WO2012027901A1

WO2012027901A1 - 节能减排海水综合利用方法

Info

Publication number: WO2012027901A1
Application number: PCT/CN2010/076591
Authority: WO
Inventors: 葛文宇
Original assignee: Ge Wenyu
Priority date: 2010-09-03
Filing date: 2010-09-03
Publication date: 2012-03-08

Description

节能减排海水综合利用方法

技术领域：

本发明涉及一种海水利用方法，尤其是一种操作简单、节省能源、成本低廉、附加值高，对海洋生态环境无污染的节能减排海水综合利用方法。

背景技术：

海洋面积约为地球总面积的71%，海水则占地球总水量的97%。由于海水资源丰富，除含有水分子外，还含有海藻（微藻、超微藻）等海洋生物以及氯、钠、镁、硫、钙、钾、溴、碳、锶、硼、硅、氟、铀、金、锂等元素以及石膏、氯化钠等元素化合物，为此目前以海水为原料加工的产业较多，归纳起来基本上有如下三种：

1．提取淡水

用电渗析法（ED）、连续电去离子法（ED1）、电容吸附法（CDI）、离子交换法、压力渗透膜法、多级闪蒸法（MSF）、低温多效蒸馏法（MED）、压气蒸馏（VC）、溶剂萃取法及太阳能法等将海水中的淡水提取出来。

2．提取药品及食品

海藻中含有能促进植物生长发育的植物细胞激动素（cytoknins）；含有做为食品工业原料的海藻多糖、藻胶、琼胶、卡拉胶；含有作为牙科印模和印染、造纸行业不可缺少的海藻酸钠；含有很高医药价值的藻胆蛋白、海藻类胡萝卜素、不饱和脂肪酸（AA、LNA、EPA、DHA）和具有较强生理活性的长链高度不饱和脂肪酸（polyunsaturated fatty acids，PUFA）。人们以海藻为原料，选择破碎率比较高的超细粉碎加工技术和提纯性能好的加工手段和方法，分别从不同藻类的细胞组织中分解出各种海洋生物食用制品和工业原料、提纯出各种珍贵的海洋生物医药原料。

3．提取元素产品

从海水中提取氯、钠、镁、硫、钙、钾、溴、碳、锶、硼、硅、氟、碘、铀、氘、氚、金及锂等元素产品，如碱厂从海水中提取加工出碱、氯酸钾厂从海水中提取加工出氯酸钾、溴素厂从海水中提取加工出溴素等

以上所述海水利用产业所存在的最大的共性问题就是各取所需，剩余的缺少元素成分的“残余变质海水”无法进入原工艺流程中加以循环使用，只能排放回大海中，破坏了海洋自然生态环境，造成海水污染。长期下去大陆架边缘的近海区域内海水将会日渐恶化，使海洋生物无法适应而死亡或变异，近海的水产养殖业和近海扑捞业也将会急骤退化。另外，各取所需生产的单一产品成本过高，如生产一吨淡水的成本平均在1美元以上。

发明内容：

本发明是为了解决现有技术所存在的上述技术问题，一种操作简单、节省能源、成本低廉、附加值高，对海洋生态环境无污染的节能减排海水综合利用方法。

本发明的技术解决方案是：一种节能减排海水综合利用方法，其特征在于按如下步骤循环进行：

a. 泵吸海水经多级组合网滤、螯合絮凝、沉淀除浊、微滤、超滤及纳滤，滤过物为净化海水，贮存于净化海水池中，微滤、超滤及纳滤的滤出物待用；

b. 提取微滤滤出物中的微藻，并对微藻深加工，制取药品及食品A，剩余物为饲料A；

c. 提取超滤滤出物中的超微藻，并对超微藻深加工，制取药品及食品B，剩余物为饲料B；

d. 对所述a步骤制取的净化海水做第一次浓缩，得浓盐水及淡盐水；

e. 将所得浓盐水与纳滤的滤出物混合后提取元素产品及元素化合物，得元素产品、元素化合物及洁净淡水；

f. 对所得淡盐水进行淡化，得洁净淡水及含盐浓度与净化海水一致的复原海水；

g. 将复原海水贮存于a步骤所述净化海水池中。

所述e步骤的浓盐水与纳滤的滤出物混合后经过第二次浓缩得到洁净饱和盐水后提取元素产品或元素化合物。

对所述f步骤所得的复原海水的余压做回收。

所述净化水池中的海水温度不低于25℃；对所述f步骤所得的洁净淡水的余热做回收。

所述第一次浓缩为电渗析法或连续电去离子法或电容吸附法。

所述e步骤是提取氯、钠、镁、硫、钙、钾、溴、碳、锶、硼、硅、氟、碘、铀、氘、氚、金或锂元素产品。

所述f步骤的淡盐水进行淡化是用反渗透法、低温多效蒸馏法、多级闪蒸法、压气蒸馏法、水合物法、冷冻法或太阳能法。

所述余压回收是采用水力涡轮增压器、压力交换器或射流发电机组回收。

所述热能回收是采用水源热泵回收。

所述第一次浓缩产生总体积10%的浓盐水和产生总体积90%含盐浓度为15~20波美度的淡盐水；所述f步骤的淡盐水进行淡化是产生淡盐水体积50%的洁净淡水。

本发明与现有技术的最大不同是对海水加以综合利用，可以在无任何添加的条件下使剩余海水的含盐浓度（波美度）与原海水的含盐浓度一致（复原海水），进而进入新一轮的循环提取加工流程中，实现对原料海水反复循环提取加工，真正做到零排放。本发明可产生药品、食品、饲料、洁净淡水以及氯、钠、镁、硫、钙、钾、溴、碳、锶、硼、硅、氟、碘、氘、氚、铀、金、锂等元素产品以及元素化合物，提高了海水的利用率，降低了产品成本（如洁净淡水生产成本不超过0.6元人民币／吨），并且能为人类提供廉价而又永不枯竭的洁净淡水资源。本发明还可进行余压和余热回收，可节省大量能源；同时本发明还具有操作简单等优点。

附图说明：

图1为本发明实施例的工艺流程图。

具体实施方式：

下面结合图1说明本发明的具体实施方式。

实施例1：

多级组合网滤是对海水净化处理第一个环节，用泵将从大海中提取上来的海水先经过二个网滤坝，网孔径分别是1mm和0.5mm，网滤坝厚2000mm，两侧是网架和网，网中间填加的是大于网孔径的石英砂颗粒，相继是孔径分别为0.2mm、0.1mm、 0.05mm的三道网过滤屏，海水经过孔径由大到小的网滤，能将原海水中的一些大于上述孔径大小的海洋生物、砂粒、悬浮物都清理干净（仍存在于大海中）。

螯合絮凝的加工设备是个不仃转动的搅拌罐体，罐体构造与建筑上用的混凝土搅拌机相似，自动向罐内投放絮凝剂和螯合剂，罐体内海水则不仃的翻动，能将海水中的各种有机或无机的胶黏性物质等絮凝聚合成大颗粒，当被搅拌的海水排出罐体时要经过一个0.04mm孔径的网槽过滤，那些被絮凝螯合成颗粒状的物质全部被截留排除，用作建筑材料。

沉淀除浊是在分割成三个池区的池内进行，前边是个小的入水池，中间的大池子是静淀池，后边的池子是清水池，三个池子中间的隔墙高要接近水面但又刚好能溢水，本工序能将海水中所有的肉眼可见的浊物都沉淀清除出去，用做建筑材料。

微滤是将微滤膜的孔通径分成20μm、10μm、5μm、1μm、0.2μm的5个级别档，孔径由大到小排列组合连续过滤海水，实践证明这样分级多档组合法的最大好处是膜污染程度大大減轻。多级组合微滤膜能将海水中95%的微型藻等微小海洋生物截留分离出来，收集后储存待用。

超滤是将超滤膜的孔通径分成100nm、50nm、20nm、10nm的4个级别档，孔径由大到小的排列组合，可以将一些超细小的海洋生物截留下来收集储存待用；

纳滤是将纳滤膜的孔径分成5nm、2nm、1nm的3个级别档，加以排列组合，可以使海水彻底软化，能将分子量在250以上的多价离子物质全部截留分离出去（待用），使海水中生化需氧量COD、固溶物含量TDS、浊度NTU都能达到电渗析或反渗透设备的进水的水质标准要求，经多级组合纳滤后的海水成为净化海水，输送到净化海水池中做为生产原料储存。

b~c步骤的深加工是对微型或超微型藻类海洋生物进行深加工，同现有技术一样，选择破碎率比较高的超细粉碎加工技术和提纯性能好的加工手段和方法分别从不同藻类的细胞组织中分解出各种“海藻多糖”、“藻胶”等海洋生物食用制品和“海藻酸钠”等工业原料；提纯出各种珍贵的海洋生物医药原料，如可用于农业的“植物激素”、“植物生长素”；用于医疗药用的“藻胆蛋白”、“藻类胡萝卜素”、“不饱和脂肪酸”（AA、LNA、EPA、DHA），尤其是微型藻中所含有的生理活性很强的“长链高度不饱和脂肪酸”（PUFA）；剩余下来的生物废料可制做成家禽家畜饲料。

d. 对所述a步骤制取的净化海水第一次浓缩，得浓盐水及淡盐水；

第一次浓缩加工可用现有技术方法，但最好是用电渗析（ED）或连续电去离子（EDI）或电容吸附法（CDI）等方法浓缩出浓盐水和淡盐水，应注意的是要控制好淡盐水的体积及浓度，确保经过下一步淡化工艺，除去所产生的洁净淡水后的盐水波美度与净化海水一致（复原海水），以实现循环使用。如所抽取海水的含盐浓度为30~40波美度，第一次浓缩就产生输入量总体积10%的浓盐水，产生输入量总体积90%含盐浓度为15~20波美度的淡盐水。

即所得浓盐水中提取氯（Cl）、钠（Na）、镁（Mg）、硫（S）、钙（Ca）、钾（K）、溴（Br）、碳（C）、锶（Sr）、硼（B）、硅（Si）、氟（F）、碘（I）、铀（U）、金（Au）、锂（Li）、重水等海水元素物质以及石膏、食盐等元素化合物，并可用所提取的元素产品优化组合加工出各种化合物如：氯化钠（NaCl）、氯化钾（KCl）、氯化镁（MgCl）、碳酸镁(MgCO3)、碳酸钠（Na2CO3）、碳酸钙（CaCO3）、硫酸镁（MgSO4）、硫酸钾（K2SO4）、硫酸钠（Na2SO4）、硫酸钙（CaSO4）、硫酸锶（SrSO4）、硼酸（H3BO3）、氢氧化镁[Mg（OH）2] 、烧碱（NaOH）等无机盐化工产品。

f. 对所得淡盐水进行淡化，得洁净淡水及复原海水；

即用反渗透法、低温多效蒸馏法、多级闪蒸法、压气蒸馏法、水合物法或太阳能法对第一次浓缩所分离出来的淡盐水进行淡化加工，可将所得淡水输送到洁净淡水储存池中；而另外被截留下来的盐水的含盐浓度就提高了，变成与原海水含盐量相同的可供循环使用的复原海水。

如对含盐浓度为15~20波美度的淡盐水进行淡化，使产生的洁净淡水为淡盐水体积的50%，则剩余水中的波美度就提高到30~40，即复原海水。

g. 将复原海水贮存于净化海水池中。

这部分复原海水与净化的新海水一起参与新一轮的生产流程中，使所有的海水都可以反复循环使用，一点一滴也不外排，真正实现零排放。而且这部分45%复原海水被循环使用，就是节省了的新海水净化工序费用的45%。

实施例2：

基本处理方法同实施例1，只是在第一次浓缩后，对所产生的浓盐水与纳滤滤出物的混合物再进行第二次浓缩，方法可以是低温多效蒸馏法、多级闪蒸法、压气蒸馏法、水合物法、冷冻法、膜压渗析法或太阳能法。第二次浓缩将盐水含盐浓度提高到26±2波美度成为洁净饱和盐水，浓缩过程中可分离出洁净淡水。可洁净淡水输送到洁净淡水储存池中或加工成医用生理盐水。用所得的洁净饱和盐水提取元素产品及元素化合物。

实施例3：

基本处理方法同实施例1或实施例2，由于本发明实施例生产工艺流程中的水多处是由压力输送的，凡是在出口仍有余压（超过0.2MPa）的都可进行压力能源回收，以节省能耗降低成本。最好是对所得复原海水的余压进行回收，余压回收是采用水力涡轮增压器、压力交换器或射流发电机组回收。

实施例4：

基本处理方法同实施例1或实施例2或实施例3，海水净化池中的海水温度最好至少为25℃，当处于冬季时，可采用太阳能等对净化海水加热。此时可利用水源热泵对淡化淡盐水之后所得的洁净淡水的余热进行回收，回收的余热可用来给净化海水池加温或供其它用途。

实施例1~4所用电能，均可采用太阳能、潮汐能、水流能以及风能发电。

Claims

1．一种节能减排海水综合利用方法，其特征在于按如下步骤循环进行：

g. 将复原海水贮存于a步骤所述净化海水池中。

2．根据权利要求1所述的节能减排海水综合利用方法，其特征在于：所述e步骤的浓盐水与纳滤的滤出物混合后经过第二次浓缩得到洁净饱和盐水后提取元素产品或元素化合物。

3．根据权利要求1或2所述的节能减排海水综合利用方法，其特征在于：对所述f步骤所得的复原海水的余压做回收。

4．根据权利要求1或2所述的节能减排海水综合利用方法，其特征在于：所述净化海水池中的海水温度至少为25℃；对所述f步骤所得的洁净淡水的余热做回收。

5．根据权利要求1或2所述的节能减排海水综合利用方法，其特征在于：所述第一次浓缩为电渗析法或连续电去离子法或电容吸附法。

6．根据权利要求1或2所述的节能减排海水综合利用方法，其特征在于：所述e步骤是提取氯、钠、镁、硫、钙、钾、溴、碳、锶、硼、硅、氟、碘、铀、氘、氚、金或锂元素产品。

7．根据权利要求1所述的节能减排海水综合利用方法，其特征在于：所述f步骤的淡盐水进行淡化是用反渗透法、低温多效蒸馏法、多级闪蒸法、压气蒸馏法、水合物法、冷冻法或太阳能法。

8．根据权利要求3所述的节能减排海水综合利用方法，其特征在于：所述余压回收是采用水力涡轮增压器、压力交换器或射流发电机组回收。

9．根据权利要求4所述的节能减排海水综合利用方法，其特征在于：所述热能回收是采用水源热泵回收。

10．根据权利要求1或2所述节能减排海水综合利用方法，其特征在于：所述第一次浓缩产生总体积10%的浓盐水和产生总体积90%含盐浓度为15~20波美度的淡盐水；所述f步骤的淡盐水进行淡化是产生淡盐水体积50%的洁净淡水。