一种低压海水淡化装置的制作方法

1.本发明涉及海水淡化技术领域，特别是涉及一种低压海水淡化装置。


背景技术：

2.随着全球经济的迅猛发展，淡水需求量不断增长，淡水资源越来越紧缺，海水淡化作为解决淡水资源短缺的重要战略手段之一，具有广阔的开发前景。在众多的海水淡化技术中以多级闪蒸、低温多效和反渗透膜法为三大主流技术。其中，反渗透膜法技术是当今较为先进、较稳定且有效的除盐技术。反渗透膜法是指使海水在高于渗透压的压力作用下从半透膜的一侧流过，在膜的另一侧获得淡水的方法；与其他技术相比，具有工艺简单、操作方便、易于控制、运行成本低等诸多优点。因此，其在海水淡化应用上具有明显优势。
3.现有技术海岛及船用等中小规模海水淡化系统通常的运行压力在0.55-0.8mpa，在海岛及船用等应用场合并不适用通过高压力的反渗透膜法进行海水淡化，高压海水淡化系统复杂，维护要求高，适用性不强；或者采用电渗析法淡化海水，但电渗析法能耗较很高；因此提供一种在低压工况下新型的海水淡化装置，能够适用于海岛及船用等中小规模的海水淡化或者大规模的低压海水淡化，节约能耗是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是提供一种低压海水淡化装置，能够在低压工况下对海水进行淡化，节约能耗，适用于海岛及船用等中小规模的海水淡化以及大规模低压海水淡化的场合。
5.本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
6.一种低压海水淡化装置，包括：海水箱、中间水箱和淡水箱；以及低脱盐装置、浓缩装置、ro膜装置、纳滤膜装置；所述低脱盐装置进水端与所述海水箱出水口相连且在连接管路上安装有微滤装置，所述低脱盐装置产水端与所述中间水箱进水口相连；所述浓缩装置进水端与所述低脱盐装置浓水端相连，且其的产水端与所述海水箱进水口相连；所述ro膜装置进水端与所述中间水箱出水口相连，所述ro膜装置产水端分为两路且分别连通所述淡水箱和所述中间水箱；所述纳滤膜装置进水端与所述ro膜装置浓水端相连，且其的产水端与所述中间水箱进水口相连；所述纳滤膜装置浓水端与所述低脱盐装置进水端相连。
7.本发明的有益效果是：低脱盐装置脱除二价盐离子和部分一价盐离子，中间水箱收集脱除二价盐及部分一价盐离子后的一价盐水，并调节一价盐水到合适的浓度供给ro膜装置进一步脱除一价盐离子，从而通过低脱盐装置和ro膜装置两步脱盐得到淡水；其中一价盐为海水中的氯化钠、氯化钾等，二价盐为海水中的氯化镁、氯化钙和硫酸镁等；海水经微滤装置过滤杂质，通过低脱盐装置在低压工况下脱除二价盐及部分一价盐离子，过滤后的浓水通过浓缩装置进一步浓缩富集；通过浓缩装置利用低脱盐装置浓水端剩余势能，且浓缩装置产水进入到海水箱内回收利用并起到降低海水箱盐浓度的作用，即浓缩装置过滤了二价盐离子和部分一价盐离子，其产水回流至海水箱并进一步进入低脱盐装置内，起到
降低低脱盐装置运行压力同时降低了钙镁含量减少低脱盐装置的膜结垢倾向；通过低脱盐纳滤膜装置和浓缩装置分步脱盐，同时因浓缩装置产水回流到海水箱，能够提高一价盐水的产水量和回收率以及盐离子脱除率；中间水箱中收集的一价盐水通过ro膜装置脱除一价盐离子得到淡水，且一部分淡水回流至中间水箱内，能够降低中间水箱内的浓度，进而降低ro膜装置运行压力，从而能够在低压工况下进行海水淡化并提高回收率；ro膜装置的浓水通过纳滤膜装置进一步脱除部分盐分并回流至中间水箱内，且纳滤膜装置浓水回流至低脱盐装置；一是通过纳滤膜装置利用ro膜装置浓水端剩余势能；二是对纳滤膜装置产水回收利用并起到降低浓度的作用；三是纳滤膜装置的浓水利用余势能回流到低脱盐装置，一方面充分利用余势能，另一方面通过一价浓盐水回流，提高系统水回收率，同时降低了钙镁含量减少低脱盐装置和纳滤膜装置的膜结垢倾向；从而整个装置能够适用于海岛及船用等中小规模的海水淡化或大规模低压海水淡化，在低压工况下提高海水淡化的回收率，且节约能耗。
8.在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
9.进一步，所述浓缩装置的浓水端与其进水端相连形成第一循环管路；所述纳滤膜装置的浓水端与其进水端相连形成第二循环管路。
10.采用上述进一步方案的有益效果是：通过设置循环管路不断将浓水端的水循环至进水端，使膜组件内水中盐离子浓度保持均匀，避免膜表面盐离子浓度偏高造成渗透压偏高(浓差极限带来的膜表面渗透压增高)，保持膜组件产水量和回收率在最优状态。
11.进一步，第一循环管路上安装有第一循环泵和第一循环调节阀；所述第二循环管路上安装有第二循环泵和第二循环调节阀，且所述第一循环泵和所述第二循环泵提供的流量满足单只膜内流量≥12m3/h。
12.采用上述进一步方案的有益效果是：通过循环调节阀和循环泵控制各循环管路的浓水端与进水端进行循环，控制膜浓水侧流速，使浓水流经网状隔板的浓水流道时，浓缩装置和纳滤膜装置均采用膜内大流量，通过水流的作用使膜表面始终处于光滑状态，避免因膜表面盐离子的聚集造成膜表面渗透压增高现象发生，降低运行压力。
13.进一步，所述微滤装置与所述低脱盐装置之间管路上安装有第一高压泵；所述中间水箱与所述ro膜装置之间管路上安装有第二高压泵。
14.采用上述进一步方案的有益效果是：通过第一高压泵和第二高压泵分别对低脱盐装置和ro膜装置的循环系统提供一定压力进行过滤渗透。
15.进一步，所述微滤装置与所述第一高压泵之间管路上安装有能量回收装置，所述浓缩装置浓水端与所述能量回收装置输入侧相连。
16.采用上述进一步方案的有益效果是：通过能量回收装置回收浓缩装置的浓水剩余势能，并用于将微滤装置的水增压供给至低脱盐装置；能量回收装置采用透平式能量回收装置或正向位移式能量回收装置，能量回收装置输出侧用于供能增压。
17.进一步，所述低脱盐装置浓水端与所述能量回收装置输入侧之间安装有第一浓水调节阀；所述纳滤膜装置浓水端与所述低脱盐装置进水端之间管路上安装有第二浓水调节阀。
18.采用上述进一步方案的有益效果是：通过第一浓水调节阀控制浓缩装置浓水进入能量回收装置输入侧后外排；通过第二浓水调节阀控制纳滤膜装置浓水进一步通过低脱盐
装置进行回收利用，控制系统运行压力，提高系统回收率；当纳滤膜装置浓水压力大于第一高压泵出口压力时，浓水端连接至第一高压泵出口；当纳滤膜装置浓水压力小于第一高压泵出口压力时，浓水端连接至第一高压泵进口，通过第一高压泵增压至低脱盐装置。
19.进一步，所述第一高压泵和所述第二高压泵均为变频泵；所述第一高压泵出口压力为0.8mpa-1.5mpa；所述第二高压泵出口压力为1.2mpa-1.8mpa。
20.采用上述进一步方案的有益效果是：通过能量回收装置和第一高压泵共同作用增压，高压泵采用变频泵能够保持泵出口压力稳定，提高整个系统的稳定性。
21.进一步，所述低脱盐装置和所述浓缩装置的过滤组件为低脱盐抗污染纳滤膜；所述ro膜装置的过滤组件为低压反渗透膜；所述纳滤膜装置的过滤组件为低脱盐纳滤膜；所述低脱盐装置和所述ro膜装置进水流量满足单只膜内流量≥10m3/h。
22.采用上述进一步方案的有益效果是：低脱盐抗污染纳滤膜近电中性从而能够抗污染，通过低脱盐抗污染纳滤膜脱去海水中的二价盐离子及部分一价离子，通过低压反渗透膜脱去一价盐离子得到淡水；低脱盐装置和ro膜装置采用膜内大流量，避免因膜表面盐离子的聚集造成膜表面渗透压增高现象发生，降低运行压力，适用于低压海水淡化的场合。
23.进一步，所述海水箱和所述微滤装置之间管路上安装有原水泵；所述ro膜装置产水端与所述中间水箱进水口之间管路上安装有产水回流阀。
24.采用上述进一步方案的有益效果是：通过原水泵将海水泵至微滤装置过滤杂质；通过产水回流阀控制ro膜装置产水端部分淡水回流至中间水箱内降低ro膜进水电导率，进一步降低其运行压力。
25.进一步，所述浓缩装置浓水端连接有冲洗管路并安装有第一冲洗阀；所述纳滤膜装置浓水端连接有冲洗管路并安装有第二冲洗阀。
26.采用上述进一步方案的有益效果是：通过冲洗阀对各膜组件的膜表面进行冲洗，利用浓水势能，定期开启阀门冲洗，保持膜组件的性能并达到节能的目的。
27.经由上述技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供了一种低压海水淡化装置，具有以下有益效果：
28.(1)本发明低压海水淡化装置通过将ro膜装置产水端淡水部分回流至中间水箱内，降低了中间水箱的一价盐水浓度，进而降低ro膜渗透压，能够在低压状态下进行海水淡化并提高回收率，适用于海岛及船用等中小规模海水淡化以及大规模低压海水淡化；
29.(2)本发明低压海水淡化装置通过浓缩装置对低脱盐装置过滤后的浓水进一步浓缩富集，通过浓缩装置利用低脱盐装置浓水端势能，浓缩装置产水进入到海水箱内回收利用并降低其海水盐离子浓度；通过低脱盐装置和浓缩装置分步富集脱盐，脱除二价盐离子及部分一价离子，得到脱除大部分盐离子的一价盐水，同时提高了回收率；且浓缩装置过滤了二价盐离子和部分一价盐离子，其产水回流至海水箱，进而起到降低低脱盐装置运行压力同时降低了钙镁含量减少低脱盐装置的膜结垢倾向；
30.(3)本发明通过采用高渗透性不同孔径尺寸的聚酰胺分离纳滤膜，进行分级、分步、分层次脱盐，通过逐级降低渗透液浓度，实现梯度降低渗透压，渗透压(运行压力)δpi＝pi-p(i-1)，破解膜高渗透压，使系统在低压工况下运行；由于采用分级脱盐处理工艺，解决了淡化水硼不达标问题，即单级膜脱盐硼的除去率低，分级、循环脱盐工艺大大提高了硼的脱除率；
31.(4)本发明低压海水淡化装置通过纳滤膜装置对ro膜装置浓水进一步脱盐并回流至中间水箱内，一是通过纳滤膜装置利用ro膜装置浓水端势能；二是对纳滤膜装置产水回收利用并起到降低浓度的作用，在低压工况下提高海水淡化的回收率；三是纳滤膜装置的浓水通过余势能回流到低脱盐装置，利用纳滤膜装置浓水端的一价浓盐水，降低低脱盐装置进水端二价盐含量，即降低了钙镁含量减少低脱盐装置和纳滤膜装置的膜结垢倾向；
32.(5)本发明低压海水淡化装置持续通过浓缩装置浓水端排出二价盐离子和部分一价盐离子；且纳滤膜装置浓水端一价浓盐水回流并继续通过低脱盐装置和浓缩装置过滤后排出部分一价盐离子；通过能量回收装置回收浓缩装置的浓水剩余势能，节约能耗；并且通过能量回收装置和第一高压泵共同作用增压，高压泵采用变频泵能够保持泵出口压力稳定，提高整个系统的稳定性。
33.(6)本发明通过两步脱盐、循环脱盐(部分淡水回流、梯度浓缩回收纳滤产水)，实现海水箱、中间水箱盐离子浓度降低，从而降低运行压力；通过膜内大流量设计方案，一方面避免膜表面因盐离子聚集造成渗透压增高(高于原水渗透压)，另一方面大流量水流经浓水侧网格时，形成若干湍流涡，湍流涡剪切力使膜表面始终处于光滑状态，减少膜污染，同时湍流产生垂直于流动方向的分速度，垂直作用于膜表面，使脱盐水更易于渗透，从而进一步降低运行压力。
附图说明
34.图1为本发明低压海水淡化装置的连接示意图。
35.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
36.1-海水箱；2-微滤装置；3-低脱盐装置；4-浓缩装置；5-中间水箱；6-ro膜装置；7-纳滤膜装置；8-淡水箱；9-能量回收装置；10-原水泵；11-产水回流阀；31-第一高压泵；41-第一循环管路；42-第一循环泵；43-第一循环调节阀；44-第一浓水调节阀；45-第一冲洗阀；61-第二高压泵；71-第二循环管路；72-第二循环泵；73-第二循环调节阀；74-第二浓水调节阀；75-第二冲洗阀。
具体实施方式
37.以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
38.如图1所示，本发明实施例公开了一种低压海水淡化装置，海水箱1、中间水箱5和淡水箱8；以及
39.低脱盐装置3，低脱盐装置3进水端与海水箱1出水口相连且在连接管路上安装有微滤装置2，低脱盐装置3产水端与中间水箱5进水口相连；
40.浓缩装置4，浓缩装置4进水端与低脱盐装置3浓水端相连，且其的产水端与海水箱1进水口相连；
41.ro膜装置6，ro膜装置6进水端与中间水箱5出水口相连，ro膜装置6产水端分为两路且分别连通淡水箱8和中间水箱5；
42.纳滤膜装置7，纳滤膜装置7进水端与ro膜装置6浓水端相连，且其的产水端与中间水箱5进水口相连；纳滤膜装置7浓水端与低脱盐装置3进水端相连。纳滤膜装置7产水盐离
子浓度小于或等于中间水箱5的盐离子浓度。
43.为了进一步优化上述技术方案，浓缩装置4的浓水端与其进水端相连形成第一循环管路41；纳滤膜装置7的浓水端与其进水端相连形成第二循环管路71。
44.为了进一步优化上述技术方案，第一循环管路41上安装有第一循环泵42和第一循环调节阀43；第二循环管路71上安装有第二循环泵72和第二循环调节阀73；且第一循环泵42和第二循环泵72出口流量满足单只膜内流量≥12m3/h。优选的，第一循环泵42和第二循环泵72的扬程为15m-20m，保证单只膜组件内流量≥12m3/h。
45.为了进一步优化上述技术方案，微滤装置2与低脱盐装置3之间管路上安装有第一高压泵31；中间水箱5与ro膜装置6之间管路上安装有第二高压泵61。
46.为了进一步优化上述技术方案，微滤装置2与第一高压泵31之间安装有能量回收装置9，浓缩装置4浓水端与能量回收装置9输入侧相连。
47.为了进一步优化上述技术方案，浓缩装置4浓水端与能量回收装置9输入侧之间安装有第一浓水调节阀44；纳滤膜装置7浓水端与低脱盐装置3进水端之间管路上安装有第二浓水调节阀74。
48.为了进一步优化上述技术方案，第一高压泵31为变频泵；第一高压泵31出口压力为0.8mpa-1.5mpa；第二高压泵61出口压力为1.2mpa-1.8mpa。第二高压泵61的出口压力大于第一高压泵31的出口压力；第一高压泵31出口压力优选为1.2mpa，第二高压泵61出口压力优选为1.6mpa。
49.为了进一步优化上述技术方案，低脱盐装置3和浓缩装置4的过滤组件为低脱盐抗污染纳滤膜；ro膜装置6的过滤组件为低压反渗透膜；纳滤膜装置7的过滤组件为低脱盐纳滤膜；低脱盐装置3和ro膜装置6进水端流量满足单只膜内流量≥10m3/h。纳滤膜装置7的低脱盐纳滤膜孔径小于低脱盐装置3的低脱盐抗污染纳滤膜孔径；低脱盐抗污染纳滤膜近电中性抗污染。
50.为了进一步优化上述技术方案，海水箱1和微滤装置2之间管路上安装有原水泵10；ro膜装置6产水端与中间水箱5进水口之间管路上安装有产水回流阀11。
51.为了进一步优化上述技术方案，浓缩装置4浓水端连接有冲洗管路并安装有第一冲洗阀45；纳滤膜装置7浓水端连接有冲洗管路并安装有第二冲洗阀75。
52.本发明的低压海水淡化装置在使用时，海水箱1内的海水通过原水泵10供给至微滤装置2，对海水中的杂质进行过滤；过滤后的海水通过第一高压泵31增压至低脱盐装置3，第一高压泵31出口压力为0.8mpa-1.5mpa，通过低脱盐装置3的膜组件脱除二价盐离子及部分一价盐离子得到低浓度的一价盐水；低脱盐装置3的产水收集到中间水箱5内，其浓水进入浓缩装置4内进一步浓缩富集；定期通过第一冲洗阀45对低脱盐装置3的膜组件进行冲洗；
53.浓缩装置4的低脱盐防污染纳滤膜对给水进一步脱盐富集，浓缩装置4的产水回流至海水箱1内；调节第一浓水调节阀44，控制回收率，浓水进入到能量回收装置9输入侧回收势能后排出；浓水还可以通过第一冲洗阀45对浓缩装置4的膜组件进行冲洗；浓缩装置4浓水包含二价盐离子和部分一价盐离子；
54.中间水箱5内的一价盐水通过第二高压泵61增压至ro膜装置6内进行过滤，第二高压泵61出口压力为1.2mpa-1.8mpa，通过低压反渗透膜脱除一价盐离子；ro膜装置6产水分
为两路，一路进入到淡水箱8内进行收集，另一路通过调节产水回流阀11回流至中间水箱5内；ro膜装置6浓水进入纳滤膜装置7内进一步浓缩脱盐；
55.纳滤膜装置7的低脱盐纳滤膜对给水进一步浓缩脱盐，纳滤膜装置7的产水进入到中间水箱5内；调节第二浓水调节阀74，浓水进入到低脱盐装置3进水端回收利用；当纳滤膜装置7浓水压力大于第一高压泵31出口压力时，其浓水端连接至第一高压泵31出口位置；当纳滤膜装置7浓水压力小于第一高压泵31出口压力时，其浓水端连接至第一高压泵31进口位置；纳滤膜装置7浓水还可以通过第二冲洗阀75对纳滤膜装置7和ro膜装置6的膜组件进行冲洗。
56.实施例1
57.本实施例低压海水淡化装置应用于船舶、海岛等中小型海水淡化；
58.第一高压泵31的出口压力为1.2mpa，第二高压泵61的出口压力为1.5mpa；海水箱1内有浓度为3％的海水100t；稳定运行后，通过低脱盐装置3过滤得到浓度为2.6％的产水60t并收集到中间水箱5内；且得到过滤后浓度为3.6％的浓水90t并进入到浓缩装置4内；
59.通过浓缩装置4进一步过滤得到浓度为1.0％的产水20t并回流至海水箱1内；且得到过滤后的浓度为4.3％的浓盐水70t进入到能量回收装置9输入侧回收势能后排出；
60.稳定运行后，中间水箱5内有浓度为0.8％的一价盐水100t；通过ro膜装置6过滤得到淡水50t，其中30t淡水进入到淡水箱8内，20t淡水回流到中间水箱5内；且得到过滤后的浓度为1.6％的浓水50t并进入到纳滤膜装置7内；
61.通过纳滤膜装置7进一步过滤得到浓度为0.8％的产水20t并回流至中间水箱5内；且得到过滤后的浓度为2.1％的浓水30t进入到低脱盐装置3进水端回收利用；
62.本实施例的低压海水淡化装置稳定运行后的回收率为30％。
63.实施例2
64.本实施例低压海水淡化装置应用于大型低压海水淡化；
65.第一高压泵31的出口压力为1.5mpa，第二高压泵61的出口压力为1.8mpa；海水箱1内有浓度为3％的海水100t；稳定运行后，通过低脱盐装置3过滤得到浓度为1.3％的产水90t并收集到中间水箱5内；且得到过滤后浓度为4.5％的浓水90t并进入到浓缩装置4内；
66.通过浓缩装置4进一步过滤得到浓度为2.5％的产水40t并回流至海水箱1内；且得到过滤后的浓度为6％的浓盐水50t进入到能量回收装置9输入侧回收势能后排出；
67.稳定运行后，中间水箱5内有浓度为1％的一价盐水150t；通过ro膜装置6脱盐得到淡水70t，其中50t淡水进入到淡水箱8内，20t淡水回流到中间水箱5内；且得到过滤后的浓度为1.8％的浓水80t并进入到纳滤膜装置7内；
68.通过纳滤膜装置7进一步过滤得到浓度为1.0％的产水40t并回流至中间水箱5内；且得到过滤后的浓度为2.5％的浓水40t进入到低脱盐装置3进水端回收利用；
69.本实施例的低压海水淡化装置稳定运行后的回收率为50％。
70.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。