一种副产高浓度浓盐水的多段式反渗透方法与流程

本申请属于海水淡化及浓缩技术领域，具体地说，涉及能够提高回收率和浓盐水浓度的多段式反渗透方法。

背景技术：

中国是淡水资源缺乏的国家，随着社会的快速发展和人口的急剧增加，淡水资源短缺问题已得到越来越多的重视。部分缺水城市面临工业项目与居民饮用水争用淡水资源的局面，水资源短缺已俨然成为制约国家经济社会发展的因素之一。海水淡化技术是解决沿海地区淡水资源短缺的重要途径，是增加淡水资源储备的新战略，且能保障公共饮用水安全。

海水淡化作为战略新兴产业，同时需遵循“坚持海水淡化及资源综合利用相结合”的发展原则，即以循环经济理念推动海水淡化产业发展。在大力发展海水淡化的同时，要注重保护生态环境，做好浓海水资源的综合利用；提高资源综合利用水平、降低海水淡化成本。

然而，在发展海水淡化产业的同时，海水淡化副产浓盐水的排放问题也变得越来越突出。浓盐水直接排放会造成海洋环境污染问题，如若将浓盐水排放盐田采用滩晒盐则会增加土地需求，与沿海地区发展矛盾。对浓盐水进行后续加工处理既可减少海洋环境的污染，也可提高浓盐水的价值，符合资源综合利用的发展战略。

现有的海水淡化方法，大多以提高淡水回收率、降低系统能耗为主要目的，其得到的副产浓盐水的浓度较低，不利于后续的加工处理。

因此，在发展海水淡化产业时，提供一种淡水回收率高、系统能耗低并可得到高浓度浓盐水的方法很有必要。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本申请公开了一种副产高浓度浓盐水的多段式反渗透方法，包括以下步骤：

(1)预处理，对原海水进行预处理，去除原海水中的杂质；

(2)反渗透处理，所述反渗透处理为多段式，反渗透处理的段数记为N，N≥1。

预处理后的海水经高压泵增压后进行多段的反渗透处理，末段反渗透处理得到高浓度的末段浓盐水，即为高浓度浓盐水。

所述反渗透处理中：N段反渗透处理得到N段浓盐水和N段淡水，N段浓盐水经增压后进行N+1段反渗透处理。所述N+1段反渗透处理与N段反渗透处理的操作压力之比大于等于1.2，小于等于1.6。

其中，采用能量回收装置对末段浓盐水进行能量回收。能量回收装置将末段浓盐水的压力能转化为机械能，并将机械能提供给高压泵。

优选地，所述能量回收装置为透平式能量回收装置，其与高压泵一体成型。

进一步地，所述反渗透处理中，N+1段反渗透膜的有效面积为N段反渗透膜的有效面积的40～65％。

进一步地，所述反渗透处理中，N段浓盐水经增压后进行N+1段反渗透处理，增压范围为1.0～3.7MPa。

进一步地，所述预处理包括加药处理。所述加药处理使用还原剂和酸溶液：还原剂去除海水中的氧化性物质；酸溶液使得处理后的海水的pH值为5.0～6.8，防止反渗透膜表面结垢。

优选地，所述预处理还包括混凝沉淀处理和超滤处理。所述混凝沉淀处理包括混合反应和沉淀，去除海水中的胶体、悬浮物，沉淀后的海水进行超滤处理。所述超滤处理经超滤膜组件进行处理，进一步去除海水中的悬浮物、胶体和生物大分子，超滤处理后的海水进行加药处理。

优选地，所述预处理还包括过滤。加药处理后的海水在反渗透处理前经 过滤器进行过滤，去除海水中大于5μm的颗粒。

与现有技术相比，本申请可以获得包括以下技术效果：

1)本申请提供的副产高浓度浓盐水的多段式反渗透方法，采用多段设置的反渗透处理与预处理相结合，整体海水淡化处理流程清晰、方案简捷、操作简便，利于海水淡化、制取高浓度浓盐水的配置使用。

2)本副产高浓度浓盐水的多段式反渗透方法，设计巧妙合理，经过混凝沉淀加超滤的预处理之后，海水进入多段式反渗透处理进行浓缩，在生产淡化水的同时得到高浓度浓盐水，提高了资源的综合利用率。

与现有的海水淡化方法或工艺相比，使用本方法得到的浓盐水，其浓度增加了约50％，有利于浓盐水的后续开发利用。本方法的淡水回收率达65％以上。

3)本申请合理配置，还对末段浓盐水的能量进行有效回收利用，降低了海水淡化的能耗。本申请采用的能量回收，将末段浓盐水的压力能转化为机械能，并将此机械能提供给高压泵，高压泵将其机械能转化为海水的压力能。本申请中的能量回收，减少了能量的浪费，吨水能耗降低了约30％。

当然，实施本申请的任一方法必不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是本申请实施例1的副产高浓度浓盐水的多段式反渗透方法的流程图；

图2是本申请实施例1的副产高浓度浓盐水的多段式反渗透方法预处理的流程图；

图3是本申请实施例2中的副产高浓度浓盐水的多段式反渗透方法中的 预处理的流程图；

图4是本申请实施例3中的副产高浓度浓盐水的多段式反渗透方法中的预处理的流程图。

具体实施方式

以下将配合附图及实施例来详细说明本申请的实施方式，藉此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。实施例1

如附图1所示，一种副产高浓度浓盐水的多段式反渗透方法，包括：

S01：预处理，去除海水中的沉淀物、胶体物质、悬浮固体、微生物等物质；

S02：反渗透处理，其为多段设置，进一步对海水进行淡化处理，得到浓盐水和淡水；

S03，能量回收，采用能量回收装置对反渗透处理得到的浓盐水的能量进行回收。

海水在进行反渗透处理前进行预处理，去除海水中的沉淀物、胶体物质、悬浮固体、微生物等物质。

预处理可为现有技术中的海水进行反渗透前处理的各种方法或其的有机组合，包括但不限于气浮处理、絮凝、沉淀、过滤。作为一种实施方案，如附图2所示，本实施例中预处理包括加药处理，在海水中投加还原剂和酸溶液。还原剂去除海水的余氯等氧化性物质，防止海水对反渗透膜或其他设备造成损伤。酸溶液使得海水的pH值保持在5.0～6.8，防止硫酸钙、磷酸钙、碳酸钙、硫酸钡、硫酸锶、金属氧化物、硅酸化合物等沉积物沉积在反渗透处理的反渗透膜上，防止反渗透膜表面结垢。常用的酸为硫酸或盐酸。投加酸溶液代替现有的磷酸盐、聚合磷酸盐、聚合磷酸酯等阻垢剂，防止得到的浓盐水的水质受到污染，有利于浓盐水的后续开发利用。

预处理后的海水经高压泵增压后进行反渗透处理。反渗透处理为多段式，采用反渗透膜对海水进行淡化、浓缩处理，截留海水中的各种无机离子、胶体物质和大分子物质。

多段式的反渗透处理，如附图1所示，包括：一段反渗透处理，二段反渗透处理，……，N段反渗透处理，……末段反渗透处理；N≥1，N为反渗透处理的段数。可根据具体的需求设定反渗透处理的段数。每段反渗透处理分别得到浓盐水和淡水，每段反渗透处理得到的淡水汇总后排出，N段反渗透膜处理得到的浓盐水增压后进行N+1段反渗透处理。根据具体的情况设置N段浓盐水的增压范围，使其能够进行N+1段反渗透处理，增压范围为1.0～3.7MPa。

反渗透处理中可根据具体的需求采用不同的工艺进行。在反渗透处理中，N+1段反渗透膜的有效面积为N段反渗透膜的有效面积的40～65％，利于反渗透膜处理总体效率和能耗的均衡。

作为一种较好的实施方案，本实施例中，N+1段反渗透处理与N段反渗透处理的操作压力之比大于等于1.2，小于等于1.6，降低了反渗透处理的能耗和操作成本，从而降低海水淡化的成本。

末段浓盐水具有较高的压力能，采用能量回收装置对末段浓盐水的能量进行回收。末段浓海水经能量回收后排出得低压浓盐水，即为高浓度浓盐水，用于后续开发处理。

能量回收装置将末段浓盐水的压力能转化为机械能，并将此机械能提供 给高压泵，高压泵将其机械能转化为海水的压力能，减少了海水原本的增压能耗。

能量回收装置可以为现有技术中常见的各种能量回收装置，如压力交换能量回收装置、柱塞泵式能量回收装置等。作为一种实施方案，本实施例中，其为透平式能量回收装置。透平式能量装置与高压泵通过一根中心轴连接，实现机械能的传递。

实施例2

本实施例中，其他与实施例1相同，不同的是：本实施例中预处理还包括过滤，本实施例中反渗透处理为两段式。

预处理中，加药处理后的海水在增压前还经过滤器进行过滤，去除海水中大于5μm的颗粒，防止海水中的杂质对后续处理的装置造成损伤。过滤器过滤器可为现有的常见的各种过滤器，如管道过滤器、盘式过滤器、保安过滤器等。

本实施例中的反渗透膜组件为两段式。在其他实施例中，也可为其他段数。

本实施例中，二段反渗透处理的反渗透膜的有效面积为一段反渗透处理的反渗透膜的有效面积的55％～65％；

本实施例中，二段反渗透处理与一段反渗透处理的操作压力之比大于等于1.5，小于等于1.6，作为一种实施方案，一段反渗透处理的操作压力为5～6MPa，二段反渗透膜组件的操作压力为7.5～9.2MPa。

本实施例中，一段反渗透处理得到的一段浓盐水增压后进行二段反渗透处理，增压范围为2.5～3.7MPa。

采用本实施例提供的副产高浓度浓盐水的多段式反渗透方法，淡水回收率约为66％，能量回收装置回收的能量使得吨水能耗降低约34％，得到的浓盐水的浓度约10°Bé。

实施例3

本实施例中，其他与实施例1和/或2相同，不同的是：本实施例中预处理还包括混凝沉淀处理和超滤处理，本实施例中反渗透处理为四段式。

预处理中，进行加药处理之前，海水进行混凝沉淀处理和超滤处理。混凝沉淀处理包括混合反应和沉淀，去除海水中的胶体、悬浮物，沉淀后的海水进行超滤处理。超滤处理经超滤膜组件进行处理，利用物理筛分方法去除海水中大于0.01μm的悬浮物、胶体、蛋白质和生物大分子等杂质。

本实施例中的反渗透膜组件为四段式。在其他实施例中，也可为其他段数。

本实施例中，二段反渗透膜的有效面积为一段反渗透膜的有效面积的48～60％，三段反渗透膜的有效面积为二段反渗透膜的有效面积的45～55％，四段反渗透膜的有效面积为三段反渗透膜的有效面积的42～50％。

本实施例中，二段反渗透处理与一段反渗透处理的操作压力之比大于等于1.45，小于等于1.6，三段反渗透处理与二段反渗透处理的操作压力之比大于等于1.2，小于等于1.5,四段反渗透处理与三段反渗透处理的操作压力之比大于等于1.2，小于等于1.4。作为一种实施方案，一段反渗透处理的操作压力为4～5MPa，二段反渗透膜组件的操作压力为5.8～6.5MPa，三段反渗透膜组件的操作压力为7～8.5MPa，四段反渗透膜组件的操作压力为8.2～9.8MPa。

本实施例中，一段反渗透处理得到的一段浓盐水增压后进行二段反渗透处理，增压范围为1.8～2.5MPa，二段浓盐水增压后进行三段反渗透处理，增压范围为1.2～2.7MPa，三段浓盐水增压后进行四段反渗透处理，增压范围为1.2～2.8MPa。

采用本实施例提供的副产高浓度浓盐水的多段式反渗透方法，淡水回收率约为68％，能量回收装置回收的能量使得吨水能耗降低约32％，得到的浓盐水的浓度约11°Bé。

上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除， 而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。