CN204569566U - 一种海水淡化综合利用系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种海水淡化综合利用系统，包括微滤级过滤模块、超滤模块、超滤缓冲罐、一级反渗透膜系统及二级反渗透膜系统，微滤级过滤模块的出口连接到超滤模块，超滤模块的出口与超滤缓冲罐连接，超滤缓冲罐的出水连接到一级反渗透膜系统，一级反渗透膜系统过滤的淡化海水进入到两个容器存储，其中一容器为用于存储水质要求低用途的存储罐，另一容器作为需要进一步继续处理的粗淡水缓冲罐；粗淡水缓冲罐的水连接到二级反渗透膜系统过滤。本实用新型中微滤级过滤模块及超滤模块可平行过滤或可单独反冲，采取轮盘并联方式进行工作。本实用新型大幅降低海水淡化系统的能耗及成本，实现了能量及废水的回收综合利用。

Description

一种海水淡化综合利用系统

技术领域

本实用新型公开一种海水淡化综合利用系统，按国际专利分类表(IPC)划分属于低压海水淡化技术领域。

背景技术

随着经济的发展和人们生活水平的不断提高，对水的需求量也越来越大，不仅生活用水量增加，城市绿化、道路养护、工业用水也日趋增加，而且后者用水量巨大。世界上可利用的淡水资源短缺的现状日益明显，而全世界可供人们使用的淡水资源仅占全球总储水量的0.26％，促使不少地区和国家纷纷寻找新的水源。在众多的水源中，海水取之不尽、用之不竭，必然成为最主要的水源。因此，海水淡化是解决水资源短缺的根本途径之一。

我国水资源总量居世界第四位，但人均水资源为121位，成为世界上贫水的国家之一，再加上近些年生态恶化造成水土流失，工业发展造成大量河流湖泊污染，加剧了水资源的紧张局势。另外，我国也是一个海洋大国，我们国家的海域面积300多万平方公里，沿海岛屿有6500多个，岛屿上淡水资源严重缺乏。为了解决这种局面，必须找到长期、稳定的淡水资源。海水是理想的水源之一，并且根据目前的经济和技术条件，海水淡化技术已经日趋成熟，得到了广泛的应用。所以，海水淡化必然成为最佳的选择。

海水淡化技术有多种，蒸馏法、反渗透法、冷冻法、多级闪蒸、电渗析法等，随着科技不断进步，反渗透海水淡化技术以其独有的特点占据了主导地位，目前海水淡化装备中有大约80％用的是反渗透海水技术。反渗透法是一种膜分离方法，它只允许溶剂分子通过，而不允许溶质分子通过，如果在海水一侧加上超过渗透压的压力，就会使海水中的纯水透过半透膜，从而将海水变为淡水。

对反渗透(RO)技术的研究最早可以追溯到20世纪50年代。到目前为止，反渗透技术应用于海水淡化，纯水、超纯水制备，城市污水处理，工业废水处理，食品加工等多个领域，并且经济效益显著。

反渗透技术用于海水淡化开始于20世纪70年代，经过几十年的发展，反渗透膜的性能、能量回收效率、预处理技术都有了很大的提高，使反渗透技术成为低投资、低成本、高效益、低污染的海水淡化技术。1989年前，采用反渗透技术进行海水淡化的淡化水产量占世界海水淡化市场的6％，到1997年底已升至14％，2012年反渗透法占海水淡化总产能的66％，近几年其市场占有率仍呈上升趋势。

反渗透海水淡化技术虽然以其众多优点得到了迅猛发展，但也有其制约因素。影响反渗透海水淡化技术的最主要因素之一就是能耗。

表1 SWRO成本比例

表1列出了膜法海水淡化技术的成本比例，其中可以看出系统能耗所占比例高达30％。高压泵为反渗透膜系统提供主要驱动力，而其能耗比例高达60％以上。据相关统计，SWRO系统运行的成本中最大的影响因素就是电耗，高达44％。

由于SWRO操作压力一般都在50bar以上，所接触的海水腐蚀性极强，所以设备耐压、耐腐蚀要求很高，所以制造加工困难、设备投资高，这样设备的投资与折旧无形中就提升淡化成本。

另外观念和习惯上缘故，目前大家都偏向于为了保证海水淡化的脱硼率，也为了追求高的脱盐率，造成目前的海水淡化系统无一例外地使用专门的海水淡化膜(也就是说目前反渗透膜法海水淡化非专门的海水淡化膜不可)，通过一步把海水的盐分脱除到很低的水平。这样的结果，确实是水质标准大大好于饮用水的标准，但是从另一个角度看是很浪费的和不合理的，因为从膜材料和膜过滤的过程分析，高的截留率也就意味着高的过膜阻力，需要用更多的压力差去克服水透过分离层的阻力，这样能耗就上去了，而且是无法回收的。并且这样的海水淡化膜，相对于普通的反渗透膜，制作要求更高，价格自然也相对普通反渗透膜更高昂，这也进一步提高了淡化成本。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种海水淡化综合利用系统，通过两级反渗透过滤，大幅降低海水淡化系统的能耗及成本。

为达到上述目的，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种海水淡化综合利用系统，包括微滤级过滤模块、超滤模块、超滤缓冲罐、一级反渗透膜系统及二级反渗透膜系统，微滤级过滤模块的进料口为预处理的海水入口，微滤级过滤模块的出口连接到超滤模块，超滤模块的出口与超滤缓冲罐连接，超滤缓冲罐的出水连接到一级反渗透膜系统，一级反渗透膜系统过滤的淡化水进入到两个容器存储，其中一容器为用于存储水质要求低用途的存储罐，另一容器作为需要进一步继续处理的粗淡水缓冲罐；粗淡水缓冲罐的水连接到二级反渗透膜系统过滤。

进一步，海水淡化水综合利用系统还包括能量回收装置，该装置与一级反渗透膜系统的浓缩水口相连，能量回收装置回收的高压势能，大部分用于提升超滤缓冲罐中的另一部分进水的流量和压力，能量回收装置还连接反冲洗超滤模块或微滤级过滤模块的反冲口。

进一步，所述微滤级过滤模块包括两组及以上平行设计的微滤级过滤单元，微滤级过滤模块采取轮盘并联方式进行工作；所述超滤模块包括两组及以上平行设计的超滤膜单元，超滤模块采取轮盘并联方式进行工作。

本实用新型中海水流到海水初沉池中经过初步沉淀，沉掉大颗粒后，经过沙滤或精密等微滤级别的过滤器过滤后，进入超滤膜进行过滤，得到超滤膜滤液，经过超滤过滤的海水存入超滤缓冲罐A，超滤缓冲罐中的海水经过高压泵的推送，进入高压反渗透膜系统进行过滤，利用普通反渗透或低压反渗透膜除去大部分的盐分，过滤得到盐分较低的粗淡水，粗淡水的存储罐应至少分为独立两部分：一部分用于存储水质要求低用途的存储罐B、用于接纳二级反渗透系统浓缩出来的浓水，一部分作为水质要求高的、需要进一步继续处理的缓冲罐C；需进一步处理的缓冲罐加入一定量的碱性物质，把pH调高到一定范围，进入普通或低压反渗透膜系统，再经过一次反渗透的过滤，得到符合或高于饮用水要求的精淡水，用于饮用或其它高水质要求的场合，二级反渗透的浓缩液则排入第一部分的水质要求低的存储罐B，并作低水质要求的淡水，用于市政等其它低水质要求的淡水。

附图说明

图1是本实用新型流程示意图。

图2是本实用新型超滤或微滤系统平行组件工作状态轮盘图。

图3是本实用新型超滤或微滤系统中不同水质的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

实施例：请参阅图1至图3，本实用新型同时提供一种海水淡化水综合利用系统，包括微滤级过滤模块2、超滤模块4、超滤缓冲罐5、一级反渗透膜系统8及二级反渗透膜系统12，微滤级过滤模块3的进料口与预处理的海水连通，微滤级过滤模块3的出口连接到超滤模块4，超滤模块的出口与超滤缓冲罐5连接，超滤缓冲罐的出水连接到一级反渗透膜系统8，一级反渗透膜系统过滤的淡化海水进入到两个容器存储，其中一容器为用于存储水质要求低用途的存储罐9，另一容器作为需要进一步继续处理的粗淡水缓冲罐10；粗淡水缓冲罐的水连接到二级反渗透膜系统12过滤。海水淡化综合利用系统还包括能量回收装置6，该装置与一级反渗透膜系统的浓缩水口相连，能量回收装置回收的高压势能的大部分用于提升超滤缓冲罐中的另一部分进水的流量和压力，能量回收装置还连接反冲洗超滤模块或微滤级过滤模块的反冲口。微滤级过滤模块2包括两组及以上平行设计的微滤级膜单元，微滤级过滤模块采取轮盘并联方式进行工作；所述超滤模块4包括两组及以上平行设计的超滤膜单元，超滤模块采取轮盘并联方式进行工作。

一种海水淡化水综合利用工艺，包括如下步骤：

S1、海水经预处理沉淀大颗粒后，经过微滤级过滤模块2过滤后，进入超滤模块4进行过滤得到超滤膜滤液，经过超滤过滤的海水存入超滤缓冲罐5，超滤缓冲罐5中的海水进入一级反渗透膜系统8进行过滤得到盐分较低的粗淡水，粗淡水的存储容器分类如下：一部分用于存储水质要求低用途的存储罐9，一部分作为水质要求高的、需要进一步继续处理的粗淡水缓冲罐10；

S2、在粗淡水缓冲罐10加入碱性物质调高pH，然后进入二级反渗透膜系统12，再经过一次反渗透的过滤，得到符合或高于饮用水要求的精淡水，二级反渗透的浓缩液则排入粗淡水存储罐9，并作低水质要求的淡水；

所述微滤级过滤模块2包括两组及以上平行设计的微滤级膜单元，可平行过滤，可单独反冲，微滤级过滤模块采取轮盘并联方式进行工作；如图2表示三组平行设计的微滤级膜单元，其工作状态(过滤或反冲)呈时间片轮的轮盘方式进行；图3所示其中的两组平行组件的转换流程，如第一平行组件过滤状态时，是由海水或粗滤过的海水经由过滤状态形成粗滤过的海水或超滤过的海水并进入下一级；轮换成反冲状态，则是由能量回收装置出来的废水反冲粗滤或超滤系统的第一平行组件后排放；第二平行组件与第一平行组件可以相同的工作顺序先过滤后反冲，也可以先反冲后转换成过滤；

所述超滤模块4包括两组及以上平行设计的超滤膜单元，可平行过滤，可单独反冲，超滤模块采取轮盘并联方式进行工作，如图2、图3所示，其过滤或反冲的转盘设计及流程与微滤级过滤模块相同。

如图1所示，本实用新型一级反渗透膜系统8的浓缩水经过能量回收装置6后把高压势能的大部分用于提升超滤膜超滤缓冲罐中的另一部分进水的流量和压力，以回收能量；回收了大部分能量的浓缩液仍然可以接着反冲洗超滤模块或微滤级过滤模块。本实用新型采用的微滤级过滤模块2为精密过滤或沙滤过滤器模块，该模块为分组平行独立设计，每个单元为独立结构，可平行过滤，可单独反冲，对其它组不会造成交叉影响；模块中各组采取轮盘并联方式进行工作。一级反渗透膜系统8为普通反渗透膜或低压力反渗透膜，对海水盐分的截留率为95％-99.5％。二级膜系统12采用普通反渗透膜、低压反渗透、低截留反渗透和纳滤膜，对盐分的截留率为50-99.5％。在粗淡水缓冲罐加入的碱性物质可以是氢氧化钠、氢氧化钾或氨水，缓冲罐内淡化海水调节成弱碱性，可使水中的硼元素从中性状态变成离子状态；二级反渗透的浓水再并入粗淡水存储罐以调节其内初级淡化海水的酸碱值。

本实用新型海水淡化方案如下：

A.海水经引水泵到沉降池沉降后，通过压力泵1进入精密过滤器或沙滤过滤器2过滤后通过压力泵3进入超滤膜系统4，经过超滤膜过滤的海水进入超滤缓冲罐A，超滤缓冲罐中的海水一部分经过高压泵加压7，进入一级反渗透系统8过滤，反渗透膜系统的产水(为初级淡化水)分别进入两个储水罐B、储水罐C，B储水罐作为普通用水储罐，C储水罐作为高水质要求的原水罐等待进一步的处理。一级反渗透膜系统的浓缩水经过能量回收装置6后把高压势能的大部分用于提升超滤膜超滤缓冲罐中的另一部分进水的流量和压力，以回收能量，回收了大部分能量的浓缩液仍然可以接着反冲洗超滤膜、精密过滤器或沙滤系统。

B.C罐中的初级淡化水添加一定量的碱性物质(如氢氧化钠、氢氧化钾、氨水等)，通过压力泵11进入二级膜系统进行过滤。二级膜系统中膜元件可以依据目标水质，选用纳滤或低压反渗透或普通反渗透等级别的膜过滤元件，二级膜系统的滤液用于高水质要求的场合，二级膜的浓缩液返回到储水罐B，使原先偏酸性的一级反渗透膜所产的初级淡化水变成中性或弱碱性用于其它低水质要求的场合。

C.精密过滤器或沙滤过滤器为分组平行独立设计，每个单元为独立结构，可平行过滤，可单独反冲，对其它组不会造成交叉影响；采取轮盘并联方式进行工作，组数大等于2。超滤膜同样也采取分组设计，可平行过滤，可单独反冲，对其它组不会造成交叉影响，采取轮盘并联方式进行工作，组数大等于2。具体操作流程如原理图2所示：

反冲洗用水为一级膜系统的浓缩水，经过能量回收装置交换走大部分能量后的浓海水，还有一定的压力势能(对于超滤或沙滤的反冲压力完全足够)，可以按一定的时间片轮更替反冲洗而恢复通量，或者根据污堵情况单独反冲洗。

D.一级反渗透膜采用普通反渗透膜或低压力反渗透膜，不使用专门的海水淡化膜，对海水盐分的截留率为90％-99.5％。

E.二级膜系统使用普通反渗透膜、低压反渗透、低截留反渗透和纳滤膜，对盐分的截留率为50-99.5％。

F.该工艺的为大规模预处理(4倍量精密过滤器或沙滤过滤器、超滤的规模)的方式，且淡水的收率低于40％。

本实用新型创造的有益效果：

1、使用低的操作压力大幅降低海水淡化膜系统的能耗，直接降低了淡化海水的成本；操作压力降低的同时使海水淡化设备的制作要求降低，减少了设备投资成本，相应的也就减少了设备折旧摊销在海水淡化成本中的比例，也从另一个方面降低了海水淡化的吨水成本。

2、一级反渗透系统不使用特殊的海水淡化膜，只使用普通的反渗透膜，使海水淡化膜的来源更广泛，可以使海水淡化的准入门槛进一步降低，有利于进一步降低海水淡化的成本。

3、经过了一次反渗透过滤，产水的初级淡化海水的水质得到明显的提升，水中的可沉淀物质已经大量消除，这个时候把一部分级淡化海水再调节成弱碱性，可使水中的硼元素从中性状态变成离子状态，可以在大幅度提高普通反渗透膜对硼截留率的同时，也避免了二级反渗透膜系统结垢现象的发生。这个时候即使使用普通反渗透膜，产水水质的低含硼量、低盐量、中性或弱碱性也可以达到保证，而把二级反渗透的浓水再并入未调节碱性的另一部分初级淡化水(中性水经过反渗透膜的产水一般会偏酸性，需要用碱调节成中性或弱碱性)，可以调节另一部分初级淡化水的酸碱值，实现了废水的利用，也解决了另一部分初级淡水偏酸性的问题。

4、通过选择一级反渗透产水、二级反渗透产水、二级浓水与一级产水的组合，我们可根据实际需求进行进一步改善和综合利用，避免了高制作成本的高水质用于低要求的用水区域，避免了浪费。

5、按时间片轮运行的超滤系统，可以实现超滤系统运行、冲洗、恢复的连续性，保持系统通量恒定。

6、再次利用能量回收装置中排出的浓海水，反冲超滤和沙滤(或精密过滤器)系统，可以使超滤膜和沙滤(或精密过滤器)系统的通量维持稳定，使得膜系统能更稳定运行，同时减少超滤膜系统的化学清洗频率，减少化学药剂使用，减少污染排放。

以上所记载，仅为利用本创作技术内容的实施例，任何熟悉本项技艺者运用本创作所做的修饰、变化，皆属本创作主张的专利范围，而不限于实施例所揭示者。

Claims (3)

1.一种海水淡化综合利用系统，其特征在于：包括微滤级过滤模块、超滤模块、超滤缓冲罐、一级反渗透膜系统及二级反渗透膜系统，微滤级过滤模块的进料口为预处理的海水入口，微滤级过滤模块的出口连接到超滤模块，超滤模块的出口与超滤缓冲罐连接，超滤缓冲罐的出水连接到一级反渗透膜系统，一级反渗透膜系统过滤的淡化海水进入到两个容器存储，其中一容器为用于存储水质要求低用途的存储罐，另一容器作为需要进一步继续处理的粗淡水缓冲罐；粗淡水缓冲罐的水连接到二级反渗透膜系统过滤。

2.根据权利要求1所述的一种海水淡化综合利用系统，其特征在于：该系统还包括能量回收装置，该装置与一级反渗透膜系统的浓缩水口相连，能量回收装置回收的高压势能的大部分用于提升超滤缓冲罐中的另一部分进水的流量和压力，能量回收装置还连接反冲洗超滤模块或微滤级过滤模块的反冲口。

3.根据权利要求1所述的一种海水淡化综合利用系统，其特征在于：所述微滤级过滤模块包括两组以上平行设计的微滤级膜单元，微滤级过滤模块采取轮盘并联方式进行工作；所述超滤模块包括两组及以上平行设计的超滤膜单元，超滤模块采取轮盘并联方式进行工作。