本發(fā)明涉及水處理技術(shù)，尤其涉及一種反滲透濃海水處理系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
海水淡化已成為開辟水源的重要途徑，而海水淡化的回收率一般只有40％-50％，目前濃海水一般是不經(jīng)處理直接排回大海，濃海水的排放造成了資源的巨大浪費和海洋環(huán)境的污染，因此，如何處置濃海水是海水淡化產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展必須面臨的一個問題。
專利號為201110411270.8、201110069347.8和201210150064.0披露了一些反滲透濃海水處理方法，如采用加藥、離子膜、離子交換樹脂等方法作為前級處理去除鈣鎂離子或提取鈣鈣鎂產(chǎn)品后，最后通過蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)進行濃縮制鹽。這些方法的濃海水前處理需要投加大量的化學藥劑量，且經(jīng)預處理的濃海水直接進行蒸發(fā)結(jié)晶，需要較大的系統(tǒng)體積和較高的操作溫度，導致系統(tǒng)投資大、占地面積大和運行費用高。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，結(jié)合膜蒸餾在低溫條件的深度濃縮優(yōu)點和雙極膜電滲析在高鹽度條件下的高效制備酸堿優(yōu)點，提供一種反滲透濃海水處理系統(tǒng)和方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案概述如下：
一種反滲透濃海水處理系統(tǒng)，包括保安過濾器1，所述保安過濾器1通過管道依次與高壓泵2、納濾膜元件3、樹脂軟化器4、加熱箱5、膜蒸餾循環(huán)泵6和膜蒸餾組件7的熱料液進口7-1連接；膜蒸餾組件7的熱料液出口7-3通過管道與冷卻器8連接后再通過管道分別與膜蒸餾組件7的冷料液進口7-2和原料液罐10連接；原料液罐10通過管道與雙極膜電滲析膜堆18的負極連接，原料液罐10通過管道依次與原料液循環(huán)泵14、雙極膜電滲析膜堆18的正極連接；膜蒸餾組件7的冷料液出口7-4通過管道與加熱箱5連接；膜蒸餾組件7的產(chǎn)水出口7-5通過管道與產(chǎn)水罐9連接；在膜蒸餾組件7的內(nèi)部設(shè)置有中空纖維微孔疏水膜7-6和中空纖維冷凝管7-7，中空纖維微孔疏水膜的兩端分別與熱料液進口7-1和熱料液出口7-3連接；中空纖維冷凝管7-7的兩端分別與冷料液進口7-2和冷料液出口7-4連接；酸罐11通過管道與雙極膜電滲析膜堆18的負極連接，酸罐11通過管道與酸循環(huán)泵15連接；酸循環(huán)泵15通過管道分別與雙極膜電滲析膜堆18的正極和酸儲罐21連接；堿罐12通過管道與雙極膜電滲析膜堆18的負極連接，堿罐12通過管道與堿循環(huán)泵16連接，堿循環(huán)泵16通過管道分別與雙極膜電滲析膜堆18的正極和堿儲罐20連接；極水罐13通過管道與雙極膜電滲析膜堆18的負極連接，極水罐13通過管道依次與極水循環(huán)泵17、雙極膜電滲析膜堆18的正極連接；堿儲罐20通過管道依次與堿投加泵23、樹脂軟化器4連接；酸儲罐21通過管道與酸投加泵22連接；酸投加泵22通過管道分別與高壓泵2的進口和樹脂軟化器4連接；穩(wěn)壓電源19的兩端分別與雙極膜電滲析膜堆18的正極和雙極膜電滲析膜堆18的負極電連接。
所述納濾膜元件為高選擇性納濾膜元件，所述高選擇性納濾膜元件的型號為xcn、hydrapro或dk。
所述樹脂軟化器中的樹脂為耐受高tds的大孔弱酸陽樹脂，所述耐受高tds的大孔弱酸陽樹脂的型號為irc83或irc76crf。
所述穩(wěn)壓電源19的正負極相互切換。
一種反滲透濃海水處理方法，包括如下步驟：
(1)使用權(quán)利要求1-4之一的一種反滲透濃海水處理系統(tǒng)；
(2)將反滲透濃海水通入保安過濾器1進行過濾，去除顆粒性雜質(zhì)，獲得預處理產(chǎn)水；
(3)將預處理產(chǎn)水用來自酸投加泵22投加的酸調(diào)節(jié)ph為2～4后，通過高壓泵2增壓至1.5mpa～2.5mpa，通入納濾膜元件3進行初級軟化處理，去除70％～90％的硬度離子和分子量在200以上的有機物，獲得納濾軟水；納濾軟水再通入樹脂軟化器4進行深度軟化處理，去除99％以上的硬度離子，獲得樹脂軟水，樹脂軟水進入加熱箱加熱至60℃～90℃，獲得熱料液；當所述樹脂軟化器的樹脂飽和后，依次啟動酸投加泵22和堿投加泵23進行樹脂再生；
(4)熱料液通過膜蒸餾循環(huán)泵6輸送至膜蒸餾組件的中空纖維微孔疏水膜7-6產(chǎn)生蒸汽，產(chǎn)生蒸汽后的熱料液通過冷卻器8冷卻至20℃～30℃，冷卻后的料液分兩股，一股作為冷料液返回至膜蒸餾組件的中空纖維冷凝管7-7回收蒸汽潛熱，同時產(chǎn)生淡水，淡水通入產(chǎn)水罐9收集；回收蒸汽潛熱后的冷料液輸送至加熱箱5進行二次加熱，依此循環(huán)；當加熱箱的料液濃縮至質(zhì)量濃度為15％～25％后，將另一股輸送至原料液罐10，獲得濃料液；
(5)依次開啟原料液循環(huán)泵14、酸循環(huán)泵15、堿循環(huán)泵16和極水循環(huán)泵17，分別將所述濃料液、酸液、堿液、極水輸送至雙極膜電滲析膜堆正極，待流量穩(wěn)定后，開啟穩(wěn)壓電源19，調(diào)節(jié)至雙極膜電滲析膜堆操作電流密度20ma/cm2～50ma/cm2，雙極膜電滲析膜堆產(chǎn)生酸堿；
當酸罐的酸液質(zhì)量濃度達到5％～12％后，通過酸循環(huán)泵15輸送至酸儲罐21；當堿罐的堿液質(zhì)量濃度達到5％～12％％后，通過堿循環(huán)泵16輸送至酸儲罐20。
冷卻器8的冷卻液為納濾膜元件的濃水、原始反滲透濃海水或海水。
酸罐11中的初始酸液為預先配制的質(zhì)量濃度為0.2％～0.5％的鹽酸水溶液，堿罐12中的初始堿液為預先配制的質(zhì)量濃度為0.2％～0.5％的氫氧化鈉水溶液，極水罐中的極水為預先配制的質(zhì)量濃度為1％～3％的硫酸鈉水溶液或硫酸鉀水溶液。
本發(fā)明與傳統(tǒng)的反滲透濃海水處理方法有本質(zhì)的不同，提高了反滲透濃海水處理效率，并且還具有以下優(yōu)點：
1.采用納濾軟化和樹脂軟化的耦合軟化工藝，充分發(fā)揮了兩種軟化技術(shù)的優(yōu)勢，軟化效率較高。
2.膜蒸餾工藝的操作溫度低，蒸發(fā)面積大，出水水質(zhì)高，蒸汽潛熱可以實現(xiàn)內(nèi)部回收；此外，由于膜蒸餾工藝受濃度影響較小，可進行深度濃縮獲得有利于雙極膜電滲析工藝高效運行的濃料液。
3.雙極膜電滲析工藝免除了傳統(tǒng)蒸發(fā)、結(jié)晶過程的高能耗，所得酸堿產(chǎn)品的價值高于固體鹽這種微利產(chǎn)品，且與傳統(tǒng)食鹽電解法、隔膜電解法制備酸堿相比，更為節(jié)能，生產(chǎn)過程更為安全、環(huán)保。
4.雙極膜電滲析工藝制備的酸堿可用于納濾阻垢和樹脂再生，使得整個系統(tǒng)投加額外的化學藥劑量減小，從而顯著降低運行費用。
附圖說明
圖1為本發(fā)明反滲透濃海水處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
1.保安過濾器；2.高壓泵；3.納濾膜元件；4.樹脂軟化器；5.加熱箱；6.膜蒸餾循環(huán)泵；7.膜蒸餾組件；7-1熱料液進口；7-2冷料液進口；7-3熱料液出口；冷料液出口7-4；產(chǎn)水出口7-5；中空纖維微孔疏水膜7-6；中空纖維冷凝管7-7；8.冷卻器；9.產(chǎn)水罐；10.原料液罐；11酸罐；12堿罐；13.極水罐；14.原料液循環(huán)泵；15.酸循環(huán)泵；16.堿循環(huán)罐；17.極水循環(huán)泵；18雙極膜電滲析膜堆；19.穩(wěn)壓電源；20.堿儲罐；21.酸儲罐；22.酸投加泵；23.堿投加泵
具體實施方式
下面通過說明書附圖對本發(fā)明的系統(tǒng)作進一步的說明。
一種反滲透濃海水處理系統(tǒng)，(見圖1)包括保安過濾器1，所述保安過濾器1通過管道依次與高壓泵2、納濾膜元件3、樹脂軟化器4、加熱箱5、膜蒸餾循環(huán)泵6和膜蒸餾組件7的熱料液進口7-1連接；膜蒸餾組件7的熱料液出口7-3通過管道與冷卻器8連接后再通過管道分別與膜蒸餾組件7的冷料液進口7-2和原料液罐10連接；原料液罐10通過管道與雙極膜電滲析膜堆18的負極連接，原料液罐10通過管道依次與原料液循環(huán)泵14、雙極膜電滲析膜堆18的正極連接；膜蒸餾組件7的冷料液出口7-4通過管道與加熱箱5連接；膜蒸餾組件7的產(chǎn)水出口7-5通過管道與產(chǎn)水罐9連接；在膜蒸餾組件7的內(nèi)部設(shè)置有中空纖維微孔疏水膜7-6和中空纖維冷凝管7-7，中空纖維微孔疏水膜和中空纖維冷凝管的材質(zhì)為聚四氟乙烯，數(shù)量比為1:4，中空纖維微孔疏水膜的兩端分別與熱料液進口7-1和熱料液出口7-3連接；中空纖維冷凝管7-7的兩端分別與冷料液進口7-2和冷料液出口7-4連接；酸罐11通過管道與雙極膜電滲析膜堆18的負極連接，酸罐11通過管道與酸循環(huán)泵15連接；酸循環(huán)泵15通過管道分別與雙極膜電滲析膜堆18的正極和酸儲罐21連接；堿罐12通過管道與雙極膜電滲析膜堆18的負極連接，堿罐12通過管道與堿循環(huán)泵16連接，堿循環(huán)泵16通過管道分別與雙極膜電滲析膜堆18的正極和堿儲罐20連接；極水罐13通過管道與雙極膜電滲析膜堆18的負極連接，極水罐13通過管道依次與極水循環(huán)泵17、雙極膜電滲析膜堆18的正極連接；堿儲罐20通過管道依次與堿投加泵23、樹脂軟化器4連接；酸儲罐21通過管道與酸投加泵22連接；酸投加泵22通過管道分別與高壓泵2的進口和樹脂軟化器4連接；穩(wěn)壓電源19的兩端分別與雙極膜電滲析膜堆18的正極和雙極膜電滲析膜堆18的負極電連接。
納濾膜元件優(yōu)選高選擇性納濾膜元件，例如：xcn，還可以選用：hydrapro或dk。
xcn(陶氏化學公司)、hydrapro(海德能公司)、dk(通用電器公司)還可以選用功能與上述高選擇性納濾膜元件相近的其它納濾膜元件。
所述樹脂軟化器中的樹脂為耐受高tds的大孔弱酸陽樹脂，所述耐受高tds的大孔弱酸陽樹脂的型號為irc83或irc76crf。
irc83(陶氏化學公司)或irc76crf(陶氏化學公司)。
還可以選用性質(zhì)與上述型號相近的大孔弱酸陽樹脂。
穩(wěn)壓電源19的正負極相互切換。
下面對過實施例對本發(fā)明的方法進行進一步的說明。
實施例1
一種反滲透濃海水處理方法，包括如下步驟：
(1)使用上述一種反滲透濃海水處理系統(tǒng)；
(2)將反滲透濃海水(含鹽量45887mg/l，ph為8.0，其中ca2+為521mg/l，mg2+為1620mg/l)通入保安過濾器1(采用過濾精度為5μm的濾芯)進行過濾，去除顆粒性雜質(zhì)，獲得預處理產(chǎn)水；
(3)將預處理產(chǎn)水用來自酸投加泵22投加的酸調(diào)節(jié)ph為4后，通過高壓泵2增壓至1.5mpa，通入納濾膜元件3(采用xcn型號)進行初級軟化處理，去除70％～90％范圍的硬度離子和分子量在200以上的有機物，獲得納濾軟水(納濾軟水含鹽量38100mg/l，其中ca2+為196mg/l，mg2+為210mg/l)；納濾軟水再通入樹脂軟化器4(采用irc83型號的大孔弱酸陽樹脂)進行深度軟化處理，去除99％以上的硬度離子，獲得樹脂軟水(樹脂軟水含鹽量38450mg/l，其中ca2+為2.2mg/l，mg2+為1.6mg/l)；樹脂軟水進入加熱箱加熱至90℃，獲得熱料液；當樹脂軟化器4的樹脂飽和后，依次啟動酸投加泵22和堿投加泵23進行樹脂再生；
(4)熱料液通過膜蒸餾循環(huán)泵6輸送至膜蒸餾組件的中空纖維微孔疏水膜7-6產(chǎn)生蒸汽，產(chǎn)生蒸汽后的熱料液通過冷卻器8(冷卻液采用原始反滲透濃海水)冷卻至30℃；冷卻后的料液分兩股，一股作為冷料液返回至膜蒸餾組件的中空纖維冷凝管7-7回收蒸汽潛熱，同時產(chǎn)生淡水(淡水含鹽量為9.3mg/l，符合國家飲用水標準)，淡水通入產(chǎn)水罐9收集；回收蒸汽潛熱后的冷料液輸送至加熱箱5進行二次加熱，依此循環(huán)；當加熱箱的料液濃縮至質(zhì)量濃度為15％；后，將另一股輸送至原料液罐10，獲得濃料液；
(5)依次開啟原料液循環(huán)泵14、酸循環(huán)泵15、堿循環(huán)泵16和極水循環(huán)泵17，分別將所述濃料液、酸液、堿液、極水輸送至雙極膜電滲析膜堆(雙極膜為bpm-i型雙極性膜，陰膜為jam-ii型均相陰離子交換膜，陽膜為jcm-ii型均相陽離子交換膜)正極；待流量穩(wěn)定后，開啟穩(wěn)壓電源19，調(diào)節(jié)至雙極膜電滲析膜堆操作電流密度20ma/cm2，雙極膜電滲析膜堆產(chǎn)生酸堿；
當酸罐的酸液質(zhì)量濃度達到5％后，通過酸循環(huán)泵15輸送至酸儲罐21；當堿罐的堿液質(zhì)量濃度達到5％后，通過堿循環(huán)泵16輸送至酸儲罐20；
冷卻器8的冷卻液為納濾膜元件的濃水、原始反滲透濃海水或海水；
酸罐11中的初始酸液為預先配制的質(zhì)量濃度為0.2％的鹽酸水溶液，堿罐12中的初始堿液為預先配制的質(zhì)量濃度為0.2％的氫氧化鈉水溶液，極水罐中的極水為預先配制的質(zhì)量濃度為1％的硫酸鈉水溶液，最終制備的酸液和堿液質(zhì)量濃度分別為5％和5％。
實施例2
一種反滲透濃海水處理方法，包括如下步驟：
(1)使用上述一種反滲透濃海水處理系統(tǒng)；
(2)將反滲透濃海水(含鹽量47620mg/l，ph為8.0，其中ca2+為572mg/l，mg2+為1690mg/l)通入保安過濾器1(采用過濾精度為5μm的濾芯)進行過濾，去除顆粒性雜質(zhì)，獲得預處理產(chǎn)水；
(3)將預處理產(chǎn)水用來自酸投加泵22投加的酸調(diào)節(jié)ph為2后，通過高壓泵2增壓至2.5mpa，通入納濾膜元件3(采用hydrapro型號或dk型號)進行初級軟化處理，去除70％～90％范圍的硬度離子和分子量在200以上的有機物，獲得納濾軟水(納濾軟水含鹽量39120mg/l，其中ca2+為285mg/l，mg2+為249mg/l)；納濾軟水再通入樹脂軟化器4(采用irc76crf型號的大孔弱酸陽樹脂)進行深度軟化處理，去除99％以上的硬度離子，獲得樹脂軟水(樹脂軟水含鹽量40320mg/l，其中ca2+為3.0mg/l，mg2+為1.4mg/l)；樹脂軟水進入加熱箱加熱至60℃，獲得熱料液；當樹脂軟化器4的樹脂飽和后，依次啟動酸投加泵22和堿投加泵23進行樹脂再生；
(4)熱料液通過膜蒸餾循環(huán)泵6輸送至膜蒸餾組件的中空纖維微孔疏水膜7-6產(chǎn)生蒸汽，產(chǎn)生蒸汽后的熱料液通過冷卻器8(冷卻液采用海水，也可以用納濾膜元件的濃水)冷卻至20℃；冷卻后的料液分兩股，一股作為冷料液返回至膜蒸餾組件的中空纖維冷凝管7-7回收蒸汽潛熱，同時產(chǎn)生淡水(淡水含鹽量為11.6mg/l，符合國家飲用水標準)，淡水通入產(chǎn)水罐9收集；回收蒸汽潛熱后的冷料液輸送至加熱箱5進行二次加熱，依此循環(huán)；當加熱箱的料液濃縮至質(zhì)量濃度為25％后，將另一股輸送至原料液罐10，獲得濃料液；
(5)依次開啟原料液循環(huán)泵14、酸循環(huán)泵15、堿循環(huán)泵16和極水循環(huán)泵17，分別將所述濃料液、酸液、堿液、極水輸送至雙極膜電滲析膜堆(雙極膜為bpm-i型雙極性膜，陰膜為jam-ii型均相陰離子交換膜，陽膜為jcm-ii型均相陽離子交換膜)正極；待流量穩(wěn)定后，開啟穩(wěn)壓電源19，調(diào)節(jié)至雙極膜電滲析膜堆操作電流密度50ma/cm2，雙極膜電滲析膜堆產(chǎn)生酸堿；
當酸罐的酸液質(zhì)量濃度達到12％后，通過酸循環(huán)泵15輸送至酸儲罐21；當堿罐的堿液質(zhì)量濃度達到12％后，通過堿循環(huán)泵16輸送至酸儲罐20；
冷卻器8的冷卻液為納濾膜元件的濃水、原始反滲透濃海水或海水；
酸罐11中的初始酸液為預先配制的質(zhì)量濃度為0.5％的鹽酸水溶液，堿罐12中的初始堿液為預先配制的質(zhì)量濃度為0.5％的氫氧化鈉水溶液，極水罐中的極水為預先配制的質(zhì)量濃度為3％的硫酸鉀水溶液，最終制備的酸液和堿液質(zhì)量濃度分別為12％和12％。
由上試驗結(jié)果可見，采用本發(fā)明的方法，可以對反滲透濃海水進行處理獲得可供飲用的淡水和工業(yè)使用的酸堿。
加熱箱加熱，可以利用工業(yè)生產(chǎn)中的廢熱、地熱或太陽能等低品位熱源。
納濾濃水可進一步處理，處理方式有多種，可以通過雙堿法提取鈣鎂產(chǎn)品或直接加堿沉淀后返回保安過濾預處理，從而實現(xiàn)整個工藝的零排放。
采用硫酸鈉、硫酸鉀等溶液作為極水，在正負極電解產(chǎn)生的h+和oh-相中和，避免了有害氣體的生成。
本發(fā)明使用納濾軟化和樹脂軟化的耦合工藝，充分發(fā)揮納濾軟化在高硬度領(lǐng)域的優(yōu)勢和樹脂軟化在低硬度領(lǐng)域的優(yōu)勢，樹脂軟化后的產(chǎn)水硬度較低，利于膜蒸餾工藝進行深度濃縮。
由于膜蒸餾理論上實現(xiàn)對離子的100％截留，因此產(chǎn)水水質(zhì)較好，可直接回收使用。此外，由于膜蒸餾受濃度影響較小，可進行反滲透濃海水的深度濃縮，獲取的濃料液有利于進一步降低雙極膜電滲析的系統(tǒng)體積和提高雙極膜電滲析的電流效率，因此本發(fā)明反滲透濃水處理方法的處理效率高。