CN1850645A - 低成本零排放海水淡化综合利用的组合生产工艺技术 - Google Patents

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Abstract

本发明提出的一种低成本零排放海水淡化综合利用的组合生产工艺技术，是通过海水预处理使海水净化，应用电渗析(ED)浓缩设备和低温真空泵将海水浓缩成饱和盐水，再以饱和盐水为原料提取各种盐化工产品。其中浓缩后余下的被稀释的淡盐水，经反渗透膜(RO)淡化设备提取出50％的淡水，剩余下来50％的盐水又返回到海水净化池中被循环使用。在上述循环生产工艺流程中，从电渗析(ED)浓缩设备和反渗透膜(RO)淡化设备中排放出的盐水或淡水都有很高的余压力，利用其余压经射流发电机组发电，实现余能回收；最后利用淡水中的余温经水源热泵空调机组提取热量供给海水原水预热使用或为公共建筑与住宅提供空调能源，这就形成全部能源回收循环利用，全部资源都取尽用完的综合高效益的组合生产工艺。实现了零排放，环保无污染，节能、低成本，为全世界首例创新出具有全面推广应用价值的低成本零排放海水淡化的生产工艺新技术，真正的为人类社会提供了稳定的第二个淡水资源。

Description

低成本零排放海水淡化综合利用的组合生产工艺技术
技术领域
本发明涉及一种海水淡化，特别是涉及低成本零排放海水淡化综合利用的组合生产工艺技术。
背景技术
水是自然界一切生物赖以生存的生命之源，地球因为有水，地球上才有生命。自18世纪以来，由于工业飞速发展和人类繁衍急聚增长，使地球表面的生态环境不断恶化，全球60％以上的原始森林被毁掉，整个地球生态失去平衡，人类社会赖以生存的淡水资源也在不断的减少，很多河流变成枯河。可是人类所必须的生活用水和工业用水量却在逐年增加，淡水资源的减少与淡水需求量的增加之间形成了一个无法抗拒的对立矛盾。
淡水紧缺是中国乃至全人类在21世纪面临的严重问题。中国是一个贫水国，人均水资源仅是世界人均水资源的1/4，目前，中国有400个城市缺水，108个城市严重缺水，每年因此造成的直接经济损失达数千亿元。据估计，2005年全国城市缺水量达到400亿立方米，因缺水影响的国民生产值达2400亿元人民币。
中国沿海地区经济发达，国民生产总值约占全国的60％，在国民经济中占有举足轻重的地位。但是沿海地区缺水形势非常严峻，沿海城市人均水资源量大部分低于500立方米，大连、天津、青岛、连云港、上海的水资源量低于200立方米，属于严重缺水城市。因此，海水淡化已成为解决沿海城市和地区缺水问题的必由之路。近几十年来，全世界的学者和科研单位都在不断的努力，创造和发明出多种海水淡化的方法，但都因成本太高和存在污染而影响普及与全面推广。
海水淡化技术，经近半个世纪的发展，主要比较成熟的淡化技术有四种：(1)多级闪蒸(MSF)技术、(2)低温多效(LT-MDE)技术、(3)反渗透(SWRO)RO膜技术、(4)电渗析(ED)技术。
应用上述的四种海水淡化技术，每获取一吨淡化洁净水的生产成本平均需要人民币6～10元，价格偏高，难以全面商业化推广应用，更主要是上述四种方法普遍存在一个问题：被淡化后所产生的大量浓盐水(浓度提高了一倍，达5％～6％左右)又重新排放到海里，提高了局部海域的海水含盐浓度，破坏了海水含盐量的自然生态平衡，对海洋的生态环境造成了污染，因此会给局部海域的海洋生物的生存带来威胁。由于被淡化后的盐水温度高，长期排放容易使局部海域产生藻类赤潮。
鉴于上述现有海水淡化技术所存在的实际问题，本发明人在总结前人技术的经验基础上，经反复多方面的调查和研究，针对目前现有海水淡化技术的不足之处进行剖析，终于发明出一种通过工艺组合来实现生产过程中的资源开发利用，不仅生产淡水，还能生产出食用和药用的海藻(每吨医用海藻18万元人民币左右)、食盐(每吨300元人民币左右)，工业用的和食品加工用的浓度26％的饱和盐水(每吨260元人民币左右)及提取氯化镁等多项盐化工产品；通过生产工艺组合，利用生产工艺中的水流余压进行发电，以补充减少生产中的能源消耗，再利用水源热泵空调技术制冷与制热，为海水原水提供予热能源，为公共建筑和住宅提供空调制冷。上述生产工艺组合的结果，将会使每吨淡水的生产成本降低到人民币1.5元左右。不仅如此，所提取的海水全部循环使用，实现了零排放，无污染。为全世界首例创新出具有全面推广应用价值的低成本零排放海水淡化综合利用的组合生产工艺技术。真正的为人类社会提供了稳定的第二个淡水资源。
发明内容
本发明的目的是提供一种低成本零排放海水淡化综合利用的组合生产工艺技术，使海水淡化工程形成为一个产业化多产品的盐业化工厂，不仅能产洁净的淡水，还能生产医用海藻、食盐、洁净的饱和盐水、医用蒸馏水及钙、镁、钾、钠、溴等多种盐化工产品，又能形成发电、供暧和空调制冷的综合性能产业链，极大降低淡水的生产成本，使沿海地区用水有个巨大水源，无天旱之忧，供水稳定，取之不尽。
本发明的目的及解决其主要技术问题是采用以下技术措施来实现的。
依据本发明提出的一种低成本零排放海水淡化综合利用的组合生产工艺技术，是通过海水予处理使海水净化，应用电渗析(ED)浓缩设备和低温真空泵将海水浓缩成饱和盐水，再以饱和盐水为原料提取各种盐化工产品。其中浓缩后余下的被稀释的淡盐水，经反渗透膜(RO)淡化设备提取出50％的淡水，剩余下来50％的盐水又返回到海水净化池中被循环使用。在上述循环生产工艺流程中，从电渗析(ED)浓缩设备和反渗透膜(RO)淡化设备中排放出的盐水或淡水都有很高的余压力，利用其余压经射流发电机组发电，实现余能回收，最后利用淡水中的余温经水源热泵空调机组提取热量供给海水原水予热使用，这就形成全部能源回收循环利用，全部资源都取尽用完的综合高效益的组合生产工艺。
本发明的目的及解决其主要技术问题还可以采用以下技术措施进一步实现。
前述的低成本零排放海水淡化综合利用的组合生产工艺技术，其中所述的海水予处理，是将海水沉淀除浊，灭菌除藻，并将海藻作为产品收集起来。再将海水经多级过滤净化，才能作为生产用的原水，净化后的海水的水温要求达到20℃。
前述的低成本零排放海水淡化综合利用的组合生产工艺技术，其中所述的高压输送泵是耐海水腐蚀的高压泵，其扬水的压力要符合所选择的电渗析(ED)浓缩设备及反渗透膜(RO)淡化设备的工艺压力要求，从高压泵到各设备之间的连接管道均用耐盐蚀的材料制成。
前述的低成本零排放海水淡化综合利用的组合生产工艺技术，其中所述的电渗析(ED)浓缩设备，能将海水原水的含盐浓度从2.7％～3％浓缩出8％的含盐浓度达到17％～20％的浓盐水，余下92％的盐水被稀释成含盐浓度只有1.35％～1.5％的淡盐水将进入下道淡化工序；浓盐水从电渗析(ED)浓缩设备中排出时有4Mpa以上较高的余压力，将其引入1号盐水射流发电机组中使水压动能转变成电能，浓盐水从1号盐水射流发电机组排出后被引入到低温高压泵中再次蒸发提浓，盐水浓度升高到26％～27％成为饱和盐水，提浓中所产生的蒸汽经蒸馏水设备制成蒸馏水，再利用饱和盐水综合提取石膏(CaSO4·2H2O)、芒硝(Na2SO4·10H2O)、食盐(NaCl)、氯化钾(KCl)、氯化镁(MgCl2)、碳酸镁(MgCO3)、氧化镁(MgO)、镁(Mg)、溴(Br2)等盐化工产品。如生产厂家需要也可以将电渗析(ED)浓缩设备制出含盐浓度16％～20％的浓盐水引入到晒盐场，制造盐和卤水。
前述的低成本零排放海水淡化综合利用的组合生产工艺技术，其中所述的反渗透膜(RO)淡化设备是将上道工序排出92％被稀释的淡盐水进行深度淡化，其中有50％淡盐水被淡化成为含盐浓度不超过0.02％的淡水，再引入3号淡水射流发电机组，然后进入水源热泵空调机组中；另外50％淡盐水的含盐浓度被提高到2.7％～3％后被引入2号盐水射流发电机组，上述二股水的余压动能都被利用转化成电能输送给系统中的用电设备，从2号盐水射流发电机组排出的盐水被返回到净化海水池，作为原水参加循环应用，实现零排放。
前述的低成本零排放海水淡化综合利用的组合生产工艺技术，其中所述的水源热泵空调机组，是将从3号淡水射流发电机组引入的淡水温度中提取8℃的热量，将热量积聚吸收交换成80℃左右的热水供给海水原水予热用或为公共建筑与住宅提供空调能源，使能量和热量全部被利用完的淡水最终进入淡水净化处理池。
前述的低成本零排放海水淡化综合利用的组合生产工艺技术，其中所述的淡水净化处理，是对最终淡水作灭菌和PH值调整，工业用水要达到产业用水标准，生活用水要达到“国家生活饮用水水质标准”(GJ3020-1993)，瓶装水要达到“国家瓶装饮用纯净水”的水质标准(GB17323-1998)和卫生标准(GB17324-1998)。
前述的低成本零排放海水淡化综合利用的组合生产工艺技术，其中各道工序的组合可按用户的需要做适当的调整和增减，但无论如何变化都要遵循两个原则：一是要将生产工艺流程中的能源全部综合循环利用，全部海水资源要取尽用完，二是要实现零排放无污染。
本发明与现有各种海水淡化方法相比较，优点在于通过综合利用产生出多种产品，获得综合经济效益，将一个海水淡化工程变成一座多产品的盐化工厂，通过组合工艺利用生产工序的水流压力发电，补偿生产工序中的电耗，利用最终淡水的温度通过水源热泵空调机组提取热量供海水原水予热加温，节省大量能源。由于海水全部循环使用，实现了零排放、无污染，所以这是个综合利用经济效益高的生产工艺，节能生产工艺、环保生产工艺。
综上所述，本发明的低成本零排放海水淡化综合利用的组合生产工艺技术，具有上述诸多优点和实用价值，并在同类海水淡化的专利技术中未见有类似的工艺设计方案公开发表和应用过，在技术上有很大的进步，在经济上有很大的价值，成本低、节能、环保、具有好用和实用的效果，确实具有新颖进步的功效。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容给予实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
本发明的具体实施方式由以下实施例及附图详细给出。
附图说明
图1是本发明用于低成本零排放海水淡化综合利用的组合生产工艺技术的工艺流程示意图。
1……海水予处理
2……净化海水池
3……高压泵
4……电渗析(ED)浓缩设备
4.1……1号盐水射流发电机组
4.2……晒盐场
4.3……低压真空泵(提浓)
4.4……蒸馏水设备
4.5……饱和盐水
4.6……提取各种盐化工产品
5……反渗透膜(RO)淡化设备
5.1……2号盐水射流发电机组
6……3号淡水射流发电机组
7……水源热泵空调机组
8……淡水净化处理
9……洁净淡水
具体实施方式
以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的低成本零排放海水淡化综合利用的组合生产工艺技术的具体实施方式、特征、与功效，详细说明如后。
请参照图1所示，本发明低成本零排放海水淡化综合利用的组合生产工艺技术，其主要包括海水予处理1、海水净化池2、高压泵3、电渗析(ED)浓缩设备4、1号盐水射流发电机组4.1、晒盐场4.2、低温真空泵4.3、蒸馏水设备4.4、饱和盐水4.5、提取各种盐化工产品4.6、反渗透膜(RO)淡化设备5、2号盐水射流发电机组5.1、3号淡水射流发电机组6、水源热泵空调机组7、淡水净化处理8、洁净淡水9、所构成的组合生产工艺。
上述的海水予处理1是将海水中的有害物质包括悬浮物、泥砂杂质、藻类、胶体、铁盐、锰盐、溶解气体等清除干净，以保证下道浓缩和淡化设备的安全运行，采用沉淀降浊、过滤除藻、杀菌投药多种处理方法，使海水净化达到生产工艺要求。
上述的高压泵3将净化的海水原水以5.0Mpa～12Mpa高压通过管道输送到电渗析(ED)浓缩设备4与反渗透膜(RO)淡化设备5中，高压泵3的运行与各工序设备之间是连动数控自动控制的，高压泵3与其配套的管道都是耐盐蚀的材料制成。
上述的电渗析(ED)浓缩设备4，能将含盐浓度为2.7％～3％的海水原水，浓缩成8％的含盐浓度17％～20％的浓盐水，其余92％盐水被稀释成含盐浓度只有1.35％～1.5％的淡盐水，这些淡盐水被输送到下道工序的反渗透膜(RO)淡水设备5中被进一步淡化。而8％的浓盐水被排出时还带有4Mpa以上很高的余压力，将其引入1号盐水射流发电机组4.1，用其水流压力推动发电机组的水流涡轮旋转发电，所发出的电回用到本工艺系统的用电设备中，可节省电耗降低成本，发完电后的浓盐水经低温真空泵4.3再次提浓，制出含盐浓度达到26％的饱和盐水，低温真空泵4.3提浓过程中所产生的蒸汽，经蒸馏水设备4.4提取出医用蒸馏水。饱和盐水可作为商品直接销售，它是很多化工行业的原料和食品工业的原料。也可以利用饱和盐水提取多种盐化工产品如：石膏(CaSO4·2H2O)、芒硝(Na2SO4·10H2O)、食盐(NaCl)、氯化钾(KCl)、氯化镁(MgCl2)、碳酸镁(MgCO3)、氧化镁(MgO)、镁(Mg)、溴(Br2)等，具有很高的经济价值。也可以在浓盐水从1号盐水射流发电机组4.1排出后，将含盐浓度17％～20％的浓盐水直接引入到晒盐场4.2，10天之内10吨浓盐水就能晒制1吨盐，与直接用海水晒盐相比较，可节省70％的晒盐场4.2用地，产盐时间也缩短了十几倍。
上述的反渗透膜(RO)淡化设备5，将从上道工序导入的92％淡盐水进行深度淡化，其中有46％水通过淡化后含盐浓度还不到0.02％而成为淡水，这一半淡水流还带有4Mpa以上很高的压力，被引导入3号淡水射流发电机组6中。另外46％的淡盐水的含盐浓度从1.35％～1.5％被提浓到2.7％～3％，与海水原水的含盐浓度一致，也因带有4Mpa以上很高的压力将其引入2号盐水射流发电机组5.1中，将水压动能转换成电能，发完电的盐水输送返回到净化海水池中2中，供循环生产用，整个生产流程的水一点一滴也不外排。
上述的3号淡水射流发电机组6，利用从上道工序输送来的46％淡水的4Mpa以上余压，推动发电机的水流涡轮转动发电，再将3号淡水射流发电机组6，2号盐水射流发电机组5.1，1号盐水射流发电机组4.1所发的电，全部输送给工序中的用电设备，降低电耗，节省成本。
上述的水源热泵空调机组7利用从3号淡水射流发电机组6排出的全部淡水的余温，从中提取8℃热量并吸收积聚交换出80℃～90℃的热水，输送到净化海水池2，将海水原水加热到20℃～25℃，夏季可通过空调机制冷供给城市公建与住宅。这样，从海水原水到淡水的全部工艺过程的所有资源都被取尽用完，实现了最经济的工艺流程，降低了淡水的生产成本。
上述的淡水净化处理8，是对所获取的46％淡水做最后应用净化，通过灭菌和调整PH值和其它微量元素，以达到工业生产用淡水标准或“国家生活饮用水水质标准”(GJ3020-1993)，要生产瓶装水要达到“国家生活饮用水水质标准”(GJ3020-1993)和卫生标准(GB17324-1998)。
上述的整个生产工艺过程中，凡是与盐水有关的管道设备与配件，都必须具备耐盐蚀的特性。
上述如此组合构成本发明的低成本零排放海水淡化综合利用的组合生产工艺技术，对现今同行业的技术人员来说均具有许多可取之处，而确实具有进步性，克服了以往各种海水淡化生产工艺技术中的缺点和不足。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述提示的生产工艺技术内容加以变更或修饰为等同变化的等效实施例，但是凡是末脱离本发明技术方案内容，依据本发明的组合生产工艺技术的实质对以上实施所作的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1、一种低成本零排放海水淡化综合利用的组合生产工艺技术，其特征在于是通过海水予处理(1)得到的净化海水(2)，经电渗析(ED)浓缩设备(4)将含盐浓度2.7％～3％的海水原水浓缩成8％含盐浓度17％～20％的浓盐水，再用低压真空泵(4.3)将浓盐水含盐浓度提高到26％～27％变成为饱和盐水(4.5)，再用饱和盐水(4.5)提取各种盐化工产品(4.6)；通过电渗析(ED)浓缩设备(4)被稀释的另外92％的淡盐水含盐浓度只有1.35％～1.5％，这些淡盐水经过反渗透膜(RO)淡化设备(5)淡化后，其中50％成为淡水，另外50％的淡盐水含盐浓度提高到2.7％～3％，被返回到净化海水池(2)，作为原水被循环使用，实现零排放。
2、根据权利要求1所述的低成本零排放海水淡化综合利用的组合生产工艺技术，其特征在于其中所述经过电渗析(ED)浓缩设备(4)与反渗透膜(RO)淡化设备(5)加工后所排出的浓盐水、淡水，都带有4Mpa以上的余压，将这些有余压的水流分别引入1号盐水射流发电机组(4.1)，2号盐水射流发电机组(5.1)和3号淡水射流发电机组(6)内发电，使水流动能转换成电能，实现余能回收。
3、根据权利要求1所述的低成本零排放海水淡化综合利用的组合生产工艺技术，其特征在于其中所述的经过3号淡水射流发电机组(6)的淡水尚有15℃以上余温，利用水源热泵空调机组(7)可从淡水中提取8℃热量，经吸取积聚和转换，可制出80℃～90℃的热水，供给原水的净化海水池(2)予热加温，或为公共建筑与住宅提供空调能源，将余能回收用尽。
4、根据权利要求1所述的低成本零排放海水淡化综合利用的组合生产工艺技术，其特征在于其中所述的低压真空泵(4.3)在蒸发提浓过程中所产生的蒸汽，通过蒸馏水设备(4.4)提取医用或工业用蒸馏水，余热送到净化海水池予热。
5、根据权利要求1所述的低成本零排放海水淡化综合利用的组合生产工艺技术，其特征在于其中所述的海水予处理中，经过滤可获得有较高经济价值的海藻。
6、根据权利要求1所述的低成本零排放海水淡化综合利用的组合生产工艺技术，其特征在于其中所述的综合利用的组合生产工艺，可按用户的不同需要做适当的调整和增减，但无论如何变化都要遵循两个原则：一是要将生产工艺流程中的能源全部回收循环利用，全部海水资源要取尽用完，二是要实现零排放。
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