一种海水淡化方法技术

本发明专利技术属于海水淡化技术领域，涉及一种海水淡化方法，将原海水经过前处理后的过滤水，进入海水淡化系统的热排放段换热器，用于冷凝蒸汽并回收热排放段的热量，得到温度较高的换热后温海水；将温海水经过低压泵输送进入超滤装置，超滤产水经过高压泵输送进入纳滤装置，选择性去除海水中的成垢离子得纳滤软化水，经过高压泵输入反渗透装置，制得反渗透产水和反渗透浓水；反渗透浓水经回收能量后直接作为MED或MSF装置热回收段的进水；将经过MED或MSF装置淡化产水与反渗透产水混合作为饮用水；纳滤浓水经回收能量后与浓水混合后排放或综合利用；其工艺简单，能耗低，淡化效率高，效果好，装置结构简单，原理可靠，生产过程稳定，环境友好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于海水淡化
，涉及一种纳滤-反渗透-低温多效/多级闪蒸的热膜耦合海水淡化新工艺，特别是一种采用具有超低压、大通量、离子选择性高的纳滤膜元件进行海水软化处理并与反渗透和低温多效/多级闪蒸耦合的海水淡化方法。
技术介绍
淡水资源短缺问题正日益影响国民经济和社会的可持续发展，海水淡化是解决沿海地区水资源短缺问题的有效途径。目前工业上广泛应用的海水淡化方法主要分为膜法(反渗透R0)和热法(多级闪蒸MSF与低温多效MED)两类。海水淡化的水回收率是影响其成本的主要因素，传统反渗透海水淡化工程的系统回收率一般为30%-40% ;热法海水淡化 工程的系统回收率一般为15-40% ;回收率是RO系统设计中一个非常关键的参数，决定着进水处理系统(取水、预处理系统和高压泵)的尺寸和占地面积，回收率也是热法海水淡化装置设计中的关键参数之一；提高系统回收率，意味着能够降低进水系统的处理水量、降低耗电量和化学药品的用量，最终降低成本。但RO系统回收率的提高一般需要较高的操作压力，由此带来较快的膜污染和频繁的膜元件清洗与更换，热法淡化系统回收率的提高需要较高的操作温度，由此带来换热管壁的结垢和换热效率的下降。因此，研发进一步提高海水淡化系统回收率的方法，对于大幅度降低产水成本具有重要的意义。美国领先科技公司的专利W00114256(A1)提出海水先经过一种离子选择性膜的软化处理，去除掉95%以上的硬度后，再与其它未经处理的原海水、浓盐水或循环水混合，再进入MED或MSF装置，从而达到提高系统的回收率；沙特盐水转化公司的专利US2006157410(A1)和EP1614660 (Al)公开了一种热-膜耦合集成工艺，采用两段式纳滤作为预处理，有效去除海水中的无机成垢离子和30%-40%以上的总溶解性固体，纳滤产水作为反渗透装置进水，大大提高反渗透的回收率；同时，由于反渗透浓水中无机成垢离子浓度低，作为MSF/MED装置的进水可以大幅度提高后者的最高盐水温度，从而提高MSF/MED系统的回收率；然后把热法产水与一级反渗透产水按比例混合，即可达到饮用水的水质标准，并省去第二级反渗透；以上两种技术的缺点是均没有实现热法海水淡化装置排热段能量的有效利用，且选用的纳滤膜元件对海水主要二价离子和一价离子的离子选择性较小，膜两侧渗透压差较大，产水通量较小，操作压力较高；同时纳滤回收率要达到75%以上时，须采用二段式纳滤装置，从而大量增加纳滤膜的使用数量和潜在能量消耗，最终增加产水成本;MED/MSF装置的最高盐水温度和水回收率主要取决于给水溶液中CaSO4的饱和度，纳滤作为预处理的目的更直接地体现在能否有效去除海水中的SO42-和Ca2+离子。现有商品化纳滤膜种类繁多，不同纳滤膜对海水总溶解固体的去除率介于15%-90%之间，分离性能和能耗差异较大。因此，有针对性地采用一种具有超低压、低能耗、大通量、离子选择性高、疏松型的纳滤膜作为海水软化预处理工艺，可充分利用各自技术优势，最大限度地进行模块优化配置，达到降低吨水能耗，提高系统回收率，同时实现产水水质要求的目的。同时，现有MED/MSF装置均有热排放段(效)冷凝器用于冷凝最未几段(效)的蒸汽，热排放段的蒸汽温度已较低，换热温差较低，换热需要大量的原海水，并有一大部分原海水直接排放，大量的低品位热源直接排放造成大量的浪费，这部分热源的有效利用，也可大幅度降低淡化成本。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的缺点，针对现有海水淡化工艺中的产水回收率低和能耗大等问题，寻求设计一种新型的海水淡化方法，该方法充分利用热法海水淡化的大量的低品位热源，提高膜过程的通量和回收率，降低膜元件的使用量，防止反渗透膜面的无机结垢和热法淡化系统的蒸发器表面的无机结垢。为了实现上述目的，本专利技术实现海水淡化的工艺步骤包括·(I)将原海水经过前处理后的过滤水，进入MED或MSF海水淡化系统的热排放段换热器，用于冷凝蒸汽并回收热排放段的热量，得到温度较高的换热后温海水；(2)将换热后的温海水经过低压泵输送进入超滤装置，超滤产水经过高压泵输送进入纳滤装置，纳滤装置或纳滤膜组件采用超低压、低能耗、大通量、离子选择性高、疏松型的纳滤膜元件，选择性去除海水中的成垢阴离子S042-，并部分去除Ca2+和Mg2+ 二价离子，得到纳滤软化水；(3)将纳滤软化水经过高压泵输送进入反渗透装置，分别制得反渗透产水和反渗透浓水；(4 )将反渗透浓水经过能量回收装置回收能量后，直接作为MED或MSF装置热回收段的进水；或与温海水混合后作为MED或MSF装置热回收段的进水，多余的温海水排放；(5)将经过MED或MSF装置淡化的产水与反渗透产水混合，作为饮用水，或将MED或MSF淡化产水与反渗透产水分别作为高品质工业用水；(6)将纳滤浓水经过能量回收装置回收能量后与MED或MSF的浓水混合后排放，或将MED或MSF的浓水继续浓缩制盐和综合利用。本专利技术所述的原海水前处理采用pH调节、混凝、自清洗过滤的工艺，经过混凝，将原海水中部分悬浮固体和部分胶体物质、藻类、高分子量有机物通过混凝形成絮凝体沉淀物；采用精度< 100 μ m的叠片式自清洗过滤器，去除原水中粒径大于50 μ m的悬浮颗粒物、絮凝体和藻类后得过滤水。本专利技术所述的超滤装置采用亲水性好、耐污染、截留分子量较小的中空纤维或陶瓷超滤膜组件，超滤膜的截留分子量范围为1-10万道尔顿，超滤膜的操作压力为O. 03-0. 25MPa，采用错流过滤方式减少膜面污染，去除过滤水中的微量悬浮物质、大分子有机物、藻类和细菌，得到超滤产水的SDI小于3. 0，浊度小于O. INTU0本专利技术所述的纳滤膜元件具的操作压力为0.8-3. OMPa，产水吨水能耗值(O. 5Kffh · m_3，纳滤膜元件产水通量为30-80L · m_2 · h—1，由多个纳滤膜元件构成的纳滤膜组件的产水回收率> 70%ο本专利技术所述的纳滤装置采用一段式纳滤操作，根据产水规模采用多个压力容器并联，每个压力容器由1-4支纳滤膜元件串联组成。本专利技术所述的纳滤膜元件对海水中二价离子和一价离子的离子选择性为5-20，对SO42-离子截留率彡95%，对CO32-离子截留率彡60%,对Ca2+离子截留率彡40%,对海水总硬度的截留率> 50%，纳滤膜元件对海水的脱盐率小于30% ;纳滤软化过程降低反渗透进水硬度和总溶解固体含盐量，防止反渗透膜结垢与污染，提高膜法海水淡化回收率和降低成本，并能够保证后续的反渗透浓水即热法装置的进水中CaSO4的饱和度〈1，为提高MED/MSF装置的最高盐水温度和热法海水淡化装置回收率提供技术保障。本专利技术所述的经过回收能量后的反渗透浓水作为补充水与温海水的混合重量比例为 O. I :1 10 :1。本专利技术所述的超滤装置和纳滤装置的操作温度能够适应海水的温度随季节的变化和随冷却水温的变化，其操作温度为2-50°C。本专利技术与现有技术相比，其原海水进入MED或MSF海水淡化系统的热排放段换热器冷凝蒸汽并回收热排放段的热量，实现热量的有效利用，回收热排放段热量的冷却海水的温度达15°C以上，确保膜装置保持较高的通量；采用加酸+加絮凝剂+自清洗过滤器的前处理工艺，产水水质稳定，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种海水淡化方法，其特征在于实现海水淡化的工艺步骤包括：（1）将原海水经过前处理后的过滤水，进入MED或MSF海水淡化系统的热排放段换热器，用于冷凝蒸汽并回收热排放段的热量，得到温度较高的换热后温海水；（2）将换热后的温海水经过低压泵输送进入超滤装置，超滤产水经过高压泵输送进入纳滤装置，纳滤装置或纳滤膜组件采用疏松型的纳滤膜元件，选择性去除海水中的成垢阴离子SO42？，并部分去除Ca2+和Mg2+二价离子，得到纳滤软化水；（3）将纳滤软化水经过高压泵输送进入反渗透装置，分别制得反渗透产水和反渗透浓水；（4）将反渗透浓水经过能量回收装置回收能量后，直接作为MED或MSF装置热回收段的进水；或与温海水混合后作为MED或MSF装置热回收段的进水，多余的温海水排放；（5）将经过MED或MSF装置淡化的产水与反渗透产水混合，作为饮用水，或将MED或MSF淡化产水与反渗透产水分别作为高品质工业用水；（6）将纳滤浓水经过能量回收装置回收能量后与MED或MSF的浓水混合后排放，或将MED或MSF的浓水继续浓缩制盐和综合利用。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高学理，宋跃飞，苏保卫，高从堦，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：