专利名称：一种将废水、海水混合后利用反渗透膜深度处理的海水淡化工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及工业废水、生活污水反渗透(R0)膜法深度处理工艺技术以及反渗透海水淡化(SWRO)工艺技术，特别是涉及沿海地区工业废水的回收利用与SWRO节能的工艺技术，即一种将废水、海水混合后利用反渗透膜深度处理的海水淡化工艺。
背景技术：
随着工业的迅猛发展，淡水资源、能源短缺，环境问题日益严重，影响国民经济的发展。目前，国家正在大力支持海水淡化，提倡节能减排、环境保护。海洋水占全球水总储量的96. 15%，而人类有近七成居住在距大海不到120公里的地方，淡水资源严重短缺，因此海水淡化成为新水源开发的必然趋势。目前海水淡化技术已有数十年发展历史，较为常用的技术主要为多级闪蒸和反渗透膜分离，其中多级闪蒸(MSF) 和反渗透(RO)各占市场的45%左右。SWRO技术因其流程简单、占地少、工程造价和运行成本持续降低，得到迅速发展， 已成为海水淡化发展 的趋势。反渗透(RO)是一种以压力驱动的无相变的分离过程，其原理是用膜将含盐浓度不同的两种水分开，在含盐的一侧外加一个压力，使之大于膜两侧的渗透压力差，迫使水从高浓度溶液中析出并透过膜进入低盐浓度溶液，而无机离子被膜阻拦产生淡水。反渗透海水淡化系统由四个主要部分构成(I)预处理；(2)高压泵；(3)膜组件；(4)后处理。其中，预处理是非常重要的，通常包括去除悬浮固体，调节pH，添加临界隐蔽剂以控制碳酸钙和硫酸钙结垢等，目的都是为了保护膜。高压泵用于对进料海水加压，使之达到适合于所用膜和进料海水所需要的压力。膜组件的核心是半透膜，商业化的反渗透膜主要为卷式膜和中空纤维膜，其材料主要为醋酸纤维素、聚酰胺和其衍生物。后处理主要是进行稳定处理，包括PH调节和脱气处理等。目前，SWRO的普及主要受困成本问题。由于海水含盐量大，渗透压比较高，反渗透过程需要较大的压力，一般海水淡化压力4-7MPa，因此海水脱盐过程会消耗大量能源，而主要能耗为高压泵对进水的增压能耗。所以SWRO关键是降低反渗透膜的操作压力，提高反渗透系统回收率，从而降低设备操作费用，使产水成本降低。现有的SWRO工艺主要依靠能量回收装置以及开发新型低压高通量反渗透膜，来降低操作费用，目前能量回收率已超过 95%，已经基本没有发展空间。在国家大力提倡节能降耗的环境下，如何继续降低能耗，节省能源必须引起重视。工业生产过程中会排出大量污水，目前这些污水都是经过工厂生化或物化处理达到排放标准后直接排放或进入市政管网。目前我国每年工业用水超过1400亿吨，工业废水排放量约240亿吨，达标废水大量排放浪费了水资源，同时也对环境造成一定影响。如果能将废水深度处理回收利用，就能有效缓解水资源短缺的难题，实现经济、环境、社会的效益共赢，推进资源节约、环境友好型社会的建设。污水深度处理方法主要有生化处理、膜法处理、物化处理。生化以及物化处理工程量大，水质往往达不到回用要求，而且不便于废水的循环利用。反渗透膜法处理技术产水水质最好，但要处理的废水即使达到合格排放标准， 悬浮物、有机物、胶体等浓度仍然较高，这会造成膜的严重污染，缩短使用寿命，限制(RO)反渗透膜法在废水深度处理中的应用和推广。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种将废水、海水混合后利用反渗透膜深度处理的海水淡化新工艺。该工艺将达标排放的废水与海水混合后利用反渗透(RO) 膜深度处理，产水水质较好，回收率提高，操作方便，运行费用很低，而且占地少、投资成本低，可同时解决SWRO能耗大和废水深度处理循环利用的问题，实现节能减排。为了实现上述发明目的，一种将废水、海水混合后利用反渗透膜深度处理的海水淡化工艺，先将达标排放的废水与海水按一定比例混合，然后混合预处理，或者分别进行预处理混合后再进入RO膜反渗透系统，产水达到回用标准，可做软化水或锅炉用水。其工艺流程如下工艺流程I、海水与废水预处理分开海水依次经过海水取水泵、海水预处理设备预处理后(包括海水一级、二级预处理装置)与经过废水输送泵、废水预处理设备预处理后的达标废水按比例混合后进入反渗透原水箱，经过增压泵、保安过滤器后分流，一部分经高压泵进入反渗透海水淡化装置(反渗透膜)，另一部分经过回收高压浓水能量的能量回收装置，经压力提升泵进入反渗透膜，经过反渗透膜的过滤，产水进入反渗透产水箱，浓缩水处理后排放，此工艺适用于废水水质较差的情况。工艺流程2、海水与废水先混合后再预处理海水经过海水取水泵，废水经过废水输送泵后，海水、废水按比例进入混合水箱混合，然后进入混合预处理设备预处理，经过预处理的海水、废水混合水进入反渗透原水箱，经过增压泵、保安过滤器后分流，一部分经高压泵进入反渗透海水淡化装置(反渗透膜)，另一部分经过回收高压浓水能量的能量回收装置，经压力提升泵进入反渗透膜，经过反渗透膜的过滤，产水进入反渗透产水箱，浓缩水处理后排放，此工艺适用废水水质较好或与海水水质条件接近的情况。本发明所述废水和海水混合比例为I I、I 2或I : 3。本发明所述的海水预处理采用反渗透海水淡化给水预处理技术，包括消毒、凝聚/ 絮凝、澄清、多介质过滤等传统水处理工艺及膜法等新的预处理工艺，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。本发明所述的能量回收装置，采用功交换式的能量回收装置，能量回收率>90%。本发明所述的工艺还包括反渗透处理模块，反渗透膜组件由若干个膜元件串联而成。本发明所用模拟软件为陶氏反渗透设计软件ROSA 8. 0，海德能反渗透、纳滤设计软件MSDesi gn2011。在系统设计时需要给出各离子浓度、给水类型、给水温度、pH值、SDI 值等数据，根据这些数据计算含盐量、渗透压、LSI指数、S&DSI指数等。通过输入反渗透工艺的段数、排列、每个压力容器的膜元件数、进水流量、回收率、产水流量、背压、给水压力计算出各项参数、能耗、费用等。
本发明工艺与现有技术相比有如下优点本发明集成传统的反渗透海水淡化 (SffRO)与废水深度处理工艺，可应用于各类废水，包括市政废水、各类工业废水、轻污染水；废水的加入适当提高了海水温度，降低了海水盐度同时降低了废水中各类污染物的浓度，增加了产水回收率，减少高压泵能耗、大大降低了海水淡化的运行和投资成本；出水水质好，使废水资源化循环利用，有效缓解水资源短缺的难题，实现经济、环境、社会的效益共赢。
图I是本发明的工艺流程I示意图。图2是本发明的工艺流程2示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对发明做进一步阐述。
实施例I、废水海水混合比例为1 : 1、1 : 2或I : 3。如图I所示，海水与废水预处理分开海水依次经过海水取水泵、海水预处理设备(包括海水一级、二级预处理装置)，废水依次经过废水输送泵、废水预处理设备，将经过预处理后的海水与经过预处理后的达标废水混合后进入反渗透原水箱，经过增压泵、保安过滤器后分流，一部分经高压泵进入反渗透海水淡化装置(反渗透膜)，反渗透膜组件由若干个膜元件串联而成，另一部分经过回收高压浓水能量的能量回收装置，经压力提升泵进入反渗透膜，经过反渗透膜的过滤，产水进入反渗透产水箱后，送至各用水点；从能量回收装置出来的低压浓水处理后排放，此工艺适用于废水水质较差的情况。实施例2、废水海水混合比例为1 : 1、1 : 2或I : 3。如图2所示，海水与废水先混合后再预处理海水经过海水取水泵，废水经过废水输送泵后，海水、废水进入混合水箱混合，然后进入混合预处理设备，经过预处理的海水、废水混合水进入反渗透原水箱，经过增压泵、 保安过滤器后分流，一部分经高压泵进入反渗透海水淡化装置(反渗透膜)，反渗透膜组件由若干个膜元件串联而成，另一部分经过回收高压浓水能量的能量回收装置，经压力提升泵进入反渗透膜，经过反渗透膜的过滤，产水进入反渗透产水箱后，送至各用水点；从能量回收装置出来的低压浓水处理后排放，此工艺适用废水水质较好或与海水水质条件接近的情况。实施例3、计算与分析按照图I或图2所示工艺进行了软件模拟，模拟万吨级海水淡化项目，整个系统分为两套，每套日产五千吨淡水，即产水量208m3/h，操作温度为15°C，装置运行稳定。其中， 反渗透海水淡化(SWRO)给水预处理技术包括消毒、凝聚/絮凝、澄清、多介质过滤等传统水处理工艺及膜法等新的水处理工艺，膜法预处理技术主要包括微滤(MF)、超滤(UF)和纳滤 (NF)等。对新旧海水淡化工艺主要动力消耗进行了计算和分析。I、用陶氏反渗透计算软件R0SA8. O模拟分析由表I可以看出，新工艺较旧工艺
吨水电耗低，废水海水比为I : 3时仅高压动力能耗就能节省约30%，废水海水比为I : I时能耗节省高达56%;回收率高，进水流量小，预处理能耗、费用降低；进水浓度、进水压力低，使用膜元件少，设备费用低。表1R0SA软件新旧工艺模拟及能耗分析
权利要求
1.一种将废水、海水混合后利用反渗透膜深度处理的海水淡化工艺，其特征在于工艺流程I:海水依次经过海水取水泵、海水预处理设备与经过废水输送泵、废水预处理设备的达标废水按比例混合后进入反渗透原水箱，经过增压泵、保安过滤器后分流，一部分经高压泵进入反渗透膜，另一部分经过回收高压浓水能量的能量回收装置，经压力提升泵进入反渗透膜，经过反渗透膜的过滤，产水进入反渗透产水箱，浓缩水处理后排放；工艺流程2 : 海水经过海水取水泵，废水经过废水输送泵后，海水、废水按比例进入混合水箱混合，然后进入混合预处理设备，经过预处理的海水、废水混合水进入反渗透原水箱，经过增压泵、保安过滤器后分流，一部分经高压泵进入反渗透膜，另一部分经过回收高压浓水能量的能量回收装置，经压力提升泵进入反渗透膜，经过反渗透膜的过滤，产水进入反渗透产水箱，浓缩水处理后排放；其中，两种工艺中废水和海水混合比例为I : 1、1 : 2或I : 3。
2.根据权利要求I所述的一种将废水、海水混合后利用反渗透膜深度处理的海水淡化工艺，其特征在于海水预处理采用反渗透海水淡化给水预处理技术，包括消毒、凝聚/絮凝、澄清、多介质过滤及膜法预处理工艺，膜法预处理包括微滤、超滤和纳滤。
3.根据权利要求I所述的一种将废水、海水混合后利用反渗透膜深度处理的海水淡化工艺，其特征在于所述的能量回收装置，采用功交换式的能量回收装置，能量回收率>90%。
4.根据权利要求I所述的一种将废水、海水混合后利用反渗透膜深度处理的海水淡化工艺，其特征在于反渗透膜组件由若干个膜元件串联而成。
全文摘要
本发明涉及一种将废水、海水混合后利用反渗透膜深度处理的海水淡化工艺。将达标排放的废水与海水按一定比例混合经预处理或废水与海水分别预处理后混合，进入反渗透原水箱，经过增压泵、保安过滤器后分流，一部分经高压泵进入反渗透膜，另一部分经过回收高压浓水能量的能量回收装置，经压力提升泵进入反渗透膜，经过反渗透膜的过滤，产水进入反渗透产水箱，达到回用标准，可做软化水或锅炉用水。本发明集成传统的反渗透海水淡化与废水深度处理工艺，适当提高了海水温度，降低了海水盐度，增加了产水回收率，减少高压泵能耗、降低了海水淡化成本，同时使废水资源得到重新利用，有效缓解水资源短缺的难题。
文档编号C02F1/44GK102701326SQ20121018537
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月7日 优先权日2012年6月7日
发明者李赛赛, 王智, 高学理 申请人:中国海洋大学