CN204509027U - 一种基于管式膜的高含盐水淡化系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于管式膜的高含盐水淡化系统，属于水处理设备领域，包括依次相连的搅拌箱、循环箱、管式超滤膜系统及离子交换软化系统，所述管式超滤膜系统内设有超滤膜；离子交换软化系统与正渗透膜系统相连，正渗透膜系统内通过正渗透膜将其分为浓缩层及稀释层，所述离子交换软化系统与浓缩层的入口相连，所述浓缩层的出口与浓水氨氮回收汽提塔相连，所述稀释层的入口与汲取液储罐连接，稀释层的出口与汲取液精馏回收塔相连，该汲取液精馏回收塔分别与反渗透精处理系统及所述汲取液储罐相连，所述浓水氨氮回收汽提塔也与汲取液储罐相连。这种高含盐水淡化系统淡化效果好，效率高，能够满足社会对于淡水的需求。

Description

一种基于管式膜的高含盐水淡化系统

技术领域

本实用新型涉及水处理设备领域，具体而言，涉及一种基于管式膜的高含盐水淡化系统。

背景技术

淡水是人类必不可缺的资源之一。随着人类的发展，淡水资源越来越匮乏，因此如何从废水、污水及海水等中提炼淡水，是一项越来越重要的技术。

现有技术中处理设备或方法较为不合理，成本高，处理效率低，较难满足人类社会发展的需求。

实用新型内容

本实用新型提供了一种基于管式膜的高含盐水淡化系统，旨在改善上述问题。

本实用新型是这样实现的：

一种基于管式膜的高含盐水淡化系统，包括依次相连的搅拌箱、循环箱、管式超滤膜系统及离子交换软化系统，所述管式超滤膜系统内设有超滤膜；

离子交换软化系统与正渗透膜系统相连，正渗透膜系统内通过正渗透膜将其分为浓缩层及稀释层，所述离子交换软化系统与浓缩层的入口相连，所述浓缩层的出口与浓水氨氮回收汽提塔相连，所述稀释层的入口与汲取液储罐连接，稀释层的出口与汲取液精馏回收塔相连，该汲取液精馏回收塔分别与反渗透精处理系统及所述汲取液储罐相连，所述浓水氨氮回收汽提塔也与汲取液储罐相连。

搅拌箱的产水通过循环箱送至管式超滤膜系统进行净化处理。超滤膜的主要材质为聚偏氟乙烯(简称PVDF)，其孔径约为0.05微米，该孔径能够拦截大部分的高含盐水中的氢氧化钠和碳酸钠产生的沉淀物，而只允许水分子和其他可溶性盐类透过超滤膜，极其适用于去除高含盐水中的钙离子和镁离子硬度。不仅如此，管式超滤膜系统还能极大程度上去除高含盐水中泥沙等杂质的含量，实验证明，经管式超滤膜系统处理后的高含盐水，其浊度小于0.5NTU。NTU即散射浊度，表明仪器在与入射光成90°角的方向上测量散射光强度。经管式超滤膜系统处理后的水会经离子交换软化系统再次软化处理，使其内部含盐量进一步降低。

进一步地，所述管式超滤膜系统上设有排水口及排污口，所述排水口通过排水管与离子交换软化系统相连，所述排污口通过排污管与循环箱相连。经过这样改进之后，沉积物会通过排污口及排污管重新回到循环箱。随着过滤的进行，循环箱中的混合液的沉积物浓度会逐渐升高，该沉积物浓度称为污泥浓度。污泥浓度过高会导致超滤膜表面发生污堵，因此需要定期排放部分污泥以降低循环箱中的污泥浓度。

进一步地，所述排污管上设有排污阀门。关闭排污阀门可使沉积物暂留在管式超滤膜系统中；打开排污阀门可使沉积物沿排污口及排污管进入循环箱。

进一步地，所述循环箱与管式超滤膜系统的入口之间设有循环泵。打开循环泵可增强高含盐水前进的动力，提高整个淡化系统的效率。

进一步地，所述排水管上连接有第一分管，该第一分管与反洗水箱连接，所述反洗水箱的出口连接有反洗水泵，所述反洗水泵的出口通过第二分管与管式超滤膜系统的入口连接，所述第二分管与排水管之间连接有第三分管，所述第一分管、第二分管及第三分管上分别设有第一控制阀门、第二控制阀门及第三控制阀门。

打开第一控制阀门，可使经超滤膜过滤后的高含盐水经第一分管进入反洗水箱，这部分水称为反洗水。需要对超滤膜表面进行清洗时，关闭第二控制阀门，打开第三控制阀门，通过反洗水泵将反洗水箱内的反洗水泵入管式超滤膜系统中，可对超滤膜的表面进行清洗，此时反洗水的流向与超滤膜过滤高含盐水时的流向相反，因此将该过程称为反洗。

此时可通过阀门关闭离子交换软化系统的入口，防止反洗水进入离子交换软化系统内；可打开管式超滤膜系统的入口，将清洗过超滤膜的反洗水排出。

通过这样的处理，基本上可将超滤膜表面的沉积物冲洗干净，使超滤膜可重新使用。

进一步地，所述离子交换软化系统的入口设于其顶部，出口设于其底部，离子交换软化系统的中部填充有离子交换树脂层。高含盐水经离子交换树脂后可将其内部盐分部分去除。

优选地，所述汲取液储罐用防腐材质制成，使其坚固耐用，更优选地，汲取液储罐用聚乙烯或聚丙烯制成。

进一步地，所述汲取液精馏回收塔及浓水氨氮回收汽提塔上均设有压力表及温度表。压力表可测量精馏塔或汽提塔内的压力，温度表可测量精馏塔或汽提塔内的温度。

本实用新型的有益效果是：本实用新型通过上述设计得到的基于管式膜的高含盐水淡化系统，经搅拌箱、循环箱、管式超滤膜系统及离子交换软化系统组成的高含盐水预处理系统，可将高含盐水中的泥沙、悬浮物等杂质去除，并初步降低其内部钙离子及镁离子的含量；通过正渗透膜系统、汲取液精馏回收塔、浓水氨氮回收汽提塔及反渗透精处理系统组成的高含盐水浓缩系统可进一步降低高含盐水中的含盐量，得到淡水。这种高含盐水淡化系统淡化效果好，效率高，能够满足社会对于淡水的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本实用新型实施例提供的基于管式膜的高含盐水淡化系统的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的基于管式膜的高含盐水淡化系统的高含盐水预处理系统的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的基于管式膜的高含盐水淡化系统的正渗透膜系统的结构示意图。

图中标记分别为：

搅拌箱101；循环箱102；管式超滤膜系统103；离子交换软化系统104；正渗透膜系统105；浓缩层106；稀释层107；浓水氨氮回收汽提塔108；汲取液储罐109；汲取液精馏回收塔110；排水管113；排污管114；排污阀门115；循环泵116；第一分管117；反洗水箱118；反洗水泵119；第二分管120；第三分管121；第一控制阀门122；第二控制阀门123；第三控制阀门124；反渗透精处理系统125。

具体实施方式

淡水是人类必不可缺的资源之一。随着人类的发展，淡水资源越来越匮乏，因此如何从废水、污水及海水等中提炼淡水，是一项越来越重要的技术。

现有技术中处理设备或方法较为不合理，成本高，处理效率低，较难满足人类社会发展的需求。

本领域技术人员长期以来一直在寻求一种改善该问题的工具或方法。

鉴于此，本实用新型的设计者通过长期的探索和尝试，以及多次的实验和努力，不断的改革创新，设计出了一种基于管式膜的高含盐水淡化系统，使用这种系统可高效高质量地将高含盐水淡化，得到能够使用的淡水。

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例，请参阅图1-3

本实施例提供的基于管式膜的高含盐水淡化系统，简称淡化系统，包括依次相连的搅拌箱101、循环箱102、管式超滤膜系统103及离子交换软化系统104，所述管式超滤膜系统103内设有超滤膜。

搅拌箱101、循环箱102、管式超滤膜系统103及离子交换软化系统104组成的高含盐水预处理系统。在使用时，向搅拌箱101内通入高含盐水，同时加入沉淀剂，通过搅拌箱101的搅拌，使沉淀剂充分溶入高含盐水中，沉淀剂可使高含盐水中的镁离子、钙离子及部分不溶解杂质沉淀，将其去除。

优选地，沉淀剂采用这种方式配制：石灰溶液配制成0-40％的石灰乳液，氢氧化钠溶液配制成浓度10-40％的溶液，碳酸钠溶液配制成浓度5％-20％的溶液；加入高含盐水中的石灰乳液含量为2-15％(体积百分比)，氢氧化钠溶液含量为1-10％(体积百分比)和碳酸钠溶液含量为1-10％(体积百分比)。这种沉淀剂可使镁离子生成氢氧化镁沉淀，钙离子生成碳酸钙沉淀，从而使钙镁离子沉降下来，又能通过产生的活性泥渣的吸附和捕捉作用将高盐水中的悬浮物沉降下来，降低高含盐水中的浊度。

搅拌箱101的产水通过循环箱102送至管式超滤膜系统103进行净化处理。超滤膜的主要材质为聚偏氟乙烯(简称PVDF)，其孔径约为0.05微米，该孔径能够拦截大部分的高含盐水中的氢氧化钠和碳酸钠产生的沉淀物，而只允许水分子和其他可溶性盐类透过超滤膜，极其适用于去除高含盐水中的钙离子和镁离子硬度。不仅如此，管式超滤膜系统103还能极大程度上去除高含盐水中泥沙等杂质的含量，实验证明，经管式超滤膜系统103处理后的高含盐水，其浊度小于0.5NTU。

NTU即散射浊度，表明仪器在与入射光成90°角的方向上测量散射光强度。

经管式超滤膜系统103处理后的水会经离子交换软化系统104再次软化处理，使其内部含盐量进一步降低。

经过上述过程处理完的水称为软化高盐水，软化高盐水中仍含有大量的溶解盐类，需要进一步处理才能得到所需的淡水。因此，进一步地，该淡化系统还包括高含盐水浓缩系统，高含盐水浓缩系统包括正渗透膜系统105、汲取液精馏回收塔110、浓水氨氮回收汽提塔108及反渗透精处理系统125。

离子交换软化系统104与正渗透膜系统105相连，正渗透膜系统105内通过正渗透膜将其分为浓缩层106及稀释层107，所述离子交换软化系统104与浓缩层106的入口相连，所述浓缩层106的出口与浓水氨氮回收汽提塔108相连，所述稀释层107的入口与汲取液储罐109连接，稀释层107的出口与汲取液精馏回收塔110相连，该汲取液精馏回收塔110分别与反渗透精处理系统125及所述汲取液储罐109相连，所述浓水氨氮回收汽提塔108也与汲取液储罐109相连。

正渗透膜系统是一种不需要外加压力将废水中的纯水提取出来的新型高分子膜，由于不需要外加压力，因此正渗透过程相对于其他膜分离过程，比如反渗透过程，具有极低的能耗和极强的抗污染性能等优点。优选地，正渗透膜采用8040正渗透膜，这种8040正渗透膜具有双重抗污染性能、不易结垢、多层过滤的特性，其采用高分子处理材质膜丝，具有超强度的韧性，不易断丝。使用寿命是常规膜元件的2-3倍。

软化高盐水经离子交换软化系统104进入正渗透膜系统105的浓缩层106，正渗透膜系统105的稀释层107中通入汲取液储罐109中的浓缩汲取液，这种浓缩汲取液浓度高于软化高盐水，因此软化高盐水中的水分会经过正渗透膜渗入浓缩汲取液中，浓缩汲取液经水分的稀释会变为稀释汲取液，流向汲取液精馏回收塔110；而软化高盐水经浓缩后会变为浓缩高盐水，流入浓水氨氮回收汽提塔108。这种浓缩高盐水的含盐量在180000-260000mg/L。

精馏是一种利用回流使液体混合物得到高纯度分离的蒸馏方法，是工业上应用最广的液体混合物分离操作，广泛用于各工业部门。流入汲取液精馏回收塔110的稀释汲取液经精馏，可将其内部的水分提取，将其分为高含盐水浓缩系统产水，及浓缩汲取液；浓缩汲取液会流入汲取液储罐109内存储，可进一步循环利用。

所得的高含盐水浓缩系统产水经反渗透精处理系统125可进一步降低其内部含盐量，并最终得到所需的淡水。

在正渗透膜系统105中，稀释层107中的少量铵根离子会渗过正渗透膜进入浓缩层106，这部分铵根离子需进一步提取并回收利用。

汽提塔为工业领域常用设备，是利用气体通过液体时把液体中要提走的成分带走的装置。经正渗透膜系统105处理得到的浓缩高盐水流入浓水氨氮回收汽提塔108内，经浓水氨氮回收汽提塔108的作用，可脱除其内部的铵根离子，提出的铵根离子回到汲取液储罐109继续利用，脱除了铵根离子的浓缩高盐水可外排，或送至下一处理单元进行处理。优选地，浓水氨氮回收汽提塔108的内部装有金属填料。金属填料为汽提塔内常用设计，可使挥发的气体冷凝，并流入相应通道。

经这种高含盐水淡化系统处理的高含盐水，能得到所需的淡水，其产生的废水、污水及废渣均符合国家相关规定，排放后不会对自然造成污染。此外，该淡化系统处理效率高，速度快，能耗低，相比现有设备有大幅提升。

超滤膜在过滤高含盐水时，高含盐水中的水分及其他可溶性盐类会透过超滤膜进入离子交换软化系统104，杂质及其他混合物会被阻挡，不能通过，但这里面还存在不少水分，可重新利用。这部分称为沉积物。为此，设计者设计了这样一种循环系统，可将沉积物循环利用：

所述管式超滤膜系统103上设有排水口及排污口，所述排水口通过排水管113与离子交换软化系统104相连，所述排污口通过排污管114与循环箱102相连。经过这样改进之后，沉积物会通过排污口及排污管114重新回到循环箱102。

随着过滤的进行，循环箱102中的混合液的沉积物浓度会逐渐升高，该沉积物浓度称为污泥浓度。污泥浓度过高会导致超滤膜表面发生污堵，因此需要定期排放部分污泥以降低循环箱102中的污泥浓度。

优选地，在所述排污管114上设有排污阀门115，关闭排污阀门115可使沉积物暂留在管式超滤膜系统103中；打开排污阀门115可使沉积物沿排污口及排污管114进入循环箱102。

优选地，在循环箱102与管式超滤膜系统103的入口之间设有循环泵116。打开循环泵116可增强高含盐水前进的动力，提高整个淡化系统的效率。

超滤膜在工作一段时间后，其表面会堆积不少粘性较高的沉积物，这部分沉积物较难通过排污管114回到循环箱102，如果长时间停留在超滤膜的表面，很容易造成堵塞。

为此，设计者对该淡化系统进行了这样的改进，使其具有反洗功能：所述排水管113上连接有第一分管117，该第一分管117与反洗水箱118连接，所述反洗水箱118的出口连接有反洗水泵119，所述反洗水泵119的出口通过第二分管120与管式超滤膜系统103的入口连接，所述第二分管120与排水管113之间连接有第三分管121，所述第一分管117、第二分管120及第三分管121上分别设有第一控制阀门122、第二控制阀门123及第三控制阀门124。

打开第一控制阀门122，可使经超滤膜过滤后的高含盐水经第一分管117进入反洗水箱118，这部分水称为反洗水。需要对超滤膜表面进行清洗时，关闭第二控制阀门123，打开第三控制阀门124，通过反洗水泵119将反洗水箱118内的反洗水抽入管式超滤膜系统103中，可对超滤膜的表面进行清洗，此时反洗水的流向与超滤膜过滤高含盐水时的流向相反，因此将该过程称为反洗。

此时可通过阀门关闭离子交换软化系统104的入口，防止反洗水进入离子交换软化系统104内；可打开管式超滤膜系统103的入口，将清洗过超滤膜的反洗水排出。

通过这样的处理，基本上可将超滤膜表面的沉积物冲洗干净，使超滤膜可重新使用。

超滤膜在经过一段时间运行后还需要进行酸性清洗，简称酸洗，酸洗主要采用浓度5％左右的酸性溶液将沉积物溶解。酸洗时，在反洗水箱118中将酸性溶液配制好，打开第二控制阀门123，关闭第三控制阀门124，用反洗水泵119将酸性溶液通过第二分管120进入管式超滤膜系统103中对超滤膜进行酸洗。酸洗后的酸性溶液可通过排水管113及第一分管117回到反洗水箱118中重新利用。

酸洗结束后，将反洗水箱118中的酸性溶液换成中性的去离子水或清水，再对超滤膜进行清洗，将其表面残留的酸性溶液冲洗掉。

离子交换软化系统104的入口设于其顶部，出口设于其底部，离子交换软化系统104的中部填充有离子交换树脂层。离子交换树脂是带有官能团(有交换离子的活性基团)、具有网状结构、不溶性的高分子化合物。离子交换树脂中化学活性基团的种类决定了树脂的主要性质和类别。首先区分为阳离子树脂和阴离子树脂两大类，它们可分别与溶液中的阳离子和阴离子进行离子交换。高含盐水经离子交换树脂后可将其内部盐分部分去除。

优选地，所述汲取液储罐109用防腐材质制成，使其坚固耐用，更优选地，汲取液储罐109用聚乙烯或聚丙烯制成。

在汲取液精馏回收塔110及浓水氨氮回收汽提塔108上均设有压力表及温度表，这是本领域常用的设计方式。压力表可测量汲取液精馏回收塔110或浓水氨氮回收汽提塔108内的压力，温度表可测量汲取液精馏回收塔110或浓水氨氮回收汽提塔108内的温度。

本实施例通过上述设计得到的基于管式膜的高含盐水淡化系统，不仅能够从高含盐水中提取所需的淡水，而且整个淡化系统节能环保，使用寿命长，淡化效率高，可满足国家社会对于淡水的需求。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于管式膜的高含盐水淡化系统，其特征在于，包括依次相连的搅拌箱、循环箱、管式超滤膜系统及离子交换软化系统，所述管式超滤膜系统内设有超滤膜；

离子交换软化系统与正渗透膜系统相连，正渗透膜系统内通过正渗透膜将其分为浓缩层及稀释层，所述离子交换软化系统与浓缩层的入口相连，所述浓缩层的出口与浓水氨氮回收汽提塔相连，所述稀释层的入口与汲取液储罐连接，稀释层的出口与汲取液精馏回收塔相连，该汲取液精馏回收塔分别与反渗透精处理系统及所述汲取液储罐相连，所述浓水氨氮回收汽提塔也与汲取液储罐相连。

2.根据权利要求1所述的基于管式膜的高含盐水淡化系统，其特征在于，所述管式超滤膜系统上设有排水口及排污口，所述排水口通过排水管与离子交换软化系统相连，所述排污口通过排污管与循环箱相连。

3.根据权利要求2所述的基于管式膜的高含盐水淡化系统，其特征在于，所述排污管上设有排污阀门。

4.根据权利要求2所述的基于管式膜的高含盐水淡化系统，其特征在于，所述循环箱与管式超滤膜系统的入口之间设有循环泵。

5.根据权利要求2所述的基于管式膜的高含盐水淡化系统，其特征在于，所述排水管上连接有第一分管，该第一分管与反洗水箱连接，所述反洗水箱的出口连接有反洗水泵，所述反洗水泵的出口通过第二分管与管式超滤膜系统的入口连接，所述第二分管与排水管之间连接有第三分管，所述第一分管、第二分管及第三分管上分别设有第一控制阀门、第二控制阀门及第三控制阀门。

6.根据权利要求1所述的基于管式膜的高含盐水淡化系统，其特征在于，所述离子交换软化系统的入口设于其顶部，出口设于其底部，离子交换软化系统的中部填充有离子交换树脂层。

7.根据权利要求1所述的基于管式膜的高含盐水淡化系统，其特征在于，所述汲取液储罐用防腐材质制成。

8.根据权利要求7所述的基于管式膜的高含盐水淡化系统，其特征在于，所述汲取液储罐用聚乙烯或聚丙烯制成。

9.根据权利要求1所述的基于管式膜的高含盐水淡化系统，其特征在于，所述汲取液精馏回收塔及浓水氨氮回收汽提塔上均设有压力表及温度表。