CN206858348U - 一种热膜耦合海水淡化系统 - Google Patents

Abstract

一种热膜耦合海水淡化系统，包括海水预处理单元、热法海水淡化单元和膜法海水淡化单元；海水预处理单元包含海水取水泵站和混合絮凝沉淀池；热法海水淡化单元包含热法海水淡化进水池、低温多效蒸馏海水淡化装置和热法海水淡化成品水箱；膜法海水淡化单元包含膜法海水淡化进水池、砂滤池、超滤装置、反渗透装置和膜法海水淡化成品水箱。本实用新型将热法与膜法海水淡化有机结合，海水和热量利用率高；膜法海水淡化充分利用了热法海水淡化的热量，增大了膜通量，降低了渗透压，提高了效能；将热法海水淡化产生的冷却排水直接用作膜法海水淡化进水使用，使海水取水量和排水量显著减少；热法、膜法海水淡化共用一套预处理装置，降低了投资、运行成本。

Description

一种热膜耦合海水淡化系统

技术领域

本实用新型属于海水淡化技术领域，具体涉及一种热膜耦合海水淡化系统。

背景技术

我国淡水资源短缺，特别是北方沿海地区是我国缺水最严重的地区之一，海水淡化是解决我国沿海城市水资源短缺的必然趋势。

目前，海水淡化技术已经比较成熟，常用的海水淡化技术主要分为热法和膜法，两种方法各有优点和局限性。热法是将海水加热蒸发后得到蒸汽，然后再将蒸汽冷凝成淡水，其优点是对原海水要求低，预处理简单，淡化水含盐量较低，局限性是海水淡化过程发生气液两相变化，对热量需求大，海水利用率低、冷却水携带热量离开等；膜法是利用天然或人工合成的高分子薄膜，以外加能量或化学位差作为推动力，将海水中的盐和水分离开得到淡水，其优点是整个过程不发生相变，一般不需要加热，能耗低，启动和停机较简单，局限性是海水温度波动影响膜通量，对预处理要求严格，淡化水含盐量较高等。根据热法和膜法两类海水淡化技术的特点分析，可知这两类方法具有一定的互补性，通过热膜耦合海水淡化技术，能将热法和膜法海水淡化技术有机的结合起来。

但是目前的热膜耦合海水淡化技术大部分只是两种方法的简单组合，不是完全意义上的集成，不能充分发挥二者的优势，导致了能耗和成本较高。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术设计一种低成本、高效、稳定的热膜耦合海水淡化系统，将热法和膜法海水淡化技术有机结合起来，充分发挥二者优势，将热法和膜法海淡的优缺点进行互补，更合理的利用海水和热量，从而降低海水淡化的投资成本和运行成本。

本实用新型解决上述问题所采用的技术方案为：

一种热膜耦合海水淡化系统，包含海水预处理单元、热法海水淡化单元和膜法海水淡化单元；

所述海水预处理单元包含海水取水泵站和混合絮凝沉淀池；所述热法海水淡化单元包含热法海水淡化进水池、低温多效蒸馏海水淡化装置和热法海水淡化成品水箱；所述膜法海水淡化单元包含膜法海水淡化进水池、砂滤池、超滤装置、反渗透装置和膜法海水淡化成品水箱；所述热法海水淡化单元与所述膜法海水淡化单元之间设置用于热交互的浓盐水换热器和成品水换热器，所述浓盐水换热器和所述成品水换热器分别包含吸热管路和放热管路；

所述海水取水泵站连接所述混合絮凝沉淀池进口，所述混合絮凝沉淀池出口分别连接所述热法海水淡化进水池进口和所述膜法海水淡化进水池进口，且与所述膜法海水淡化进水池进口连接的管路上设置第一阀门；所述热法海水淡化进水池出口连接所述低温多效蒸馏海水淡化装置进口；所述低温多效蒸馏海水淡化装置分别设置成品水出口、浓盐水出口和冷却水出口；所述成品水出口通过所述成品水换热器的放热管路连接所述热法海水淡化成品水箱，所述浓盐水出口通过所述浓盐水换热器的放热管路连接外部盐水出口，所述冷却水出口通过第二阀门连接所述膜法海水淡化进水池进口；所述膜法海水淡化进水池出口连接所述砂滤池进口；所述砂滤池出口一路通过第四阀门连接所述超滤装置进口，另一路通过第五阀门以及所述浓盐水换热器和所述成品水换热器的吸热管路连接所述超滤装置进口；所述超滤装置出口连接所述反渗透装置进口；所述反渗透装置出口分别连接所述膜法海水淡化成品水箱和所述浓盐水出口。

优选地，所述混合絮凝沉淀池出口另外连接污泥系统。

优选地，所述低温多效蒸馏海水淡化装置的冷却水出口另外通过第三阀门连接外部排水出口。

优选地，所述浓盐水换热器的放热管路前端串联设置第六阀门。

优选地，所述成品水换热器的放热管路前端串联设置第七阀门。

优选地，所述浓盐水换热器的放热管路与所述第六阀门所构成管路的两端并联设置第八阀门。

优选地，所述成品水换热器的放热管路与所述第七阀门所构成管路的两端并联设置第九阀门。

优选地，所述热法海水淡化成品水箱和所述膜法海水淡化成品水箱为独立设置。

本方案具体包含以下步骤：

1、物料海水首先经海水提升泵提升至热膜耦合海水淡化工程的预处理单元，即混合絮凝沉淀池，去除海水中悬浮物、胶体。经沉淀澄清分离，絮体污泥排入污泥系统处理，清水分别进入热法海水淡化进水池或膜法海水淡化进水池。

2、热法海水淡化冷却排水水量会随着一年四季海水温度的不同而变化，根据热法海水淡化冷却排水和膜法海水淡化进水水量大小关系的不同，经过预处理后的海水去向有以下几种方式：

(1)方式一：当进水海水温度大于等于温度拐点1时，热法海水淡化产生的冷却排水水量大于等于膜法海水淡化进水水量时的方式(其中温度拐点1指热法海水淡化产生的冷却排水水量等于膜法海水淡化进水水量时的海水温度)。

如图2所示，预处理后的海水从热法海水淡化进水池经泵提升进入低温多效蒸馏海水淡化装置(LT-MED)，海水经蒸发冷凝后产生成品水、浓盐水、冷却排水三股水流。开启第九阀门9，关闭第七阀门7，成品水进入热法海水淡化成品水箱。开启第八阀门8，关闭第六阀门6，浓盐水外送至盐场。由于热法海水淡化单元产生的冷却排水水量大于等于膜法海水淡化进水水量，开启第二阀门2 和第三阀门3，关闭第一阀门1，这样一部分热法海水淡化产生的冷却排水进入膜法海水淡化进水池，作为膜法海水淡化的进水使用，多余的冷却水外排。热法海水淡化冷却排水从膜法海水淡化进水池经泵提升进入膜法海水淡化单元的砂滤池，开启第四阀门4，关闭第五阀门5，经超滤、反渗透装置处理后，产生的成品水进入膜法海水淡化成品水箱，浓盐水外送至盐场。

(2)方式二：当进水海水温度小于等于温度拐点2时，热法海水淡化产生的冷却排水水量为零时的方式(其中温度拐点2指热法海水淡化产生的冷却排水水量为零时的海水最高温度)。

如图3所示，预处理后的海水一部分进入热法海水淡化进水池，经泵提升进入低温多效蒸馏海水淡化装置(LT-MED)，海水经蒸发冷凝后产生成品水、浓盐水两股水流，开启第七阀门7，关闭第九阀门9，成品水进入热法海水淡化成品水箱。开启第六阀门6，关闭第八阀门8，浓盐水外送至盐场。由于热法海水淡化产生的冷却排水水量为零，没有外排冷却水，关闭第二阀门2和第三阀门3，开启第一阀门1，预处理后的另一部分海水进入膜法海水淡化进水池，经泵提升后送至砂滤池，关闭第四阀门4，开启第五阀门5，过滤出水通过换热器与热法海水淡化产生的成品水和浓盐水进行热量交换，升温后的海水经超滤、反渗透装置处理后，产生的成品水进入膜法海水淡化成品水箱，浓盐水外送至盐场。具体流程图如图3所示。

(3)方式三：当进水海水温度大于温度拐点2小于温度拐点1时，热法海水淡化产生的冷却排水水量大于零小于膜法海水淡化进水水量时的方式

如图4所示，预处理后的海水从热法海水淡化进水池经泵提升进入低温多效蒸馏海水淡化装置(LT-MED)，海水经蒸发冷凝后产生成品水、浓盐水、冷却排水三股水流。开启第九阀门9，关闭第七阀门7，成品水进入热法海水淡化成品水箱。开启第八阀门8，关闭第六阀门6，浓盐水外送至盐场。由于热法海水淡化产生的冷却排水水量小于膜法海水淡化进水水量，开启第二阀门2，关闭第三阀门3，热法海水淡化冷却排水全部进入膜法海水淡化进水池，作为膜法海水淡化进水使用。开启第一阀门1，膜法海水淡化进水不足部分的水量由预处理后的新鲜海水补充，在膜法海水淡化进水池中与热法海水淡化冷却排水混合之后，保持合适的温度，经泵提升至砂滤池。开启第四阀门4，关闭第五阀门5，经超滤、反渗透装置处理后，产生成品水进入膜法海水淡化成品水箱，浓盐水外送至盐场。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

1、热法与膜法海水淡化有机结合，充分利用热法海水淡化冷却排水或成品水及浓盐水携带的热量，达到节能降耗、降低投资成本和运行成本的目的；

2、将热法海水淡化产生的冷却水排水直接用作膜法海水淡化进水使用，大大减少了海水的取水量和排水量，降低了能耗，节约了投资成本和运行成本。

3、热法和膜法海水淡化共用一套预处理装置，大大降低了投资成本和运行成本。

4、膜法、热法海水淡化分别设立单独的成品水箱，可根据热法、膜法海水淡化产生的成品水水质，分别外供或进行一定比例混合，操作灵活，可满足不同用水需求。

附图说明

图1为本实用新型热膜耦合海水淡化系统结构示意图。

图2是本实用新型热膜耦合海水淡化工艺方式一的流程图。

图3是本实用新型热膜耦合海水淡化工艺方式二的流程图。

图4是本实用新型热膜耦合海水淡化工艺方式三的流程图。

其中：1第一阀门；2第二阀门；3第三阀门；4第四阀门；5第五阀门；6 第六阀门；7第七阀门；8第八阀门；9第九阀门；11热法成品水；12热法浓盐水；13热法冷却排水；21膜法成品水；22膜法浓盐水。

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示的一种热膜耦合海水淡化系统，包括海水预处理单元、热法海水淡化单元和膜法海水淡化单元。

一种热膜耦合海水淡化系统，包含海水预处理单元、热法海水淡化单元和膜法海水淡化单元；

所述海水预处理单元包含海水取水泵站和混合絮凝沉淀池；所述热法海水淡化单元包含热法海水淡化进水池、低温多效蒸馏海水淡化装置和热法海水淡化成品水箱；所述膜法海水淡化单元包含膜法海水淡化进水池、砂滤池、超滤装置、反渗透装置和膜法海水淡化成品水箱；所述热法海水淡化单元与所述膜法海水淡化单元之间设置用于热交互的浓盐水换热器和成品水换热器，所述浓盐水换热器和所述成品水换热器分别包含吸热管路和放热管路；

所述海水取水泵站连接所述混合絮凝沉淀池进口，所述混合絮凝沉淀池出口分别连接所述热法海水淡化进水池进口和所述膜法海水淡化进水池进口，且与所述膜法海水淡化进水池进口连接的管路上设置第一阀门；所述热法海水淡化进水池出口连接所述低温多效蒸馏海水淡化装置进口；所述低温多效蒸馏海水淡化装置分别设置成品水出口、浓盐水出口和冷却水出口；所述成品水出口通过所述成品水换热器的放热管路连接所述热法海水淡化成品水箱，所述浓盐水出口通过所述浓盐水换热器的放热管路连接外部盐水出口，所述冷却水出口通过第二阀门连接所述膜法海水淡化进水池进口；所述膜法海水淡化进水池出口连接所述砂滤池进口；所述砂滤池出口一路通过第四阀门连接所述超滤装置进口，另一路通过第五阀门以及所述浓盐水换热器和所述成品水换热器的吸热管路连接所述超滤装置进口；所述超滤装置出口连接所述反渗透装置进口；所述反渗透装置出口分别连接所述膜法海水淡化成品水箱和所述浓盐水出口。

在更加优选的实施例中，所述混合絮凝沉淀池出口另连接污泥系统。

在更加优选的实施例中，所述低温多效蒸馏海水淡化装置的冷却水出口另通过第三阀门连接外部排水出口。

在更加优选的实施例中，所述浓盐水换热器的放热管路前端串联设置第六阀门。

在更加优选的实施例中，所述成品水换热器的放热管路前端串联设置第七阀门。

在更加优选的实施例中，所述浓盐水换热器的放热管路与所述第六阀门所构成管路的两端并联设置第八阀门。

在更加优选的实施例中，所述成品水换热器的放热管路与所述第七阀门所构成管路的两端并联设置第九阀门。

在更加优选的实施例中，所述热法海水淡化成品水箱和所述膜法海水淡化成品水箱为独立设置。

在某一具体的实施例中，采用本实用新型的热膜耦合海水淡化系统对某海水样本进行淡化，如表1、表2分别所示海水淡化进水、出水水质指标。

表1本实施例海水淡化进水水质指标

序号	项目名称	单位	工艺指标
				1	平均水温	℃	12.4
2	pH	值	8.16
				3	盐度	‰	34.756
4	DO	mg/L	7.60
				5	CODMn	mg/L	1.45
6	石油类	mg/L	0.025
				7	悬浮物	mg/L	106.3

表2本实施例海水淡化出水水质指标

序号	项目	单位	热法海水淡化成品水	膜法海水淡化成品水
					1	TDS	mg/L	≤5	≤20

物料海水首先经海水提升泵提升至热膜耦合海水淡化工程的预处理单元，即混合絮凝沉淀池，去除海水中悬浮物、胶体。经沉淀澄清分离，絮体污泥排入污泥系统处理，清水分别进入热法海水淡化进水池或膜法海水淡化进水池。

热法海水淡化冷却排水水量会随着一年四季海水温度的不同而变化，根据热法海水淡化冷却排水和膜法海水淡化进水水量大小关系的不同，经过预处理后的海水去向有以下几种方式：

(1)方式一：如图2所示，当进水海水温度大于等于22℃(即本实施例条件下的温度拐点1)时，热法海水淡化产生的冷却排水水量大于等于膜法海水淡化进水水量。预处理后的海水从热法海水淡化进水池经泵提升进入热水直驱-低温多效蒸馏海水淡化装置，海水经蒸发冷凝后产生成品水、浓盐水、冷却排水三股水流。开启第九阀门9，关闭第七阀门7，成品水进入热法海水淡化成品水箱。开启第八阀门8，关闭第六阀门6，浓盐水外送至盐场。热法海水淡化单元产生的冷却排水水量大于等于膜法海水淡化进水取水量，开启第二阀门2和第三阀门3，关闭第一阀门1，这样一部分热法海水淡化产生的冷却排水进入膜法海水淡化进水池，作为膜法海水淡化的进水使用，多余的冷却水外排。热法海水淡化冷却排水从膜法海水淡化进水池经泵提升进入膜法海水淡化单元的砂滤池，开启第四阀门4，关闭第五阀门5，经超滤、反渗透装置处理后，产生的成品水进入膜法海水淡化成品水箱，浓盐水外送至盐场。

此方式将热法海水淡化产生的冷却排水作为膜法海水淡化进水，可以减少130000t/d的新鲜海水取水量和排水量，取排水工程投资降低30％以上。热法海水淡化产生的冷却水作为膜法海水淡化进水，可以使膜法海水淡化进水温度达到35℃～40℃，使反渗透膜通透性增加，同时渗透压降低，反渗透进水泵压力比此时新鲜海水(水温22℃)直接进入反渗透膜时可以减少约60m，电耗降低15％左右。

(2)方式二：如图3所示，进水海水温度小于等于3℃(即本实施例条件下的温度拐点2)时，热法海水淡化产生的冷却排水水量为零。预处理后的海水一部分进入热法海水淡化进水池，经泵提升进入热水直驱-低温多效蒸馏海水淡化装置，海水经蒸发冷凝后产生成品水、浓盐水两股水流，开启第七阀门7，关闭第九阀门9，成品水进入热法海水淡化成品水箱。开启第六阀门6，关闭第八阀门8，浓盐水外送至盐场。此时热法海水淡化产生的冷却水水量为零，没有外排冷却水，关闭第二阀门2和第三阀门3，开启第一阀门1，预处理后的另一部分海水进入膜法海水淡化进水池，经泵提升后送至砂滤池，关闭第四阀门4，开启第五阀门5，过滤出水通过换热器与热法海水淡化产生的成品水和浓盐水进行热量交换，升温后的海水经超滤、反渗透装置处理后，产生的成品水进入膜法海水淡化成品水箱，浓盐水外送至盐场。

此方式将经过砂滤池过滤后的海水与热法海水淡化产生的成品水和浓盐水进行热量交换，使得膜法海淡进水水温升高至20℃～25℃，同时渗透压降低，反渗透进水泵压力比此时新鲜海水(水温3℃)直接进入反渗透膜时可以减少约 200m，电耗降低30％左右。

(3)方式三：如图4所示，当进水海水温度介于3℃～22℃时，热法海水淡化产生的冷却排水水量大于零小于膜法海水淡化进水水量。预处理后的海水从热法海水淡化进水池经泵提升进入热水直驱-低温多效蒸馏海水淡化装置，海水经蒸发冷凝后产生成品水、浓盐水、冷却排水三股水流，开启第九阀门9，关闭第七阀门7，成品水进入热法海水淡化成品水箱。开启第八阀门8，关闭第六阀门6，浓盐水外送至盐场。此时热法海水淡化产生的冷却排水水量小于膜法海水淡化进水水量，开启第二阀门2，关闭第三阀门3，热法海水淡化冷却排水全部进入膜法海水淡化进水池，作为膜法海水淡化进水使用。开启第一阀门1，膜法海水淡化进水不足部分的水量由预处理后的新鲜海水补充，在膜法海水淡化进水池中与热法海水淡化冷却排水混合之后，保持合适的温度，经泵提升至砂滤池，开启第四阀门4，关闭第五阀门5，经超滤、反渗透装置处理后，产生成品水进入膜法海水淡化成品水箱，浓盐水外送至盐场。

此方式将热法海水淡化产生的冷却排水作为膜法海水淡化部分进水，可以减少60000t/d的新鲜海水取水量和排水量；热法海水淡化产生的冷却水作为膜法海水淡化进水，可以使膜法海淡进水温度达到30℃～35℃，使反渗透膜达到较好的通透性，同时渗透压降低，反渗透进水泵压力比此时新鲜海水(水温15℃) 直接进入反渗透膜时可以减少约100m，电耗降低20％左右。

以上三种方式中都是在膜法海水淡化单元和热法海水淡化单元中分别设立单独的成品水箱，这样可以根据热法海水淡化和膜法海水淡化产生的成品水水质不同，分别外供或进行一定比例混合，操作灵活，可以满足不同用水需求。

以上通过具体的和优选的实施例详细的描述了本实用新型，但本领域技术人员应该明白，本实用新型并不局限于以上所述实施例，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种热膜耦合海水淡化系统，包含海水预处理单元、热法海水淡化单元和膜法海水淡化单元；

所述海水预处理单元包含海水取水泵站和混合絮凝沉淀池；所述热法海水淡化单元包含热法海水淡化进水池、低温多效蒸馏海水淡化装置和热法海水淡化成品水箱；所述膜法海水淡化单元包含膜法海水淡化进水池、砂滤池、超滤装置、反渗透装置和膜法海水淡化成品水箱；所述热法海水淡化单元与所述膜法海水淡化单元之间设置用于热交互的浓盐水换热器和成品水换热器，所述浓盐水换热器和所述成品水换热器分别包含吸热管路和放热管路；

所述海水取水泵站连接所述混合絮凝沉淀池进口，所述混合絮凝沉淀池出口分别连接所述热法海水淡化进水池进口和所述膜法海水淡化进水池进口，且与所述膜法海水淡化进水池进口连接的管路上设置第一阀门；所述热法海水淡化进水池出口连接所述低温多效蒸馏海水淡化装置进口；所述低温多效蒸馏海水淡化装置分别设置成品水出口、浓盐水出口和冷却水出口；所述成品水出口通过所述成品水换热器的放热管路连接所述热法海水淡化成品水箱，所述浓盐水出口通过所述浓盐水换热器的放热管路连接外部盐水出口，所述冷却水出口通过第二阀门连接所述膜法海水淡化进水池进口；所述膜法海水淡化进水池出口连接所述砂滤池进口；所述砂滤池出口一路通过第四阀门连接所述超滤装置进口，另一路通过第五阀门以及所述浓盐水换热器和所述成品水换热器的吸热管路连接所述超滤装置进口；所述超滤装置出口连接所述反渗透装置进口；所述反渗透装置出口分别连接所述膜法海水淡化成品水箱和所述浓盐水出口。

2.根据权利要求1所述的热膜耦合海水淡化系统，其特征在于：所述混合絮凝沉淀池出口另外连接污泥系统。

3.根据权利要求1所述的热膜耦合海水淡化系统，其特征在于：所述低温多效蒸馏海水淡化装置的冷却水出口另外通过第三阀门连接外部排水出口。

4.根据权利要求1所述的热膜耦合海水淡化系统，其特征在于：所述浓盐水换热器的放热管路前端串联设置第六阀门。

5.根据权利要求1所述的热膜耦合海水淡化系统，其特征在于：所述成品水换热器的放热管路前端串联设置第七阀门。

6.根据权利要求4所述的热膜耦合海水淡化系统，其特征在于：所述浓盐水换热器的放热管路与所述第六阀门所构成管路的两端并联设置第八阀门。

7.根据权利要求5所述的热膜耦合海水淡化系统，其特征在于：所述成品水换热器的放热管路与所述第七阀门所构成管路的两端并联设置第九阀门。

8.根据权利要求1所述的热膜耦合海水淡化系统，其特征在于：所述热法海水淡化成品水箱和所述膜法海水淡化成品水箱为独立设置。