CN210457815U

CN210457815U - 一种提高海水淡化及精盐制备效率的装置

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Publication number: CN210457815U
Application number: CN201921342307.4U
Authority: CN
Inventors: 孙卓
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-08-19
Filing date: 2019-08-19
Publication date: 2020-05-05
Anticipated expiration: 2029-08-19

Abstract

本实用新型涉及水处理技术领域，具体地说是一种提高海水淡化及精盐制备效率的装置。一种提高海水淡化及精盐制备效率的装置，包括水箱，光电催化氧化复合膜模组，隔膜去离子复合电催化模组，其特征在于：所述的水箱的入口处设置海水进水口控流泵，在水箱内设置光电催化氧化复合膜模组，在光电催化氧化复合膜模组的出口处通过通水管道连接纳滤膜和反渗透膜套组，在纳滤膜和反渗透膜套组的出口处分别连接第一浓盐水出水口和第一管道的入口，在第一管道的出口处连接隔膜去离子复合电催化模组的入口，在隔膜去离子复合电催化模组的出口处分别设有直饮出水口和第二浓盐水出水口。同现有技术相比，提高了海水淡化纯度及效率，保证了使用设备的寿命。

Description

一种提高海水淡化及精盐制备效率的装置

技术领域

本实用新型涉及水处理技术领域，具体地说是一种提高海水淡化及精盐制备效率的装置。

背景技术

地球上淡水资源不足整体水资源的3%，可直接饮用的淡水资源不足0.3%，而97%以上的水则以海水或苦咸水的形式存在。随着工农业的发展和人口不断增长，对淡水的需求显得十分迫切，而海水淡化技术则成为重要的选择。海水是一个非常复杂的稀溶液体系，含有各类离子，主要包括钠、钾、钙、镁、锂；氟、氯、溴、碘、碳酸、硫酸根等，典型的总可溶性固体（TDS）浓度为3-3.5%（3-3.5g/L），其中大量的钙、镁离子所形成的碳酸盐、碳酸氢盐、硫酸盐、氯化物等又导致海水具有很高的硬度。目前海水淡化主要有三类技术：电渗析、闪蒸和反渗透膜法。其中电渗析采用离子交换膜通过电场作用，使得阴阳离子得以分离，技术较成熟，但是由于所用的电压较高，耗电较大，同时由于电解水还会产生大量的气体，设备和运行工艺成本较高，不适用于规模化海水淡化应用。闪蒸是采用低压蒸馏的方式进行淡水的制备，因其能耗较大，此技术只限于能源充足的地区如中东地区等应用。而反渗透膜相对能耗较低，已发展成为主流的海水淡化技术，目前已占据了大部分市场份额。

在实际应用中反渗透膜多采用聚合物微孔膜(孔径<0.1nm)，在反渗透压力作用下水分子和相当大小的分子可穿透膜，而较大的分子、离子或粒子则被阻挡在一边，这会对海水淡化应用造成2个严重后果。其一，海水中通常含有钙、镁、可溶性有机物、胶体等较大尺寸的分子，反渗透膜孔较小，水的通量较小，大分子极容易在反渗透膜表面结垢，导致堵塞膜孔等问题。在现有的专利（申请号为201320248403.9，201621269170 .0，201611061752.4，201810650414 .7，201510934579.3）中提出的技术方案中，必须通过加药絮凝、杀菌、除钙镁、调pH值等多步预处理工艺后，才能采用反渗透工艺制备淡水。加药预处理工艺，如添加FeCl₃，NaHClo，NaHSO₄，H₂SO₄，PAM，PAC等。工艺包括混凝、絮凝、沉淀、过滤去除悬浮杂质、胶体物质等；加酸调节pH 值和加阻垢剂防止碳酸盐和硫酸盐的结垢沉淀；加氯或次氯酸钠杀菌灭藻；气浮除油，沙滤、活性炭过滤等。此工艺运行相对可靠，技术较成熟，但占地面积大；因多种药剂的添加使用，使得水质成分复杂、水质变差。另外，运行费用较高，无法推广。其二，反渗透膜无法分离去除直径较小的分子或离子，如含硼酸根、硼、氟、锂等相关离子或分子去除的作用极小。因此，采用反渗透膜制备的淡水一般也不适合直接饮用。

另外，膜淡化海水后产生的浓盐水制盐只能制备粗盐，如现有专利（申请号为：201710860222 .4、201610320764 .8、201710863399 .X）所述，这主要是因为现有技术完成海水淡化后，生成的30-50%的浓缩盐水中含有钙、镁、钾、碘、硫酸根、硼酸根等多种离子，导致盐的成分复杂，纯度低，实用价值也不高。

在传统的海水淡化和制盐工艺中，蒸馏是必不可少的技术手段，但如果不对原水进行处理，如申请号为201721725191 .3，201610320764 .8，201510934579.3的专利，海水中含有大量的盐离子、氟离子、酸根离子等，会对管道等引起堵塞、腐蚀等不良后果，大大缩短设备的使用寿命。

为了进一步提高海水淡化和制盐的效率，本实用新型提供了一种提高海水淡化及精盐制备效率的装置，本实用新型还能实现直饮水和纯盐的制备。

发明内容

本实用新型为克服现有技术的不足，提供了一种提高海水淡化及精盐制备效率的装置，提高海水淡化纯度及效率，保证使用设备的寿命。

为实现上述目的，设计一种提高海水淡化及精盐制备效率的装置，包括水箱，光电催化氧化复合膜模组，隔膜去离子复合电催化模组，其特征在于：所述的水箱的入口处设置海水进水口控流泵，在水箱内设置光电催化氧化复合膜模组，在光电催化氧化复合膜模组的出口处通过通水管道连接纳滤膜和反渗透膜套组，在纳滤膜和反渗透膜套组的出口处分别连接第一浓盐水出水口和第一管道的入口，在第一管道的出口处连接隔膜去离子复合电催化模组的入口，在隔膜去离子复合电催化模组的出口处分别设有直饮出水口和第二浓盐水出水口，所述的光电催化氧化复合膜模组包括紫外及LED可见光光源、金属电极基板、玻璃基可见光光催化板和反渗透膜板，所述的光电催化氧化复合膜模组的顶部设置紫外及LED可见光光源，所述的光电催化氧化复合膜模组的中间纵向均匀设置金属电极基板，在金属电极基板的左右两侧分别设置反渗透膜板，在左右两侧反渗透膜板的外侧分别纵向均匀设置玻璃基可见光光催化板，所述的隔膜去离子复合电催化模组由金属基板的电催化板和碳膜去离子基板排列组成。

所述的金属电极基板和玻璃基可见光光催化板的顶部和底部分别设置带过孔的即插即用电极座，在金属电极基板的下方连接热干燥桶，金属电极基板和反渗透膜板之间设置第一电极槽，所述的玻璃基可见光光催化板的外侧的水箱内壁上分别设置第二电极槽。

所述的带过孔的即插即用电极座为含金属卡簧的带过孔的即插即用电极座。

所述通水管道的入口处设置控水阀。

所述的隔膜去离子复合电催化模组的金属基板的电催化板和碳膜去离子基板纵向间隔排列。

所述的第一浓盐水出水口和第二浓盐水出水口的出口处设有蒸馏MVR系统或者膜蒸馏MD系统，所述的直饮出水口和第二浓盐水出水口的出口处设置出水开关。

本实用新型同现有技术相比，提高了海水淡化纯度及效率，保证了使用设备的寿命。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

参见图1，其中，1是海水进水口控流泵，2是水箱，3是紫外及LED可见光光源，4是金属电极基板，5是玻璃基可见光光催化板，6是反渗透膜板，7是第一电极槽，8是带过孔的即插即用电极座，9是出水开关，10是通水管道，11是热干燥桶，12是第二电极槽，13是第一管道，14是控水阀，15是纳滤膜和反渗透膜套组，16是直饮出水口，17是第二浓盐水出水口，18是蒸馏MVR系统或者膜蒸馏MD系统，19是金属基板的电催化板，20是碳膜去离子基板，21是第一浓盐水出水口。

具体实施方式

下面根据附图对本实用新型做进一步的说明。

如图1所示，一种提高海水淡化及精盐制备效率的装置，包括水箱，光电催化氧化复合膜模组，隔膜去离子复合电催化模组，其特征在于：所述的水箱2的入口处设置海水进水口控流泵1，在水箱2内设置光电催化氧化复合膜模组，在光电催化氧化复合膜模组的出口处通过通水管道10连接纳滤膜和反渗透膜套组15，在纳滤膜和反渗透膜套组15的出口处分别连接第一浓盐水出水口21和第一管道13的入口，在第一管道13的出口处连接隔膜去离子复合电催化模组的入口，在隔膜去离子复合电催化模组的出口处分别设有直饮出水口16和第二浓盐水出水口17，所述的光电催化氧化复合膜模组包括紫外及LED可见光光源3、金属电极基板4、玻璃基可见光光催化板5和反渗透膜板6，所述的光电催化氧化复合膜模组的顶部设置紫外及LED可见光光源3，所述的光电催化氧化复合膜模组的中间纵向均匀设置金属电极基板4，在金属电极基板4的左右两侧分别设置反渗透膜板6，在左右两侧反渗透膜板6的外侧分别纵向均匀设置玻璃基可见光光催化板5，所述的隔膜去离子复合电催化模组由金属基板的电催化板19和碳膜去离子基板20排列组成。

所述的金属电极基板4和玻璃基可见光光催化板5的顶部和底部分别设置带过孔的即插即用电极座8，在金属电极基板4的下方连接热干燥桶11，金属电极基板4和反渗透膜板6之间设置第一电极槽7，所述的玻璃基可见光光催化板5的外侧的水箱2内壁上分别设置第二电极槽12。

所述的带过孔的即插即用电极座8为含金属卡簧的带过孔的即插即用电极座。

所述通水管道10的入口处设置控水阀14。

所述的隔膜去离子复合电催化模组的金属基板的电催化板19和碳膜去离子基板20纵向间隔排列。

所述的第一浓盐水出水口21和第二浓盐水出水口17的出口处设有蒸馏MVR系统或者膜蒸馏MD系统18，所述的直饮出水口16和第二浓盐水出水口17的出口处设置出水开关9。

本实用新型使用时，海水通过海水进水口控流泵1进入水箱2中的光电催化氧化复合膜模组，在光电催化氧化复合膜模组的金属电极基板4上施加电场，带电离子沉积到金属电极基板4并发生氧化还原，使大分子离子从水中析出，在电场作用下，金属电极基板4的阴极表面则会沉积出钙、镁、硫、镍、铜、铬、锌等固体。在电场作用的同时，用光照附着在玻璃基可见光光催化板5上的催化剂膜层，膜层表面会长生大量的电子-空穴对，与水体内的氧气反应后形成高活性氧、氢氧根等，电荷通过基板的导电膜转移加速有机物的聚合、氧化还原和分解，将水体内的有机物氧化聚合或分解成无机物，如碳氢类有机物氧化生成水和二氧化碳；氯根、硫酸根离子等分解氧化为次氯酸、氯气、二氧化硫等。在电场与催化材料的共同作用下，当较大分子量的有机物或含有钙、镁等离子的团聚体较大、较重时，通过金属电极基板4下方的出口进入热干燥桶11中。

光电催化氧化复合膜模组的光电复合作用，可有效去除水中钙、镁、镍、铜、铬、锌等重金属离子，并氧化分解有机物和氯离子等，降低水的有机物、色度、浊度、氨氮、磷、氰化物等，可调节水的酸碱度（pH值）至弱酸性（pH值的范围为6-7）。由于光电复合作用去除水中的有机物，细菌养料不足，在水中无法滋生，因此可以消除水体中的异味。

流经光电催化氧化复合膜模组后的水在不添加阻垢剂、杀菌剂等化学药品的情况下通过通水管道10进入纳滤膜和反渗透膜套组15中，纳滤膜和反渗透膜套组15去除尺寸较大的Na⁺、K⁺、Cl^-大离子。纳滤膜和反渗透膜套组15由纳滤膜（NF）与反渗透膜（RO）组合而成，相比现有技术，寿命延长50%以上，制水效率可提高100%。

经纳滤膜和反渗透膜套组15处理获得的浓盐水通过第一浓盐水出水口21流出。

经纳滤膜和反渗透膜套组15处理获得的脱盐水进入隔膜去离子复合电催化模组，让脱盐水流经附有纳米碳膜的碳膜去离子基板20和金属基板的电催化板19，通过碳膜与弱电场的共同作用吸附水中的离子。利用溶液与电极界面形成的双电层，当覆膜电极短路或反接，实现离子脱附，排放盐水。为了进一步提高盐水浓度，可以在两个覆碳膜电极板之间增加离子交换膜。隔膜去离子复合电催化模组进一步的去除Li⁺、F^-、BO₃ ^3-小离子，提高淡水纯度，可达到直饮水标准（TDS<100mg/L），通过直饮出水口16流出；得到的浓盐水通过第二浓盐水出水口17流出。

第一浓盐水出水口21和第二浓盐水出水口17流出的浓盐水进入蒸馏MVR系统或者膜蒸馏MD系统18，去除水分后获得高纯盐。本实用新型得到的浓盐水进入蒸馏MVR系统或者膜蒸馏MD系统18后不会使系统堵塞，系统寿命延长150%，效率提高100%以上。

实施例1

以典型的海水（如中国南海、东南亚等）为列，原水TDS为30000mg/L。按本实用新型，若年产约1.12万吨精盐，45.62万吨直饮水，则每天消耗海水1680 m3，制备直饮水1267m3，精盐31吨。具体处理技术包括：

海水（TDS3000mg/L）先经过光电催化氧化复合膜模组，光照与电催化氧化同时作用1-15小时，去除有机物、析出重金属离子及含钙与镁离子的杂质。离子和有机物被氧化还原后的以沉淀物的方式排除，有机物被分解后以微气泡挥发。经纳滤膜和反渗透膜套组15处理，可分理出二价盐水（TDS5400mg/L）及一价盐水（TDS2700mg/L）获得脱盐水（TDS300mg/L）。脱盐水进入隔膜去离子复合电催化模组，施加1-2V的电压，去除Li⁺、F^-、BO₃ ^3-离子，获得直饮水（TDS120mg/L）。

经过纳滤膜和反渗透膜套组15获得的一价浓盐水（TDS7600mg/L），再流经光电催化氧化复合膜模组，去除残余钙、镁离子，获得的一价纯盐水。采用MVR 系统在低温60-80℃条件下，进行蒸馏浓缩，获得蒸馏水（TDS<50mg/L）和高纯度氯化钠结晶盐。

Claims

1.一种提高海水淡化及精盐制备效率的装置，包括水箱，光电催化氧化复合膜模组，隔膜去离子复合电催化模组，其特征在于：所述的水箱（2）的入口处设置海水进水口控流泵（1），在水箱（2）内设置光电催化氧化复合膜模组，在光电催化氧化复合膜模组的出口处通过通水管道（10）连接纳滤膜和反渗透膜套组（15），在纳滤膜和反渗透膜套组（15）的出口处分别连接第一浓盐水出水口（21）和第一管道（13）的入口，在第一管道（13）的出口处连接隔膜去离子复合电催化模组的入口，在隔膜去离子复合电催化模组的出口处分别设有直饮出水口（16）和第二浓盐水出水口（17），所述的光电催化氧化复合膜模组包括紫外及LED可见光光源（3）、金属电极基板（4）、玻璃基可见光光催化板（5）和反渗透膜板（6），所述的光电催化氧化复合膜模组的顶部设置紫外及LED可见光光源（3），所述的光电催化氧化复合膜模组的中间纵向均匀设置金属电极基板（4），在金属电极基板（4）的左右两侧分别设置反渗透膜板（6），在左右两侧反渗透膜板（6）的外侧分别纵向均匀设置玻璃基可见光光催化板（5），所述的隔膜去离子复合电催化模组由金属基板的电催化板（19）和碳膜去离子基板（20）排列组成。

2.根据权利要求1所述的一种提高海水淡化及精盐制备效率的装置，其特征在于：所述的金属电极基板（4）和玻璃基可见光光催化板（5）的顶部和底部分别设置带过孔的即插即用电极座（8），在金属电极基板（4）的下方连接热干燥桶（11），金属电极基板（4）和反渗透膜板（6）之间设置第一电极槽（7），所述的玻璃基可见光光催化板（5）的外侧的水箱（2）内壁上分别设置第二电极槽（12）。

3.根据权利要求2所述的一种提高海水淡化及精盐制备效率的装置，其特征在于：所述的带过孔的即插即用电极座（8）为含金属卡簧的带过孔的即插即用电极座。

4.根据权利要求1所述的一种提高海水淡化及精盐制备效率的装置，其特征在于：所述通水管道（10）的入口处设置控水阀（14）。

5.根据权利要求1所述的一种提高海水淡化及精盐制备效率的装置，其特征在于：所述的隔膜去离子复合电催化模组的金属基板的电催化板（19）和碳膜去离子基板（20）纵向间隔排列。

6.根据权利要求1所述的一种提高海水淡化及精盐制备效率的装置，其特征在于：所述的第一浓盐水出水口（21）和第二浓盐水出水口（17）的出口处设有蒸馏MVR系统或者膜蒸馏MD系统（18），所述的直饮出水口（16）和第二浓盐水出水口（17）的出口处设置出水开关（9）。