专利名称：液流式电容法海水淡化的预处理方法
技术领域：
本发明涉及一种用于液流式电容法海水淡化的预处理方法，属于海水淡化处理领域。
背景技术：
当今淡水资源短缺已成为世界性的问题，目前，世界有5亿人饮不上洁净水，到2025年这个数字将会暴增5倍，达到28亿，约占届时预计全球人口80亿的35％。缺水问题解决办法有继续找水、远程调水、废水回收和制定节约用水等。然而要利用现代技术大规模开辟新的水源，海水淡化已成为一种有效的途径。事实上这已经成为全世界的必然趋势。由于水资源危机的日益突出，大多数国家都直接、间接地卷入了海水淡化技术地发展潮流。
海水淡化，又称海水脱盐，它是通过装置和设备除去海水中的盐分，并使之淡化的工艺过程。现有海水淡化方法主要有蒸馏法(多级闪蒸MSF、多级蒸发MED和压气蒸馏VC)和膜法(反渗透SWRO和电渗析ED)，以及专利US5538611、US6413409、US5547581等提到的FTC(flow-through capacitor)海水淡化法(该方法我们在国内已申请专利)。目前海水淡化装置正在向提高单机生产能力方向发展，降低海水淡化的能耗一直是海水淡化技术的发展目标。而FTC海水淡化具有低能耗，低成本、高脱盐率、使用寿命长的优点，因此应用前景十分看好。
海水是一个复杂的稀溶液体系，它含盐量高，硬度大，pH在8.2条件下，海水中钙镁离子所形成的碳酸盐、碳酸氢盐、硫酸盐、氯化物等使海水具有很高的硬度，在海水淡化工艺流程中易形成水垢。同时海水的浊度变动大，悬浮粒径不等的有机和无机微粒，还有大小不等的微生物。容易堵塞管路和污染膜元件；并且海水中溶解了足够海生物生存的氧，在海水淡化过程中，溶解氧的存在使淡化装置金属材料易腐蚀和产生氧化物污垢。因而海水淡化成功与否首先取决于前处理的合理性。
目前，在蒸馏法、膜法等海水淡化过程中，一般采用加氯或次氯酸钠杀菌，FeCl3絮凝沉淀，加酸调节pH和多介质过滤等一系列预处理组合工艺，以除去悬浮固体、胶体粒子、细菌和大分子悬浮物，但存在处理后海水水质不稳定，很难达到反渗透膜的进水要求。虽然常规处理对许多反渗透海水淡化工厂也已顺利运行多年，但是常规预处理在设计、运行、维护方面都有很高的要求，否则会发生膜的污染。蒸馏法则是结垢腐蚀严重，已成为限制其应用的重要因素之一。对于FTC(液流式电容法)海水淡化，现在还没关于它的预处理的报道，但是结合FTC进水指标，现有预处理方法是不能满足它进水要求，因此，有必要采用新的技术来解决这一问题。
国内外对于海水淡化预处理也做了很多研究，专利美国专利US20030130088A1采用吸附作为预处理；美国专利US20030121856A1采用二级过滤预处理；美国专利US20020189987A1采用过滤作为预处理；中国专利CN1378978A船用人力海水淡化方法及装置，采用粗滤网、微孔过滤及加药作为反渗透的预处理；中国专利CN1328867A反渗透海水淡化微滤膜预处理方法，采用加絮凝阻垢剂、微滤作为前处理；中国专利CN1155518A海水淡化设备，采用活性炭过滤器，中空纤维过滤器；中国专利CN2583096Y海水淡化处理器，采用加药、活性炭吸附、精密过滤作为前处理；中国专利CN2583087Y反渗透膜海水淡化装置，采用精滤、保安过滤、超滤作为前处理；中国专利CN2346787Y船用海水淡化器，采用精滤、微滤作为预处理。中国专利CN1241535A膜处理式海水淡化的制备方法，采用预过滤器、超过滤作为前处理。但是，采用现有的海水淡化预处理方法为FTC(液流式电容法)提供进水，还存在以下不足(1)操作复杂，如果保护不当、容易造成生物污染。(2)不能解决海水高硬度和高盐度问题，造成FTC海水淡化能耗大，结垢现象严重、冲洗频率高、产水率低，淡化成本难以降低。(3)需要加药杀菌防垢，造成了设备复杂，投资高。因此，根据FTC进水指标，现有的预处理方法都达不到FTC海水淡化进水要求。
发明内容
本发明的目的在于针对现有常规海水淡化预处理方法技术上的不足和缺陷，为液流式电容法(FTC)提供一种以多种膜分离过程和其他处理工艺相结合的预处理方法。
本发明的一个目的是通过本方法的各程序步骤，能有效去除海水中的固体微粒、胶体粒子、细菌、病毒和绝大部分镁离子，并降低液流式电容法进水的总溶解性固体量(TDS)。
本发明的上述目的是通过如下的技术方案来实现的。
一种用于液流式电容法海水淡化的预处理方法，其特征在于它具有多个预处理程序，其具体的工艺步骤为海水经多介质过滤器单元—炭过滤单元—精滤单元—超滤单元—纳滤膜单元—符合海水淡化器要求的供水；多介质过滤单元采用石英砂作为滤料；炭过滤单元选用具有较高机械强度的果壳型颗粒活性炭；把海水中泥浆与淤泥、有机胶体、海藻、细菌、岩石、红藻、二氧化硅、铁蚀产物、铁的沉淀物、锰的沉淀物、硬度的沉淀物、氢氧化铝絮凝物等过滤掉，再进入活性炭过滤器，精滤单元，采用滤芯为内径小于5μm的中空聚砜纤维；超滤单元采用的超滤膜是截留分子量为2-5万道尔顿的有机高分子材料超滤膜或无机陶瓷超滤膜；纳滤膜单元采用复合纳滤膜，最后处理好的海水供海水淡化器使用。
上述的经过超滤单元处理后的出水，需经过增压泵增压后直接采用纳滤膜单元；所述的纳滤膜单元采用多个由双纳滤膜组成的纳滤膜组件；所述的纳滤膜单元采用1-5级的上述纳滤膜组件，最佳组合在2～3级。
上述的经过超滤单元处理后的出水，需经过增压泵增压，所采用的操作压力为0.1～1.50MPa，操作温度在0～30℃，上述的多介质滤器过滤单元的主要作用是去处悬浮固体，通常最先采用多介质过滤器去除水中的杂质。阻止任何介质从前面的设备向后面转移，减轻对后面处理设备的污染程度。
上述的炭过滤单元的主要作用是去除海水中的臭味，天然和合成溶解有机物，微污染物质；对于海水中的游离氯、溶解氧等有明显的去除效果，保护下游的膜元件；进一步除去海水中的杂质，以保证下面元件能充分发挥作用。
上述的精滤单元主要作用是去除粒径为1～5μm的细微颗粒，进一步降低总溶解性固体量(TDS)污染指数，防止活性炭粉末进入下游膜组件。精滤膜采用中空聚砜纤维。
上述超滤单元主要作用是进一步去除海水中的微粒、胶体、细菌、藻类和各种有机物等杂质，特别是细菌和藻类物质；防止细菌藻类在管道和膜面迅速繁衍生长，堵塞水路和污染NF膜；使进入NF的海水的FI值达到0～1，细菌及海藻也几乎全部除去，延长NF的使用寿命。超滤膜材料采用聚丙烯或聚醚酚或聚丙烯睛；无机陶瓷超滤膜的材料为氧化铝膜。
上述纳滤单元主要作用是进一步降低浊度(SDI)和微生物；利用纳滤膜的选择透过性，脱除结垢离子，去处海水中的对淡化器有害的物质，可以显著的降RO等海水淡化器的进水压力及能耗，本发明的液流式电容法海水淡化的预处理方法中最重要的环节是纳滤处理过程，采用的纳滤膜元件是一种新型分离膜，，其膜表层孔径处于纳米级范围；本发明所采用的复合纳滤膜为三层结构，即芳香聚酰胺、聚酯无纺布、聚砜高聚物所构成。
本发明的海水淡化预处理方法为一种同时集成超滤，纳米滤等多种膜分离过程和多介质过滤、活性炭吸附、精过滤等工艺相结合的工艺流程。以海水为源水，依次经过多介质过滤、活性炭过滤、精过滤、超过滤和纳米滤五个处理步骤，最终获得较低浓度的符合液流试电容法海水淡化进水要求的给水。
采用本发明的海水淡化的与处理方法，其处理方法相对于现有方法，具有如下优点(1)海水中的硬度离子绝大部份被去处，解决了FTC结垢问题，减少了电极的冲洗次数，降低了能耗，节约了冲洗水，延长了FTC的使用寿命；(2)降低了FTC进水浓度，将使得FTC处理效果大大提高，从而降低了能量的消耗，同时使产水率有了很大提高，进一步降低海水淡化的成本。(3)本发明方法不仅去除了海水中大量的微生物、悬浮物、臭味以及有机物、微粒、中金属离子，还去除了海水中大部分的结垢离子，降低了海水的总溶解性固体量，(4)本发明的方法具有工艺简单、操作方便、分离迅速、效率高、自动化程度高、成本低等优点。
图1为本发明的液流试电容法海水淡化处理方法的流程示意图。
图中各数字标号的意义如下1-供水泵，2-海水箱，3-冲洗水排放口，4-浮子开关，5-进水加压泵，6-排放口，7-多介质过滤单元，8-活性炭过滤单元，9-精过滤单元，10-超过滤单元，11-低压开关，12-增压泵，13-纳米滤单元，14-冲洗水箱，15-冲洗泵，16-浓水排出口，17-海水淡化器给水箱。
具体实施例方式
现将本发明方法的实施例叙述于后实例一参见图1，以35000mg/L浓度的海水为水源，经过多介质过滤单元7，把海水中的杂质过滤掉，再进入活性炭过滤单元8去除海水中的臭味，天然和合成溶解有机物，微污染物质等，然后进入精过滤单元9，去除粒径为1～5μm的细微颗粒，同时使污染指数进一步降低，防止活性炭颗粒进入下游膜组件。再通过超滤膜单元10，去处微生物和细菌数量级的污染物质以及有害有毒和致癌物及病毒数量级的污染物质。此时，海水经过上述处理已成为干净的盐水，出水的浊度NTU＜0.1、悬浮固体＜1mg/L、总有机碳含量在8～10mg/L、SDI＜1、细菌CFU/100mL＜10个；经过上述处理，海水已成为干净的盐水，完全达到纳滤膜进水要求。再由增压泵在操作压力1.2Mpa、温度20℃下，进入纳滤单元13，经纳滤处理后，去除了水中的92％硬度、95％硫酸盐、40％氯化物，TDS降低了46％。
实施例二以20000mg/L中国沿海的海水为水源，经过与上述实施例相同的处理过程，海水已成为干净的盐水，再由增压泵在1.3Mpa，温度20℃下，进入纳滤单元处理13进行处理，经测试可去除了水中的96％硬度、98％硫酸盐、51％氯化物，TDS降低了61％。
通过实施例，可知，本发明的预处理方法，可供给海水淡化器的用水是符合水质要求的，其产水率最高可达70％，脱除率也可达70％以上。
权利要求
1.一种液流式电容法海水淡化的预处理方法，其特征在于它具有多个预处理程序，其具体的工艺步骤为海水经多介质过滤器单元—炭过滤单元—精滤单元—超滤单元—纳滤膜单元—符合海水淡化器要求的供水；多介质过滤单元采用石英砂作为滤料；炭过滤单元选用具有较高机械强度的果壳型颗粒活性炭；把海水中泥浆与淤泥、有机胶体、海藻、细菌、岩石、红藻、二氧化硅、铁蚀产物、铁的沉淀物、锰的沉淀物、硬度的沉淀物、氢氧化铝絮凝物等过滤掉，再进入活性炭过滤器，精滤单元，采用滤芯为内径小于5μm的中空聚砜纤维；超滤单元采用的超滤膜是截留分子量为2-5万道尔顿的有机高分子材料超滤膜或无机陶瓷超滤膜；纳滤膜单元采用复合纳滤膜，最后处理好的海水供海水淡化器使用。
2.根据权利要求1所述的一种液流式电容法海水淡化的预处理方法，其特征在于经过超滤单元处理后的出水，需经过增压泵增压后直接采用纳滤膜单元；所述的纳滤膜单元采用多个由双纳滤膜组成的纳滤膜组件；所述的纳滤膜单元采用1-5级的上述纳滤膜组件，最佳组合在2～3级。
3.根据权利要求1所述的一种液流式电容法海水淡化的预处理方法，其特征在于经过超滤单元处理后的出水，需经过增压泵增压，所采用的操作压力为0.1～1.50MPa，操作温度在0～30℃，
4.根据权利要求1所述的一种液流式电容法海水淡化的预处理方法，其特征在于超滤单元所采用的超滤膜的有机高分子材料为聚丙烯或聚醚酚或聚丙烯睛；无机陶瓷超滤膜的材料为氧化铝膜。
5.根据权利要求1所述的一种液流式电容法海水淡化的预处理方法，其特征在于所述的复合纳滤膜为三层结构，即芳香聚酰胺、聚酯无纺布、聚砜高聚物所构成。
全文摘要
本发明涉及一种用于液流式电容法海水淡化的预处理方法，属于海水淡化处理领域。本发明的预处理方法具有多个预处理程序，其具体的工艺步骤为海水依次经多介质过滤单元、炭过滤单元、精滤单元、超滤单元、纳滤膜单元，最终获得符合液流式电容法海水淡化器要求的供水。本发明方法的优点是能去除海水中绝大部分的硬度离子，解决了海水淡化设备的结垢问题，延长了海水淡化设备的的使用寿命；降低液流式电容法海水淡化器的进水浓度，使海水淡化设备的处理效果大大提高，同时使产水率有了很大提高，进一步降低海水淡化的成本。
文档编号C02F9/02GK1587114SQ20041005264
公开日2005年3月2日 申请日期2004年7月8日 优先权日2004年7月8日
发明者方建慧, 姜华, 施利毅, 沈霞, 邓英, 朱惟德 申请人:上海大学