本发明涉及能源与环境技术领域，具体涉及一种超临界协同反渗透系统及其实现海水淡化零排放方法。
背景技术：
海水淡化作为缓解全球淡水危机的有效技术手段，在越来越多的国家如火如荼地发展起来。然而，随着淡水需求的增加、海水淡化规模的增大，现行海水淡化方法淡化成本高以及海水回收率较低、高盐度浓海水排放导致的环境问题越来越引起了人们的关注。
随着海水淡化技术的不断进步，海水淡化作为可持续开发淡水资源的开源增量技术受到越来越多的关注。然而，现行海水淡化方法水回收率较低，热法海水淡化装置的水回收率为15％～50％，膜法海水淡化装置的水回收率仅为30％～40％，其余大部分海水经淡化后浓盐水被直接排回大海。在脱盐过程中加入的化学药剂、产生的腐蚀产物、吸收的热量等的排放物，必将对近海海域环境和生态产生影响，并且，随着淡水需求的增加，海水淡化设施大量兴建，浓海水排放的影响程度必将加剧。因此，海水淡化可能引发的环境问题引起了社会越来越多的关注。
海水淡化主要是分离浓海水中的nacl等成份，如果将其浓缩结晶回收，提高海水回收率实现海水淡化零排放，这不仅是解决海水淡化制约因素的必然选择，还可以降低浓海水外排产生的环境风险，提高综合经济环境效益。目前，关于海水淡化零排放的技术主要是热法或者膜法。发明专利：cn106877742a公开了一种集成悔水淡化浓水零排放和不稳定可再生能源稳定发电的方法及装置，通过反电渗析压差能发电模块与不稳定可再生发电模块耦合弥补不稳定可再生发电模块不足发电量的同时处理海水淡化过程中产生的浓缩水，通过存储或海水淡化模块消耗不稳定可再生能源多余的发电量。发明专利：cn106830145a公开了一种纳滤－多效蒸馏耦合处理海水淡化浓水制饱和盐水系统，该系统先脱除海水淡化浓水中的二价析垢离子，然后采用多效蒸馏装置对纳滤产水进行高倍率浓缩，制成饱和盐水，供纯碱生产，同时生产高品质淡水供碱厂其他工艺段使用。上述技术虽然在一定程度上降低了浓海水排放量，但仍存在回收率低，浓缩比不高的问题。
蒸馏法和反渗透是海水淡化的主流技术，但前者高压浓海水能量回收率低后者海水浓缩比低，易结垢，这些都制约着海水淡化技术进一步的发展，此外两者都存在海水回收率低、浓海水排放等问题，但海水淡化装置的建设必须考虑其经济性和环境影响，海水淡化对海洋与海洋生物的污染必须引起重视。
技术实现要素：
有鉴于此，有必要针对上述的问题，提供一种超临界协同反渗透系统及其实现海水淡化零排放的方法。
为实现上述目的，本发明采取以下的技术方案：
一种超临界协同反渗透系统，包括海水泵、分离装置、第一高压泵、反渗透膜组件、第二高压泵、预热装置、超临界水反应器；
所述海水泵与分离装置连接；所述分离装置的海水出水口与所述第一高压泵、反渗透膜组件依次连接；所述分离装置的固体排出口排出盐类等固态物质；
所述反渗透膜组件的浓缩海水出口与所述第二高压泵、预热装置、超临界水反应器依次连接；所述反渗透膜组件的淡化水出口排出淡化水。
进一步的，所述超临界协同反渗透系统还包括低压闪蒸装置，所述低压闪蒸装置与超临界水反应器的未蒸发浓海水出口连接；所述超临界水反应器靠近未蒸发浓海水出口处还设置有加热装置。
进一步的，所述预热装置包括低温预热装置和高温预热装置；所述低温预热装置和高温预热装置依次连接；所述超临界水反应器的超临界蒸汽出口与所述低温预热装置的低温蒸汽入口连接，所述低压闪蒸装置的闪蒸蒸汽出口与所述高温预热装置的高温蒸汽入口相连接。
进一步的，还包括加药装置，所述加药装置设置于所述海水泵与分离装置间。
进一步的，还包括预处理装置，所述预处理装置与海水泵的出口连接。
进一步的，所述超临界水反应器的超临界蒸汽出口与所述预热装置连接。
采用上述超临界协同反渗透系统实现海水淡化零排放的方法，包括以下步骤：
s1、原海水通过固液分离排出沉淀物后，剩余海水经增压后，通过反渗透膜分离操作，获得淡化水和一次浓缩海水；
s2、对经s1步骤得到的一次浓缩海水进一步增压，并加热至超临界温度，以超临界状态进入超临界水反应器闪蒸，获得高温淡化水蒸汽和二次浓缩海水。
进一步的，还包括二次闪蒸步骤，所述闪蒸步骤为对二次浓缩海水进一步升温，以饱和态闪蒸，得到高温淡化水和三次浓缩海水。
进一步的，还包括对二次闪蒸步骤得到的高温淡化水蒸气的热能进行回收。
进一步的，还包括对超临界水反应器闪蒸后得到的高温淡化水蒸气的热能进行回收。
进一步的，所述原海水还经过预处理步骤，再进行反渗透膜分离操作。
进一步的，所述原海水还经过加药剂沉淀步骤，再进行反渗透膜分离操作。
本发明的有益效果为：
本发明提出一种超临界协同反渗透系统及其实现海水淡化零排放的方法，经预处理装置和加药装置将海水进行深度处理达到反渗透膜组件的进水要求，然后通过反渗透(ro)膜组件处理，得到淡水和未透过反渗透膜的具有高压力能的浓海水，高压浓海水经高压泵进一步加压升温到超临界状态在超临界反应器中部分闪蒸并保持饱和状态，未蒸发饱和浓缩海水还可以进一步进入闪蒸器低压闪蒸，将浓海水进一步浓缩，以固体钠盐的形式排出，产生蒸汽分级加热浓海水凝结得到淡化水，实现蒸汽热能的梯级回收利用，降低海水淡化成本，大大提高海水回收率，实现海水淡化零排放，带来可观的经济收益、环保效益和实质性的社会效益。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图。
附图标记：1-海水泵，2-预处理装置，3-加药装置，4-分离装置，401-海水出水口，402-固体排出口，5-第一高压泵，6-反渗透膜组件，601-浓缩海水出口，602-淡化水出口，7-第二高压泵，8-低温预热装置，801-低温蒸汽入口，9-高温预热装置，901-高温蒸汽入口，10-超临界水反应器，11-加热装置，1001-超临界蒸汽出口，1002-未蒸发浓海水出口，12-低压闪蒸装置，1201-闪蒸蒸汽出口。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案作进一步清楚、完整地描述。需要说明的是，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“水平”、“顶”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“一组”的含义是两个或两个以上。
实施例
请参照图1，一种超临界协同反渗透系统，包括海水泵1、分离装置4、第一高压泵5、反渗透膜组件6、第二高压泵7、预热装置、超临界水反应器10；
所述海水泵1与分离装置4连接；所述分离装置4的海水出水口401与所述第一高压泵5、反渗透膜组件6依次连接；所述分离装置4的固体排出口402排出盐类等固态物质；
所述反渗透膜组件6的浓缩海水出口601与所述第二高压泵7、预热装置、超临界水反应器10依次连接；所述反渗透膜组件6的淡化水出口602排出淡化水。
预处理装置和加药装置作为对海水的初步处理部分，可以由混凝沉淀池、无阀滤池、自动加药装置、多介质滤器及其反清洗等设备组成。海水经取水泵增压后，送至混凝沉淀池，同时在混凝沉淀池的进水管道内投加絮凝剂(fecl3)和助凝剂(骨胶)。经混凝沉淀池后，原海水中的悬浮物、泥沙等充分沉淀。出水进入无阀滤池粗过滤，过滤水进海水清水池，之后进入多介质滤器，以确保出水水质sdi<4,并注入还原剂(nahso3)和阻垢剂(h2so4)，使初步处理后的出水达到反渗透膜元件进水水质要求。之后通过第一高压泵5升压后进入反渗透膜组件6，透过反渗透膜的即为淡化水，剩余的未透过膜的具有高压力能的浓海水(第一次浓缩的海水)经第二高压泵7进一步增压，升压至超临界压力后，通过预热装置加热至超临界温度后，以超临界状态进入超临界水反应器10闪蒸，超临界闪蒸后获得高温淡化水和二次浓缩后的海水。
本发明中通过对反渗透膜组件排出的高压力能浓海水进一步升压至超临界压力直接利用高压浓海水压能，相比通过能量回收装置回收高压浓海水压能效率更高。
作为进一步的改进方案，所述海水泵1的出口处还连接有预处理装置2。
作为进一步的改进方案，还包括加药装置3，所述加药装置3设置于所述海水泵1与分离装置4间。原海水在海水泵1作用下进行输送，原海水先进行加入药剂处理或经预处理装置处理的海水进行加入药剂处理，将海水中的ca2+，ba2+和mg2+等离子形成沉淀在分离装置4中除去并排出系统。
为进一步提高热能利用效率，所述超临界水反应器10闪蒸后得到的高温淡化水蒸汽作为高温流体，对其余热作进一步的回收，回收方式可以作为系统外热源或在系统中作为热源利用。作为系统中热源利用时，可以将超临界蒸汽出口1001管路连接至预热装置，与一次浓缩海水进行间壁换热，换热后的低温淡化水排出系统。
海水在经超临界水反应器10闪蒸后，作为进一步改进方案，未蒸发浓海水进一步升温并以饱和态，进行二次闪蒸。作为其中一种实施方式，如图1所示，在超临界水反应器10的未蒸发浓海水出口1002连接至低压闪蒸装置12，二次浓缩海水在低压闪蒸装置12进行二次闪蒸，得到高温淡化水以及三次浓缩海水。其中三次浓缩海水主要成分钠盐，以固体形式从闪蒸装置中排出系统。经超临界闪蒸后的二次浓缩海水，其压力下降，需要对二次浓缩海水进一步加热升温，以获得饱和闪蒸效果，作为其中一种实施方式，在所述超临界水反应器10底部设置加热装置11，二次浓缩海水被加热至饱和态进入低压闪蒸装置12进行蒸发。经二次闪蒸后，大大提高了海水回收率实现海水淡化零排放，带来可观的经济收益、环保效益的同时也带来实质性的社会效益。
低压闪蒸装置12得到高温淡化水，可以进一步对其余热回收，回收方式可以作为系统外热源或在系统中利用。作为系统中热源利用时，可以将闪蒸蒸汽出口1201管路连接至预热装置，用于预热一次浓缩海水。更进一步的，所述预热装置包括一次连接的低温预热装置8和高温预热装置9，所述超临界水反应器10得到的高温淡化水连接至低温预热装置8的低温蒸汽入口801，在低温预热装置8中与一次浓缩海水间壁换热，使其初步预热升温；所述低压闪蒸装置12得到的高温淡化水连接至高温预热装置9的高温蒸汽入口901，在高温预热装置9中与经低温预热装置8初步预热后的一次浓缩海水间壁换热，二次加热后的一次浓缩海水以超临界状态进入超临界水反应器10。可以理解的是，超临界水反应器10、低压闪蒸装置12的高温淡化水热能回收方式，在系统中进行回收时，可以仅就其中一个装置中的高温淡化水热能，也可以如上述方式同时回收。
由所述反渗透膜组件6，超临界水反应器10、低压闪蒸装置12分离得到的淡化水汇流排出系统。
本发明可以先通过预处理装置和加药装置将海水初步处理达到反渗透膜组件的进水要求，然后经第一高压泵增压，通过反渗透膜组件分离，获得淡化水和一次浓缩海水；一次浓缩海水经第二高压泵进一步增压，加热至超临界温度，以超临界状态进入超临界水反应器闪蒸，获得高温淡化水蒸汽和二次浓缩海水，二次浓海水还可以进一步的进入闪蒸装置进一步浓缩，最终固体钠盐排出系统，产生蒸汽在系统中回收热能，依次加热经第二高压泵排出的浓海水，实现蒸汽热能的梯级回收利用。利用本发明方案淡化海水，降低了淡化水成本，大大提高海水回收率，实现海水淡化零排放，带来可观的经济收益、环保效益的同时也带来实质性的社会效益。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。