一种低温状态下海水淡化预处理工艺系统及运行方法与流程

本技术涉及海水淡化预处理的领域，尤其是涉及一种低温状态下海水淡化预处理工艺系统及运行方法。

背景技术：

1、地球表面约70％的面积被海洋所覆盖，海水又苦又咸还含有多种盐类，在全球水资源中，淡水资源只占2.5%，其中大多数冻贮在南极洲、格陵兰岛等地的冰川之中，能够直接被人类利用的淡水资源实际不到1%。

2、随着全球人口的不断增长与经济的发展，淡水资源的需求日益增加，然而，淡水资源的供应却面临着严重的挑战，其中之一便是上述淡水资源的稀缺。考虑到海洋蕴含着丰富的海水资源，因此，海水淡化成为一种重要的解决方案。

3、海水淡化旨在将海水中的盐分或杂质去除，使其变为可供人类直接使用的淡水资源。海水淡化不单单只是去除海水中的盐分，从工艺上讲海水淡化主要包括海水预处理、淡化脱盐、淡化水后处理等。首先海水里面含有大量无机盐、氯、藻类与微生物，海水预处理包括沙池过滤、沉淀、加注絮凝剂等诸多过程，去除海水中的杂质，且通过一系列工艺获取到的淡水普遍呈酸性，不仅不能直接饮用，还会腐蚀水管、污染周边海域。

4、海水淡化的主流方法为反渗透技术，以压力差为推动力，从溶液中用超滤膜结构分离出溶剂，对膜的一侧液体施加压力，当压力超过溶液的渗透压时，溶剂会逆自然渗透的方向作反向渗透，若用反渗透处理海水，在膜的低压侧得到淡水，高压侧得到卤水。逆渗透膜技术具有高效、可控和可持续的优点，成为海水淡化领域的重要突破。

5、目前，反渗透膜法淡化项目一般采用有机超滤膜结构，而淡化系统受温度变化影响较大，温度越低，水的粘度越大，需要更大的压力维持产水量，造成能耗增加，尤其是冬季寒冷环境下，淡化系统中水温接近0℃，水中已有少量冰丝状结晶，继续生产将导致有机超滤膜结构堵塞甚至损坏，影响运行温度性，从而导致后方供水间断。甚或遭遇极寒天气时，淡化系统无法正常运行，必须紧急停机，间断供水，极寒天气过后需清洗修复系统，才能重启系统。

6、针对上述中的相关技术，发明人认为温度对淡化系统的产水影响不容忽视，需对海水淡化系统进行改进，或使用其他的受温度影响较小的超滤膜结构代替。

技术实现思路

1、为了降低温度对淡化系统重超滤膜结构的滤透性影响，提高冬季海水淡化系统产能，本发明提供一种低温状态下海水淡化预处理工艺系统及运行方法。

2、本发明一方面提供一种低温状态下海水淡化预处理工艺系统，采用如下的技术方案：

3、一种低温状态下海水淡化预处理工艺系统及运行方法，包括贮存海水的原水箱、去除海水杂质的过滤器、用于海水淡化的超滤膜结构，三者相连接，储存在原水箱中的海水依次通过过滤器与超滤膜结构，其特征在于：

4、所述超滤膜结构包括无机陶瓷膜，此外，还包括；

5、反洗组件，设置在水流流向的后方，并靠近超滤膜结构设置，用于超滤膜结构的自动清洗。

6、通过采用上述技术方案，开发低成本、高精度和抗污染陶瓷超滤膜结构及国产化陶瓷膜平替有机膜在低水温条件下海水淡化中的应用，将无机陶瓷膜代替传统方案下的有机膜，无机陶瓷膜具有如下优点，通透性高，无机陶瓷膜具有较高的盐透过率，更高效的分离海水中的盐分与其他杂质，实现海水的淡化；耐温性能高，无机陶瓷膜的通透性较有机膜的通透性受温度影响较小，从而能够改善低温条件下产水率低，节省额外加压所需能耗；上述所述优点均有实验数据支撑，以100吨/天的中试级性能实验评估，表明同样水温条件下，单支无机陶瓷膜较单支有机膜产水量高20%以上；二是低温下无机陶瓷膜也存在产水量降低情况，但水量降幅明显低于有机膜，无机陶瓷膜低温情况下较高温情况降幅约25%，而有机超滤膜结构降低约50%以上，无机陶瓷膜代替有机膜后，整个海水淡化系统耐温极限增高，减少寒冷天气下温度对淡水产能的减小，在非极寒条件下能够实现淡水供应的不间断。

7、可选的，所述反洗组件包括；

8、加药罐，设置在所述过滤器与所述超滤膜结构之间，用于储存反洗药剂，所述加药罐两端与超滤膜结构的两端连通，组成回路；

9、循环泵，设置于所述加药罐与所述超滤膜结构之间，用于驱动水流循环；

10、阻流阀，于所述加药罐两端分别设置有一个，用于加药罐与所述超滤膜结构间回路的连通。

11、通过采用上述技术方案，反渗透法海水淡化过程中超滤膜结构是关键的核心组件，渗透膜的孔径极小，小于100nm，在海水淡化过程中，超滤膜结构表面的盐分浓度逐渐增加，至一定浓度后盐分结晶趁机于超滤膜结构表面，此外，海水中富含的矿物质也会在超滤膜结构表面结晶，所以在海水淡化系统中设置自动反洗组件，代替工程师手动清洗的方法，自动化定期清理超滤膜结构表面累计的盐矿物质，其采用回路环流清洗的方法，循环泵设置在回路内部提供水流循环的动力，通过水流溶解加药罐中贮存的药剂，去除附着在超滤膜结构表面的盐矿物质，再通过水流循环节省冲洗所需水量，同时加强杂质清除效果，非清洗时，阻流阀关闭回路，封闭加药罐，在清洗时，阻流阀开启以构成清洗循环回路。

12、可选的，还包括，

13、反冲阀，用于单向流通所述加药罐(41)与所述超滤膜结构(3)的管道。

14、通过采用上述技术方案，循环多次的清洗水流在清洗过程结束后从排污管流出，并利用反冲阀的单向流通效果，清洗完成后防止清洗完成后的水流倒流，保证后方水流将清洗水流单向排出系统。

15、可选的，还包括；

16、回流管，所述回流管连通所述超滤膜结构组件与所述原水箱，用于回流所述超滤膜结构组件清洗时的水流。

17、通过采用上述技术方案，回流管改善了传统条件下海水的单向流通，增加了海水的回流通道，正常情况下，回流通道处于关闭状态，在超滤膜结构清洗完成后一段时间内，系统内仍有清洗后的物质残留，若直接排出会导致供水质量下降，设置回流通道将系统内刚清洗完成阶段后的水流重新引入原水箱内二次过滤，以此保证后方的供水质量。

18、可选的，所述超滤膜结构由多个所述无机陶瓷膜与超滤膜结构壳组成，多个无机陶瓷膜与所述超滤膜结构壳之间形成渗透腔，用于淡化水的储存并流出；

19、此外，还包括用于施加对抗渗透压的加压件。

20、通过采用上述技术方案，实现于一定体积内增大单只膜面积，为保证淡水生产效率，将单只膜面积增大至不小于28㎡，此外，对无机陶瓷膜的率透过孔径做出要求，平均孔径小于100nm，仅供水分子通过，保证海水淡化的效果。

21、可选的，所述加药罐内盛装的药剂由10%的pac（聚合氯化铝）药剂组成；

22、所述加药罐单次投加pac药剂不多于0.5t。

23、通过采用上述技术方案，pac具有良好的絮凝效果，有效聚集悬浮在海水中的微小颗粒，形成较大的絮凝体，便于后续的过滤与分离，而10%的pac溶液具有适中的浓度，对pac药剂投入量做出限制，节约pac投入成本的同时获得最佳的絮凝效果。

24、本发明另一方面提供一种低温状态下海水淡化预处理工艺系统的运行方法，包括以下步骤：

25、海水湖向原水箱输送表层海水，给水泵将海水送入过滤器对海水进行过滤、沉淀、絮凝剂絮凝的预处理过程；

26、给水泵将海水送入超滤膜结构，海水通过反渗透作用，经过无机陶瓷膜的滤除淡化后，淡水流入渗透腔中；

27、海水从淡化系统的出水口流出，系统开启超滤膜结构的自动反洗进程。

28、通过采用上述步骤，海水淡化的原料从海洋表层即海洋上层几米到十几米的范围内抽取，此部分的水体海水较为清澈，且悬浮物于有机物质相对含量较低，容易去除，此外，相对的说氯化钠分布也较为均匀，此部分的水体抽取可以减少处理过程中悬浮物和有机物质的处理负担，且从较浅的部分抽取海洋水又同时减轻海水的抽取负担，本方案通过一系列的设置将前端抽取的海水经预处理、淡化处理过程后直接排出，并海水淡化系统末端对超滤膜结构进行自动化清理，降低海水淡化工程师的工作难度与劳动强度。

29、可选的，所述超滤膜结构的自动反洗进程包括以下步骤：

30、开启加药罐两端的阻流阀，加药罐于超滤膜结构之间的回路流通，开启循环泵，关闭淡化系统出水口；

31、保持反冲阀关闭状态，海水持续从前端混合加药罐中的流入超滤膜结构，并从超滤膜结构的出水口流回至原水箱内；

32、海水循环多次后，关闭加药罐两端的阻流阀，关闭循环泵，开启反冲阀，冲洗陶瓷膜组件的水流流至外界，排放定量海水后开启淡化系统的出水口并关闭反冲阀。

33、通过采用上述步骤，自动反洗进行前，由工程师操控系统开启阻流阀，对超滤膜处持续添加絮凝剂并利用水流多次冲刷滤孔或滤孔外的杂质。

34、综上所述，本技术包括以下有益技术效果：

35、1、在海水淡化系统中使用无机陶瓷膜平替有机高分子渗透膜，无机陶瓷膜的优异性能够提高海水淡化系统的产水量，在常温条件下，单只陶瓷膜较单支有机膜产水量提高，在低温条件下，无机陶瓷膜的产水效率降幅大大降低，提高海水淡化系统对低温的抗性，保证在一般的冬季寒冷条件下，海水淡化系统的不间断供水；

36、2、在海水淡化系统中设置自动反洗组件，对无机陶瓷膜自动清洗，通过在盛放清洗剂与絮凝剂的加药罐与陶瓷膜之间组成水流回路，在不间断海水淡化进程的同时水流回路往复多次冲洗无机陶瓷膜，冲洗完成后将水流单向排出，并在冲洗进程结束一段时间后开启回流通道，将残留有清洗剂与絮凝剂的水流往复通过预处理过程与无机陶瓷膜的渗透，水质达标后排出。