一种正渗透--多效蒸馏耦合的海水淡化系统和方法技术方案

本发明专利技术提供一种正渗透‑‑多效蒸馏耦合的海水淡化系统和方法，包括低温多效海水淡化单元、正渗透单元和高温多效汲取液回收单元，低温多效海水淡化单元包含多效蒸发室、换热器、冷凝器、预热器，低温多效海水淡化单元对预处理后的海水进行淡化处理，得到淡水以及浓海水；正渗透单元用于低温多效海水淡化单元浓海水的二次提浓；高温多效汲取液回收单元用于正渗透汲取液的回收与淡水的产生。本发明专利技术可实现工业余热分级利用，同时还可以实现海水淡化淡水回收率的提高与低温多效浓海水的深度浓缩。

A Positive Osmosis-Multi-effect Distillation Coupled Seawater Desalination System

The invention provides a seawater desalination system coupled with positive osmosis and multi-effect distillation, including low temperature multi-effect desalination unit, positive osmosis unit and high temperature multi-effect extract recovery unit, low temperature multi-effect desalination unit includes multi-effect evaporation chamber, heat exchanger, condenser and preheater, and low temperature multi-effect desalination unit desalinates pretreated seawater. To fresh water and concentrated seawater; positive osmosis unit is used for secondary enrichment of concentrated seawater in low temperature multi-effect desalination unit; high temperature multi-effect extract recovery unit is used for recovery of positive osmosis extract liquid and generation of fresh water. The invention can realize the classification utilization of industrial waste heat, and can also realize the improvement of freshwater recovery rate of seawater desalination and the deep concentration of low-temperature multi-effect concentrated seawater.

【技术实现步骤摘要】
一种正渗透--多效蒸馏耦合的海水淡化系统和方法
本专利技术属于海水淡化和浓海水资源化利用领域，涉及一种正渗透--多效蒸馏耦合的海水淡化系统，具体地说，涉及一种正渗透--多效蒸馏耦合的海水淡化工艺，包括低温多效海水淡化单元、正渗透单元和高温多效汲取液回收单元。所述的正渗透单元用于低温多效海水淡化单元浓海水的二次提浓，所述的高温多效汲取液回收单元用于正渗透汲取液的回收与淡水的产生。本专利技术可实现工业余热分级利用，同时还可以实现海水淡化淡水回收率的提高与低温多效浓海水的深度浓缩。
技术介绍
海水淡化是应对全球水资源危机、解决水资源短缺的有效途径之一。目前，主流的海水淡化技术主要可分为热法和膜法。其中膜法是以反渗透为主，热法则以多效蒸馏和多级闪蒸为主。反渗透法具有设备简单、建设周期短、操作方便、能耗低、适应性强等优点，但反渗透对于进料的要求比热法高得多，反渗透进料需保证浊度小于0.3～0.5NTU，SDI小于5，否则极易发生膜污染，导致通量迅速下降，无法长期运行。因此对于水质情况复杂的水域，可采用热法海水淡化技术。热法中，多效蒸馏与多级闪蒸相比具有操作温度低、结垢倾向低、能耗低的优点。因此，对于有大量余热的情况，多效蒸馏更具有竞争力。近年来，海水淡化产业近年来呈急剧增长的趋势，海水淡化过程中产生的浓海水处理问题已成为限制海水淡化发展的重要因素。多效蒸馏产生的浓海水中含有诸多的化学物质，如阻垢剂、消毒剂、pH值调节剂等，同时浓海水温度、盐度均高于海水，大量直排入海势必会破坏海洋生态环境。浓海水中富含钠、镁、钾、钙、溴等元素，且浓度远高于海水，若采用分盐技术对浓海水进行资源化利用，则可以降低海水淡化成本，为推动大规模海水淡化技术的绿色可持续发展提供技术支撑。正渗透因其能耗低、结垢倾向低、操作温度范围广的特点，正受到越来越多的关注。采用正渗透处理多效蒸馏浓海水，对浓海水进行二次提浓，不仅可以提高淡水回收率，还可以大大降低分盐流程中的结晶器体积。
技术实现思路
本专利技术提供了一种多效蒸馏与正渗透耦合的海水淡化系统，能进一步提高淡水回收率，提高浓海水盐度，降低吨水能耗。本专利技术的技术方案如下：一种正渗透--多效蒸馏耦合的海水淡化系统，包括低温多效海水淡化单元、正渗透单元和高温多效汲取液回收单元，其特征在于：所述的低温多效海水淡化单元包含多效蒸发室、换热器、冷凝器、预热器，所述的低温多效海水淡化单元对预处理后的海水进行淡化处理，得到淡水以及浓海水；所述的正渗透单元包含正渗透膜组件，所述的正渗透单元用于低温多效海水淡化单元浓海水的二次提浓；所述的高温多效汲取液回收单元包括多效蒸发器、换热器、冷凝器、预热器，所述的高温多效汲取液回收单元用于正渗透汲取液的回收与淡水的产生。进一步，所述的正渗透膜组件进口通过管束分别连接低温多效海水淡化单元出口和高温多效汲取液回收单元出口，所述的正渗透膜组件出口通过管束分别连接钙、镁结晶单元和高温多效汲取液回收单元入口。本专利技术还提供一种所述一种正渗透--多效蒸馏耦合的海水淡化系统的海水淡化方法，包括如下步骤：所述的低温多效海水淡化单元对预处理后的海水进行淡化处理，预处理后的海水经各级预热器预热升温至蒸发温度，各效产生的浓盐水流入下一效，产生的蒸汽作为下一效的热源，产生的蒸馏水收集后排出系统，系统顶温不高于70℃，末效温度在35～45℃之间，具体值与效间温差、效数有关；低温多效海水淡化单元排放的浓海水进入正渗透单元进行深度浓缩，产生的淡水作为产品水收集；来自正渗透单元的稀释的汲取液首先进入高温多效的首效蒸发器，以加热蒸汽作为热源，冷凝后的蒸汽经闪蒸后，作为低温多效的热源，蒸发器中产生的浓盐水经浓盐水输送管流入下一效。每一效中产生的蒸汽都在下一效中冷凝作为下一效的热源，冷凝水即作为产品淡水收集；末效产生的浓盐水即为浓缩的汲取液循环至正渗透单元。进一步，正渗透单元的温度范围为5～50℃。进一步，汲取液为无机盐溶液，溶液离子不会发生结垢反应。更进一步，汲取液采用NH4HCO3、NH4Cl、(NH4)2SO4、NaCl、Na2SO4、KCl、K2SO4、MgCl2、MgSO4中的一种盐溶液或几种盐的混合溶液。根据本专利技术所述的一种正渗透--多效蒸馏耦合的海水淡化方法，正渗透产生的浓水可用于钙、镁资源化利用。根据本专利技术所述的一种正渗透--多效蒸馏耦合的海水淡化方法，当正渗透汲取液中从浓海水侧渗透过的结垢离子浓度达到设定值，采用化学沉淀、离子交换树脂、膜分离中的一种或几种技术进行处理，或定期排放。根据本专利技术所述的一种正渗透--多效蒸馏耦合的海水淡化方法，所述的高温多效汲取液回收单元的顶温可高于70℃。本专利技术提供的一种正渗透--多效蒸馏耦合的海水淡化系统，包括低温多效海水淡化单元、正渗透单元和高温多效汲取液回收单元。所述的低温多效海水淡化单元对预处理后的海水进行淡化处理，得到淡水以及浓海水。所述的低温多效海水淡化单元包含多效蒸发室、换热器、冷凝器、预热器。系统顶温不高于70℃。低温多效海水淡化单元产生的浓海水连接至正渗透单元进行深度浓缩，产生的淡水作为产品水收集。所述的正渗透单元具有正渗透膜组件，用于对低温多效海水淡化单元产生的浓海水进行二次提浓。所述的正渗透膜组件进口通过管束分别连接低温多效海水淡化单元出口和高温多效汲取液回收单元出口，所述的正渗透膜组件出口通过管束分别连接钙、镁结晶单元和高温多效汲取液回收单元入口。所述的正渗透汲取液采用不含结垢离子的无机盐溶液。正渗透温度范围为20～50℃时，正渗透系统水通量与温度呈正比关系，且溶质正向截留率始终高于97％。因此适当提高正渗透温度有利于降低吨水能耗。高温多效汲取液回收单元是恢复正渗透单元驱动力、同时实现淡水回收的重要环节。所述的高温多效汲取液回收单元包括首效蒸发器、若干中间效蒸发器、末效蒸发器、换热器、冷凝器(见图2)。来自正渗透单元的稀释的汲取液首先进入高温多效的首效蒸发器，以加热蒸汽作为热源，冷凝后的蒸汽经闪蒸后，作为低温多效的热源，蒸发器中产生的浓盐水经浓盐水输送管流入下一效。每一效中产生的蒸汽都在下一效中冷凝作为下一效的热源，冷凝水即作为产品淡水收集。末效产生的浓盐水即为浓缩的汲取液循环至正渗透单元。所述的高温多效汲取液回收单元的顶温可高于70℃，高温多效加热蒸汽加热料液后的冷凝水经闪蒸后作为低温多效海水淡化单元的热源，实现工业余热的分级利用。为防止循环的汲取液所含的结垢离子浓度达到设定值，采用化学沉淀、离子交换树脂、膜分离中的一种或几种技术进行处理，或定期排放。本专利技术的创新之处在于：(1)低温多效蒸发是目前比较成熟的热法海水淡化方法之一，所生成的浓海水采用的是外排入海，但是由于浓海水中含有阻垢剂等药剂、高温等问题会对海洋生态环境造成影响。而本专利技术的创新点之一是采用正渗透处理低温多效浓水，可以实现低温多效浓水的二次提浓，从而提高整体的淡水回收率，减少浓海水的体积，从而实现与浓海水分盐技术的对接。目前未发现有相关的文献是直接采用正渗透处理低温多效浓海水的。(2)本专利技术另一创新点在于采用多效蒸发回收正渗透汲取液，由于正渗透的高效截留作用，汲取液中结垢离子浓度极低，因此多效蒸发系统可突破70℃顶温的限制，与传统的多效蒸发相比，热效率更高，传热面积更小。此外，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种正渗透‑‑多效蒸馏耦合的海水淡化系统，包括低温多效海水淡化单元、正渗透单元和高温多效汲取液回收单元，其特征在于：所述的低温多效海水淡化单元包含多效蒸发室、换热器、冷凝器、预热器，所述的低温多效海水淡化单元对预处理后的海水进行淡化处理，得到淡水以及浓海水；所述的正渗透单元包含正渗透膜组件，所述的正渗透单元用于低温多效海水淡化单元浓海水的二次提浓；所述的高温多效汲取液回收单元包括多效蒸发器、换热器、冷凝器、预热器，所述的高温多效汲取液回收单元用于正渗透汲取液的回收与淡水的产生。

【技术特征摘要】
1.一种正渗透--多效蒸馏耦合的海水淡化系统，包括低温多效海水淡化单元、正渗透单元和高温多效汲取液回收单元，其特征在于：所述的低温多效海水淡化单元包含多效蒸发室、换热器、冷凝器、预热器，所述的低温多效海水淡化单元对预处理后的海水进行淡化处理，得到淡水以及浓海水；所述的正渗透单元包含正渗透膜组件，所述的正渗透单元用于低温多效海水淡化单元浓海水的二次提浓；所述的高温多效汲取液回收单元包括多效蒸发器、换热器、冷凝器、预热器，所述的高温多效汲取液回收单元用于正渗透汲取液的回收与淡水的产生。2.根据权利要求1所述一种正渗透--多效蒸馏耦合的海水淡化系统，其特征在于：所述的正渗透膜组件进口通过管束分别连接低温多效海水淡化单元出口和高温多效汲取液回收单元出口，所述的正渗透膜组件出口通过管束分别连接钙、镁结晶单元和高温多效汲取液回收单元入口。3.一种权利要求1或2所述一种正渗透--多效蒸馏耦合的海水淡化系统的海水淡化方法，其特征在于：所述的低温多效海水淡化单元对预处理后的海水进行淡化处理，预处理后的海水经各级预热器预热升温至蒸发温度，各效产生的浓盐水流入下一效，产生的蒸汽作为下一效的热源，产生的蒸馏水收集后排出系统，系统顶温不高于70℃，末效温度在35～45℃之间，具体值与效间温差、效数有关；低温多效海水淡化单元排放的浓海水进入正渗透单元进行深度浓缩，产生的淡水作为产品水收集；来自正渗透单元的稀释...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙玉柱，杨烨，宋兴福，于建国，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：上海,31