入至过滤产水箱10中，所述pH自动调节加药装置13用于控制过滤产水箱10的出水pH；

所述盐碱水分盐淡化系统2包括纳滤装置17和反渗透装置21，所述纳滤装置17的进水口与所述过滤产水箱10出水口相连，所述纳滤装置17的产水出水口与所述反渗透装置21进水口相连，所述纳滤装置17浓水出水口连接至纳滤浓水箱24，所述反渗透装置21产水出水口连接至纳滤浓水箱24或反渗透产水箱22，所述反渗透装置21浓水出水口连接至反渗透浓水箱23。

所述初步沉淀池4还设置有搅拌器401。

所述微滤膜过滤器7的进水管路上设有第一提升泵5。

所述微滤膜过滤器7包括罐体701和微滤膜组件702，所述罐体701的下部设有进水口，所述罐体701的中部设有微滤膜组件702，所述罐体701的上部设有出水口，所述微滤膜组件702采用管袋式、管式或者中空纤维微滤膜。

所述纳滤装置17进水管路上依次设有第二提升泵14、第一保安过滤器15及第一增压泵16，所述反渗透装置21进水管路上依次设有第三提升泵18、第二保安过滤器19及第二增压泵20。

本发明实施例还提供了一种盐碱水全组分资源化工艺，应用于图1所示的耦合磷酸三钠软化与膜集成技术的盐碱水全组分资源化系统，包括以下步骤：

步骤A：利用磷酸三钠加药装置3在初步沉淀池4进水管路中实现待处理盐碱水与磷酸三钠溶液的混合，然后在初步沉淀池4中，待处理盐碱水的Ca²⁺、Mg²⁺在PO₄ ^3-的作用下沉淀，部分沉淀沉降于初步沉淀池的底部；

步骤B：初步沉淀池4出水进入多层过滤系统6，水中的大部分沉淀被微滤膜过滤器7截留并沉积于罐体701底部，多介质过滤器8与超滤膜过滤器9进一步确保水中浊度的去除，超滤膜过滤器9出水(pH为6～8，硬度小于100mg/L，浊度小于0.1NTU)进入过滤产水箱10；另外，初步沉淀池4与微滤膜过滤器7底部的化学污泥定期排出，主要成分为Ca₃(PO₄)₂与Mg₃(PO₄)₂，可回用作缓释磷肥，以P₂O₅计，磷肥有效成分含量大于20％；

步骤C：通过阻垢剂加药装置12向过滤产水箱10中加入聚天冬氨酸阻垢剂，使其在水中浓度为2～5mg/L，并通过pH自动调节加药装置13控制过滤产水箱出水pH为6～7，协同防止其中剩余Ca²⁺、Mg²⁺结垢；

步骤D：过滤产水箱10出水进入纳滤装置17，经纳滤分盐后纳滤产水进入反渗透装置21，纳滤浓水进入纳滤浓水箱24；纳滤产水经反渗透装置淡化后，反渗透浓水进入反渗透浓水箱23，可用于制备高品质工业盐；反渗透产水可进入反渗透产水箱22，也可进入纳滤浓水箱24对纳滤浓水进行稀释，使其水质达到农田灌溉水标准。

实施例1

某地漫灌洗盐后排放的盐碱水，其主要水质指标如表1所示。

表1某地盐碱水主要水质指标(浓度单位：mg/L)

利用所述碱水全组分资源化系统及工艺处理上述待处理盐碱水，具体步骤如下：

利用磷酸三钠加药装置3向待处理盐碱水中投加1200mg/L磷酸三钠，盐碱水进入初步沉淀池4中，部分大颗粒沉淀沉降于初步沉淀池4底部，其余沉淀随盐碱水进入多层过滤系统6，大部分在微滤膜过滤器7被截留。多介质过滤器8与超滤膜过滤器9进一步确保盐碱水中浊度的去除，超滤膜过滤器9出水经检测pH为7.2，硬度为87mg/L，浊度小于0.1NTU，可见pH接近7，可显著减少后续调节pH时的药剂用量，另外，测得化学污泥经脱水后，其中P₂O₅含量为30％，可回用作缓释磷肥。

在过滤产水箱10中，向超滤膜过滤器9出水中投加3mg/L聚天冬氨酸阻垢剂，并控制pH在6～7。过滤产水箱10出水经第二提升泵14、第一保安过滤器15及第一增压泵16进入纳滤装置17，经纳滤分盐后纳滤产水进入反渗透装置21，纳滤浓水进入纳滤浓水箱24；纳滤产水经反渗透装置21淡化后，反渗透产水一部分进入反渗透产水箱22，一部分进入纳滤浓水箱24对纳滤浓水进行稀释；反渗透浓水进入反渗透浓水箱23。稀释后纳滤浓水、反渗透产水、反渗透浓水水质指标如表2所示。

表2某地盐碱水处理结果(浓度单位：mg/L)

可见稀释后纳滤浓水满足《GB 5084-2021农田灌溉水质标准》，反渗透产水也可直接回用作生活用水，反渗透浓水中所含二价离子也较少，可用于制取高品质工业盐，因此盐碱水全组分资源化目的达成。

需要说明的是，在本发明的盐碱水全组分资源化系统中，在装置的各部分之间输送流体，例如液体，如废水、淡水、各种浓液等，或固体，如沉淀及各种药剂等，除另有说明，一般均可以通过管路输送；另外，当在输送过程中需要额外的传输动力的时候，可以在需要的管路上加设合适的泵、风机等动力设备。进一步地，还可以在需要时，在管路上增加合适的阀门，以控制流体的流向等。

以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述的仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种盐碱水全组分资源化系统，其特征在于，包括盐碱水预处理系统(1)及盐碱水分盐淡化系统(2)；

所述盐碱水预处理系统(1)包括磷酸三钠加药装置(3)、初步沉淀池(4)、多层过滤系统(6)、化学污泥脱水单元(11)、阻垢剂加药装置(12)和pH自动调节加药装置(13)；所述多层过滤系统(6)包括微滤膜过滤器(7)、多介质过滤器(8)、超滤膜过滤器(9)和过滤产水箱(10)；

所述磷酸三钠加药装置(3)用于将磷酸三钠加入至待处理盐碱水中，加入了磷酸三钠的待处理盐碱水在初步沉淀池(4)中沉淀；所述初步沉淀池(4)出水口与所述微滤膜过滤器(7)进水口相连，所述微滤膜过滤器(7)出水口与所述多介质过滤器(8)进水口相连，所述多介质过滤器(8)出水口与所述超滤膜过滤器(9)进水口相连，所述超滤膜过滤器(9)出水口与所述过滤产水箱(10)进水口相连；

所述化学污泥脱水单元(11)用于接收来自初步沉淀池(4)和微滤膜过滤器(7)的化学污泥，所述阻垢剂加药装置(12)用于将阻垢剂加入至过滤产水箱(10)中，所述pH自动调节加药装置(13)用于控制过滤产水箱(10)的出水pH；

所述盐碱水分盐淡化系统(2)包括纳滤装置(17)和反渗透装置(21)，所述纳滤装置(17)进水口与所述过滤产水箱(10)出水口相连，所述纳滤装置(17)浓水出水口连接至纳滤浓水箱(24)，所述纳滤装置(17)的产水出水口与所述反渗透装置(21)进水口相连，所述反渗透装置(21)浓水出水口连接至反渗透浓水箱(23)，所述反渗透装置(21)的产水出水口连接至纳滤浓水箱(24)或反渗透产水箱(22)。

2.根据权利要求1所述盐碱水全组分资源化系统，其特征在于，所述初步沉淀池(4)还设置有搅拌器(401)。

3.根据权利要求1所述盐碱水全组分资源化系统，其特征在于，所述微滤膜过滤器(7)的进水管路上设有第一提升泵(5)。

4.根据权利要求1所述盐碱水全组分资源化系统，其特征在于，所述微滤膜过滤器(7)包括罐体(701)和微滤膜组件(702)；所述罐体(701)的下部设有进水口，所述罐体(701)的中部设有微滤膜组件(702)，所述罐体(701)的上部设有出水口；所述微滤膜组件(702)采用管袋式、管式或者中空纤维微滤膜。

5.根据权利要求1所述盐碱水全组分资源化系统，其特征在于，所述纳滤装置(17)进水管路上依次设有第二提升泵(14)、第一保安过滤器(15)及第一增压泵(16)，所述反渗透装置(21)进水管路上依次设有第三提升泵(18)、第二保安过滤器(19)及第二增压泵(20)。

6.一种盐碱水全组分资源化的工艺，其特征在于，应用权利要求1-5任一所述盐碱水全组分资源化系统，包括以下步骤：

步骤A：利用磷酸三钠加药装置(3)将磷酸三钠加入至待处理盐碱水中，在初步沉淀池(4)中，待处理盐碱水的Ca²⁺、Mg²⁺在PO₄ ^3-的作用下沉淀，部分沉淀沉降于初步沉淀池(4)的底部；

步骤B：初步沉淀池(4)出水进入多层过滤系统(6)，微滤膜过滤器(7)截留大部分沉淀并将其沉积于罐体(701)底部，多介质过滤器(8)与超滤膜过滤器(9)进一步发挥过滤作用，降低水的浊度，超滤膜过滤器(9)出水进入过滤产水箱(10)；另外，初步沉淀池(4)与微滤膜过滤器(7)底部的化学污泥定期排出；

步骤C：通过阻垢剂加药装置(12)向过滤产水箱(10)中加入阻垢剂，并通过pH自动调节加药装置(13)控制过滤产水箱出水pH，防止水中剩余Ca²⁺、Mg²⁺结垢；

步骤D：过滤产水箱(10)出水进入纳滤装置(17)，经纳滤过程分盐后纳滤产水进入反渗透装置(21)，纳滤浓水进入纳滤浓水箱(24)，纳滤产水经反渗透装置(21)淡化后，反渗透浓水进入反渗透浓水箱(23)，反渗透产水进入反渗透产水箱(22)，或者进入纳滤浓水箱(24)对纳滤浓水进行稀释，使其水质达到农田灌溉水标准；

所述的盐碱水的硬度以CaCO₃计为1000～3000mg/L，碳酸盐碱度以CaCO₃计低于200mg/L，SO₄ ^2-浓度大于500mg/L。

7.根据权利要求6所述盐碱水全组分资源化的工艺，其特征在于，步骤B中，所述超滤膜过滤器(9)出水pH为6～8，硬度小于100mg/L，浊度小于0.1NTU。

8.根据权利要求6所述盐碱水全组分资源化的工艺，其特征在于，步骤B中，所述化学污泥的主要成分为Ca₃(PO₄)₂与Mg₃(PO₄)₂，可回用作缓释磷肥，以P₂O₅计，磷肥有效成分含量大于20％。

9.根据权利要求6所述盐碱水全组分资源化的工艺，其特征在于，所述阻垢剂选用聚天冬氨酸，投加量为2～5mg/L。

10.根据权利要求6所述盐碱水全组分资源化的工艺，其特征在于，利用所述pH自动调节加药装置(13)控制过滤产水箱(10)出水pH为6～7。