一种短流程海水淡化预处理工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种短流程海水淡化预处理工艺，该工艺包括下列步骤：步骤一，絮凝混合过程，将海水输送到絮凝反应池后将海水和絮凝剂混合均匀发生絮凝反应，形成矾花后溢流到超滤膜池；步骤二，过滤沉淀过程，溢流进超滤膜池内的海水和矾花在超滤膜池内过滤并沉淀；步骤三：步骤二过滤后的产水外送；步骤四，污泥循环过程，步骤二中沉淀的污泥一部分循环到步骤一的絮凝反应池并与海水混合后完成絮凝反应，另一部分排放处理。本发明具有絮凝反应快、能耗低、占地面积小和自动化程度高等优点，并且在生产过程中流程简单、旋转传动装置少、耐腐蚀和产水回收率高等优点。
【专利说明】
一种短流程海水淡化预处理工艺
技术领域
[0001]本发明涉及短流程海水淡化预处理工艺，属于水处理领域。
【背景技术】
[0002]随着人类社会的不断发展，淡水资源短缺问题日益严峻。中国是世界上严重缺水的国家之一，淡水资源短缺已经成为制约我国经济和社会发展的一个重要原因。海水淡化作为解决淡水资源短缺的一项重要手段得到了广泛的关注。从技术上看，海水淡化方法的种类可分为蒸馏法和反渗透法两类，相比而言，反渗透海水淡化技术投资小、能耗低、建造周期短，近年来发展速度相当迅速。但是，反渗透膜对于进水水质有着极为严格的要求，需要对海水进行一系列预处理。海水预处理方法的选择十分重要，它直接关系到整个海水淡化系统的建造成本和维护成本。
[0003]海水反渗透(SWRO)给水预处理技术包括消毒、凝聚/絮凝、澄清、过滤等传统水处理工艺及膜法等新的水处理工艺，膜法预处理主要包括微滤(MF)、超滤(UF)和纳滤(NF)等。预处理的目的:除去悬浮固体，降低浊度;控制微生物的生长;抑制与控制微溶盐的沉积;进水温度和PH的调整;有机物的去除;金属氧化物和含硅化合物沉淀控制。
[0004]预处理工艺的选择与原水水质及海水淡化装置对进水水质的要求有着密切的关系。反渗透海水淡化系统一般采用杀菌消毒、混凝、澄清、介质过滤、膜过滤等技术作为预处理工艺。典型工艺有:
[0005](I)海水一杀菌消毒一混凝、澄清一多介质过滤一细砂过滤器一海水反渗透系统；
[0006](2)海水一杀菌消毒一混凝、澄清一斜板沉淀池一海水反渗透系统；
[0007](3)海水一杀菌消毒一混凝、澄清一超(微)滤膜过滤一海水反渗透系统；
[0008](4)海水一杀菌消毒一混凝、澄清一多介质过滤一超(微)滤膜过滤一海水反渗透系统；
[0009]反渗透预处理的作用是防止膜被污染和污堵，其出水水质应满足反渗透装置的进水水质要求:污染指数(SDIK3;海水反渗透预处理系统由于受取水方式以及各地海水水质(物理指标)的变化而出入较大，一般情况下要采用加氯消毒、凝聚过滤、加酸调节PH值、加阻垢剂、消除余氯以及过滤等措施才能进入反渗透系统。所以，水质是选择系统的重要依据。目前，传统的预处理方法预处理流程过长、混凝土构筑物偏多且占地面积大和基础投资高的问题，另外海水腐蚀性强需要对较多的管道和过滤器进行维护和防腐。
【发明内容】
[0010]本发明要解决的技术问题是提出一种短流程海水淡化预处理工艺，能够絮凝反应快、能耗低、占地面积小和自动化程度高，并且在生产过程中流程简单、减少旋转传动装置、耐腐蚀和产水回收率高，从而更加适于实用。
[0011]本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
[0012]本发明公开一种短流程海水淡化预处理工艺，该工艺包括下列步骤:步骤一，絮凝混合过程，将海水输送到絮凝反应池后将海水和絮凝剂混合均匀发生絮凝反应，形成矾花后溢流到超滤膜池;步骤二，过滤沉淀过程，溢流进超滤膜池内的海水和矾花在超滤膜池内过滤并沉淀;步骤三:步骤二过滤后的产水外送;步骤四，污泥循环过程，步骤二中沉淀的污泥一部分循环到步骤一的絮凝反应池并与海水混合后完成絮凝反应，另一部分排放处理。
[0013]本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
[0014]上述的短流程海水淡化预处理工艺，在步骤一中，所述絮凝剂和海水反应时间小于6.2min，絮凝反应池的平均混合速度梯度G值为314S—1，GT值范围是I X 105-2 X 15;所述絮凝反应形成的胶粒表面对异号离子、异号胶粒、链状离子或分子带异号电荷的部位有强烈的吸附作用。
[0015]上述的短流程海水淡化预处理工艺，在步骤一中，所述絮凝反应池的进水方式为下端进水，所述絮凝剂加药点位于絮凝反应池的上端的进水口。
[0016]上述的短流程海水淡化预处理工艺，所述絮凝剂采用铁盐絮凝剂或铝盐絮凝剂；在投加所述絮凝剂的同时还投加助凝剂和凝聚剂。
[0017]上述的短流程海水淡化预处理工艺，在步骤二中，所述过滤的模式为死端过滤采用周期性运行，其中包含产水、反洗和化学清洗模式。
[0018]上述的短流程海水淡化预处理工艺，在步骤二中，所述超滤膜池的上升流速大于
2.1mm/so
[0019]本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
[0020]本发明公开一种短流程海水淡化预处理工艺装置，其包括:絮凝反应池，在其内部设有搅拌器，该絮凝反应池的底部通过管道与进水提升栗及污泥回流管道连接;超滤膜池，与絮凝反应池共用有一缺口的侧壁，在该超滤膜池内部设有超滤膜组件，在该超滤膜池的底部设有泥斗，该泥斗的底部通过管道依序与污泥循环栗、污泥处理单元连接;污泥循环栗通过管道与污泥回流管道连接；以及超滤膜组件通过管道分别与风机、产水栗连接，该产水栗与产水箱连接。
[0021]上述的短流程海水淡化预处理装置，所述超滤膜组件设有膜架、膜丝，该膜丝的内部有加强筋，该膜丝下端固设在膜架上，该膜丝上端口密封，该膜丝自由的摆动;膜丝上设有超滤膜孔，该超滤膜孔的孔径为0.03微米，膜丝直径为2.6mm。
[0022]上述的短流程海水淡化预处理装置，所述搅拌器为低速浆叶式搅拌器，该搅拌器的桨叶外周设有防止水流和桨叶同时旋转的挡板;桨叶面积与过水断面面积之比小于5%。
[0023]上述的短流程海水淡化预处理装置，所述絮凝反应池和所述超滤膜池间设有溢流配水槽。
[0024]本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明具有以下优点:
[0025](I)本发明的工艺产水水质满足反渗透进水要求；
[0026](2)与其他工艺相比，本发明流程短，占地面积小，基础投资少。
[0027](3)本工艺出水水质好，自动化程度高，人工干预少；
[0028](4)采用了带有加强筋的膜丝，强度高不容易断丝，保证了出水水质的稳定。将膜丝单头封装，膜丝下端允许空气擦洗和固体排放改善。空气擦洗被有效分配到每根膜丝周围没有底部封装，空气擦洗后固体容易被排走。
[0029](5)絮凝反应中机械搅拌部件少，管道及膜架结构采用FRP材料，减少了防腐难度。
[0030](6)絮凝反应形成的胶粒表面对异号离子、异号胶粒、链状离子或分子带异号电荷的部位有强烈的吸附作用。由于这种吸附作用中和了电位离子所带电荷，减少了静电斥力，降低了电子云的内外电位差，使胶体的脱稳和凝聚易于发生。
[0031]上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
【附图说明】
[0032]图1为本发明一种短流程海水淡化预处理工艺的流程图。
[0033]图2为本发明一种短流程海水淡化预处理装置的结构示意图。
[0034]图3为本发明膜丝、膜架结构示意图。
[0035]【主要组件符号说明】
[0036]1:絮凝反应池 2:进水提升栗
[0037]3:污泥回流管道 4:超滤膜池
[0038]5:污泥循环栗 6:污泥处理单元
【具体实施方式】
[0039]为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种短流程海水淡化预处理工艺其【具体实施方式】、结构、特征及其功效，详细说明如后。
[0040]请参阅图1，本发明一种短流程海水淡化预处理工艺的流程图。
[0041]步骤一，絮凝混合过程，将海水输送到絮凝反应池后将海水和絮凝剂混合均匀发生絮凝反应，形成矾花后溢流到超滤膜池。
[0042]絮凝剂和海水反应时间小于6.2min，絮凝反应池的平均混合速度梯度G值为314S'GT值范围是I X 105-2 X 105。在一实施例中具体的GT值为1.16X105。
[0043]絮凝反应池的进水方式为下端进水，海水原水池中的海水通过管道进入絮凝反应池底部。絮凝剂从絮凝反应池的上端口加药。絮凝反应池采用低速的浆叶式搅拌器，并在桨叶的周围设有防止水流和桨叶同时旋转的挡板。旋转桨板面积与过水断面面积之比小于
[0044]进一步的，絮凝剂可以采用铁盐、铝盐或者其他类型的絮凝剂，在投加絮凝剂的同时还可以投加助凝剂和凝聚剂。
[0045]絮凝反应形成的胶粒表面对异号离子、异号胶粒、链状离子或分子带异号电荷的部位有强烈的吸附作用，由于这种吸附作用中和了电位离子所带电荷，减少了静电斥力，降低了电子云的内外电位差，使胶体的脱稳和凝聚易于发生。
[0046]步骤二，过滤沉淀过程，溢流进超滤膜池内的海水和矾花在超滤膜池内过滤并沉淀。
[0047]过滤模式为死端过滤采用周期性运行，其中包含产水、反洗、强力冲洗和化学清洗模式。超滤膜池的上升流速大于2.lmm/s。
[0048]步骤三，步骤二过滤后的产水外送。
[0049]步骤四，污泥循环过程，步骤二中沉淀的污泥一部分循环到絮凝混合过程的絮凝反应池并与海水混合后完成絮凝反应，另一部分排放处理。
[0050]超滤膜池的上升流速大于2.lmm/s。超滤膜池既承担了超滤过滤功能又具有絮凝沉淀的作用。本发明不设置专门的沉淀池，其沉淀过程发生在超滤膜池。
[0051]超滤膜池的过滤模式为死端过滤采用周期性运行，其中包含产水、反洗、强力冲洗和化学清洗模式。
[0052]请参阅图2，本发明一种短流程海水淡化预处理装置的结构示意图。
[0053]本发明公开一种实现上述短流程海水淡化预处理工艺的装置。絮凝反应池I在其内部设有搅拌器U。絮凝反应池I的底部通过管道与进水提升栗2及污泥回流管道3连接。搅拌器11为低速浆叶式搅拌器，该搅拌器11的桨叶外周设有防止水流和桨叶同时旋转的挡板111。桨叶面积与过水断面面积之比小于5%。
[0054]超滤膜池4与絮凝反应池I共用有一缺口12的侧壁。在超滤膜池4内部空间的上部设有超滤膜组件41。在超滤膜池I的底部设有泥斗42。泥斗42的底部通过管道依序与污泥循环栗5、污泥处理单元6连接。污泥循环栗5通过管道与污泥回流管道3连接。此结构使从泥斗42流出的污泥一部分通过污泥回流管道3循环到絮凝混合过程的絮凝反应池I并与海水混合后完成絮凝反应，另一部分通过污泥处理单元6进行排放处理。
[0055]超滤膜组件41通过管道分别与风机7、产水栗8连接，该产水栗8与产水箱9连接。超滤膜组件41设有膜架411、膜丝412。膜丝412的内部设有加强筋(图中未显示)。膜丝412下端固设在膜架411上，膜丝412的上端口密封。所以膜丝412是下端固定并可以在膜架411上自由的摆动。膜丝412上设有过滤用的超滤膜孔，该超滤膜孔的孔径为0.03微米。膜丝直径为2.6mmο
[0056]请参阅图3，膜架411的第一端口413通过曝气管道71与风机7连接，膜架411的第二端口 414通过超滤产水管81与产水栗8连接。第一端口 413与膜架411上端面的孔415连通，第二端口414与膜丝412的下端口(图中未显示)连通。
[0057]超滤膜池4的过滤模式为死端过滤采用产水模式、反洗模式周期性运行，还可以进行化学清洗模式。
[0058]产水模式中，在膜丝412过滤后的海水为产水。产水栗8启动将产水通过膜丝412的下端口流入膜架411的第二端口 414从而进入产水箱9。
[0059]反洗模式中，风机7产生的气流通过曝气管道71进入膜架411上端面的孔415，并使膜丝412抖动。同时产水栗8启动，产水从产水箱9通过超滤产水管81进入第二端口 414从而进入膜丝412内部。附着在膜丝412上的截留物剥离，使膜丝412恢复过滤功能。
[0060]反洗模式结束后，产水栗8通过超滤产水管81将超滤膜组件41内过滤沉淀后的产水引入产水箱9进入产水模式，如此反复进行。
[0061]絮凝反应池I和超滤膜池4间设有溢流配水槽43。从絮凝反应池I溢出的海水及矾花通过溢流配水槽43进入超滤膜池4底部。溢流配水槽43的作用是使溢出的海水及矾花从底部进入超滤膜池4，以便于海水进入超滤膜组件41进行过滤及矾花的沉淀。
[0062]请参阅图1、图2，下面以一具体实施例说明本发明的工作过程。乐清湾海域，为高含沙区，砂属极细粉砂和粗粘土。含沙量大潮为0.214kg/m3，中潮为0.260kg/m3，小潮为0.041kg/m3。粒径为0.003-0.0052mm。还有粒径更小的以胶体、络合物、离子对、离子等形式存在的盐类。
[0063]水源可以是海水或原水池，本实施例中使用海水。海水的进水提升栗2每小时供水25m3/h，海水浊度1000?2000NTU之间。海水由絮凝反应池I下方进水口进入，同时在絮凝反应池I上端投加絮凝剂三氯化铁(浓度10%)。絮凝反应池I中搅拌器11采用低速浆叶式搅拌器，海水的停留时间为6.2min。混合了絮凝剂的海水中产水了大量的矾花，小的矾花会吸附悬浮颗粒变成大颗粒矾花。形成矾花后，矾花与海水通过缺口 12溢流到超滤膜池4内，大颗粒矾花由于体积增大，破坏了原有的平衡状态后缓慢的沉淀，超滤膜池4的上部逐渐形成产水上清液。与此同时超滤膜组件41的过滤过程就发生在超滤膜池4的上部，即超滤膜组件41对产水上清液进行过滤。矾花沉淀在超滤膜池4下部的泥斗42内，由于重力原因矾花会渐渐压实成为污泥。泥斗42内部的污泥通过污泥循环栗5—部分会回流到絮凝反应池I，加速矾花的形成，剩下的一部分污泥通过污泥排放单元6排出处理。
[0064]在本发明实施例中超滤膜组件41在超滤膜池4内过滤沉淀后剩下产水上清液。上端面密封的膜丝412的超滤膜孔的孔径0.03μπι，产水水质浊度小于0.1NTU，SDI〈0.4。产水周期大于30min，每周期反洗时间小于40s，产水回收率高为95%以上，同时产水水质满足反渗透生产要求。
[0065]以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
【主权项】
1.一种短流程海水淡化预处理工艺，其特征在于，该工艺包括下列步骤: 步骤一，絮凝混合过程，将海水输送到絮凝反应池后将海水和絮凝剂混合均匀发生絮凝反应，形成矾花后溢流到超滤膜池； 步骤二，过滤沉淀过程，溢流进超滤膜池内的海水和矾花在超滤膜池内过滤并沉淀； 步骤三:步骤二过滤后的产水外送； 步骤四，污泥循环过程，步骤二中沉淀的污泥一部分循环到步骤一的絮凝反应池并与海水混合后完成絮凝反应，另一部分排放处理。2.根据权利要求1所述的短流程海水淡化预处理工艺，其特征在于，在步骤一中，所述絮凝剂和海水反应时间小于6.2min，絮凝反应池的平均混合速度梯度G值为314S—1，GT值范围是 1 X 105-2X 105; 所述絮凝反应形成的胶粒表面对异号离子、异号胶粒、链状离子或分子带异号电荷的部位有强烈的吸附作用。3.根据权利要求1所述的短流程海水淡化预处理工艺，其特征在于，在步骤一中，所述絮凝反应池的进水方式为下端进水，所述絮凝剂加药点位于絮凝反应池的上端的进水口。4.根据权利要求1所述的短流程海水淡化预处理工艺，其特征在于，所述絮凝剂采用铁盐絮凝剂或铝盐絮凝剂； 在投加所述絮凝剂的同时还投加助凝剂和凝聚剂。5.根据权利要求1所述的短流程海水淡化预处理工艺，其特征在于，在步骤二中，所述过滤的模式为死端过滤采用周期性运行，其中包含产水、反洗和化学清洗模式。6.根据权利要求1所述的短流程海水淡化预处理工艺，其特征在于，在步骤二中，所述超滤膜池的上升流速大于2.lmm/s。7.—种实现权利要求1-6所述的短流程海水淡化预处理工艺的装置，其特征在于，其包括: 絮凝反应池，在其内部设有搅拌器，该絮凝反应池的底部通过管道与进水提升栗及污泥回流管道连接； 超滤膜池，与絮凝反应池共用有一缺口的侧壁，在该超滤膜池内部设有超滤膜组件，在该超滤膜池的底部设有泥斗，该泥斗的底部通过管道依序与污泥循环栗、污泥处理单元连接； 污泥循环栗通过管道与污泥回流管道连接； 以及超滤膜组件通过管道分别与风机、产水栗连接，该产水栗与产水箱连接。8.根据权利要求7所述的短流程海水淡化预处理装置，其特征在于， 所述超滤膜组件设有膜架、膜丝，该膜丝的内部有加强筋，该膜丝下端固设在膜架上，该膜丝上端口密封，该膜丝自由的摆动； 膜丝上设有超滤膜孔，该超滤膜孔的孔径为0.03微米，膜丝直径为2.6mm。9.根据权利要求7所述的短流程海水淡化预处理装置，其特征在于，所述搅拌器为低速浆叶式搅拌器，该搅拌器的桨叶外周设有防止水流和桨叶同时旋转的挡板； 桨叶面积与过水断面面积之比小于5%。10.根据权利要求7-9任意一项所述的短流程海水淡化预处理装置，其特征在于，所述絮凝反应池和所述超滤膜池间设有溢流配水槽。
【文档编号】C02F9/04GK105906109SQ201610530354
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年7月6日
【发明人】李尚志
【申请人】北京大井易通科技发展有限公司