CN206886885U - 一种热膜耦合海水淡化装置 - Google Patents

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张松建
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刘宇坚
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Abstract

本实用新型涉及一种热膜耦合海水淡化装置，属于水处理技术领域，包括低温多效蒸馏海水淡化装置和反渗透膜法海水淡化装置，低温多效蒸馏海水淡化装置和反渗透膜法海水淡化装置相连接。本实用新型同时改进了传统单一热法海水淡化和单一膜法海水淡化工艺及其预处理单元，将热法海水淡化工艺同膜法海水淡化工艺相耦合，使部分热法海水淡化产生的浓盐水得到有效利用，大大提高了系统的回收率，降低了浓盐水的排放量，整套装置产水水质可达到工业回用水水质标准。

Description

一种热膜耦合海水淡化装置
技术领域
本实用新型涉及一种海水淡化装置，尤其涉及一种热膜耦合海水淡化装置，属于水处理技术领域。
背景技术
随着现代工业的发展和人民生活水平的提高，人们对水资源的需求越来越大，产生的工业废水和生活污水也越来越多。淡水资源缺乏已成为世界上公认的社会问题之一，如何利用现代技术实现淡水资源的开源增量已引起人们的高度关注。海水淡化是将占地球总储水量为97％的海水转化为地球上十分有限的淡水，真正做到了淡水资源的“开源增量”，已成为解决全球水资源危机的重要途径。我国《全国海水利用“十三五”规划》提出的总体目标是，到“十三五”末，全国海水淡化总规模达到220万吨/日以上。
目前已经开发出的海水淡化技术有二十多种，其中已达到工业应用水平的技术有蒸馏法、电渗析法和反渗透法，并且不断有新的海水淡化技术问世。热法低温多效蒸馏工艺是多效蒸馏技术的一种，也是当前海水淡化技术的主流工艺之一，其具有腐蚀率低、热动力效率高、结垢率低和灵活性高等优点。反渗透是五十年代初美国为解决海水淡化问题首先开始研究的，在水资源越来越缺乏的今天，反渗透作为废水深度处理技术和水资源回用技术在废水处理方面也得到广泛的应用。反渗透海水淡化(SWRO)是利用压力强制迫使海水中的淡水透过膜面进入另一侧，从而得到淡化水的过程，因其具有产水水质较好和节约能源等优势，逐渐得到人们的认可。近几年来，在国际海水淡化招标中，SWRO以其投资最低，能耗最省，成本最低和建造周期短等优势而屡屡中标。
然而，海水淡化产生的浓盐水一直困扰着相关企业和人们。海水淡化浓盐水含盐量高且含溶解性固体多，其性质主要由原料水的组分及预处理工艺所使用化学试剂(阻垢剂、杀菌剂、絮凝剂和消泡剂等)决定。目前，国际上浓盐水的处理方式主要是直接排放和循环再利用。直接排放到环境中的浓盐水，会对当地水域的环境和生态构成威胁。有研究显示，大量海水淡化浓盐水排入附近海域，可能导致海水盐度升高，当盐度超过一定范围，生物体的生长、发育、生殖、行为和分布都会受到影响。
因此，提供一种提高系统回收率、减少海水淡化浓盐水排放和使部分热法海水淡化浓盐水得到回收利用的海水淡化装置就成为该技术领域急需解决的技术难题。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种提高系统回收率、减少海水淡化浓盐水排放和使部分热法海水淡化浓盐水得到回收利用的海水淡化装置。
本实用新型的上述目的是通过以下技术方案达到的：
一种热膜耦合海水淡化装置，其特征在于：包括低温多效蒸馏海水淡化装置(LT-MED,Low temperature Multi-effect Distillation)和反渗透膜法海水淡化装置(SWRO,Seawater Reverse Osmosis Desalination)，所述低温多效蒸馏海水淡化装置和反渗透膜法海水淡化装置相连接；所述低温多效蒸馏海水淡化装置包括高效混凝沉淀器和低温多效蒸馏器，所述反渗透膜法海水淡化装置包括冷却塔、增压泵、多介质过滤器、管式超滤膜组器、保安过滤器、反渗透高压泵和反渗透膜组器；所述高效混凝沉淀器通过管道和泵与所述低温多效蒸馏器相连接，所述低温多效蒸馏器一方面与脱水箱相连接，另一方面通过浓盐水箱、泵和管道与反渗透膜法海水淡化装置的冷却塔相连接；所述冷却塔器通过增压泵和管道与多介质过滤相连接，所述多介质过滤器通过管道和增压泵与管式超滤膜组器相连接，所述管式超滤膜组器通过管道、反渗透高压泵和保安过滤器与反渗透膜组器相连接，所述反渗透膜组器分别与所述浓盐水箱和脱盐水箱相连接。
一种优选技术方案，其特征在于：所述低温多效蒸馏海水淡化装置和反渗透膜法海水淡化装置相耦合。
一种优选技术方案，其特征在于：所述低温多效蒸馏海水淡化装置所产生的浓盐水为反渗透膜法海水淡化装置的进水。
一种优选技术方案，其特征在于：所述低温多效蒸馏海水淡化装置的预处理单元高效混凝沉淀器采用斜管沉淀加微砂强化絮凝工艺。
一种优选技术方案，其特征在于：所述多介质过滤器配有混凝加药装置。
一种优选技术方案，其特征在于：所述管式超滤膜组器的运行方式为死端过滤，膜管材质为UPVC/ABS，膜孔径为0.1微米，规格尺寸(Φ×H)为Φ225×2360，最大进水压力为0.4MPa，控制其产水SDI15≤3。
一种优选技术方案，其特征在于：所述保安过滤器内安装数支精度为5微米的PP熔喷滤芯。
一种优选技术方案，其特征在于：所述反渗透膜组器由相互串联的三个反渗透膜组成，第一反渗透膜、第二反渗透膜和第三反渗透膜之间依次串联连接。
一种优选技术方案，其特征在于：所述反渗透膜组器中的第一反渗透膜、第二反渗透膜和第三反渗透膜采用膜片类型为聚酰胺复合膜，并配套进口高压泵。
一种优选技术方案，其特征在于：所述反渗透高压泵通过管道与反渗透膜组器中的第一反渗透膜的进水口端相连接。
一种优选技术方案，其特征在于：所述脱盐水箱与第一反渗透膜、第二反渗透膜和第三反渗透膜中的产水口相连接。
一种优选技术方案，其特征在于：所述浓盐水箱另一方面与反渗透膜组器中的第三反渗透膜的浓缩水出口端相连接。
本实用新型的优点是：
本实用新型同时改进了传统单一热法海水淡化和单一膜法海水淡化工艺，及其预处理单元，将热法海水淡化工艺同膜法海水淡化工艺相耦合，使热法海水淡化产生的浓盐水得到有效利用，整套装置产水水质可达到工业回用水水质标准，使系统回收率提高。
本实用新型涉及的新型热膜耦合海水淡化工艺，在低温多效蒸馏海水淡化过程中，采用斜管沉淀加微砂强化絮凝工艺，使原海水中悬浮物质得到较好的混凝沉淀，可预防低温多效蒸馏的结垢与腐蚀；低温多效蒸馏海水淡化过程产生的浓盐水进入反渗透膜法海水淡化装置，反渗透膜法海水淡化装置的预处理采用冷却塔-多介质过滤-超滤组合工艺，冷却塔用于热法海水淡化浓盐水的降温，可将温度降低至40℃以下，多介质过滤器可去除热法浓盐水中大部分悬浮污染物，减少后续超滤膜的污染，超滤可去除浓盐水中几乎所有的悬浮物、胶体和部分大分子有机物，使该股浓盐水能够满足反渗透进水要求，RO可去除绝大部分盐类和COD；SWRO脱盐率大于97％，产水可直接回用于工业生产中。新型热膜耦合海水淡化工艺产生的浓盐水可以经脱钙、镁后进入盐水蒸发池，从而实现零排放。
本实用新型根据原海水和热法海淡浓盐水的特性，将高效混凝沉淀器、低温多效蒸发器、冷却塔、多介质过滤器、超滤膜组器和反渗透膜组器等工艺装置有机组合在一起，可用于热法海水淡化和膜法海水淡化联用技术，可提高系统回收率、减少污染物的排放量，降低膜污染，延长膜使用寿命，产水可直接回用。
下面通过附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明，但并未意味着对本实用新型保护范围的限制。
附图说明
图1为本实用新型热膜耦合海水淡化装置的结构示意图。
图2为本实用新型热膜耦合海水淡化装置的工艺流程简图。
附图标记说明：
1高效混凝沉淀器 2低温多效蒸馏器
3脱盐水箱 4浓盐水箱
5冷却塔 6多介质过滤器
7管式超滤膜组器 8保安过滤器
9反渗透高压泵 10反渗透膜组器
具体实施方式
实施例1
如图1所示，为本实用新型热膜耦合海水淡化装置的结构示意图，其中，1为高效混凝沉淀器，2为低温多效蒸馏器，3为脱盐水箱，4为浓盐水箱，5为冷却塔，6为多介质过滤器，7为管式超滤膜组器，8为保安过滤器，9为反渗透高压泵，10为反渗透膜组器；本实用新型的热膜耦合海水淡化装置包括高效混凝沉淀器1，低温多效蒸馏器2，脱盐水箱3，浓盐水箱4，冷却塔5，多介质过滤器6，管式超滤膜组器7，保安过滤器8，反渗透高压泵9和反渗透膜组器10，反渗透膜组器10由相互串联的三个反渗透膜组成(图中自上而下分别为第一反渗透膜、第二反渗透膜和第三反渗透膜，它们之间依次串联连接)；高效混凝沉淀器1通过管道和泵与低温多效蒸馏器2相连接，低温多效蒸馏器2一方面与脱盐水箱3相连接，另一方面与浓盐水箱4相连接；脱盐水箱3与反渗透膜组器10中的产水口(即第一反渗透膜、第二反渗透膜和第三反渗透膜中的产水口)相连接；浓盐水箱4一方面通过管道和泵与冷却塔5的上部相连接，另一方面与反渗透膜组器10中的第三反渗透膜的浓缩水出口端相连接；冷却塔5的底部通过管道和泵与多介质过滤器6的上部相连接；多介质过滤器6的底部通过管道和增压泵与管式超滤膜组器7的底部相连接；管式超滤膜组器7的中部通过管道和保安过滤器8的底部相连接；保安过滤器8的底部通过管道与反渗透高压泵9相连接；反渗透高压泵9通过管道与反渗透膜组器10中的第一反渗透膜的进水口端相连接。
高效混凝沉淀器1采用斜管沉淀加微砂强化絮凝工艺，设置搅拌器。反渗透膜法海水淡化预处理单元采用冷却塔-多介质过滤-超滤组合工艺，反渗透膜法海水淡化超滤单元采用大尺寸超滤膜组件，膜材料为PVDF，膜孔径为0.1微米。反渗透单元采用膜片类型为聚酰胺复合膜，并配套进口高压泵。
如图2所示，为本实用新型热膜耦合海水淡化装置的工艺流程简图，包括原海水、低温多效蒸馏海水淡化装置(LT-MED,Low temperature Multi-effect Distillation)、脱盐水、反渗透膜法海水淡化装置(SWRO,Seawater Reverse Osmosis Desalination)和高浓度浓盐水；其中，低温多效蒸馏海水淡化装置包括高效混凝沉淀器和低温多效蒸馏器；反渗透膜法海水淡化装置包括冷却塔，多介质过滤器，管式超滤膜组器，保安过滤器，反渗透高压泵和反渗透膜组器。
本实用新型热膜耦合海水淡化装置的工艺流程包括如下步骤：
(1)热法海水淡化过程：
a.原海水先经过高效混凝沉淀器进行预处理，使原海水中悬浮物质得到较好的混凝沉淀，可预防低温多效蒸馏的结垢与腐蚀；
b.预处理后的海水经低温多效蒸馏器蒸发脱盐得到脱盐水，脱盐水进入脱盐水箱暂存或直接作为工业用水使用，产生的浓盐水进入浓盐水箱或直接进入后续反渗透膜法海水淡化装置。
(2)反渗透膜法海水淡化过程
a.热法海水淡化产生的浓盐水先经冷却塔降温，将其出水温度控制在40℃以下，以保护后续超滤和反渗透膜组器不受高温损坏；
b.冷却塔出水直接进入多介质过滤器，多介质过滤器配有混凝加药装置，控制其产水悬浮物≤5mg/L，以达到后续超滤膜单元对进水悬浮物的要求；
c.管式超滤膜组器的运行方式为死端过滤，膜管材质为UPVC/ABS，规格尺寸(Φ×H)为Φ225×2360，膜孔径为0.1微米，最大进水压力为0.4MPa，控制其产水SDI15≤3，以满足后续反渗透膜组器对进水悬浮物的要求，管式超滤膜组器7中的超滤膜每周清洗一次，并定期进行维护；
d.反渗透膜组器前设保安过滤器，内安装数支精度为微米的PP熔喷滤芯，反渗透膜组器所用的反渗透膜采用聚酰胺复合膜，膜设计通量12～15L/m2.h，控制其产水脱盐率大于97％，产水直接回用，反渗透膜定期进行清洗维护。
本实用新型的热膜耦合海水淡化装置，在热法海水淡化阶段，通过高效混凝沉淀器进行预处理，使原海水中悬浮物质得到较好的混凝沉淀，可预防低温多效蒸馏的结垢与腐蚀，其产水可直接用于工业生产，产生的浓盐水直接进入反渗透膜法海水淡化装置，可以有效利用热法浓盐水，提高系统的回收率。反渗透膜法海水淡化装置预处理工艺采用冷却塔-多介质过滤-超滤组合工艺，可有效降低热法海水淡化浓盐水的温度，可有效去除悬浮物、颗粒、大分子有机物、细菌和藻类，有效克服了细菌微生物和有机物对RO膜的污染，从而延长反渗透膜的使用寿命，反渗透海水淡化装置产水脱盐率高，水质优良，可直接回用。
本实用新型根据原海水和热法海淡浓盐水的特性，将高效混凝沉淀器、低温多效蒸发器、冷却塔、多介质过滤器、超滤膜组器和反渗透膜组器等装置有机组合在一起，集成热膜耦合海水淡化装置，可用于海水淡化及高盐废水的处理，使系统回收率提高，使热法海水淡化产生的浓盐水得到有效利用，达到浓盐水减量化和环保的目的。

Claims (10)

1.一种热膜耦合海水淡化装置，其特征在于：包括低温多效蒸馏海水淡化装置和反渗透膜法海水淡化装置，所述低温多效蒸馏海水淡化装置和反渗透膜法海水淡化装置相连接；所述低温多效蒸馏海水淡化装置包括高效混凝沉淀器和低温多效蒸馏器，所述反渗透膜法海水淡化装置包括冷却塔、增压泵、多介质过滤器、管式超滤膜组器、保安过滤器、反渗透高压泵和反渗透膜组器；所述高效混凝沉淀器通过管道和泵与所述低温多效蒸馏器相连接，所述低温多效蒸馏器一方面与脱水箱相连接，另一方面通过浓盐水箱、泵和管道与反渗透膜法海水淡化装置的冷却塔相连接；所述冷却塔通过增压泵和管道与多介质过滤相连接，所述多介质过滤器通过管道和增压泵与管式超滤膜组器相连接，所述管式超滤膜组器通过管道、反渗透高压泵和保安过滤器与反渗透膜组器相连接，所述反渗透膜组器分别与所述浓盐水箱和脱盐水箱相连接。
2.如权利要求1所述的热膜耦合海水淡化装置，其特征在于：所述低温多效蒸馏海水淡化装置和反渗透膜法海水淡化装置相耦合。
3.如权利要求2所述的热膜耦合海水淡化装置，其特征在于：所述低温多效蒸馏海水淡化装置所产生的浓盐水为反渗透膜法海水淡化装置的进水。
4.如权利要求3所述的热膜耦合海水淡化装置，其特征在于：所述低温多效蒸馏海水淡化装置的预处理单元高效混凝沉淀器采用斜管沉淀加微砂强化絮凝工艺。
5.如权利要求4所述的热膜耦合海水淡化装置，其特征在于：所述多介质过滤器配有混凝加药装置。
6.如权利要求5所述的热膜耦合海水淡化装置，其特征在于：所述管式超滤膜组器的运行方式为死端过滤，膜管材质为UPVC/ABS，膜孔径为0.1微米，规格尺寸为Φ225×2360，最大进水压力为0.4MPa，控制其产水SDI15≤3。
7.如权利要求6所述的热膜耦合海水淡化装置，其特征在于：所述保安过滤器内安装数支精度为5微米的PP熔喷滤芯。
8.如权利要求7所述的热膜耦合海水淡化装置，其特征在于：所述反渗透膜组器由相互串联的三个反渗透膜组成，第一反渗透膜、第二反渗透膜和第三反渗透膜之间依次串联连接。
9.如权利要求8所述的热膜耦合海水淡化装置，其特征在于：所述反渗透膜组器中的第一反渗透膜、第二反渗透膜和第三反渗透膜均为聚酰胺复合膜。
10.如权利要求9所述的热膜耦合海水淡化装置，其特征在于：所述反渗透膜组器的设计进水压力60-65bar，进水水温35℃，脱盐率大于97％。
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