[發明專利]脫鹽鹽水濃縮系統及方法

在審

• 申請號: 201980096482.6
• 申請日: 2019-04-10
• 公開（公告）號: CN114096342A
• 公開（公告）日: 2022-02-25
• 發明（設計）人: 尼古拉·武奇科夫;阿哈姆德·薩利赫·穆罕默德·阿拉穆迪;穆罕默德·法羅克·阿余曼塔卡斯;林承遠
• 申請（專利權）人: 鹽水轉換公司
• 主分類號: B01D61/00
• 分類號: B01D61/00;B01D61/02;B01D61/58
• 代理公司: 上海華誠知識產權代理有限公司 31300
• 代理人: 肖華

一種通過雙膜鹽水濃縮器系統(DTRI濃縮器)生產可從中獲得商業上有效獲得的礦物的用于產生超高濃度鹽水流的系統和方法。該系統包括從海水中除去二價離子的納濾系統、接收并進一步濃縮從納濾系統排出的鹽水的鹽水濃縮器(例如中空細纖維正向滲透系統)、接收NF系統滲透物并除去單價離子的SWRO系統，以及進一步濃縮從SWRO系統排出的鹽水的另一鹽水濃縮器。各種滲透物和排出鹽水流可通過雙膜鹽水濃縮器系統輸送，并且可以使用多級系統部件，以提高鹽水濃度和提高系統效率。

技術領域

本發明涉及脫鹽設施的設計和操作，尤其涉及一種用于從鹽水源水的脫鹽中有效且經濟地回收礦物和其它副產物、以及用于實現脫鹽的零液體排放方式的系統和方法。

背景技術

在脫鹽工業中，熱處理作為鹽水濃縮器占主導地位。基于熱處理的系統的示例包括經常與機械蒸汽壓縮機(MVC)或熱蒸汽壓縮機(TVC)一起操作的豎管式蒸發器。然而，這些傳統方法具有較高的能耗。例如，兩級MVC鹽水濃縮器可能需要24千瓦時每立方米(kWh/m³)的產物水，以將總溶解固體(TDS)為百萬分之70,000(ppm)的進料水濃縮至250,000ppm。或者，基于膜的濃縮器(例如，反滲透處理)通常需要較少的能耗。因此，努力尋找更好的基于膜的鹽水濃縮概念。

為方便參考，本文大部分地方引用“海水”作為源水。該引用并非旨在進行限制，因為源水可以是本領域普通技術人員認為可以作為脫鹽設施的進料水的任何鹽水。

在典型的海水反滲透(SWRO)脫鹽廠中，主要關注的問題之一是對飲用水分離后剩余的濃縮鹽水排放的管理(例如，總溶解固體(TDS)水平約為百萬分之300(ppm)或更少的水)。濃縮形式的鹽水的直接排放對海洋環境產生不利影響。由于該副產物的體積相對較大，并且需要以對環境負責的方式處置該副產物，因此處置濃縮鹽水的替代方法是昂貴的。

此外，脫鹽設施的運行需要高貨幣成本(設施、勞動力等)和高能耗努力，所得到的純化水產物每升具有相對較高的具體成本。

圖1示出了通常用于高鹽度海水(例如阿拉伯灣)的典型SWRO系統的示例的示意圖。在該系統1中，TDS濃度約為42,000ppm的海水2被泵3驅動至約為69巴(Bar)的壓力，并被引入反滲透膜容器5的入口4。典型的反滲透設施膜系統的回收率僅約50％。因此，在圖1的示例中，在膜系統5的純化水側的出口6處，產物水7(即滲透物)的TDS可以小于300ppm，而在膜系統的濃縮側的排出鹽水出口8處，濃縮鹽水9的總溶解固體濃度將大約是入口海水的兩倍，TDS為84,000ppm。圖1還示出了海水脫鹽廠的典型特征，其中高壓濃縮鹽水(這里，大約67巴)用于驅動能量回收裝置，例如渦輪或等壓壓力交換器，以回收必須放入入口海水中以驅動脫鹽處理的能量的至少一部分。然后必須處理副產物濃縮鹽水(圖1中未顯示)。

表1說明了為什么在這樣的系統中很難簡單地將回收率提高到超過50％。目前，大多數市售SWRO膜設計為在施加到膜上的高達83巴的最大壓力(即典型的破裂壓力)下操作，而當回收率增加以產生非常高水平的鹽水TDS濃度時，預計會有更高的滲透壓差。如表1所示，所需滲透壓(π)與獲得純化水所需的比功率消耗(SPC，單位為千瓦時/立方米產物水)的比較，在60％回收率下，滲透壓達到接近膜破裂水平的水平，這是不希望的。此外，當滲透壓增加到如此高的水平時，處理變得不那么有效，導致更高的功耗(即增加SPC)。

表1.

上述示例基于滲透壓計算，假設在25℃下海水進料TDS濃度為42,000ppm，產物水TDS濃度為300ppm，并使用解離常數為1.8的范特霍夫方程(假設海水是氯化鈉溶液)。比功率消耗計算假設凈驅動壓力(NDP)為22.5巴(NDP約等于進料壓力減去滲透膜的進料(濃縮物)和滲透物側之間的滲透壓差的對數平均值)，泵和泵馬達效率為85％，能量回收裝置效率為95％，滲透物和鹽水排放的背壓為0.8至2.0巴。