[发明专利]一种海水淡化方法

说明书

技术领域：

本发明属于海水淡化技术领域，涉及一种纳滤-反渗透-低温多效/多级闪蒸的热膜耦合海水淡化新工艺，特别是一种采用具有超低压、大通量、离子选择性高的纳滤膜元件进行海水软化处理并与反渗透和低温多效/多级闪蒸耦合的海水淡化方法。

背景技术：

淡水资源短缺问题正日益影响国民经济和社会的可持续发展，海水淡化是解决沿海地区水资源短缺问题的有效途径。目前工业上广泛应用的海水淡化方法主要分为膜法（反渗透RO）和热法（多级闪蒸MSF与低温多效MED）两类。海水淡化的水回收率是影响其成本的主要因素，传统反渗透海水淡化工程的系统回收率一般为30%-40%；热法海水淡化工程的系统回收率一般为15-40%；回收率是RO系统设计中一个非常关键的参数，决定着进水处理系统（取水、预处理系统和高压泵）的尺寸和占地面积，回收率也是热法海水淡化装置设计中的关键参数之一；提高系统回收率，意味着能够降低进水系统的处理水量、降低耗电量和化学药品的用量，最终降低成本。但RO系统回收率的提高一般需要较高的操作压力，由此带来较快的膜污染和频繁的膜元件清洗与更换，热法淡化系统回收率的提高需要较高的操作温度，由此带来换热管壁的结垢和换热效率的下降。因此，研发进一步提高海水淡化系统回收率的方法，对于大幅度降低产水成本具有重要的意义。美国领先科技公司的专利WO0114256(A1)提出海水先经过一种离子选择性膜的软化处理，去除掉95%以上的硬度后，再与其它未经处理的原海水、浓盐水或循环水混合，再进入MED或MSF装置，从而达到提高系统的回收率；沙特盐水转化公司的专利US2006157410(A1)和EP1614660(A1)公开了一种热-膜耦合集成工艺，采用两段式纳滤作为预处理，有效去除海水中的无机成垢离子和30%-40%以上的总溶解性固体，纳滤产水作为反渗透装置进水，大大提高反渗透的回收率；同时，由于反渗透浓水中无机成垢离子浓度低，作为MSF/MED装置的进水可以大幅度提高后者的最高盐水温度，从而提高MSF/MED系统的回收率；然后把热法产水与一级反渗透产水按比例混合，即可达到饮用水的水质标准，并省去第二级反渗透；以上两种技术的缺点是均没有实现热法海水淡化装置排热段能量的有效利用，且选用的纳滤膜元件对海水主要二价离子和一价离子的离子选择性较小，膜两侧渗透压差较大，产水通量较小，操作压力较高；同时纳滤回收率要达到75%以上时，须采用二段式纳滤装置，从而大量增加纳滤膜的使用数量和潜在能量消耗，最终增加产水成本；MED/MSF装置的最高盐水温度和水回收率主要取决于给水溶液中CaSO₄的饱和度，纳滤作为预处理的目的更直接地体现在能否有效去除海水中的SO₄^2-和Ca²⁺离子。现有商品化纳滤膜种类繁多，不同纳滤膜对海水总溶解固体的去除率介于15%-90%之间，分离性能和能耗差异较大。因此，有针对性地采用一种具有超低压、低能耗、大通量、离子选择性高、疏松型的纳滤膜作为海水软化预处理工艺，可充分利用各自技术优势，最大限度地进行模块优化配置，达到降低吨水能耗，提高系统回收率，同时实现产水水质要求的目的。同时，现有MED/MSF装置均有热排放段（效）冷凝器用于冷凝最未几段（效）的蒸汽，热排放段的蒸汽温度已较低，换热温差较低，换热需要大量的原海水，并有一大部分原海水直接排放，大量的低品位热源直接排放造成大量的浪费，这部分热源的有效利用，也可大幅度降低淡化成本。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，针对现有海水淡化工艺中的产水回收率低和能耗大等问题，寻求设计一种新型的海水淡化方法，该方法充分利用热法海水淡化的大量的低品位热源，提高膜过程的通量和回收率，降低膜元件的使用量，防止反渗透膜面的无机结垢和热法淡化系统的蒸发器表面的无机结垢。

为了实现上述目的，本发明实现海水淡化的工艺步骤包括：

（1）将原海水经过前处理后的过滤水，进入MED或MSF海水淡化系统的热排放段换热器，用于冷凝蒸汽并回收热排放段的热量，得到温度较高的换热后温海水；

（2）将换热后的温海水经过低压泵输送进入超滤装置，超滤产水经过高压泵输送进入纳滤装置，纳滤装置或纳滤膜组件采用超低压、低能耗、大通量、离子选择性高、疏松型的纳滤膜元件，选择性去除海水中的成垢阴离子SO₄^2-，并部分去除Ca²⁺和Mg²⁺二价离子，得到纳滤软化水；