一体化海水资源综合利用系统的制作方法

本申请涉及海水处理技术领域，尤其涉及一种一体化海水资源综合利用系统。

背景技术：

目前，水资源短缺问题日趋突出，现已成为一些国家和地区社会经济发展的一个制约因素。作为淡水资源的开源增量技术，海水淡化已经成为解决全球淡水资源危机的重要途径。随之而来的是，海水淡化技术得到了长足的发展。

多级闪蒸技术、低温多效蒸馏技术和反渗透技术是目前海水淡化的三大主流技术，其中，反渗透技术由于具有能量消耗低、建造周期短等优点，已成为应用较为广泛的一种海水淡化技术。采用反渗透技术对海水进行淡化的过程会产生浓度较高的浓盐水，这些浓盐水的盐度甚至是天然海水的盐度的两倍。很显然，海水淡化产生的浓盐水排放会导致海水的盐度增加，此种情况下，局部海域的海水盐度过高会对海洋中生物产生致命的危害。很显然，目前的海水淡化工作会对生态环境产生不利的影响。在大力发展海水淡化的同时，保护海洋生态及做好海水资源的综合利用是当前发展海水淡化产业的关键。但目前的海水淡化工作并未达到上述要求。

技术实现要素：

本申请提供一种一体化海水资源综合利用系统，以解决目前海水淡化存在资源利用率低及海水淡化所排放的浓盐水会影响海洋生态的问题。

为了解决上述问题，本申请采用下述技术方案：

一体化海水资源综合利用系统，包括预处理系统、第一反渗透系统、机械压缩蒸发浓缩系统及制盐与盐化工系统，其中，所述预处理系统用于对海水进行预处理，所述第一反渗透系统与所述预处理系统相连通，所述第一反渗透系统用于对经过预处理的海水实施反渗透处理以得到淡化水及浓盐水；所述第一反渗透系统具有淡化水输出口和浓盐水输出口，所述淡化水输出口连接有第一淡化水管道，所述第一淡化水管道穿过所述预处理系统，且能与所述预处理系统内的海水换热；所述机械压缩蒸发浓缩系统与所述制盐与盐化工系统连接，所述机械压缩蒸发浓缩系统与所述浓盐水输出口连接，用于对浓盐水进行浓缩；所述制盐与盐化工系统用于采用浓缩后的浓盐水制备精盐和盐化工产品。

优选地，上述系统中，所述预处理系统包括混凝沉淀装置、换热器和超滤装置；其中，所述混凝沉淀装置用于对海水进行混凝沉淀，所述换热器和所述超滤装置依次连接在所述混凝沉淀装置的出口；所述换热器用于实现所述第一淡化水管道内的淡化水与经过混凝沉淀的海水换热；所述超滤装置用于对经过换热后的海水实施超滤处理。

优选地，上述系统中，所述预处理系统还包括超滤冷水罐和超滤热水罐，所述超滤冷水罐和所述超滤热水罐依次连接在所述换热器与所述超滤装置之间，所述超滤冷水罐与所述超滤热水罐之间的过水管道与所述制盐与盐化工系统所产生的二次蒸汽换热。

优选地，上述系统中，所述一体化海水资源综合利用系统还包括去离子水系统，所述去离子水系统与所述淡化水输出口通过第二淡化水管道连接，所述第二淡化水管道与所述第一淡化水管道并联；所述去离子水系统用于对所述第二淡化水管道排出的淡化水进行去离子处理以得到去离子水。

优选地，上述系统中，所述去离子水系统包括第二反渗透系统和连续电除盐系统，其中，所述第二反渗透系统和连续电除盐系统在所述第二淡化水管道的水流方向上依次布置。

优选地，上述系统中，所述制盐与盐化工系统包括依次相连的机械压缩蒸发制盐系统、多效蒸发制氯化钾系统、溴素系统和蒸发制氯化镁系统；所述机械压缩蒸发制盐系统与所述机械压缩蒸发浓缩系统相连，且用于生产精制盐和硫酸钙；所述多效蒸发制氯化钾系统用于生产氯化钾和硫酸镁；所述溴素系统用于生产溴素，所述蒸发制氯化镁系统用于生产氯化镁；

所述机械压缩蒸发制盐系统、所述多效蒸发制氯化钾系统、所述溴素系统和所述蒸发制氯化镁系统的二次蒸汽分别进入各自的换热器，且与经所述预处理系统预处理后的海水换热，换热后的冷凝水均导入所述制盐与盐化工系统的冷凝水管道；

所述机械压缩蒸发制盐系统、所述多效蒸发制氯化钾系统、所述溴素系统和所述蒸发制氯化镁系统的冷凝水出口均连通所述制盐及盐化工系统的冷凝水管道。

优选地，上述系统中，所述制盐与盐化工系统的冷凝水管道穿过所述机械压缩蒸发浓缩系统以进行换热，所述冷凝水管道与所述第二反渗透系统连通，用于将所述冷凝水输入所述去离子水系统。

优选地，上述系统中，所述机械压缩蒸发制盐系统包括换热装置、蒸发器、闪蒸器、离心机、沉降器、压缩机、泵和洗气塔；其中，所述换热装置用于与经过浓缩处理的浓盐水换热；所述蒸发器与所述机械压缩蒸发浓缩系统连通，用于接收经过与所述换热装置换热后的所述浓盐水；所述蒸发器用于对所述浓盐水进行蒸发以析出氯化钠晶体；所述离心机通过所述泵与所述蒸发器相连，以接收所述蒸发器生成的氯化钠盐浆，并将氯化钠盐浆进行离心脱水，得到精制盐产品；

所述沉降器与所述蒸发器相连，用于接收所述蒸发器排出的含有硫酸钙的卤水，并分离出硫酸钙，以及得到澄清液；所述闪蒸罐与所述沉降器相连，用于从所述澄清液中析出氯化钠晶体；所述闪蒸罐与所述离心机相连，所述离心机用于分离制备精制盐产品。

本申请采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

本申请公开的一体化海水资源综合利用系统在工作时，海水经过预处理系统预处理后进入到第一反渗透系统中，第一反渗透系统对海水实施反渗透处理，得到浓盐水和淡化水，淡化水可以通过第一淡化水管道输送给用户，经过反渗透处理得到的淡化水温度较高，第一淡化水管道以穿过预处理系统，并与预处理系统内的海水换热后，经过换热后，预处理系统内的海水温度升高，进而能提高预处理效果，同时实现淡化水能量的充分利用。制盐及盐化工系统能够利用经机械压缩蒸发浓缩系统浓缩后的浓盐水进行制备精盐及盐化工产品。可见，本申请公开的系统能实现海水淡化，同时还能充分利用海水淡化的副产物进行精盐及盐化工产品的制备，整个处理过程能够实现了海水的全方位利用，达到充分利用海水资源的目的，而且基本达到零排放。因此，本申请公开的一体化海水资源综合利用系统，能解决目前的海水淡化存在资源利用率较低及海水淡化所排放的浓盐水会影响海洋生态的问题。

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为本申请实施例公开的一体化海水资源综合利用系统的结构示意图；

图2为本申请实施例公开的预处理系统的结构示意图。

附图标记说明如下：

10-预处理系统、11-混凝沉淀装置、12-换热器、13-超滤装置、14-超滤冷水罐、15-超滤热水罐、20-第一反渗透系统、21-第一淡化水管道、22-第二淡化水管道、30-机械压缩蒸发浓缩系统、40-制盐及盐化工系统、41-机械压缩蒸发制盐系统、42-多效蒸发制氯化钾系统、43-溴素系统、44-蒸发制氯化镁系统、45-管道、46-冷凝水管道、50-去离子水系统、51-第二反渗透系统、52-连续电除盐系统。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。

请参考图1，本申请实施例公开一种一体化海水资源综合利用系统，所公开的系统包括预处理系统10、第一反渗透系统20和机械压缩蒸发浓缩系统30和制盐及盐化工系统40。

预处理系统10用于对海水进行预处理，使得海水能够满足系统的处理要求。预处理包括对海水的过滤操作，以减少海水中的杂质。一种具体的实施方式中，预处理系统10可以包括混凝过滤系统、超滤膜系统、反洗系统、加药系统、供气系统、化学清洗系统和自控系统。通常，预处理操作的过程中向海水中添加混凝剂后经沉淀去除胶体、悬浮物等。

第一反渗透系统20与预处理系统10相连，第一反渗透系统20用于对经过预处理的海水实施反渗透处理，进而得到淡化水和浓盐水。本申请实施例中，第一反渗透系统20可以为一级两段式反渗透系统，其水回收率高达65％。一种具体的实施方式中，第一反渗透系统20可以包括保安过滤器、高压泵、一级反渗透膜组件、能量回收装置、加药系统、冲洗清洗系统、仪表控制系统等。

本申请中，第一反渗透系统20具有淡化水输出口和浓盐水输出口。淡化水输出口连接有第一淡化水管道21，第一淡化水管道21穿过预处理系统10，且能与预处理系统10内的海水换热。

机械压缩蒸发浓缩系统30与浓盐水输出口连接，用于对浓盐水进行浓缩。制盐及盐化工系统40与机械压缩蒸发浓缩系统30连接，用于采用浓缩后的浓盐水制备精盐和盐化工产品。

本申请实施例公开的一体化海水资源综合利用系统在工作时，海水经过预处理系统10预处理后进入到第一反渗透系统20中，第一反渗透系统20对海水实施反渗透处理，得到浓盐水和淡化水，淡化水可以通过第一淡化水管道21输送给用户，经过反渗透处理得到的淡化水温度较高，第一淡化水管道21可以穿过预处理系统10，并与预处理系统10内的海水换热后，经过换热后，预处理系统10内的海水温度升高，进而提高超滤与后续反渗透系统的运行效率，同时实现淡化水能量的充分利用。制盐及盐化工系统40能够利用经机械压缩蒸发浓缩系统30浓缩后的浓盐水进行制备精盐及盐化工产品。可见，本申请实施例公开的系统能实现海水淡化，同时还能充分利用海水淡化的副产物进行精盐及盐化工产品的制备，整个处理过程能够实现了海水的全方位利用，达到充分利用海水资源的目的，而且基本达到零排放。因此，本申请实施例公开的一体化海水资源综合利用系统，能解决目前的海水淡化存在资源利用率较低及海水淡化所排放的浓盐水会影响海洋生态的问题。

如上文所述，预处理包括过滤操作，相应地，预处理系统10包括过滤装置，过滤装置可以为各种常用的适用于海水过滤的过滤器。预处理还可以包括其它对海水进行处理的操作，例如混凝操作、消毒操作等。请参考图2，本申请实施例公开一种具体结构的预处理系统10，预处理系统10可以包括混凝沉淀装置11、换热器12和超滤装置13。混凝沉淀装置11用于对海水进行混凝沉淀，换热器12和超滤装置13依次连接在混凝沉淀装置11的出口。换热器12用于实现第一淡化水管道21内的淡化水与经过混凝沉淀的海水换热，超滤装置13用于对经过换热后的海水实施超滤处理。

换热器12能够将第一淡化水管道21内的淡化水的热能传导至预处理系统10的海水中，进而能够提高超滤装置13和第一反渗透系统20的运行效率，降低整个系统的能耗。一种应用场景中，预处理系统10内的海水换热后温度能够提升13℃。

超滤装置13利用物理方法可以阻止大于0.01μm的无机或有机杂质通过超滤膜，可用于去除海水中的悬浮微粒、胶体、微生物等。在水压的作用下水分子及小分子物质可以透过超滤膜，海水中的悬浮微粒、胶体、微生物等则被截留在超滤膜的内表面。超滤装置13具有高效分离性能、高度的安全性能、可靠性，因此越来越广泛地应用在反渗透的预处理。采用超滤作为反渗透的预处理，能够代理传统的多级过滤工艺，进而能减轻反渗透的污染压力。

优选的方案中，预处理系统10还可以包括超滤冷水罐14和超滤热水罐15，超滤冷水罐14和超滤热水罐15依次连接在换热器12与超滤装置13之间，超滤冷水罐14与超滤热水罐15之间的过水管道可以与制盐及盐化工系统40换热。制盐及制盐系统40在工作的过程中会产生二次蒸汽，该优选方案采用制盐及盐化工系统40生成的二次蒸汽来进一步加热预处理系统10中的海水，进而能进一步提高预处理系统10和第一反渗透系统20的运行效率，同时还能进一步提高能源的充分利用。

本申请实施例公开的一体化海水资源综合利用系统还可以包括去离子水系统50，去离子水系统50与淡化水输出口通过第二淡化水管道22连接，第二淡化水管道22与第一淡化水管道21并联。去离子水系统50用于对第二淡化水管道22排出的淡化水进行去离子处理，进而得到去离子水。可见，第一反渗透系统20产生的淡化水一部分能够通过第一淡化水管道21与预处理系统10进行换热后，直接输送给用户。另一部分能够通过第二淡化水管道22经过去离子水系统50处理后得到去离子水。

一种具体的实施方式为：去离子水系统50可以包括第二反渗透系统51和连续电除盐系统52，如图1所示。第二反渗透系统51和连续电除盐系统52在第二淡化水管道22的水流方向上依次布置。本申请中，第二反渗透系统51可以采用一级三段式反渗透系统，水回收率高达95％以上。经过第二反渗透系统51处理的淡化水中例子大部分被去除，产生的水达到连续电除盐系统52的进水要求。

连续电除盐系统52采用连续电除盐技术，连续电除盐技术是一种将离子交换技术、离子交换膜技术和离子电迁移技术相结合的纯水制造技术，它巧妙的将电渗析与离子交换技术相结合，利用两端电极高压使水中带离子移动，并配合交换树脂及选择性膜以加速离子移动去除，从而达到水纯化的目的。在连续电除盐过程中，离子在电场作用下通过离子交换膜被清除。同时，水分子在电场作用下产生氢离子和氢氧根离子，这些离子对离子交换树脂进行连续性再生，以使离子交换树脂保持最佳状态。连续电除盐系统52的除盐率可以高达99％以上，连续电除盐系统52处理之前使用反渗透设备对水进行初步除盐，再经连续电除盐系统52除盐就可以生产出电阻率高达成18M.cm以上的超纯水。

请再次参考图1，本申请实施例公开的系统中，制盐及盐化工系统40可以包括与机械压缩蒸发浓缩系统30依次连接的机械压缩蒸发制盐系统41、多效蒸发制氯化钾系统42、溴素系统43和蒸发制氯化镁系统44。

机械压缩蒸发浓缩系统(即MVR系统)30用于对浓盐水进行压缩蒸发处理，采用机械蒸汽再压缩工艺，目的是将浓盐水进一步浓缩，一种应用场景中，机械压缩蒸发浓缩系统30将8.9°Bé的浓盐水(也可以称为卤水)浓缩至25°Bé的浓盐水，进而提供给机械压缩蒸发制盐系统41。机械压缩蒸发浓缩系统30可以采用降膜式蒸发器，并通过机械蒸汽压缩回收热量。具体的，机械压缩蒸发浓缩系统30可以包括换热装置、脱气塔、压缩机、循环泵、水力旋流器等设备。MVR系统在启动之前，可以向进入其中的卤水中加入硫酸钙晶种，其目的是为确保一个可控的硫酸钙晶体析出环境，防止晶体在传热管结垢。在运行的过程中，可以利用水力旋流器来控制蒸发器内部处于一个稳定的TSS水平，保证MVR系统能够长期稳定运行。

机械压缩蒸发制盐系统41与机械压缩蒸发浓缩系统30相连，用于生产硫酸钙和精制盐。经过机械压缩蒸发浓缩系统30处理的浓盐水进入机械压缩蒸发制盐系统41中，采用机械压缩蒸发、结晶工艺制备精制盐，得到精盐，分离出硫酸钙，得到浓度更高的卤水。一种应用场景中，机械压缩蒸发制盐系统41将机械压缩蒸发浓缩系统30生产的25°Bé的卤水进行加工，得到精制盐和硫酸钙，并产出31.5°Bé的浓盐水(可以称为苦卤)以输送到多效蒸发制氯化钾系统42中。

机械压缩蒸发制盐系统41包括换热装置、蒸发器、闪蒸罐、离心机、沉降器、离心机、压缩机、泵和洗气塔。换热装置用于与经过浓缩处理的浓盐水换热，经过浓缩处理后25°Bé的卤水(浓盐水)经过换热装置与二次冷凝水换热至沸点温度，进入蒸发器中。蒸发器与机械压缩蒸发浓缩系统连通，用于接收经过与换热装置换热后的浓盐水；蒸发器用于对浓盐水进行蒸发以析出氯化钠晶体；离心机通过泵与蒸发器相连，以接收蒸发器生成的氯化钠盐浆，并将氯化钠盐浆进行离心脱水，得到精制盐产品；沉降器与蒸发器相连，用于接收蒸发器排出的含有硫酸钙的卤水，并分离出硫酸钙，以及得到澄清液；闪蒸罐与沉降器相连，用于从澄清液中析出氯化钠晶体；闪蒸罐与所述离心机相连，离心机用于分离制备精制盐产品。

闪蒸得到的31.5°Bé苦卤进入后续多效蒸发制氯化钾系统。从蒸发器产生的蒸汽进入洗气塔装置去除夹带的卤水液滴，然后进入压缩机中，经过压缩机压缩后的蒸汽进入蒸发器中。蒸发器产生的二次蒸汽经过压缩机压缩后循环向蒸发器提供热量，从而能减少机械压缩蒸发制盐系统41对外部能源的需求。

多效蒸发制氯化钾系统42采用兑卤法及三效蒸发工艺制取氯化钾，同时副产硫酸镁。在苦卤中掺兑高氯化镁含量的光卤石母液，通过控制掺兑比得到澄清的混合卤，进入三效蒸发装置，在高温沸腾状态下蒸发掉大量水分，使氯化钠与硫酸镁充分析出，经离心设备分离得到氯化钠与硫酸镁。澄清液经冷却结晶工艺进一步析出光卤石(KCl·MgCl₂·6H₂O)，光卤石加水分解得到产品氯化钾。

溴素系统43用于生产溴素，具体的，溴素系统43可以采用空气吹出碱法将溴和浓厚卤分离。浓厚卤中含有一定量的溴离子，可以通过酸化、氧化后得到溴单质。酸化、氧化后的浓厚卤经吹出塔得到一定浓度的富含溶解性溴盐的吸收完成液，后进入蒸馏塔和酸反应得到溴单质，在通过冷凝、分离、精馏最终能得到质量较好的溴单质，分离溴单质后的浓厚卤作为制镁母液通过泵输送至蒸发制氯化镁系统44中。

蒸发制氯化镁系统44用于生产氯化镁，来自溴素系统43的制镁母液是不饱和的MgCl₂溶液。本申请实施例公开的蒸发制氯化镁系统44采用单效负压蒸发工艺进行氯化镁的制备，蒸发完成后进入制片装置制备氯化镁产品。

本申请实施例中，机械压缩蒸发制盐系统41、多效蒸发制氯化钾系统42、溴素系统43和蒸发制氯化镁系统44是主要的盐化工设备，机械压缩蒸发制盐系统41、多效蒸发制氯化钾系统42、溴素系统43和蒸发制氯化镁系统44由于工作机理，在工作的过程中会产生二次蒸汽，这些二次蒸汽分别进入上述各个系统各自的换热器中，且与经过预处理系统10的海水换热，换热后的冷凝水均导入制盐与盐化工系统40的冷凝水管道46中。上述二次蒸汽在管道45的引导下实现与预处理系统10内的原海水的换热。

机械压缩蒸发制盐系统41、多效蒸发制氯化钾系统42、溴素系统43和蒸发制氯化镁系统44的冷凝水出口均连通制盐及盐化工系统40的冷凝水管道46。

管道45可以穿过预处理系统10与其换热，换热后与冷凝水管道46连通，冷凝水管道46与机械压缩蒸发浓缩系统30进行换热，冷凝水管道46与第二反渗透系统51连通，用于将换热后的冷凝水输入到去离子水系统50中。管道45穿过预处理系统10进行换热，进而能提高预处理系统10中的海水温度，提高预处理效果。

管道45与预处理系统10换热后生成的冷凝水还可以通过冷凝水管道46与机械压缩蒸发浓缩系统30进行换热，进而加热机械压缩蒸发浓缩系统30的进料处的卤水，进而提高机械压缩蒸发浓缩系统30的效率，使得管道45中二次蒸汽的热量及各个系统冷凝水出口导出的冷凝水热量得到充分利用。上述换热后的冷凝水会进入第二反渗透系统51中以用来制备去离子水。机械压缩蒸发浓缩系统30自身的冷凝水管也可以与去离子水系统50相连，机械压缩蒸发浓缩系统30产生的冷凝水也会输入去离子水系统50中。这又能提高整个一体化海水资源综合利用系统的水回收率。该优选方案中，去离子水系统50的淡化水来源可以为第一反渗透系统20的部分淡化水、机械压缩蒸发浓缩系统30的冷凝水，以及盐化工系统的管道45经过换热生成的冷凝水。

本申请实施例公开的一体化海水资源综合利用系统能够实现海水淡化的零排放，不仅可以解决海水淡化对环境的影响问题，而且具有相当高的经济效益。

本文中，各个优选方案仅仅重点描述的是与其它优选方案的不同，各个优选方案只要不冲突，都可以任意组合，组合后所形成的实施例也在本说明书所公开的范畴之内，考虑到文本简洁，本文就不再对组合所形成的实施例进行单独描述。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。