專利名稱：一種雙極膜對(duì)反滲透法海水淡化產(chǎn)水調(diào)質(zhì)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種化學(xué)處理方法，具體是指一種利用化學(xué)動(dòng)態(tài)平衡來(lái)調(diào)節(jié)海水淡化中產(chǎn)水的水質(zhì)的方法。
背景技術(shù)：
全球水的總儲(chǔ)量為13. 86億km3，海水就占有96. 5%，人類可取用的地表水和淺層地下水僅為0. 79%，且隨地域和季節(jié)變化分布極不均勻。據(jù)聯(lián)合國(guó)提供資料分析，中國(guó)水資源總量為億m3，居世界第6位，中國(guó)人均水資源量為2340m3，全球排在109位。到本世紀(jì)中葉，中國(guó)人口預(yù)測(cè)16億時(shí)，人均水資源為1600m3，成為嚴(yán)重缺水的國(guó)家。中國(guó)668 個(gè)城市中，缺水城市約400個(gè)，嚴(yán)重缺水的城市約108個(gè)。這些城市日缺水量為1600萬(wàn)m3， 全年缺水量為200億m3。中國(guó)每年工業(yè)、生活污水排放量已達(dá)約600億m3，90%的城市水域受到不同程度的污染，尤其南方城市由于采用地表水做水源而地表水又受到不同程度的污染。因此又導(dǎo)致水質(zhì)性缺水。水是我國(guó)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展的戰(zhàn)略性資源。我國(guó)政府對(duì)水資源的開發(fā)、利用、保護(hù)十分重視。為了向大海索取淡水，上世紀(jì)五十年代初，膜技術(shù)便被優(yōu)先提出來(lái)了，至七十年代海水淡化技術(shù)在世界上實(shí)現(xiàn)了商品化，經(jīng)過(guò)產(chǎn)品換代、工藝革新，目前已成為最經(jīng)濟(jì)的海水淡化和高鹽度苦咸水脫鹽技術(shù)。在國(guó)家支持下，我國(guó)海水淡化技術(shù)也取得了令人矚目的業(yè)績(jī)，成為具有自行設(shè)計(jì)、生產(chǎn)海水淡化裝置的國(guó)家。從戰(zhàn)略上講，海水是唯一不受氣候影響，可以持續(xù)開發(fā)利用的水資源。專家指出， 與其他水資源供應(yīng)方法相比，海水淡化具有供給穩(wěn)定、可按照需求隨時(shí)增加供應(yīng)量等優(yōu)勢(shì)， 更重要的是它還可以推動(dòng)海水的綜合利用與開發(fā)，海水淡化的成本也可進(jìn)一步降低。這也促使我國(guó)的海水淡化發(fā)展十分迅速，截止2007年底，我國(guó)已建成浙江省嵊泗縣泗礁島等反滲透海水淡化裝置幾十套，裝置日產(chǎn)水量可達(dá)十幾萬(wàn)噸，并且正在建設(shè)岱山5000立方米/ 日、六橫島10000立方米/日海水淡化等項(xiàng)目，這將徹底改變中國(guó)海島縣以及沿海缺水地區(qū)長(zhǎng)期以來(lái)“守著大海買水喝”的局面。從衛(wèi)生學(xué)的角度，經(jīng)過(guò)反滲透淡化處理以后的飲用水，某些有害污染物的含量確實(shí)得到了控制，但水中對(duì)人體健康有重要影響的天然礦物質(zhì)的含量也出現(xiàn)了本質(zhì)的差別。 與其他飲用水相比，經(jīng)過(guò)反滲透的飲用水礦物質(zhì)含量較少、PH值偏低。經(jīng)過(guò)眾多學(xué)者圍繞飲用純凈水的生物學(xué)效應(yīng)較為系統(tǒng)的研究，發(fā)現(xiàn)飲用純凈水對(duì)人體具有正反兩方面的影響。 就遺傳毒性而言，純凈水較自來(lái)水、凈化水、涼開水安全；但長(zhǎng)期飲用純凈水很可能降低體內(nèi)某些礦物元素水平，從破壞原有體內(nèi)的電解質(zhì)平衡，從而使人體的適應(yīng)能力與免疫能力下降，也有可能通過(guò)升高血脂而誘發(fā)心血管系統(tǒng)損害等。目前利用海水淡化法制取飲用水基本上采用反滲透法或熱法，由于反滲透技術(shù)本身的原因，要求海水淡化的進(jìn)水進(jìn)行必要的預(yù)處理，如加阻垢劑、進(jìn)行適當(dāng)軟化、調(diào)節(jié)PH值等；并且目前反滲透法海水淡化所用的反滲透膜絕大多數(shù)為荷負(fù)電的高壓反滲透膜，以上這些原因都會(huì)使其產(chǎn)水的PH值偏低(pH在6.0左右)，這使產(chǎn)水明顯具有酸性，目前所采用的手段一般是通過(guò)后期加強(qiáng)堿調(diào)PH的方法使產(chǎn)水pH值調(diào)至弱堿，但都還存在pH值不穩(wěn)定、礦物質(zhì)含量太低的問(wèn)題。由于原有的自來(lái)水基本上都是硬度偏高，長(zhǎng)時(shí)間使用下來(lái)會(huì)在市政管道內(nèi)壁形成一層結(jié)垢層，此時(shí)偏酸性的淡化產(chǎn)水經(jīng)過(guò)管道會(huì)對(duì)市政管網(wǎng)產(chǎn)生腐蝕作用，并且會(huì)使原來(lái)的結(jié)垢層慢慢的重新溶解，使在用戶剛一開始使用或停用一段時(shí)間重新使用時(shí)會(huì)出黃水而影響使用。另外，在反滲透海洋淡化過(guò)程中，由于膜的截留率非常高，以至在脫鹽的過(guò)程中把對(duì)人身有利的礦物質(zhì)也同時(shí)進(jìn)長(zhǎng)截留，以至于產(chǎn)水中的礦物質(zhì)含量非常低。以上現(xiàn)象足以說(shuō)明，目前反滲透法海水淡化制備的飲用水，十分有必要進(jìn)行調(diào)質(zhì)， 使PH值以及礦物質(zhì)成份能更好符合人體的需求，同時(shí)解決管網(wǎng)中出黃水的問(wèn)題。由于反滲透法海水淡化的產(chǎn)水從制備到使用需要一段時(shí)間，并且其中會(huì)有一段時(shí)間暴露在空氣中， 由理論知識(shí)可知pH值在7附近非常難以準(zhǔn)確調(diào)節(jié)，如果直接用強(qiáng)堿來(lái)調(diào)質(zhì)pH值會(huì)很容易受空氣中的C02溶解的影響；由于海水淡化在不同的工程中所用的反滲透膜、預(yù)處理等工藝也不盡相同，以及當(dāng)?shù)刈詠?lái)水的硬度、氣候條件也不一樣而導(dǎo)致原有市政管網(wǎng)結(jié)垢層的不同；這些因素都加大了產(chǎn)水調(diào)質(zhì)的難度。本項(xiàng)目是從人體對(duì)飲用水的要求出發(fā)，充分考慮經(jīng)濟(jì)效益，研究一種投入少、運(yùn)行成本低、操作方便、產(chǎn)水符合健康要求、利用緩沖平衡的原理使PH值能長(zhǎng)期穩(wěn)定在6. 7-7. 9、能進(jìn)行大型工程應(yīng)用的海水淡化產(chǎn)水調(diào)質(zhì)方法與工藝， 最后達(dá)到大型工程應(yīng)用。海水淡化技術(shù)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，已得到人們的基本認(rèn)同，故利用海水淡化制取飲用水也逐步得以應(yīng)用。但相對(duì)地表水源而言，利用海水淡化制取飲用水所占的比率以及規(guī)模還是很小的，所以一些問(wèn)題表現(xiàn)的也不是很明顯。一旦隨著海水淡化制取的飲用水在整個(gè)市政工程中的比率以及規(guī)模的上升，這些問(wèn)題會(huì)日益突出，進(jìn)而影響海水淡化的普及、阻礙解決沿海地區(qū)或海島缺水問(wèn)題的進(jìn)程，故對(duì)海水淡化產(chǎn)水的調(diào)質(zhì)進(jìn)行研究是一項(xiàng)比較迫切任務(wù)。目前在發(fā)達(dá)國(guó)家的反滲透法海水淡化的產(chǎn)水基本上都采用調(diào)質(zhì)技術(shù)，最開始的通過(guò)簡(jiǎn)單的酸堿來(lái)調(diào)PH值，發(fā)展到現(xiàn)在的基本上是通過(guò)平衡體系來(lái)調(diào)整pH值，同時(shí)調(diào)整產(chǎn)水中礦物質(zhì)的含量。通過(guò)監(jiān)測(cè)產(chǎn)水中的各種成分的含量以及當(dāng)時(shí)的氣候等因素，根據(jù)平衡動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整各種調(diào)質(zhì)劑的添加量與添加方式。而國(guó)內(nèi)由于起步比較晚，從最開始的不調(diào)質(zhì)海水淡化產(chǎn)水，到簡(jiǎn)單調(diào)質(zhì)，但由于缺少技術(shù)手段與方法，調(diào)質(zhì)效果不理想，如 PH不穩(wěn)定，調(diào)質(zhì)的時(shí)候是達(dá)標(biāo)的，但很快就發(fā)生偏離。由于沒(méi)有可以利用的平衡動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算，所以對(duì)各種調(diào)質(zhì)劑的含量及添加方式全靠經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行。所以如何做到穩(wěn)定、準(zhǔn)確、自動(dòng)化的調(diào)質(zhì)產(chǎn)水是我們以后發(fā)展的目標(biāo)。本發(fā)明從飲用水標(biāo)準(zhǔn)出發(fā)，充分考慮經(jīng)濟(jì)效益，研究一種投入少、運(yùn)行成本低、操作方便、產(chǎn)水符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)、利用緩沖平衡的原理使PH值能長(zhǎng)期穩(wěn)定在7.0 8. 8、礦物質(zhì)與硼含量符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)、能進(jìn)行大型工程應(yīng)用的雙極膜海水淡化產(chǎn)水調(diào)質(zhì)方法與工藝，解決海水淡化發(fā)展的技術(shù)瓶頸。本發(fā)明利用雙極膜技術(shù)產(chǎn)生酸液與堿液，無(wú)需另加試劑，解決某些地方對(duì)鹽酸、二氧化碳運(yùn)輸不方便的問(wèn)題，也解決人們對(duì)海水淡化需要另外試劑的疑慮。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提出了一種更環(huán)保、有效的調(diào)質(zhì)方法。
本發(fā)明是通過(guò)下述技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)的一種雙極膜對(duì)反滲透法海水淡化產(chǎn)水調(diào)質(zhì)的方法，其特征在于包括下述步驟(1)以經(jīng)過(guò)絮凝沉淀、砂濾過(guò)濾的海水為進(jìn)水，部分進(jìn)水進(jìn)入三隔室組裝的雙極膜裝置，其中的雙極膜為一二價(jià)分離膜，其中的一二價(jià)分離陽(yáng)膜為對(duì)一二價(jià)陽(yáng)離子分離度在 95 %以上，膜電阻低于2歐/平方厘米，膜厚小于0. 2毫米，交聯(lián)度在30 %以上；雙極膜運(yùn)行電流密度為100-2000A/m2，膜表面流速為l-15cm/s，極液為質(zhì)量濃度的氯化鈉或硫酸鈉溶液；另一部分進(jìn)水進(jìn)入反滲透裝置；本發(fā)明中的雙極膜裝置中陰電極為不銹鋼或鈦涂釕電極，陽(yáng)極用鈦涂釕電極或鉬電極，也可以采用其它較常規(guī)的電極，實(shí)現(xiàn)雙極膜的功效即可；本發(fā)明中采用局部循環(huán)或增大膜面積的方法可使酸室的酸液或堿室的堿液的濃度達(dá)到0. 5-15% ；本發(fā)明中的海水經(jīng)絮凝沉淀、砂濾過(guò)濾等為常規(guī)的預(yù)處理過(guò)程；(2)經(jīng)雙極膜裝置后的進(jìn)水在堿室產(chǎn)生氫氧化鈉，在酸室產(chǎn)生鹽酸；其中的鹽酸流經(jīng)石灰石礦床，產(chǎn)生含碳酸氫鈣的溶液，加注到反滲透裝置的產(chǎn)水中，加入含碳酸氫鈣的溶液后使產(chǎn)水中的碳酸氫根的濃度為5-150mg/L ；作為優(yōu)選，加入含碳酸氫鈣的溶液后使產(chǎn)水中的碳酸氫根的濃度為70-120mg/L ；(3)把雙極膜裝置堿室所產(chǎn)生的氫氧化鈉溶液加入到上述已加入含碳酸氫鈣溶液的產(chǎn)水，調(diào)節(jié)上述混合后的產(chǎn)水PH至7. 0-8. 8 ；作為優(yōu)選，加入氫氧化鈉溶液后使產(chǎn)水pH 至 7. 5-8. 2。作為優(yōu)選，上述方法中雙極膜裝置的運(yùn)行電流密度為500-1000A/m2，膜表面流速為 5_8cm/s0本發(fā)明利用碳酸氫根緩沖體系來(lái)調(diào)節(jié)反滲透法海水淡化產(chǎn)水的pH值能長(zhǎng)期穩(wěn)定在7. 0-8. 8、鈣離子濃度為10-150mg/L，符合弱堿性、含礦物質(zhì)的飲用水要求，利用水-二氧化碳-氯化鈉-碳酸氫鈣-碳酸鈣五元平衡體系計(jì)算方法計(jì)算海水淡化產(chǎn)水的PH值調(diào)節(jié)到7. 0-8. 8所需的碳酸氫根的含量。經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)后，使海水淡化的產(chǎn)水中的碳酸氫根的濃度為5-150mg/L，碳酸根的濃度為0-50mg/L，鈣離子的濃度為10_150mg/L。本發(fā)明的所用的碳酸氫根，由雙極膜裝置的酸室產(chǎn)生酸液流經(jīng)石灰石礦化床反應(yīng)生成碳酸氫鈣而產(chǎn)生。產(chǎn)生的碳酸氫根溶液經(jīng)計(jì)量泵按計(jì)量注入海水淡化的產(chǎn)水中，使其濃度為 20-200mg/L。本發(fā)明的所用的碳酸根，由產(chǎn)水經(jīng)過(guò)加碳酸氫鈣后，繼續(xù)按計(jì)量添加雙極膜裝置堿室的堿液與碳酸氫根反應(yīng)生成碳酸根。有益效果在海水淡化場(chǎng)合，無(wú)需另加試劑，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)淡化海水的調(diào)質(zhì)，解決某些地方對(duì)鹽酸、二氧化碳運(yùn)輸不方便的問(wèn)題，也解決人們對(duì)海水淡化需要另外試劑的疑慮。


圖1雙極膜法海水淡化預(yù)處理過(guò)程的反應(yīng)式圖2雙極膜制酸堿的原理3淡化海水調(diào)質(zhì)流程示意圖
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施作具體說(shuō)明
實(shí)施例1以經(jīng)過(guò)絮凝沉淀、砂濾過(guò)濾的海水為進(jìn)水，雙極裝置為BMP2-500的裝置，采用 200*400的雙極膜40張，陰膜與陽(yáng)膜采用一二價(jià)分離膜40對(duì)，80張200*400的彈性隔板， 陰電極為鈦涂釕電極，陽(yáng)極用鉬電極。電流密度采用1000A/m2，膜表面流速為5cm/s，極液采用3%的硫酸鈉溶液，采用局部循環(huán)的方法使酸室的酸液或堿室的堿液的濃度達(dá)到10%左右。把酸室的酸液流經(jīng)石灰石礦床，得到碳酸氫鈣溶液，再用計(jì)量泵把碳酸鈣溶液打入海水淡化的產(chǎn)水中并混和均勻，使產(chǎn)水中的碳酸氫根的含量為80mg/L，再用計(jì)量泵按30mg/L的比例把雙極膜堿室的堿液加入到已經(jīng)含碳酸氫根的產(chǎn)水中。經(jīng)此調(diào)節(jié)，產(chǎn)水的PH值為7. 9， 并能長(zhǎng)期穩(wěn)定，鈣含量為60mg/L左右，符合飲用水要求，達(dá)到產(chǎn)水調(diào)質(zhì)目的。實(shí)施例2以經(jīng)過(guò)絮凝沉淀、砂濾過(guò)濾的海水為進(jìn)水，雙極裝置為BMP2-2500的裝置，采用 400*800的雙極膜20張，陰膜與陽(yáng)膜采用一二價(jià)分離膜20對(duì)，60張400*800的彈性隔板， 陰電極為鈦涂釕電極，陽(yáng)極用鉬電極。電流密度采用500A/m2，膜表面流速為6cm/s，極液采用5%的硫酸鈉溶液，采用局部循環(huán)的方法使酸室的酸液或堿室的堿液的濃度達(dá)到5%左右。把酸室的酸液流經(jīng)石灰石礦床，得到碳酸氫鈣溶液，再用計(jì)量泵把碳酸鈣溶液打入海水淡化的產(chǎn)水中并混和均勻，使產(chǎn)水中的碳酸氫根的含量為60mg/L，再用計(jì)量泵按20mg/L的比例把雙極膜堿室的堿液加入到已經(jīng)含碳酸氫根的產(chǎn)水中。經(jīng)此調(diào)節(jié)，產(chǎn)水的PH值為7. 6， 并能長(zhǎng)期穩(wěn)定，鈣含量為50mg/L左右，符合飲用水要求，達(dá)到產(chǎn)水調(diào)質(zhì)目的。實(shí)施例3以經(jīng)過(guò)絮凝沉淀、砂濾過(guò)濾的海水為進(jìn)水，雙極裝置為BMP2-2500的裝置，采用 400*800的雙極膜20張，陰膜與陽(yáng)膜采用一二價(jià)分離膜20對(duì)，60張400*800的彈性隔板， 陰電極為不銹鋼電極，陽(yáng)極用鈦涂釕電極。電流密度采用300A/m2，膜表面流速為lOcm/s， 極液采用5%的氯化鈉溶液。把酸室的酸液流經(jīng)石灰石礦床，得到碳酸氫鈣溶液，再用計(jì)量泵把碳酸鈣溶液打入海水淡化的產(chǎn)水中并混和均勻，使產(chǎn)水中的碳酸氫根的含量為IOOmg/ L，再用計(jì)量泵按20mg/L的比例把雙極膜堿室的堿液加入到已經(jīng)含碳酸氫根的產(chǎn)水中。經(jīng)此調(diào)節(jié)，產(chǎn)水的PH值為7. 2，并能長(zhǎng)期穩(wěn)定，鈣含量為53mg/L左右，符合飲用水要求，達(dá)到產(chǎn)水調(diào)質(zhì)目的。
權(quán)利要求
1.一種雙極膜對(duì)反滲透法海水淡化產(chǎn)水調(diào)質(zhì)的方法，其特征在于包括下述步驟(1)以經(jīng)過(guò)絮凝沉淀、砂濾過(guò)濾的海水為進(jìn)水，部分進(jìn)水進(jìn)入三隔室組裝的雙極膜裝置，每個(gè)三隔室單元由雙極膜、陽(yáng)膜、陰膜、三張雙極膜彈性隔板組成，其中的陽(yáng)膜為一二價(jià)分離膜是對(duì)一二價(jià)陽(yáng)離子分離度在95%以上，膜電阻低于2歐/平方厘米，膜厚小于0. 2 毫米，交聯(lián)度在30%以上的陽(yáng)膜；雙極膜裝置運(yùn)行的電流密度為100-2000A/m2，膜表面流速為l-15cm/s，極液為質(zhì)量濃度1-10%的氯化鈉或硫酸鈉溶液；另一部分進(jìn)水進(jìn)入反滲透裝置；(2)進(jìn)水經(jīng)雙極膜裝置運(yùn)行后，在堿室產(chǎn)生氫氧化鈉，在酸室產(chǎn)生鹽酸；其中的鹽酸流經(jīng)石灰石礦床，產(chǎn)生含碳酸氫鈣的溶液，加注到反滲透裝置的產(chǎn)水中，加入含碳酸氫鈣的溶液后使產(chǎn)水中的碳酸氫根的濃度為5-150mg/L ；(3)把雙極膜裝置堿室所產(chǎn)生的氫氧化鈉溶液加入到上述已加入含碳酸氫鈣溶液的產(chǎn)水，調(diào)節(jié)上述混合后的產(chǎn)水PH至7. 0-8. 8。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的雙極膜裝置中陰電極為不銹鋼或鈦涂釕電極，陽(yáng)極用鈦涂釕電極或鈦鍍鉬電極或鉬電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的雙極膜裝置中的運(yùn)行電流密度為 500-1000A/m2，膜表面流速為 5_8cm/s。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的步驟O)中加入含碳酸氫鈣的溶液后使產(chǎn)水中的碳酸氫根的濃度為70-120mg/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的步驟(3)中加入氫氧化鈉溶液后使產(chǎn)水 pH 至 7. 5-8. 2。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種化學(xué)處理方法，具體是指一種利用化學(xué)動(dòng)態(tài)平衡來(lái)調(diào)節(jié)海水淡化中產(chǎn)水的水質(zhì)的方法。本發(fā)明把經(jīng)初步處理的海水分別放入雙極膜裝置和反滲透海水淡化裝置，其中雙極膜裝置所產(chǎn)生的酸先流經(jīng)石灰石礦床，再與反滲透裝置的產(chǎn)水進(jìn)行部分混合，使產(chǎn)水的碳酸氫根濃度上升，再通過(guò)把雙極膜裝置中的堿液與產(chǎn)水部分混合，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)產(chǎn)水水質(zhì)的目的。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是在海水淡化場(chǎng)合，無(wú)需另加試劑，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)淡化海水的調(diào)質(zhì)，解決某些地方對(duì)鹽酸、二氧化碳運(yùn)輸不方便的問(wèn)題，也解決人們對(duì)海水淡化需要另外試劑的疑慮。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于海水淡化場(chǎng)合。
文檔編號(hào)C02F1/44GK102153168SQ20101057410
公開日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2010年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月1日
發(fā)明者金可勇, 金水玉, 高從堦 申請(qǐng)人:杭州水處理技術(shù)研究開發(fā)中心有限公司