[发明专利]一种化学法-电渗析-反渗透集成浓海水软化与浓缩工艺

说明书

本发明属于海水淡化和浓海水资源化利用领域，涉及一种化学法‑电渗析‑反渗透集成浓海水软化与浓缩工艺。本发明以化学沉淀法脱钙及反渗透、1价选择性离子交换膜电渗析、纯浓缩膜电渗析三种膜单元系统为依托，达到以下技术指标，浓缩盐水能通过进一步对接提浓工艺，为氯碱、纯碱等工业提供液体盐原料，TDS需不低于200000mg/L；淡水符合《生活饮用水卫生标准》关于TDS小于500mg/L，所有产水必须能达到直接排海或工艺内部循环回用要求，减缓浓海水直接排海造成的环境污染及海洋生态失衡问题，实现海水水资源及富集的化学资源的综合利用，从而均摊并降低海水淡化成本。

技术领域

本发明属于海水淡化和浓海水资源化利用领域，涉及一种采用化学法-膜集成浓海水软化与浓缩工艺，具体地说，涉及一种化学法-电渗析-反渗透集成浓海水软化与浓缩工艺，能够实现浓海水深度浓缩，实现对海水中富含的水资源及化学资源的有效利用，提高经济、环保效益。

背景技术

我国水资源短缺，人均淡水量少，时空分布不均，经济越发达、人口越密集的城市，往往都是淡水匮乏的城市，到2014年，全球累积淡化脱盐能力达809亿m³/d，其中59％来自海水淡化，其副产浓海水处理问题越来越凸显。浓海水温度、盐度都有所升高，直排入海会对海洋生物生长产生较大影响，进而破坏海洋生态平衡。盐是人类生存必需品，也是重要化工原料，全球海洋所存储氯化钠达5×10¹⁶t，浓海水用于制盐，能实现零排放同时解决人类用盐需求，降低海淡成本。

化学法脱钙通过添加化学沉淀剂有效脱除浓海水中大部分Ca²⁺，大大降低海水中硬度离子含量，为后续工艺也创造了良好的条件。

电渗析是指以外加直流电场作用产生的电位差为推动力，带电离子在溶液中定向移动，利用离子交换膜选择透过性，阳膜带负电场，仅允许阳离子透过向阴极移动，阴膜带正电场，仅允许阴离子透过向阳极移动，实现溶液中离子分离的过程。膜堆由阴、阳膜交替排列，以隔板隔开，组成浓缩、淡化系统，电渗析过程不受浓度限制，只要保证通电时间足够长，能够将溶液深度浓缩，同时离子能几乎完全迁移，淡化效果好。

离子交换膜对不同名离子选择透过程度，由固定基团、溶液浓度共同决定的；而对不同价离子选择作用主要通过孔径筛分、排斥作用实现，选择性膜制备通常是通过在膜表面添加改性层实现的，常见阳膜改性添加的是聚电解质层，通过静电排斥，阻碍价态高、水合半径大的离子过膜；阴膜则添加高交联度改性层，通过空间位阻、静电排斥共同作用，能有效阻碍亲水性强即水合能、水合半径大的离子过膜。

海水浓缩过程中，由于存在Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-等离子，如采用传统离子交换膜浓缩，当以上离子过度积累，在膜表面结垢，无法正常运转。1价离子选择性透过膜在海水浓缩、软化过程中的应用，主要是为了分离一、二价离子，提高产品纯度，避免二价离子高度浓缩析出，减缓膜污染及膜性能降低。

反渗透法无相变、占地面积小、成本较低，但对进水水质要求高，浓缩受溶液渗透压限制，对压力要求苛刻。能够对盐溶液进行无选择浓缩，若能采用反渗透将经1价选择性离子交换膜初步分离后浓海水中Mg²⁺、SO₄^2-进行浓缩，不仅能够有效提取钙镁资源并加以利用，同时可以在较低压力下，产出符合饮用水标准的淡水，降低产淡水能耗，对浓海水资源化利用及全球水资源分布有重要意义。

综上，随着科技的不断进步，水资源需求量不断增加，同时更加倡导环保“零排放”概念，膜法以其独特的优势而备受青睐，反渗透能将海水无选择浓缩、淡化，但浓缩极限受渗透压与RO膜承压极限限制；而电渗析浓缩、淡化不受浓度限制，只要保持推动力及足够量可迁移离子，能对溶液进行深度浓缩、淡化；从一、二价分离的角度，1价选择性离子交换膜能实现边一二价分离、边浓缩，故若能将ED与RO有效嵌套对接，合理优化，有助于提高海水淡化的经济、环境效益。因此，研究一种化学法-电渗析-反渗透集成浓海水软化与浓缩工艺具有十分重要的实用价值。