[发明专利]一种采用超滤-纳滤-反渗透的全膜法海水淡化的集成系统以及集成工艺

说明书

技术领域

本发明属于海水淡化和水处理技术领域，具体涉及一种采用超滤-纳滤-反渗透的全膜法海水淡化的集成系统以及集成工艺，本发明的工艺以及装置能够提高纳滤海水软化回收率及降低膜面结垢趋势。本发明进一步涉及一种纳滤膜处理高浓度盐水时减轻纳滤膜膜面结垢趋势的方法。

背景技术

纳滤膜是20世纪80年代继反渗透复合膜之后研制开发出的一种新型分离膜，它的孔径范围介于超滤膜与反渗透膜之间，约为1nm左右，故称为纳滤膜。

纳滤膜属于压力驱动膜，它具有两个显著特征：一是其截留分子量范围为200～1000道尔顿；二是其表面带有电荷，通常为负电荷，由此造成纳滤膜对一价离子截留率比较低，而对二价或者高价离子，特别是二价阴离子具有很高的截留率。它截留了可以透过超滤膜的小分子有机物以及多价离子(二价或者高价离子)，纳滤过程还可以截留的部分低价盐，因此纳滤膜的水处理过程在某些情况下还可以看作是“浓缩”和“脱盐”的同步进行。

纳滤膜的上述特点使其在海水淡化中作为反渗透的前处理工艺得到了广泛的应用。海水经过纳滤膜去除其中的大部分二价离子后形成软化海水，软化海水可以作为海水淡化过程中反渗透的进水。由于容易结垢的二价离子被纳滤膜大量截留，从而可以显著地降低反渗透过程的结垢现象，同时纳滤膜相比于反渗透膜，其操作压力低，出水效率高，因此利用纳滤技术作为反渗透技术的前处理工艺降低了海水淡化工程的生产成本。

虽然纳滤膜的应用改善了反渗透淡化海水的一些缺陷，但是纳滤系统在其中还是存在着海水利用率偏低的问题，并且由于纳滤对海水中结垢离子的大量截留，其膜面结垢趋势还是很明显。海水淡化过程中的能耗费用和由于膜面结垢而带来的膜清洗甚至膜更新费用使海水淡化的整体生产成本还是偏高，因此业界希望尽可能地提高海水利用率，同时也尽力地降低膜面结垢导致的高额费用。

中国专利CN103787462A公开了一种低能耗海水淡化工艺及其装置。海水经预处理后进入第一级反渗透系统，其产水作为第二级低压反渗透的进水，其浓水进入第一级的第二段低压反渗透系统；第二级低压反渗透产水用于生产饮用水，该级浓水与第一级第二段的低压反渗透产水混合用作生活杂用水；第一级第二段的浓水进入纳滤系统，纳滤产水用作冲厕用水，高压纳滤浓水再经能量回收装置回收压力能。该装置通过多方面的使用提高了海水的水回收率并通过能量回收装置降低了能耗。中国专利CN101967026A公开了一种成本低廉和附加值高的节能减排海水综合利用方法。海水经微滤和超滤处理后作为净化海水进入纳滤系统，而滤出物用作微藻加工。净化海水进入纳滤系统后得到了纳滤产水和纳滤浓水，纳滤产水进入电渗析系统进行淡化，纳滤浓水用作提取元素化合物；电渗析系统的产水进入反渗透系统或者低温多效系统生产淡水；电渗析系统的浓水与纳滤浓水混合用作提取元素化合物；反渗透系统或者低温多效系统浓水返回纳滤系统。该方法利用超滤、纳滤、电渗析和反渗透等方法对海水中的物质进行了充分的分离，并且提高了海水的水回收率。现有技术中的上述两个专利都通过多方面的利用来提高海水的水回收率，但它们并没有考虑处理高盐度浓水时纳滤膜的污染问题，也没有考虑海水多方面利用装置的复杂性。

中国专利CN102701478A公开了一种浓海水的处理方法，在浓海水进入纳滤组件之前，通过加入质量百分比浓度为1％的盐酸调节海水pH＝5～7，随后再加入用量为0-2mg/L的阻垢剂。加酸调节pH和加入阻垢剂使纳滤膜处理浓海水时二价离子结垢情况得到改善，降低了装置的运行成本。该专利处理高盐度浓水时往水中加入的一些化学药品会使其在纳滤浓水中的浓度更高，会对后续的浓水再利用造成干扰。

现有技术中，在全膜法海水淡化过程中，纳滤系统的回收率一般为50％左右，海水回收率并不高，并且纳滤膜处理高盐度浓水时存在一定的纳滤膜面结垢污染问题。这都是海水淡化领域中亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种采用超滤-纳滤-反渗透的全膜法海水淡化的集成系统以及集成工艺；提高纳滤海水软化回收率并降低膜面结垢趋势。本发明中，纳滤系统为三段式纳滤系统，其中第一段和第二段作为反渗透的预处理，第三段对前两段纳滤的浓水进一步处理，以提高海水回收率并降低第一段和第二段纳滤膜面的结垢趋势，进而降低海水淡化成本，同时降低第三段纳滤膜处理高盐度浓水时存在的膜面结垢趋势。

本发明的一种采用超滤-纳滤-反渗透的全膜法海水淡化的集成系统能够实施所述的采用超滤-纳滤-反渗透的全膜法海水淡化的集成工艺。技术方案如下。