專利名稱：一種正滲透海水淡化濃鹽水處理工藝及處理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種正滲透工藝及釆用該工藝的處理系統(tǒng)，特別涉及一種正滲透海水淡化濃鹽水處理工藝及處理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
海水淡化廠排放的濃鹽水的鹽度一般是取用海水的2倍左右。若這些濃鹽水排放方式不當(dāng)，將導(dǎo)致排放海域鹽度的升高。研究發(fā)現(xiàn)許多類海洋生物的呼吸及排泄能力，都與其周遭環(huán)境的鹽度有密切的關(guān)系。鹽度的升高會改變海洋生物本身體液與其生活環(huán)境海水中滲透壓的平衡，從而降低海洋生物的繁殖力(主要是幼蟲和幼仔)，甚至使其滅絕。有些海洋生物對鹽度較為敏感，僅能在一個狹窄的鹽度變化范圍內(nèi)保持其體液與周圍環(huán)境間滲透壓的平衡。有些海洋生物雖然在鹽度增高至某一程度時仍能生存，但其細胞的增殖能力卻已大為減低。此外，由于底棲生物無足夠的移棲能力，因此濃鹽水排放對排水口附近的底棲生物的影響尤其嚴(yán)重。
為避免或減輕海水淡化廠排放的濃鹽水對海洋環(huán)境的影響，通常應(yīng)釆取適當(dāng)?shù)呐欧糯胧?。對于水電?lián)產(chǎn)方式建設(shè)的海水淡化廠，海水淡化的濃鹽水通?；烊腚姀S的冷卻水排放系統(tǒng)，從而減低排放口的鹽度。利用海水淡化濃鹽水進行制鹽是避免海水淡化濃鹽水環(huán)境問題的理想方法，使?jié)恹}水被鹽場充分利用，完全避免排海。但此種處置方式需要淡化廠近鄰鹽場，應(yīng)用范圍受到了限制。
對于需要獨立建設(shè)排放口的海水淡化廠，通常修建排放管道及相應(yīng)設(shè)施，使海水分散排入海中，避免局部海域鹽度過分升高。雖然采取了一定的排放措施，但排放海域鹽度的升高在所難免，對海洋環(huán)境的影響沒能避免，而且設(shè)備投入成本高。
正滲透是一種與反滲透類似的技術(shù)，正滲透是指水通過選擇性滲透膜從高水化學(xué)勢區(qū)域向低水化學(xué)勢區(qū)域的傳遞過程。在反滲透操作中，進料水被施加高于滲透壓的壓力，驅(qū)使進料水中的水分子透過反滲透膜。在正滲透操作中，依靠料液自身的滲透壓實現(xiàn)傳質(zhì)過程。正滲透過程的實現(xiàn)需有兩個必要因素，其一為可允許水通過而截留其他溶質(zhì)分子或離子的選擇性滲透膜，其二為膜兩側(cè)所存在的水化學(xué)勢差，即傳遞過程所需要的推 動力。
與反滲透相比，正滲透的優(yōu)勢在于可以在在低壓甚至完全沒有壓力下操作，對污染 物的截留率高，耐膜污染能力較強。
渦輪能量回收裝置是反滲透海水淡化的常用設(shè)備，于20世紀(jì)80年代末開始應(yīng)用。
該種能量回收裝置結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，易于維護修理。渦輪能量回收裝置的透平葉輪 和泵體葉輪安裝在同一殼體中，用高壓濃鹽水直接沖擊透平葉片，通過軸功直接驅(qū)動加 壓泵工作。
由于這類裝置集成了泵葉輪和透平，因而可以完全獨立地工作，脫離了要與高壓泵 或電機軸相聯(lián)的束縛，使得裝置設(shè)計緊湊，拆裝容易，檢修方便。研究表明，這種裝置
對流體壓力、流量的波動適應(yīng)性較好，在較寬的范圍內(nèi)能量回收效率能維持在60%左右， 適合在大流量下工作，規(guī)模效率明顯。
在反滲透海水淡化系統(tǒng)中，渦輪能量回收裝置通常用于回收濃鹽水的能量對進海水 進行加壓。反滲透海水淡化的濃鹽水管道與渦輪能量回收裝置的透平葉輪相連，驅(qū)動泵 體葉輪旋轉(zhuǎn)。原料海水管道與泵體葉輪相連，壓力被提升，從而實現(xiàn)濃鹽水能量的回收。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種正滲透海水淡化濃鹽水處理工 藝，該處理工藝能夠避免海水淡化濃鹽水排海時造成局部海域鹽度的升高，保護海洋環(huán) 境。
本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是 一種正滲透海水淡 化濃鹽水處理工藝，采用正滲透膜組件，使用海水淡化的濃鹽水作為汲取液，使用淡水 作為進料液，所述海水淡化的濃鹽水在所述正滲透膜組件的透過側(cè)與進料液側(cè)透過的部 分淡水混合成為稀釋后的達標(biāo)鹽水后排出正滲透膜組件，所述進料液剩余部分排出正滲 透膜組件。
所述稀釋后的達標(biāo)鹽水在排出正滲透膜組件之前經(jīng)渦輪能量回收裝置回收能量用于 加壓所述海水淡化的濃鹽水。所述淡水包括地表淡水和含鹽量低于海水的污水。
為了實現(xiàn)上述正滲透海水淡化濃鹽水處理工藝，本發(fā)明還提供了一種正滲透海水淡 化濃鹽水處理系統(tǒng)，包括進料液水泵、其進料液側(cè)與所述進料液水泵連接的正滲透膜組 件、與所述正滲透膜組件透過側(cè)連接的汲取液水泵，所述正滲透膜組件的進料液側(cè)設(shè)置 有剩余進料液排出口 ，所述正滲透膜組件的透過側(cè)設(shè)置有稀釋后的達標(biāo)鹽水排出口 。
所述汲取液水泵通過渦輪能量回收裝置與所述正滲透膜組件連接，所述渦輪能量回 收裝置與所述正滲透膜組件的達標(biāo)鹽水排出口連接，所述渦輪能量回收裝置設(shè)置有稀釋 后的達標(biāo)鹽水排出口。
本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是(一)可以將海水淡化的濃鹽水稀釋到原海水的
水平，從而避免排海時造成局部海域鹽度的升高，保護海洋環(huán)境；(二)在稀釋過程中， 由于正滲透膜的選擇透過性，雖然進入濃鹽水的淡水來源自地表水甚至污水，但不會被 所使用的進料液所污染，因此，經(jīng)本發(fā)明處理后排出的鹽水適合重新作為海水淡化的原 料水，被重新利用；(三)在稀釋濃鹽水的過程中，進料液同時被濃縮，因此，本發(fā)明 可對難以降解的污水進行濃縮，降低對污水進一步處理的難度；(四)采用了渦輪能量 回收裝置，只需使用電力維持料液流動，除此之外基本不消耗其他電力，具有節(jié)約能源 的特點。


圖1是本發(fā)明正滲透海水淡化濃鹽水處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1、進料液水泵，2、汲取液水泵，3、渦輪能量回收裝置，4、正滲透膜組件。
具體實施例方式
為能進一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖
詳細說明如下
請參閱圖1，本發(fā)明給出了一種應(yīng)用正滲透技術(shù)，對海水淡化的濃鹽水進行處理的工 藝和處理系統(tǒng)。
本發(fā)明提出的正滲透技術(shù)使用的處理系統(tǒng)主要包括進料液水泵l、汲取液水泵2、渦
輪能量回收裝置3、正滲透膜組件4。
上述處理系統(tǒng)使用海水淡化的濃鹽水作為汲取液，使用淡水作為進料液，可以使用的進料液包括地表淡水、經(jīng)處理的污水等，其含鹽量低于海水即可。
在進料液水泵的作用下，進料液進入正滲透膜組件，部分淡水透過正滲透膜，剩余 進料液排出系統(tǒng)。
在汲取液水泵的作用下，濃鹽水經(jīng)渦輪能量回收裝置加壓，進入正滲透膜組件。在 正滲透膜組件中，與進料液側(cè)透過的淡水混合，濃鹽水被稀釋到海水的水平，排出正滲 透膜組件，經(jīng)渦輪能量回收裝置回收能量后，排出上述處理系統(tǒng)。
系統(tǒng)的渦輪能量回收裝置回收稀釋后的達標(biāo)鹽水壓力，對進入系統(tǒng)的汲取液進行加 壓，稀釋后的達標(biāo)鹽水對渦輪能量回收裝置做的功如下
式中
W1:稀釋后的達標(biāo)鹽水對渦輪能量回收裝置做的功， p1:排出的稀釋后的達標(biāo)鹽水密度， Q1:排出的稀釋后的達標(biāo)鹽水流量，
P1:排出的稀釋后的達標(biāo)鹽水在渦輪能量回收裝置中的壓力降， 渦輪能量回收裝置對進入上述處理系統(tǒng)濃鹽水做的功如下-W2=p2x02xP2 式中-
w2:渦輪能量回收裝置對濃鹽水做的功，
p2:進料濃鹽水密度，
Q2:進料濃鹽水流量，
P2:進料濃鹽水在能量回收裝置的壓力升高， 將渦輪能量回收裝置的能量轉(zhuǎn)換效率記為ri，
T!= W2/W尸(p2Q2P2)/(pAPi)
基于本發(fā)明采用的汲取液，P2與Pi數(shù)值接近；由于正滲透系統(tǒng)壓降較低，P2與Pi 數(shù)值也接近。因此上式可簡化為將透過正滲透膜組件的淡水流量記為Q3，則有
tt Q2/Q尸Q2/(Q2+Q3) =l/(l+Q3/Q2) 本發(fā)明需要將海水淡化的濃鹽水稀釋到原海水的水平。海水淡化濃鹽水的濃度約為
原海水的兩倍，即Ti約為0.5。
渦輪能量回收裝置的轉(zhuǎn)換效率隨流量的升高而升高，對于大中型裝置，轉(zhuǎn)換效率通 ?？蛇_60%以上。因此，可以滿足本發(fā)明的需要。
對于小型裝置，如果渦輪能量回收裝置的轉(zhuǎn)換效率不能滿足系統(tǒng)需要，可通過提高 汲取液水泵的揚程實現(xiàn)本發(fā)明的目的。
如果海水淡化廠可以提供帶壓的濃鹽水，本發(fā)明的汲取液泵可省略，濃鹽水直接進 入本發(fā)明的渦輪能量回收裝置。
請參見圖l，在進料液水泵l的作用下，進料液進入正滲透膜組件4，部分淡水透過 正滲透膜組件4，剩余進料液排出系統(tǒng)；在汲取液水泵2的作用下，濃鹽水經(jīng)渦輪能量回 收裝置3加壓，進入正滲透膜組件4，在正滲透膜組件4中，與進料液側(cè)透過的淡水混合， 稀釋后的達標(biāo)鹽水排出正滲透膜組件4，經(jīng)渦輪能量回收裝置3回收能量后，排出系統(tǒng)。
本發(fā)明利用海水淡化濃鹽水與淡水(如河水、含鹽量低于海水的污水等)之間的滲 透壓，使淡水滲透到濃鹽水中，從而使?jié)恹}水被稀釋到海水的水平?？蓱?yīng)用于海水淡化 濃鹽水處置、回用、廢水濃縮等場合。
盡管上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述 的具體實施方式
，上述的具體實施方式
僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng)域的普 通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護的范圍情況下， 還可以作出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種正滲透海水淡化濃鹽水處理工藝，其特征在于，采用正滲透膜組件，使用海水淡化的濃鹽水作為汲取液，使用淡水作為進料液，所述海水淡化的濃鹽水在所述正滲透膜組件的透過側(cè)與進料液側(cè)透過的部分淡水混合成為稀釋后的達標(biāo)鹽水后排出正滲透膜組件，所述進料液剩余部分排出正滲透膜組件。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的正滲透海水淡化濃鹽水處理工藝，其特征在于，所述稀釋 后的達標(biāo)鹽水在排出正滲透膜組件之前經(jīng)渦輪能量回收裝置回收能量用于加壓所述海水 淡化的濃鹽水。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的正滲透海水淡化濃鹽水處理工藝，其特征在于，所述 淡水包括地表淡水和含鹽量低于海水的污水。
4. 一種正滲透海水淡化濃鹽水處理系統(tǒng)，其特征在于，包括進料液水泵(1)、其 進料液側(cè)與所述進料液水泵連接的正滲透膜組件(4)、與所述正滲透膜組件(4)透過 側(cè)連接的汲取液水泵(2)，所述正滲透膜組件(4)的進料液側(cè)設(shè)置有剩余進料液排出 口，所述正滲透膜組件(4)的透過側(cè)設(shè)置有稀釋后的達標(biāo)鹽水排出口。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的正滲透海水淡化濃鹽水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述汲取 液水泵(2)通過渦輪能量回收裝置(3)與所述正滲透膜組件(4)連接，所述渦輪能量 回收裝置(3)與所述正滲透膜組件(4)的達標(biāo)鹽水排出口連接，所述渦輪能量回收裝 置(3)設(shè)置有稀釋后的達標(biāo)鹽水排出口。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種正滲透海水淡化濃鹽水處理工藝，采用正滲透膜組件，使用海水淡化的濃鹽水作為汲取液，使用淡水作為進料液，海水淡化的濃鹽水在正滲透膜組件的透過側(cè)與進料液側(cè)透過的部分淡水混合成為稀釋后的達標(biāo)鹽水后排出正滲透膜組件，進料液剩余部分排出正滲透膜組件。本發(fā)明還公開了一種正滲透海水淡化濃鹽水處理系統(tǒng)，包括進料液水泵、其進料液側(cè)與進料液水泵連接的正滲透膜組件、與正滲透膜組件透過側(cè)連接的汲取液水泵，正滲透膜組件的進料液側(cè)設(shè)置有剩余進料液排出口，正滲透膜組件的透過側(cè)設(shè)置有稀釋后的達標(biāo)鹽水排出口。本發(fā)明可以將海水淡化的濃鹽水稀釋到原海水的水平，從而避免排海水時造成局部海域鹽度的升高，保護海洋環(huán)境。
文檔編號C02F103/08GK101671065SQ20091007080
公開日2010年3月17日 申請日期2009年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月14日
發(fā)明者初喜章, 趙河立, 阮國嶺 申請人:國家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所