處理來(lái)自脫鹽設(shè)備的原料鹽水的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于處理來(lái)自脫鹽設(shè)備（6）中的具有大于60g/l的總鹽含量的原料鹽水的方法，其以以下順序包括以下步驟：a）使包含鎂離子的具有大于1g/l的鎂離子含量的溶液以在75℃至100℃之間的溫度從上向下引導(dǎo)穿過(guò)包含由A型沸石（84）的第一垂直的柱體（42），其中，產(chǎn)生熱變沸石（TMZ），b）所述第一柱體（42）的內(nèi)部被冷卻到小于45℃的溫度上，c）使包含鈉離子的溶液在低于45℃的溫度下從下向上引導(dǎo)穿過(guò)在所述第一柱體（42）的由TMZ（44），d）使所述待處理的原料鹽水以30℃至45℃的溫度從上向下引導(dǎo)通過(guò)所述第一柱體（42）直至離開(kāi)所述第一柱體（42）的洗出液的鈣濃度超過(guò)1000/n?mg/l的值，e）來(lái)自步驟c）的洗出液在脫鹽裝置（18）中被分離成水和更高濃度的鹽水，f）將來(lái)自步驟e）的濃度增加的鹽水以低于45℃的溫度從下向上引導(dǎo)通過(guò)所述第一柱體（42），g）在固體物質(zhì)單元（20）中將來(lái)自方法步驟f）中的濃縮的洗出液分離成固體物質(zhì)和水，h）重復(fù)所述方法步驟d）至g），直至所述TMZ（44）耗盡。
【專利說(shuō)明】處理來(lái)自脫鹽設(shè)備的原料鹽水的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于處理來(lái)自脫鹽設(shè)備的具有大于60g/l的總鹽濃度的原料鹽水(Rohsolen)的方法以及一種用于執(zhí)行這種方法的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]已知使用海水制造飲用水。為此，在海水脫鹽設(shè)備中將海水分離成新鮮水和原料鹽水。已知的用于將海水脫鹽的方法例如為可逆滲透法(R0)。通過(guò)這種類型的方法將海水的鹽含量從約35000ppm下降到低于500ppm的總鹽含量。該可逆滲透法(RO)為在壓力下工作的薄膜方法。海水的滲透壓力為25kg/cm2。如果在可逆滲透系統(tǒng)中利用比其滲透壓力更高的壓力將海水壓過(guò)薄膜，則將海水分離成新鮮水(滲透物)和鹽水(濃縮物)?？傷}含量越高，滲透壓力越高。高壓泵消耗很多能量并且在制造新鮮水時(shí)是重要的成本因素。在傳統(tǒng)的海水可逆滲透方法(SWRO)中，從被輸送的水中獲得約42%的新鮮水，其中留下58%的濃縮物。濃縮物(原料鹽水)具有約60000ppm的總鹽含量(幾乎為海水鹽含量的1.7倍)。不僅由于壓力問(wèn)題，而且由于薄膜附上硫酸鈣和其它海水硬化物的問(wèn)題，難以實(shí)現(xiàn)徹底的脫鹽。該限制甚至無(wú)法通過(guò)對(duì)未處理和海水進(jìn)行酸性預(yù)處理和添加用于防止沉積的化學(xué)物質(zhì)避免。
[0003]另一用于從海水中制造飲用水的方法是熱蒸餾。多級(jí)閃化法(MSF)、多效蒸餾法(MED)和蒸汽壓縮法(DK)都屬于最常用的蒸餾方法。在MSF方法中，將被輸送的水加熱并且降低壓力，從而使水突然地成為蒸汽。該過(guò)程是多個(gè)順序連接的步驟中的一個(gè)步驟，所述多個(gè)步驟中每一個(gè)具有更低的壓力。在MED方法中，被輸送的水流過(guò)多個(gè)連成一行的蒸發(fā)器。緊接著使用來(lái)自一個(gè)行中的蒸汽使在下一行中的水蒸發(fā)。DK方法包括被輸送的水的蒸發(fā)、蒸汽的壓縮、緊接著使用已經(jīng)被加熱的壓縮的蒸汽作為用于使繼續(xù)輸送的水蒸發(fā)的熱源。一些蒸餾設(shè)備是多于一種脫鹽技術(shù)的混合形式。該過(guò)程的副產(chǎn)品為具有高的鹽濃度的溶液(原料鹽水)。在傳統(tǒng)的 熱蒸餾過(guò)程中，從被輸送的水中獲得小于47%的新鮮水，其中，留下大于53%的濃縮物。該濃縮物具有約65，OOOppm的總鹽含量(約為海水的鹽含量的1.8倍)。該限制與在蒸發(fā)器的加熱面上產(chǎn)生海水的硬化合物、特別是硫酸鈣的沉積有關(guān)。由于在熱的溶液中硫酸鈣溶解性降低的反常作用，該限制常常被稱為“硫酸鈣限制”。
[0004]所闡述的工業(yè)脫鹽方法都不是環(huán)保的技術(shù)并且其在海洋生物和海洋植被中引起巨大的污染。全球所有脫鹽設(shè)備每年總共將約9立方公里(9，000，000，OOOm3/年)未處理的濃縮物直接排放到海洋的沿海區(qū)域中，這導(dǎo)致生態(tài)的不平衡。此外帶來(lái)經(jīng)濟(jì)上的缺點(diǎn)。即，排放到海中的原料鹽水包含大量未被利用的貴重組成部分、例如鎂、納、鈣和稀有金屬。
[0005]為了控制該問(wèn)題，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了其它限制產(chǎn)生的原料鹽水的份額的方法。文獻(xiàn)US6508936描述了一種用于海水脫鹽的組合方法，以用于獲得非常高的新鮮水收獲率。在該方法中，將作為第一脫鹽步驟的納米過(guò)濾以共同作用的方式與熱蒸餾、例如多級(jí)閃化法(MSF)或多效蒸餾法(MED)相組合。然而這種方法的缺點(diǎn)是，用于降低海水硬度以便在熱蒸餾的步驟中緊接著可獲得更多的新鮮水的納米蒸餾過(guò)程相對(duì)昂貴。此外，在該方法中也產(chǎn)生原料鹽水。
[0006]在文獻(xiàn)W02007132477中描述了一種用于海水脫鹽而不產(chǎn)生不能再繼續(xù)處理的原料鹽水的方法。在該方法中，首先在預(yù)處理步驟中使海水經(jīng)受納米過(guò)濾，其中，優(yōu)選地分離二價(jià)的離子。在此，分離增加到每次通過(guò)約85%，并且此外不大于30%的單價(jià)離子到達(dá)剩余物中。該帶有高份額二價(jià)離子的剩余物用于獲得鎂和其它二價(jià)離子。對(duì)于基本上不包含二價(jià)離子的滲透物，可使用利用可逆滲透的三級(jí)的高壓脫鹽法(HPSWRO)制造新鮮水。該高純的鹽水(具有大于85，OOOppm的總鹽含量的HPSWRO濃縮物流)可借助于電解用于獲得氫氧化鈉、氯和水。然而，該方法具有一些缺點(diǎn)。納米過(guò)濾和多極HPSWRO需要附加的能量消耗因此同樣成本很高。此外，在實(shí)際中存在很大的從納米過(guò)濾濃縮物中徹底地且獨(dú)立地分離鎂和鈣的困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]鑒于以上描述的現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的目的為提供一種方法，利用該方法能夠以低的能量投入處理來(lái)自脫鹽設(shè)備中的具有大于60g/l的總鹽含量的原料鹽水并且能夠成本適宜地進(jìn)行。
[0008]該目的通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求10所述的根據(jù)本發(fā)明的裝置以及根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于處理來(lái)自脫鹽設(shè)備中的具有大于60g/l的總鹽含量的原料鹽水的根據(jù)本發(fā)明的方法實(shí)現(xiàn)。
[0009]來(lái)自海水脫鹽設(shè)備(Mehrwasserentsalzungsanlage)的原料鹽水、以及海水自身含有比鈣離子明顯更多的鎂離子。在方法步驟Ia)中應(yīng)用的A型沸石(Zeolith A)既可吸收鎂也可吸收鈣并且在鈉明顯過(guò)量時(shí)再次給出這些離子。然而，在步驟f)中使用的來(lái)自步驟e)的濃度增加的鹽水的鈉離子濃度不夠用于解吸松弛地被儲(chǔ)存在沸石中的鎂離子以及松弛地被儲(chǔ)存在沸石中的鈣離子。因此，在方法步驟Ia)中使A型沸石轉(zhuǎn)化成熱變沸石(TMZ)，在這種沸石中，沸石結(jié)構(gòu)的所有能夠吸收鎂離子的功能區(qū)域被帶有大的水合物包絡(luò)體的鎂離子的嵌入而阻塞。在此，對(duì)于該阻塞決定性的是，包含鎂離子的溶液的溫度在75°C至100°C之間，并且緊接著在步驟b)中將柱體內(nèi)部冷卻到低于45°C的值。在步驟c)中使在步驟a)和b)之后存在的TMZ的鈣型(Calciumform des TMZ)轉(zhuǎn)化成TMZ的鈉型(Natriumform des TMZ)。緊接著,在步驟d)中，在柱體中從待處理的原料鹽水中分離出鈣，并且逆向地將鈉離子給出到洗出液中。然而緊接著，該洗出液被分離成具有小于1000mg/l的鈣濃度的更高濃度的鹽水和水。在此，該更高濃度的鹽水相對(duì)于原來(lái)在步驟d)中獲得的洗出液濃度增加了 η倍。在此，洗出液的總濃度優(yōu)選地為130g/l至300g/l。
[0010]在根據(jù)權(quán)利要求1的方法的步驟d)結(jié)束之后，TMZ主要以鈣型存在，也就是說(shuō)，TMZ幾乎不具有鈉離子并且特別地代替鈉離子的是具有鈣離子。之后，在步驟f)中使TMZ轉(zhuǎn)化成鈉型。在柱體的TMZ填充方面，隨后可重新進(jìn)行步驟d)。在方法步驟f)中從柱體中離開(kāi)的濃縮的洗出液緊接著被分離成固體物質(zhì)和水。
[0011]據(jù)權(quán)利要求1所述的方法步驟h)，重復(fù)方法步驟d)至g)，直至耗盡TMZ的吸收力。這種情況如以下事實(shí)所表明的，即，直接在TMZ通過(guò)步驟f)轉(zhuǎn)變成鈉型之后的在步驟
d)中的洗出液已經(jīng)在第一被引導(dǎo)通過(guò)的床體積(也就是說(shuō)由TMZ組成的填充物在柱體中占據(jù)的體積)中具有這樣的鈣離子濃度，其在其它條件相同時(shí)比在進(jìn)行步驟a)至c)之后直接在步驟d)中在所述第一被引導(dǎo)通過(guò)的床體積中的鈣離子濃度高20%。由此，在步驟d)中使TMZ的鈉型轉(zhuǎn)化成鈣型并且在此向TMZ中吸收鈣離子并且將鈉離子給出到洗出液中。在步驟f)中，通過(guò)將來(lái)自步驟e)中的待增加濃度的鹽水的鈉離子被吸收到TMZ中并且同時(shí)將鈣離子給出到洗出液中，TMZ的鈣型再次回到鈉型。根據(jù)單獨(dú)的測(cè)量，在耗盡TMZ的吸收力之前，該重復(fù)的循環(huán)工作過(guò)程可重復(fù)約200次。隨著以上循環(huán)的工作過(guò)程的數(shù)量增加，用于在步驟d)中吸收鈣的TMZ能力越來(lái)越小。在步驟d)中在第一次被引導(dǎo)穿過(guò)的床體積中測(cè)得的鈣離子濃度(即在直接在通過(guò)步驟f)將TMZ轉(zhuǎn)化回鈉型之后得到在步驟d)中獲得的洗出液中)比直接在執(zhí)行步驟a)至c)之后(即，直接在通過(guò)方法步驟a)至c)制造新鮮的TMZ之后)在步驟d)中在第一被引導(dǎo)通過(guò)的床體積中的鈣離子濃度高20%。
[0012]在根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法的步驟e)中，在獲得新鮮水的情況下增加洗出液的濃度，而不由于產(chǎn)生不期望的沉積而妨礙鈣離子的濃度增加。
[0013]通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的方法實(shí)現(xiàn)，待處理的原料鹽水在方法步驟e)中已經(jīng)在獲得新鮮水的情況下經(jīng)歷了顯著的濃度增加，并且在方法步驟f)中制成的濃縮的洗出液在其在方法步驟g)中繼續(xù)被處理并且被分離成固體物質(zhì)以及水之前，其濃縮程度已經(jīng)非常高。因此，與在直接將原料鹽水分離成固體物質(zhì)和水的情況中相比，在方法步驟g)中的濃縮的洗出液的處理明顯更加成本適宜并且需要更少的能量投入。該濃縮的洗出液在此優(yōu)選地具有在130g/l至300g/l之間的總離子濃度。
[0014]在步驟a)和步驟d)中，原料鹽水相對(duì)于垂直的柱體的流動(dòng)方向是從上向下穿過(guò)由A型沸石、確切地說(shuō)TMZ制成的填充物床。在步驟c)以及在步驟f)中，流動(dòng)方向相對(duì)于垂直地取向的柱體相反地從下向上穿過(guò)由TMZ組成的床。由此，防止了富含鈣的和沒(méi)有鈣的溶液的不期望的混合。在步驟a)以及步驟d)中，在TMZ的鈣型和TMZ的鈉型之間的界限在此從上向下移動(dòng)，而在方法步驟c)和f)中該界限從下向上移動(dòng)。
[0015]在本發(fā)明的一個(gè)特別優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案中，通過(guò)重復(fù)根據(jù)權(quán)利要求1所述的步驟a)至c)重新處理已經(jīng)耗盡的TMZ。在此，在以上已經(jīng)闡述的在方法步驟d)中獲得的洗出液的鈣濃度變化時(shí)，表明 TMZ的耗盡。試驗(yàn)表明，已經(jīng)耗盡的TMZ能夠再生約10次。由此，在考慮再生已耗盡的TMZ的情況下，利用相同的吸收填充物能夠重復(fù)方法步驟d)約2000次(200次直至TMZ耗盡，已耗盡的TMZ再生10次)。方法步驟d)以及方法步驟f)通常分別持續(xù)約四小時(shí)。由此,個(gè)體的吸收填充物的整個(gè)使用壽命約為兩年。
[0016]當(dāng)不再能夠再生已耗盡的TMZ時(shí)，使用新的A型沸石更換吸收材料并且重新開(kāi)始根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法。當(dāng)在直接進(jìn)行根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法之后在步驟d)中的洗出液已經(jīng)在第一被引導(dǎo)經(jīng)過(guò)的床體積中具有這樣的鈣濃度，即，在其它條件相同時(shí)，該鈣濃度比直接在A型沸石通過(guò)進(jìn)行方法步驟a)至c)第一次轉(zhuǎn)化成TMZ之后在方法步驟d)中在第一被引導(dǎo)經(jīng)過(guò)的床體積中的鈣濃度高20%時(shí)，在柱體中的TMZ材料不再可再生并且應(yīng)更換。
[0017]通過(guò)再生已耗盡的TMZ可顯著節(jié)省用于再次利用A型沸石填充柱體的成本。
[0018]在本發(fā)明的一個(gè)特別優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案中，通過(guò)插入另一帶有與第一柱體相同的填充物的柱體連續(xù)地進(jìn)行根據(jù)本發(fā)明的方法。為此，也在該另一柱體中進(jìn)行根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法步驟a)至h)。然而，在兩個(gè)柱體上的步驟如此在時(shí)間上彼此錯(cuò)開(kāi)，即，根據(jù)權(quán)利要求I所述的步驟d)和f)始終在兩個(gè)柱體上同時(shí)且交替地進(jìn)行。例如在每奇數(shù)次通過(guò)時(shí)，在第一柱體上進(jìn)行步驟f)并且同時(shí)在所述另一柱體上進(jìn)行步驟d)，并且在每偶數(shù)次通過(guò)時(shí)，在第一柱體上進(jìn)行步驟d)并且同時(shí)在所述另一柱體上進(jìn)行步驟f)。由此，實(shí)現(xiàn)了該方法的連續(xù)的運(yùn)行。通過(guò)該連續(xù)的運(yùn)行又省去了等待時(shí)間，并且單位時(shí)間處理的原料鹽水的總量可翻倍，而不必同時(shí)使得用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的裝置的所有組成部分加倍。
[0019]有利地，在引導(dǎo)穿過(guò)相同柱體的TMZ期間，在根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法步驟d)中原料鹽水的溫度始終高于在方法步驟f)中的更高濃度的鹽水的溫度。在較高的溫度時(shí)，改進(jìn)了 TMZ的用于吸收鈣離子而非鈉離子的能力。相反地，在較低的溫度時(shí)，吸收能力向著有利于鈉離子的方向改變。由于在步驟d)中應(yīng)吸收鈣離子并且在步驟f )中相反地應(yīng)吸收鈉離子，通過(guò)上述有利的溫度選擇改進(jìn)了在步驟d)中的鈣離子吸收和在步驟f)中的鈣釋放。
[0020]在本發(fā)明的一個(gè)特別優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案中，在步驟e)中的洗出液濃度增加η倍，并且在步驟d)中的流動(dòng)速度比在步驟f)中的流動(dòng)速度高出η倍。由此實(shí)現(xiàn)，在考慮濃度增加和由此得到的體積變化時(shí)，方法步驟d)和f)始終持續(xù)相同的時(shí)間。這簡(jiǎn)化了該方法的連續(xù)運(yùn)行。那么，當(dāng)如已經(jīng)描述的那樣通過(guò)應(yīng)用兩個(gè)柱體連續(xù)地進(jìn)行該方法時(shí)，該效果尤其更明顯地起作用。
[0021]有利地，在根據(jù)權(quán)利要求1所述的步驟a)中使包含鎂離子的溶液引導(dǎo)經(jīng)過(guò)由A型沸石組成的床或容量已經(jīng)耗盡的TMZ，直至洗出液的化學(xué)成分與包含鎂離子的溶液的化學(xué)成分相同。由此確保，A型沸石的所有對(duì)于鎂離子敏感的位置附有鎂離子并且由此A型沸石完全轉(zhuǎn)化成TMZ。
[0022]在本發(fā)明的一個(gè)特別優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案中，在步驟a)中，由來(lái)自海水脫鹽設(shè)備的具有大于60g/l的總鹽含量的原料鹽水形成包含鎂離子的溶液。之后，如果鈣離子濃度小于1000/n mg/1，從在步驟a)中的柱體中離開(kāi)的無(wú)鈣的洗出液直接經(jīng)受步驟e)以繼續(xù)被處理成濃縮的部分脫鈣的鹽水。相反地，之后離開(kāi)的具有大于1000/n mg/1的鈣離子濃度的富含鈣的洗出液被重新輸送到來(lái)自脫鹽設(shè)備的待處理的原料鹽水中。結(jié)果，由此將在步驟a)中的洗出液分離成第一部分和第二部分，其中，第一部分已經(jīng)沒(méi)有鈣離子并且因此可繼續(xù)被處理，相反地，洗出液的第二部分富含鈣離子并且與原料鹽水相似地必須再次被處理。由此，已經(jīng)無(wú)鈣的洗出液不必經(jīng)過(guò)方法步驟d)。由此可節(jié)省成本和時(shí)間。
[0023]有利地，在步驟c)中的含鈉的溶液由來(lái)自步驟e)中的部分脫鈣的且濃度增加的鹽水形成。由此，省去了制造獨(dú)立的含鈉溶液。在此，來(lái)自步驟e)的脫鈣的且濃縮的鹽水包含大于50g/l的鈉離子濃度。在處理來(lái)海水脫鹽設(shè)備的原料鹽水的情況中，來(lái)自步驟e)的脫鈣的濃度增加的鹽水通常包含約63g/l的鈉離子。
[0024]有利地，將步驟e)中的洗出液借助于熱蒸餾或膜片蒸餾分離成水和濃度增加的鹽水，其中，濃度增加的鹽水的總鹽含量的濃度升高到約130g/l至300g/l。由于來(lái)自步驟d)的洗出液是低鈣的，可顯著地增加該洗出液的濃度，而硫酸鈣和鈣沉積物的產(chǎn)生不會(huì)以所謂的“硫酸鈣限制”的形式干擾繼續(xù)的濃縮。
[0025]此外，根據(jù)本發(fā)明的目的通過(guò)帶有權(quán)利要求10所述的特征的用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求I至9中任一項(xiàng)所述的方法的裝置實(shí)現(xiàn)。該裝置包括用于將海水分離成具有低于3g/
1、優(yōu)選地低于500mg/l的總離子含量的飲用水和具有大于60g/l的總鹽含量的原料鹽水的海水脫鹽設(shè)備。此外，該裝置包括連接在該海水脫鹽設(shè)備的下游的原料海水處理設(shè)備。該原料海水處理設(shè)備又具有用于根據(jù)權(quán)利要求1所述的步驟d)部分地從原料鹽水中分離鈣離子的吸附單元，其包括至少一個(gè)第一和另一利用熱變沸石(TMZ)填充的垂直地布置的柱體。在此，可通過(guò)引導(dǎo)具有大于lg/Ι的鎂離子含量的溶液以在75°C至100°C之間的溫度通過(guò)包含由A型沸石組成的填充物的垂直的柱體，來(lái)制造TMZ。在此，A型沸石轉(zhuǎn)化成TMZ。為了穩(wěn)定TMZ，緊接著有利地將柱體填充物冷卻到低于45°C的溫度上。該方法步驟d)通常也可在帶有單個(gè)吸附單元的垂直柱體中進(jìn)行。然而，這給連續(xù)進(jìn)行的運(yùn)行帶來(lái)困難。
[0026]此外，根據(jù)裝置權(quán)利要求10的i)所述，原料鹽水處理設(shè)備還具有用于將來(lái)自吸附單元的部分脫鈣的鹽水分離成具有小于500mg/l的總離子含量的水和根據(jù)權(quán)利要求1的步驟e)的濃度增加的鹽水的脫鹽單元。優(yōu)選地，在此該脫鹽單元由用于熱蒸餾或者熱膜片蒸餾的單元形成。此外，原料鹽水處理設(shè)備還包括根據(jù)權(quán)利要求1的步驟g)的用于將高濃度富含鈣的鹽水分離成固體物質(zhì)和優(yōu)選地具有小于500mg/l的總離子含量的水的固體物質(zhì)單元。特別優(yōu)選地，在此該固體物質(zhì)單元由用于分餾結(jié)晶或分餾真空結(jié)晶的單元形成。通過(guò)該固體物質(zhì)單元可將來(lái)自權(quán)利要求1的步驟f)的高濃度的洗出液完全分離成水和可用于商業(yè)應(yīng)用的鹽。
[0027]此外，原料鹽水處理設(shè)備還包括至少三個(gè)熱交換器，其中，第一和第二熱交換器相繼連接并且以可選地從上向著第一柱體或者從上向著第二柱體方式連接在進(jìn)入吸附單元中的入口部的上游以用于可選地加熱原料鹽水。在此，第一熱交換器由換熱器形成，其可由來(lái)自脫鹽單元的部分脫鈣的濃度增加的鹽水加熱。第二熱交換器可利用加熱的或冷卻的水調(diào)溫。第三熱交換器布置在換熱器的下游且在進(jìn)入吸收單元中的入口部的上游，然而可選地從下進(jìn)入第一柱體中或從下進(jìn)入另一柱體中。此外，其構(gòu)造成用于使離開(kāi)換熱器的還熱的部分脫鈣的濃縮的鹽水從脫鹽單元中進(jìn)入吸收單元之前被冷卻。在本發(fā)明的一個(gè)有利的設(shè)計(jì)方案中，第三熱交換器被海水然而或者被原料鹽水冷卻。第一和第三熱交換器用于在液體流過(guò)吸附單元時(shí)控制溫度條件。換熱器用于回收加熱在方法中使用的液體的能量。由此可降低運(yùn)行成本。
[0028]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案中，在海水脫鹽設(shè)備和原料鹽水處理設(shè)備之間布置原料鹽水預(yù)處理組件。該原料鹽水預(yù)處理組件在此具有至少一個(gè)帶有固體物質(zhì)和除去了鐵原子的顆粒的柱體。在此，該 顆粒特別優(yōu)選地由天然的沸石形成。通過(guò)在其進(jìn)入吸附單元之前事先從原料鹽水中分離固體物質(zhì)和鐵原子，改進(jìn)了吸收單元的使用壽命。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0029]從以下描述的示意性地繪出的實(shí)施例中得到本發(fā)明的其它細(xì)節(jié)和優(yōu)點(diǎn)，其中:
[0030]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的方法在根據(jù)本發(fā)明的裝置上的流程圖，
[0031]圖2示出了圖1中的吸附單元和熱交換器的流程圖和切換圖，
[0032]圖3示出了制造、耗盡和再生TMZ的示意性的流程圖。
[0033]以下，只要是合理的，方法或裝置的相同作用的元件設(shè)有一致的附圖標(biāo)記。以下描述的實(shí)施例的特征顯然也可為本發(fā)明的單個(gè)主題或者主題的不同組合。
【具體實(shí)施方式】
[0034]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置2以及在該裝置2上的根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖。具有例如35g/l的總鹽含量的海水以通過(guò)箭頭4示出的方式到達(dá)海水脫鹽設(shè)備6中。該海水脫鹽設(shè)備例如由熱蒸餾設(shè)備(MSF、MED、蒸汽壓縮器)或可逆滲透設(shè)備(SWRO)構(gòu)成。海水在海水脫鹽設(shè)備6中被分離成具有總鹽含量小于3000mg/l、特別是小于500mg/l的飲用水(通過(guò)箭頭8示出)和例如具有65g/l的鹽含量的原料鹽水(通過(guò)箭頭10示出)。飲用水到達(dá)儲(chǔ)存器12中。
[0035]原料鹽水到達(dá)原料鹽水處理設(shè)備14的第一區(qū)段中，該原料鹽水處理設(shè)備包括吸附單元16、脫鹽單元18和固體物質(zhì)單元20。在圖2中詳細(xì)示出了原料鹽水處理設(shè)備14的細(xì)節(jié)。圖1僅僅用于獲得粗略的總覽。
[0036]根據(jù)圖1，原料鹽水首先到達(dá)吸附單元16中。在吸附單元16中留下包含在原料鹽水中的鈣離子并且用鈉離子進(jìn)行替換。通過(guò)箭頭22示出的如此至少部分脫鈣的鹽水被引導(dǎo)到脫鹽單元18處。在該處，該部分脫鹽的鹽水被分離成飲用水和具有在130g/l至300g/I之間的總鹽含量的更高濃度的鹽水。飲用水從脫鹽單元18被引導(dǎo)到儲(chǔ)存器12中，通過(guò)箭頭24示出。該更高濃度的鹽水再次從脫鹽單元18被引導(dǎo)到吸附單元16，通過(guò)箭頭24示出。借助于該包含很少的鈣離子和很多的鈉離子的更高濃度的鹽水，使包含在吸附單元16中的TMZ從鈣型轉(zhuǎn)化成鈉型，并且在此獲得的富含鈣的具有130g/l至300g/l的總離子含量的濃縮鹽水被輸送到固體物質(zhì)單元20，通過(guò)箭頭26示出。優(yōu)選地，固體物質(zhì)單元20由用于分餾的結(jié)晶或分餾的真空結(jié)晶的單元形成。其將富含鈣的濃縮鹽水分離成之后通過(guò)箭頭28示出的從該處到達(dá)儲(chǔ)存器12中的飲用水和結(jié)晶析出的獲得的固體、例如硫酸鈣、氯化鈉和不同的鉀鹽和鎂鹽，通過(guò)箭頭30、32和34示出。
[0037]圖2示出了原料鹽水處理設(shè)備14的細(xì)節(jié)。開(kāi)始時(shí)，將A型沸石轉(zhuǎn)化成TMZ。為此，將具有例如65g/l的鹽含量的原料鹽水(通過(guò)箭頭10示出)在換熱器36中并且緊接著在第一熱交換器38中加熱到在75°C 至100°C之間的溫度，并且緊接著通過(guò)閥40以從上向下的第一流動(dòng)方向引導(dǎo)到第一垂直的柱體42上。該第一垂直的柱體42利用由A型沸石組成的柱床填充。由于在75°C至100°C的溫度下引導(dǎo)包含大量鎂離子的原料鹽水通過(guò)由A型沸石組成的床，使A型沸石轉(zhuǎn)化成熱變沸石(TMZ)44。同時(shí)，在TMZ的鈣型和TMZ的鈉型之間的界限46在從上向下的流動(dòng)方向上移動(dòng)。來(lái)自柱體42的洗出液的第一無(wú)鈣的部分通過(guò)閥48被輸送到脫鹽單元18。在該處，該洗出液被分離成一方面為新鮮水以及另一方面為具有在130g/l至300g/l之間的總鹽含量的更高濃度的無(wú)鈣鹽水。緊接著離開(kāi)第一柱體42的富含鈣的洗出液被引導(dǎo)回來(lái)以用于儲(chǔ)存待處理的原料鹽水，通過(guò)管路51和儲(chǔ)備容器53示出。
[0038]緊接著，為了冷卻，所述更高濃度的鹽水通過(guò)管路52首先被引導(dǎo)通過(guò)換熱器36的散熱的部分54并且緊接著被引導(dǎo)通過(guò)熱交換器58的散熱的部分56，并且由此被冷卻到在450C以下的溫度。所述更高濃度的鹽水從該處通過(guò)管路60并且通過(guò)閥62從下被引導(dǎo)到第一柱體42中。在此，使TMZ的鈣型轉(zhuǎn)化成鈉型，從而在兩種形式之間的界限46在從下向上的流動(dòng)方向上移動(dòng)。富含鈣的更高濃度的鹽水的從第一柱體42中離開(kāi)的洗出液通過(guò)管路64通過(guò)閥66被引導(dǎo)到固定物質(zhì)單元20，在該處，該鹽水分離成一方面為固體物質(zhì)以及另一方面為飲用水。利用與第一柱體42相似地填充的另一垂直地布置的柱體68，相似地進(jìn)行處理。在第一柱體42中將A型沸石轉(zhuǎn)化成TMZ之后，在所述另一柱體68中的A型沸石也通過(guò)關(guān)閉與第一柱體42相關(guān)聯(lián)的閥40和48并打開(kāi)與該另一柱體68相關(guān)聯(lián)的閥80和82以相似的方式被轉(zhuǎn)化成TMZ。[0039]緊接著，相應(yīng)于根據(jù)權(quán)利要求1所述的重復(fù)的步驟d)至h)開(kāi)始原料鹽水處理設(shè)備14的連續(xù)運(yùn)行。原料鹽水通過(guò)管路10被輸送到原料鹽水處理設(shè)備14并且被引導(dǎo)通過(guò)換熱器36的冷卻的部分70和第二熱交換器38并且在此被加熱到30°C至45°C之間的溫上。緊接著，原料鹽水通過(guò)閥40被引導(dǎo)到第一柱體42上，其中，在TMZ44的鈣型和鈉型之間的界限46在從上向下的流動(dòng)方向上移動(dòng)。在第一垂直的柱體42的下端部處離開(kāi)的部分地脫鈣的鹽水的洗出液通過(guò)閥48和管路50被輸送到脫鹽單元18，在該處其被分離成新鮮水和更高濃度的鹽水。該更高濃度的鹽水通過(guò)管路52被引導(dǎo)到換熱器36中并且從該處被引導(dǎo)到第三熱交換器58中，其在該處被冷卻到低于45°C的溫度上。當(dāng)該更高濃度的鹽水例如在脫鹽單元中以蒸餾方法被事先加熱時(shí)，冷卻是特別必要的。
[0040]在離開(kāi)熱交換器58通過(guò)管路72和閥74之后，所述更高濃度的富含鈣的和無(wú)鈣的鹽水在從下向上的流動(dòng)方向上被引導(dǎo)通過(guò)另一柱體68的TMZ填充部。在此，使在該另一柱體68中的TMZ的鈣型轉(zhuǎn)化成鈉型并且在TMZ的鈣型和鈉型之間的界限76在從下向上的流動(dòng)方向上移動(dòng)。從該另一柱體中離開(kāi)的濃縮的鹽水的富含鈣的洗出液通過(guò)管路64和閥78被輸送到用于分離成固體物質(zhì)和飲用水的固體物質(zhì)單元20。
[0041]緊接著，連續(xù)地并行地使第一柱體42和所述另一柱體68運(yùn)行。如在圖2中示出的那樣，首先原料鹽水在步驟d)中流過(guò)第一柱體42，與此并行地同時(shí)通過(guò)打開(kāi)的閥74和78引導(dǎo)來(lái)自脫鹽單元的更高濃度的鹽水以用于使TMZ的鈣型反轉(zhuǎn)化成鈉型。如果鈣離子穿過(guò)第一柱體的TMZ床44，關(guān)閉閥40和48以及74和78并且打開(kāi)閥80和82以及62和66。之后，待處理的原料鹽水流過(guò)該另一柱體68并且在此被類似地脫鈣，而更高濃度的鹽水從脫鹽單元18中通過(guò)閥62在從下向上的流動(dòng)方向上進(jìn)入第一柱體42中并且在該處TMZ的鈉型轉(zhuǎn)化成其鈣型。該柱體42、68如此持續(xù)地交替且并行地運(yùn)行。
[0042]圖3示出了 A型沸石84到TMZ86的轉(zhuǎn)化及其穩(wěn)定88。溶解在水中的鎂離子在75°C至100°C之間的溫度時(shí)具有僅僅小的水合物包絡(luò)體，從而鎂離子可毫無(wú)困難地滲入A型沸石的對(duì)于鎂離子來(lái)說(shuō)可接近的 部位中，從而產(chǎn)生TMZ86。緊接著，將TMZ和保留在TMZ中的液體冷卻到低于45°C的溫度。由此，鎂離子的水合物包絡(luò)體明顯變大，從而鎂離子不再可離開(kāi)TMZ。產(chǎn)生了 TMZ的穩(wěn)定的形式88。在圖3中通過(guò)不同大小的圍繞鎂離子的圓指出鎂離子的水合物包絡(luò)體。然而持續(xù)地引導(dǎo)一方面鹽水以及另一方面更高濃度的脫鈣的鹽水通過(guò)TMZ，盡管由于更大的水合物包絡(luò)體的固定，鎂離子還是將離開(kāi)TMZ，由此耗盡了 TMZ的容量。附圖標(biāo)記90表示了之前被帶有水合物包絡(luò)體的鎂離子占據(jù)的且現(xiàn)在被釋放的被耗盡的TMZ的空腔。緊接著，重新再生被耗盡的TMZ90，通過(guò)箭頭92和94示出。
【權(quán)利要求】
1.一種用于處理來(lái)自脫鹽設(shè)備(6)中的具有大于60g/l的總鹽含量的原料鹽水的方法，其具有以下順序的以下步驟: a)使包含鎂離子的具有大于lg/Ι的鎂離子含量的溶液、特別是來(lái)自海水脫鹽設(shè)備(6)中的具有大于60g/l的總鹽含量的原料鹽水以在75°C至100°C之間的溫度在從上向下的流動(dòng)方向上引導(dǎo)穿過(guò)包含由A型沸石(84)組成的填充物床的第一垂直的柱體(42)，在此，所述A型沸石被轉(zhuǎn)化成熱變沸石(TMZ) (44)， b)所述利用由TMZ(44)組成的床填充的柱體(42)的內(nèi)部被冷卻到小于45°C的溫度上， c)使包含鈉離子的具有大于50g/l的鈉離子濃度的且溫度低于45°C的溶液在從下向上的流動(dòng)方向上引導(dǎo)穿過(guò)在所述第一柱體(42)中的由TMZ (44)組成的床， d)使所述待處理的原料鹽水以30°C至45°C的溫度在從上向下的流動(dòng)方向上引導(dǎo)通過(guò)所述利用由TMZ組成的床填充的第一柱體(42)直至離開(kāi)所述第一柱體(42)的洗出液的鈣濃度超過(guò)1000/n mg/1的值并且由此表現(xiàn)為鈣離子通過(guò)所述由TMZ (44)組成的床，其中，在隨后的步驟e)中的洗出液的濃度增加η倍， e)來(lái)自步驟c)的洗出液在脫鹽單元(18)中被分離成具有小于500mg/l的總鹽含量的水和具有小于1000mg/l的鈣離子濃度的更高濃度的鹽水，其中，所述更高濃度的鹽水的濃度相對(duì)于所述洗出液增大了 η倍， f)將來(lái)自步驟e)的濃度增加的鹽水以低于45°C的溫度在從下向上的流動(dòng)方向上引導(dǎo)通過(guò)在所述第一柱體(42)中的由所述TMZ (44)組成的床， g)在固體物質(zhì)單元(20)中將來(lái)自方法步驟f)中的濃縮的洗出液分離成固體物質(zhì)和水， h)重復(fù)所述方法步驟d)至g)，直至所述TMZ(44)耗盡，這種情況具有下述表征，即，直接在TMZ (44)通過(guò)步驟f )轉(zhuǎn)變成鈉型之后的在步驟d)中的洗出液已經(jīng)在第一被引導(dǎo)通過(guò)的床體積中具有這樣的鈣離子濃度，即，其在其它條件相同時(shí)比在進(jìn)行步驟a)至c)之后直接在步驟d)中在所述第一被引導(dǎo)通過(guò)的床體積中的鈣離子濃度高20%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過(guò)重復(fù)根據(jù)權(quán)利要求1所述的步驟a)至c)處理耗盡的TMZ (44、90)，其中，如以下來(lái)表征所述的TMZ (44、90)的耗盡，即，直接在TMZ (44)通過(guò)步驟f)轉(zhuǎn)變成鈉型之后的在步驟d)中的洗出液已經(jīng)在第一被引導(dǎo)通過(guò)的床體積中具有這樣的鈣離子濃度，即，其在其它條件相同時(shí)比在進(jìn)行步驟a)至c)之后直接在步驟d)中在所述第一被引導(dǎo)通過(guò)的床體積中的鈣離子濃度高20%。
3.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，通過(guò)在另一柱體(68)中也進(jìn)行根據(jù)權(quán)利要求1所述的步驟a)至h)，通過(guò)插入所述另一帶有與所述第一柱體(42)相同的填充物的柱體(68)連續(xù)地進(jìn)行所述方法，然而其中，在所述兩個(gè)柱體(42、68)上的步驟如此在時(shí)間上彼此錯(cuò)開(kāi)，即，根據(jù)權(quán)利要求1所述的步驟d)和f)始終在所述兩個(gè)柱體(42、68)上同時(shí)且交替地進(jìn)行。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在引導(dǎo)穿過(guò)所述相同柱體(42、68)的TMZ期間，在所述步驟d)中原料鹽水的溫度始終高于在所述步驟f)中的更高濃度的鹽水的溫度。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述在步驟e)中的洗出液濃度增加了 η倍，并且在所述步驟d)中的流動(dòng)速度比在所述步驟f )中的流動(dòng)速度高η倍。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在所述步驟a)中使包含鎂離子的溶液引導(dǎo)經(jīng)過(guò)由A型沸石(84)組成的床或吸收力已經(jīng)耗盡的TMZ (90)，直至所述洗出液的化學(xué)成分與所述包含鎂離子的溶液的化學(xué)成分相同。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在所述步驟a)中，由來(lái)自海水脫鹽設(shè)備(6)的具有大于60g/l的總鹽含量的原料鹽水形成包含鎂離子的溶液，并且，如果所述鈣離子濃度小于1000/n mg/1，從在所述步驟a)中的柱體中離開(kāi)的無(wú)鈣的洗出液直接經(jīng)受步驟e)以繼續(xù)被處理成濃縮的部分脫鈣的鹽水，緊接著離開(kāi)的具有大于1000/n mg/I的鈣離子濃度的富含鈣的洗出液被重新輸送到來(lái)自脫鹽單元(18)的待處理的原料鹽水中。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在所述步驟c)中的含鈉的溶液由來(lái)自步驟e)的部分脫鈣的且濃度增加的鹽水形成。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，將在所述步驟e)中的洗出液借助于熱蒸餾或膜片蒸餾分離成水和濃度增加的鹽水，并且，濃度增加的鹽水的總鹽含量的濃度升高到約130g/l至300g/l。
10.一種用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的方法的裝置(2)，其包括用于將海水分離成具有低于3g/l的總離子含量的飲用水和具有大于60g/l的總鹽含量的原料鹽水的海水脫鹽設(shè)備(6)，并且包括連接在所述海水脫鹽設(shè)備(6)下游處的原料海水處理設(shè)備(14)，其中，所述原料海水處理設(shè)備(14)包括: i)用于根據(jù)權(quán)利要求1所述的步驟d)部分地從所述原料鹽水中分離鈣離子的吸附單元(16)，其具有至少一個(gè)第 一(42)和另一(68)利用熱變沸石(TMZ) (86、88)填充的垂直地布置的柱體，其中，可通過(guò)引導(dǎo)具有大于lg/Ι的鎂離子含量的溶液以在75°C至100°C之間的溫度通過(guò)包含由A型沸石(84)組成的填充物的垂直的柱體，制造所述TMZ (86,88), ii)根據(jù)權(quán)利要求1的步驟e)用于將來(lái)自所述吸附單元的部分脫鈣的鹽水分離成具有小于500mg/l的總離子含量的水和濃度增加的鹽水的脫鹽單元(18)， iii)根據(jù)權(quán)利要求1的步驟g)用于將所述高濃度富含鈣的鹽水分離成固體物質(zhì)和具有小于500mg/l的總離子含量的水的固體物質(zhì)單元(20)， iv)以及至少三個(gè)熱交換器(36、38、58)，其中，第一和第二熱交換器(36、38)相繼連接并且以可選地從上向著所述第一柱體(42)或者從上向著所述另一柱體(68)方式連接在進(jìn)入所述吸附單元(16)中的入口部的上游以用于可選地加熱所述原料鹽水，所述第一熱交換器為換熱器(36)，其可利用來(lái)自所述脫鹽單元(18)的部分脫鈣的濃度增加的鹽水加熱，并且所述第二熱交換器(38)可利用加熱的或冷的水調(diào)溫，并且其中，所述第三熱交換器(58)布置在所述換熱器(36)的下游并且以可選地從下進(jìn)入所述第一(42)或從下進(jìn)入所述另一柱體(68)中的方式布置在進(jìn)入所述吸附單元(16)中的入口部的上游并且用于從所述脫鹽單元(18)進(jìn)入所述吸附單元(16)之前冷卻離開(kāi)所述換熱器(36)的還熱的部分脫鈣的濃度增加的鹽水。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置(2)，其特征在于，所述脫鹽單元(18)由用于用于熱蒸餾或者熱膜片蒸餾的單元形成。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11中任一項(xiàng)所述的裝置(2)，其特征在于，所述固體物質(zhì)單元(20)由用于分餾結(jié)晶或分餾真空結(jié)晶的單元形成。
13.根據(jù)權(quán)利要求10至12中任一項(xiàng)所述的裝置(2)，其特征在于，在所述海水脫鹽設(shè)備(6)和原料鹽水處理設(shè)備(14)之間布置原料鹽水預(yù)處理組件，其具有至少一個(gè)帶有固體物質(zhì)和除去了鐵原子的顆粒 的、特別是由天然沸石組成的柱體。
【文檔編號(hào)】C02F1/42GK103476712SQ201280011383
【公開(kāi)日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2012年2月21日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月2日
【發(fā)明者】奧利佛·雅可布, 魯斯蘭·卡茲賽托維奇·卡米佐夫 申請(qǐng)人:奧利佛雅可布I-E-S公司