CN111661960B - 一种对海水淡化水进行矿化的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种对海水淡化水进行矿化的装置和方法，属于海水淡化产水技术领域。本发明所述装置包括顺次连通的浓盐水装置100、双极膜装置200和矿化装置300；其中浓盐水装置100包括硫酸钠浓溶液箱101，本发明通过将淡化水配制成硫酸钠溶液，在进行双极膜电渗析时无结垢堵塞风险，保证双极膜装置200运行安全，且硫酸根相较于氯离子对管网的侵蚀性降低。本发明所述矿化装置300包括稀酸箱301，能够控制矿化前酸液的pH值；稀硫酸溶液进入矿化塔302，能够使溶液的酸度有效转化为碱度，并增加硬度；双极膜碱室201产生的碱进入矿化水混合池303，能够调节矿化塔产水的pH值，使得海水淡化水矿化产水满足饮用标准。

Description

一种对海水淡化水进行矿化的装置和方法

技术领域

本发明涉及海水淡化产水技术领域，特别涉及一种对海水淡化水进行矿化的装置和方法。

背景技术

由于全球性淡水资源紧张，海水淡化作为一项水资源增量技术近年来发展迅速，部分沿海缺水城市已在大量使用海水淡化水作为城市用水的必要补充。但由于淡化水水质基本上不具有缓冲能力，会溶解铸铁管和钢管内壁保护性垢层从而导致市政管网腐蚀，同时使得供水在输配中浊度、色度、铁含量等增加，造成水质下降从而不能够达到饮用水标准。因此淡化水在入网前，需要进行后矿化处理，提高淡化水的缓冲性能，降低对管网的侵蚀性。

溶解矿石法是目前最简单且应用最为广泛的淡化水后矿化处理的方法，其做法是使淡化水通过装填富含碳酸钙矿石的反应器，通过溶解矿石中的碳酸钙来增加淡化水中的碱度、硬度，实现淡化水的矿化。但淡化水的pH值一般在5～7，导致矿石的溶解速率非常慢，因此需要对淡化水进行酸化来提高效率。

双极膜电渗析可以产生酸碱，能够用于淡化水的酸化。然而，氯化钠盐水或海水淡化反渗透浓水用于双极膜电渗析可使氯离子进入矿化产水，易腐蚀管网设施，不满足安全输配要求；且海水淡化反渗透浓水中杂质离子含量高，直接用于双极膜电渗析易造成双极膜堵塞；同时双极膜电渗析制备酸碱的过程中，不能实现对酸浓度进行精准控制，从而影响矿化效果，导致最终矿化产水不达标与产能浪费。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种对海水淡化水进行矿化的装置和方法。本发明提供的装置和方法得到的海水淡化水矿化产水能够满足饮用标准及安全输配要求。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种对海水淡化水进行矿化的装置，包括顺次连通的浓盐水装置100、双极膜装置200和矿化装置300；

所述浓盐水装置100包括硫酸钠浓溶液箱101；所述硫酸钠浓溶液箱101设置有第一淡化水入口、淡盐水入口、硫酸钠加料口和浓盐水出口；

所述双极膜装置200包括双极膜电渗析室、浓酸溶液箱205和浓碱溶液箱204，所述双极膜电渗析室被双极膜分隔成双极膜碱室201、双极膜盐室202和双极膜酸室203；所述双极膜碱室201设置有第二淡化水入口和浓碱出口，所述浓碱出口与浓碱溶液箱204的入口连通；所述双极膜盐室202设置有第三淡化水入口和硫酸钠浓溶液入口，所述硫酸钠浓溶液入口与硫酸钠浓溶液箱101的浓盐水出口连通，所述双极膜盐室202的出口与硫酸钠浓溶液箱101的淡盐水入口连通；所述双极膜酸室203设置有第四淡化水入口和浓酸出口，所述浓酸出口与浓酸溶液箱205的入口连通；

所述矿化装置300包括稀酸箱301、矿化塔302和矿化水混合池303；所述稀酸箱301设置有第五淡化水入口、浓酸溶液入口和稀酸出口，所述浓酸溶液入口与浓酸溶液箱205的出口连通；所述矿化塔302的入口与稀酸箱301的稀酸出口连通；所述矿化水混合池303设置有第六淡化水入口、与矿化塔302出口连通的矿化塔产水入口以及与浓碱溶液箱204出口连通的浓碱溶液入口。

优选的，所述硫酸钠浓溶液箱101设置有第一电导率仪102、液位计103和第一搅拌器104；

所述双极膜碱室201设置有第一浓碱浓度在线监测装置206；所述双极膜盐室202设置有第二电导率仪207和第二搅拌器208；所述双极膜酸室203设置有第一浓酸浓度在线监测装置209；

所述浓酸溶液箱205设置有第二浓酸浓度在线监测装置211；所述浓碱溶液箱204设置有第二浓碱浓度在线监测装置210；

所述稀酸箱301设置有第一在线pH值计304。

优选的，所述矿化塔302的出口处设有第二在线pH值计305、第一在线硬度监测仪306和第一在线碱度监测仪307；

所述矿化水混合池303的出口处设置有第三在线pH值计308、第二在线硬度监测仪309和第二在线碱度监测仪310。

优选的，所述双极膜的膜对数量为5～80对。

优选的，所述矿化塔302内的填料按照液体流动方向依次包括石灰石和麦饭石；

所述石灰石的高度为30～300cm，麦饭石的高度为20～160cm；

所述石灰石和麦饭石的粒度独立地为1～4mm。

本发明提供了基于上述装置对海水淡化水进行矿化的方法，包括以下步骤：

(1)淡化水和硫酸钠进入硫酸钠浓溶液箱101进行混合，得到硫酸钠溶液；

(2)硫酸钠溶液进入双极膜盐室202，淡化水进入双极膜盐室202、双极膜碱室201和双极膜酸室203；淡化水及硫酸钠溶液按比例混入双极膜盐室202，硫酸钠浓溶液加入体积与混入淡化水体积比为1:0.1～4；当双极膜盐室202中硫酸钠溶液质量浓度为3～8％时，进行双极膜电渗析，在双极膜酸室203中得到硫酸溶液，在双极膜碱室201中得到氢氧化钠溶液；当双极膜盐室202中硫酸钠溶液质量浓度低于3％时，双极膜盐室202中的硫酸钠溶液回到硫酸钠浓溶液箱101；

(3)双极膜酸室203中得到的硫酸溶液进入浓酸溶液箱205，浓酸溶液箱205中的硫酸溶液和淡化水进入稀酸箱301进行混合，得到稀硫酸溶液，所述稀硫酸溶液的pH值为1～3；

(4)稀硫酸溶液进入矿化塔302进行矿化反应，得到矿化塔产水；

(5)氢氧化钠溶液进入浓碱溶液箱204，浓碱溶液箱204中的氢氧化钠溶液、矿化塔产水和淡化水进入矿化水混合池303混合，得到海水淡化水矿化产水；所述矿化塔产水和海水淡化水矿化产水的流量比为1:1～10；

所述步骤(5)中氢氧化钠溶液进入浓碱溶液箱204与步骤(3)、(4)没有时间顺序上的要求。

优选的，所述步骤(1)中硫酸钠溶液的质量浓度为8～14％。

优选的，所述双极膜电渗析的电流为10～50A；所述双极膜酸室得到的硫酸溶液的质量浓度为0.2～5％，所述双极膜碱室得到的氢氧化钠溶液的质量浓度为0.6～4％。

优选的，所述矿化反应时稀硫酸溶液的停留时间为5～60min；所述矿化塔产水的pH值为6.3～7.1，总硬度为80～2000mg/L，总碱度为50～600mg/L。

优选的，所述步骤(5)中矿化塔产水和海水淡化水矿化产水的体积比为1:1～10；所述海水淡化水矿化产水的pH值为7～8.5，总碱度为50～150mg/L、总硬度为50～200mg/L。

本发明提供了一种对海水淡化水进行矿化的装置，包括顺次连通的浓盐水装置100、双极膜装置200和矿化装置300。本发明所述浓盐水装置100包括入口与淡化水连通的硫酸钠浓溶液箱101，本发明通过将淡化水配制成硫酸钠溶液，在进行双极膜电渗析时无结垢堵塞风险，保证双极膜装置200运行安全，且双极膜装置200产出硫酸溶液，经矿化反应后硫酸根离子进入矿化水，相较于氯离子对管网的侵蚀性降低。本发明所述双极膜装置200包括与浓酸溶液箱205连通的稀酸箱301，能够控制矿化前酸液的pH值；本发明所述矿化装置300包括矿化塔302和矿化水混合池303，稀酸箱301产生的稀硫酸溶液进入矿化塔302，能够使溶液的酸度有效转化为碱度，并增加硬度；双极膜碱室201产生的碱进入到矿化水混合池303，能够调节淡化水与矿化塔产水的pH值，使得海水淡化水矿化产水满足饮用标准。

附图说明

图1为本发明海水淡化水进行矿化的装置的结构示意图，其中，100-浓盐水装置，101-硫酸钠浓溶液箱，102-第一电导率仪，103-液位计，104-第一搅拌器，105-分配阀，106-淡盐水泵，107-浓盐计量泵，200-双极膜装置，201-双极膜碱室，202-双极膜盐室，203-双极膜酸室，204-浓碱溶液箱，205-浓酸溶液箱，206-第一浓碱浓度在线监测装置，207-第二电导率仪，208-第二搅拌器，209-第一浓酸浓度在线监测装置，210-第二浓碱浓度在线监测装置，211-第二浓酸浓度在线监测装置，212-分配阀，213-分配阀，214-分配阀，215-浓碱泵，216-浓酸泵，300-矿化装置，301-稀酸箱，302-矿化塔，303-矿化水混合池，304-第一在线pH值计，305-第二在线pH值计，306-第一在线硬度监测仪，307-第一在线碱度检测仪，308-第三在线pH值计，309-第二在线硬度监测仪，310-第二在线碱度检测仪，311-分配阀，312-分配阀，313-稀酸泵，314-矿化水泵，315-浓酸计量泵，316-浓碱计量泵。

具体实施方式

本发明提供了一种对海水淡化水进行矿化的装置，包括顺次连通的浓盐水装置100、双极膜装置200和矿化装置300；

所述浓盐水装置100包括硫酸钠浓溶液箱101；所述硫酸钠浓溶液箱101设置有第一淡化水入口、淡盐水入口和硫酸钠加料口；

所述双极膜装置200包括双极膜电渗析室、浓酸溶液箱205和浓碱溶液箱204，所述双极膜电渗析室包括双极膜碱室201、双极膜盐室202和双极膜酸室203；所述双极膜碱室201设置有第二淡化水入口和浓碱出口，所述浓碱出口与浓碱溶液箱204的入口连通；所述双极膜盐室202设置有第三淡化水入口和硫酸钠浓溶液入口，所述硫酸钠浓溶液入口与硫酸钠浓溶液箱101的出口连通，所述双极膜盐室202的出口与硫酸钠浓溶液箱101的淡盐水入口连通；所述双极膜酸室203设置有第四淡化水入口和浓酸出口，所述浓酸出口与浓酸溶液箱205的入口连通；

所述矿化装置300包括稀酸箱301、矿化塔302和矿化水混合池303；所述稀酸箱301设置有第五淡化水入口和酸溶液入口，所述酸溶液入口与浓酸溶液箱205的出口连通；所述矿化塔302的入口与稀酸箱301的出口连通；所述矿化水混合池303设置有第六淡化水入口、与矿化塔302出口连通的矿化塔产水入口以及与浓碱溶液箱204出口连通的浓碱溶液入口。

所述对海水淡化水进行矿化的装置的结构示意图如图1所示。

本发明提供的装置包括浓盐水装置100，所述浓盐水装置100包括入口与淡化水连通的硫酸钠浓溶液箱101；所述硫酸钠浓溶液箱101设置有第一淡化水入口、淡盐水入口和硫酸钠加料口。在本发明中，所述硫酸钠浓溶液箱101设置有硫酸钠溶液出口。本发明对所述硫酸钠浓溶液箱101的材质和规格没有特殊的要求，使用本领域技术人员熟知材质的硫酸钠浓溶液箱101并根据实际工况设计硫酸钠浓溶液箱101的具体规格即可。

在本发明中，所述硫酸钠浓溶液箱101优选设置有第一电导率仪102、液位计103和第一搅拌器104，本发明对所述第一电导率仪102、液位计103和第一搅拌器104的种类没有特殊的要求，使用本领域技术人员熟知的电导率仪、液位计和搅拌器即可。本发明对所述第一电导率仪102、液位计102和第一搅拌器104在硫酸钠浓溶液箱101中的安装位置没有特殊的要求，能够保证其发挥相应作用即可。

本发明提供的装置包括双极膜装置200，所述双极膜装置200包括双极膜电渗析室、浓酸溶液箱205和浓碱溶液箱204；所述双极膜电渗析室包括双极膜碱室201、双极膜盐室202和双极膜酸室203。在本发明中，所述双极膜的数量优选为5～80对，规格优选为400×800mm；本发明对所述双极膜的来源没有特殊的要求，使用本领域常规市售的双极膜即可，作为本发明的一个具体实施例，所述双极膜优选为富士双极膜。本发明对所述双极膜碱室201、双极膜盐室202和双极膜酸室203的尺寸规格优选为20～200L。

在本发明中，所述双极膜碱室201设置有第二淡化水入口和浓碱出口，所述浓碱出口与浓碱溶液箱204的浓碱入口连通。作为本发明的一个实施例，所述双极膜碱室201设置有第一浓碱浓度在线监测装置206；本发明对所述第一浓碱浓度在线监测装置206的型号没有特殊的要求，使用本领域技术人员熟知的浓碱浓度在线监测装置即可；作为本发明的一个具体实施例，所述第一浓碱浓度在线监测装置206优选为上海三信公司生产的型号为PG100的智能数显PH(ORP)控制器。本发明对所述第一浓碱浓度在线监测装置206的安装位置没有特殊的要求，能够保证其发挥相应的作用即可。

在本发明中，所述双极膜盐室202设置有第三淡化水入口和硫酸钠浓溶液入口、所述硫酸钠浓溶液入口与硫酸钠浓溶液箱101的出口连通；所述双极膜盐室202的出口与硫酸钠浓溶液箱101的淡盐水入口连通。作为本发明的一个具体实施例，所述双极膜盐室202设置有第二电导率仪207和第二搅拌器208。本发明对所述第二电导率仪207和第二搅拌器208的种类和型号没有特殊的要求，使用本领域技术人员熟知的电导率仪和搅拌器即可。本发明对所述第二电导率仪207和第二搅拌器的安装位置208没有特殊的要求，能够保证其发挥相应的作用即可。

在本发明中，所述双极膜酸室203设置有第四淡化水入口和浓酸出口，所述浓酸出口与浓酸溶液箱205的入口连通。作为本发明的一个实施例，所述双极膜酸室203设置有第一浓酸浓度在线监测装置209；本发明对所述第一浓酸浓度在线监测装置209的型号没有特殊的要求，使用本领域技术人员熟知的浓酸浓度在线监测装置即可；作为本发明的一个具体实施例，所述第一浓酸浓度在线监测装置209优选为上海三信公司生产的型号为PG100的智能数显PH(ORP)控制器。本发明对所述第一浓酸浓度在线监测装置209的安装位置没有特殊的要求，能够保证其发挥相应的作用即可。

在本发明中，所述浓碱溶液箱204的材质优选为PE；本发明对所述浓碱溶液箱204的规格没有特殊的要求，根据实际工况设计浓碱溶液箱204的相应规格即可。在本发明中，所述浓碱溶液箱204用于盛放双极膜碱室201产生的碱液。作为本发明的一个实施例，所述浓碱溶液箱204设置有第二浓碱浓度在线监测装置210。本发明对所述第二浓碱浓度在线监测装置210的安装位置没有特殊的要求，能够保证其发挥相应的作用即可。

在本发明中，所述浓酸溶液箱205的材质优选为PE；本发明对所述浓酸溶液箱205的规格没有特殊的要求，根据实际工况设计浓酸溶液箱205的相应规格即可。在本发明中，所述浓酸溶液箱205用于盛放双极膜酸室203产生的酸液。作为本发明的一个具体实施例，所述浓酸溶液箱204设置有第二浓酸浓度在线监测装置211。本发明对所述第二浓酸浓度在线监测装置211的安装位置没有特殊的要求，能够保证其发挥相应的作用即可。

本发明所述对海水淡化水进行矿化的装置包括矿化装置300，所述矿化装置300包括稀酸箱301、矿化塔302和矿化水混合池303。在本发明中，所述稀酸箱301设置有第四淡化水入口和浓酸入口，所述浓酸入口与浓酸溶液箱205的出口连通。在本发明中，所述稀酸箱301的材质优选为PE；本发明对所述稀酸箱301的规格没有特殊的要求，根据实际工况设计稀酸箱301的相应规格即可。在本发明中，所述稀酸箱301的作用是对浓酸溶液箱205中的酸液进行稀释，以精确控制进入矿化塔302酸液的pH值。作为本发明的一个实施例，所述稀酸箱301设置有第一在线pH值计304，本发明对所述第一在线pH值计304的安装位置没有特殊的要求，能够保证其发挥相应的作用即可。

在本发明中，所述矿化塔302的入口与稀酸箱301的出口连通；所述矿化塔的入口优选位于矿化塔底部。本发明对所述矿化塔302的尺寸规格没有特殊的要求，根据实际工况设计矿化塔302的尺寸规格即可。在本发明中，所述矿化塔302内的填料按照水流方向优选依次包括石灰石和麦饭石；所述石灰石的高度优选为30～300cm，更优选为50～200cm；所述麦饭石的高度优选为20～160cm，更优选为40～120cm；在本发明中，所述石灰石和麦饭石的粒度独立优选为1～4mm，更优选为2～4mm。在本发明中，所述石灰石的作用是与稀酸箱301流出的稀酸反应生成硫酸钙和碳酸氢钙，在此过程中，无二氧化碳气体逸出；所述麦饭石的作用是与稀酸反应部分溶解，提高水中硅酸盐含量。

在本发明中，所述矿化塔302的出口优选设有第二在线pH值计305、第一在线硬度监测仪306和第一在线碱度监测仪307，所述第二在线pH值计305、第一在线硬度监测仪306和第一在线碱度监测仪307优选安装在矿化塔302的出口管道处；本发明对所述第二在线pH值计305、第一在线硬度监测仪306和第一在线碱度监测仪307的安装顺序没有特殊的要求。本发明通过第二在线pH值计305监测矿化塔产水的pH值，通过第一在线硬度监测仪306监测矿化塔产水的硬度，通过第一在线碱度监测仪307监测矿化塔产水的碱度。

在本发明中，所述矿化水混合池303的入口与淡化水、矿化塔302出口、浓碱溶液箱204出口连通。本发明对所述矿化水混合池303的规格没有特殊的要求，根据实际工况设计矿化水混合池303的相应规格即可。在本发明中，所述矿化水混合池303的出口优选设置有第三在线pH值计308、第二在线硬度监测仪309和第二在线碱度监测仪310，所述第三在线pH值计308、第二在线硬度监测仪309和第二在线碱度监测仪310优选安装在矿化水混合池303的出口管道处；本发明对所述第三在线pH值计308、第二在线硬度监测仪309和第二在线碱度监测仪310的安装顺序没有特殊的要求。本发明通过在线pH值计308监测最终矿化产水的pH值，通过在线硬度监测仪309监测最终矿化产水的硬度，通过在线碱度监测仪310监测最终矿化产水的碱度。在本发明中，所述矿化水混合池303的作用是将矿化塔产水、淡化水和浓碱溶液箱204中的碱液混合，得到满足饮用标准的海水淡化水矿化产水。

除特殊说明外，本发明对上述部件的入口和出口位置没有特殊的要求。

作为本发明的一个实施例，所述对海水淡化水进行矿化的装置还包括分配阀，通过分配阀来控制淡化水的流量。在本发明的具体实施例中，所述对海水淡化水进行矿化的装置包括6个分配阀，分别为位于硫酸钠浓溶液箱101淡化水入口的分配阀105、位于双极膜碱室201淡化水入口的分配阀212、位于双极膜盐室202淡化水入口的分配阀213、位于双极膜酸室203淡化水入口的分配阀214、位于稀酸箱301淡化水入口的分配阀311和位于矿化水混合池303淡化水入口的分配阀312。

作为本发明的一个实施例，所述对海水淡化水进行矿化的装置还包括泵，通过泵实现液体的顺利流动并控制液体的流量。在本发明的具体实施例中，所述对海水淡化水进行矿化的装置包括5个磁力泵和3个计量泵，所述磁力泵分别为位于双极膜盐室202出口与硫酸钠浓溶液箱101入口间的淡盐水泵106、位于双极膜碱室201出口与浓碱溶液箱204入口间的浓碱泵215、位于双极膜酸室203出口与浓酸溶液箱205入口间的浓酸泵216、位于稀酸箱301出口与矿化塔302入口间的稀酸泵313和位于矿化塔302出口与矿化水混合池303入口间的矿化水泵314；所述计量泵分别为位于硫酸钠浓溶液箱101出口与双极膜盐室202入口间的浓盐计量泵107、位于浓酸溶液箱205出口与稀酸箱301入口间的浓酸计量泵315和位于浓碱溶液箱204出口与矿化水混合池303入口间的浓碱计量泵316。

本发明提供了基于上述装置对海水淡化水进行矿化的方法，包括以下步骤：

(1)淡化水和硫酸钠进入硫酸钠浓溶液箱101进行混合，得到硫酸钠溶液；

(2)硫酸钠溶液进入双极膜盐室202，淡化水进入双极膜盐室202、双极膜碱室201和双极膜酸室203，当双极膜盐室202中硫酸钠溶液质量浓度为3～8％时，进行双极膜电渗析，在双极膜酸室203中得到硫酸溶液，在双极膜碱室201中得到氢氧化钠溶液；当双极膜盐室202中硫酸钠溶液质量浓度低于3％时，双极膜盐室202中的硫酸钠溶液回到硫酸钠浓溶液箱101；

(3)双极膜酸室203中得到的硫酸溶液进入浓酸溶液箱205，浓酸溶液箱205中的硫酸溶液和淡化水进入稀酸箱301进行混合，得到稀硫酸溶液，所述稀硫酸溶液的pH值为1～3；

(4)稀硫酸溶液进入矿化塔302进行矿化反应，得到矿化塔产水；

(5)氢氧化钠溶液进入浓碱溶液箱204，浓碱溶液箱204中的氢氧化钠溶液、矿化塔产水和淡化水进入矿化水混合池303混合，得到海水淡化水矿化产水；所述矿化塔产水和海水淡化水矿化产水的流量比为1：1～10；

所述步骤(5)中氢氧化钠溶液进入浓碱溶液箱204与步骤(3)、(4)没有时间顺序上的要求。

本发明使淡化水和硫酸钠进入硫酸钠浓溶液箱101进行混合，得到硫酸钠溶液。本发明对所述淡化水的水质没有特殊的要求，任意水质的海水淡化水均适用于本发明的装置和方法；作为本发明的一个具体实施例，所述淡化水的电导率优选为180～260μs/cm，总硬度优选为0～5mg/L，pH值优选为5.9～6.6。在本发明中，所述硫酸钠优选为食品级硫酸钠，所述硫酸钠的纯度≥99％。在本发明中，所述淡化水的流量优选为2～10t/h，更优选为2～8t/h。在本发明中，所述混合的方式优选为搅拌混合，所述搅拌用装置优选为搅拌器104，所述搅拌的速率优选为50～500r/min，更优选为150～300r/min。在本发明中，所述硫酸钠溶液的质量浓度优选为8～14％，更优选为10～14％。

在本发明中，所述硫酸钠溶液的配制方式优选为间歇配制，所述间歇配制的方法优选包括以下步骤：

当硫酸钠溶液液位降至硫酸钠浓溶液箱101的低液位时，分配阀105开启，淡化水进入硫酸钠浓溶液箱101；当硫酸钠溶液液位升至硫酸钠浓溶液箱101的高液位时，分配阀105关闭，淡化水停止进入硫酸钠浓溶液箱101；加入食品级硫酸钠并搅拌溶解；所述低液位为满液位的5～10％，所述高液位为满液位的90～95％；

当硫酸钠溶液的电导率值达到设定范围值时，停止加入硫酸钠；所述设定范围值为质量浓度为8～14％的硫酸钠溶液对应的电导率值，具体为55～75ms/cm。

本发明优选通过液位计103测定硫酸钠溶液的液位，通过电导率仪102测定硫酸钠溶液的电导率。

得到硫酸钠溶液后，本发明使硫酸钠溶液进入双极膜盐室202，淡化水进入双极膜盐室202、双极膜碱室201和双极膜酸室203，当双极膜盐室202中硫酸钠溶液质量浓度为3～8％时，进行双极膜电渗析，在双极膜酸室203中得到硫酸溶液，在双极膜碱室201中得到氢氧化钠溶液；当双极膜盐室202中硫酸钠溶液质量浓度低于3％时，双极膜盐室202中的硫酸钠溶液回到硫酸钠浓溶液箱101。在本发明中，所述硫酸钠溶液进入双极膜盐室202的流量优选为200～600L/h，更优选为400～600L/h；所述淡化水进入双极膜盐室202的流量为500～1500L/h，进入双极膜碱室201的流量优选为1～100L/h，进入双极膜酸室203的流量优选为5～400L/h。本发明优选使用浓盐计量泵107将硫酸钠溶液输送至双极膜盐室202。

本发明优选通过电导率仪207来监测双极膜盐室202中硫酸钠溶液质量浓度。在本发明中，当双极膜盐室202中硫酸钠溶液质量浓度为3～8％时，所述双极膜电渗析的电流优选为10～50A，更优选为20～40A；所述双极膜电渗析优选在搅拌的条件下进行，所述搅拌用装置优选为搅拌器208，所述搅拌的速率优选为80～500rpm，更优选为150～400rpm。

在本发明中，所述203中硫酸溶液的质量浓度优选为0.2～5％，更优选为1～3％；本发明优选通过浓酸浓度在线监测装置209来监测双极膜酸室203中硫酸溶液的质量浓度，通过控制分配阀214和浓酸泵216的流量，维持双极膜酸室203中硫酸溶液浓度的稳定。

在本发明中，所述201中氢氧化钠溶液的质量浓度优选为0.6～4％，更优选为1～3％；本发明优选通过浓碱浓度在线监测装置206来监测双极膜碱室201中氢氧化钠溶液的质量浓度，通过控制分配阀212和浓碱泵215的流量，维持双极膜碱室201中氢氧化钠溶液浓度的稳定。

在发明中，当双极膜盐室202中硫酸钠溶液质量浓度低于3％时，双极膜盐室202中的硫酸钠溶液回到硫酸钠浓溶液箱101。在本发明中，所述硫酸钠溶液回到硫酸钠浓溶液箱101的速率优选为0.6～1.5t/h。本发明优选通过淡盐水泵106实现硫酸钠溶液的回流。

得到硫酸溶液和氢氧化钠溶液后，双极膜碱室201中得到的氢氧化钠溶液进入浓碱溶液箱204，双极膜酸室203中得到的硫酸溶液进入浓酸溶液箱205，浓酸溶液箱205中的硫酸溶液和淡化水进入稀酸箱301得到稀硫酸溶液。

在本发明中，所述氢氧化钠溶液进入浓碱溶液箱204的流量优选为1～100L/h；本发明优选通过浓碱泵215实现氢氧化钠溶液的输送。在本发明中，所述硫酸溶液进入浓酸溶液箱205的流量优选为5～400L/h；本发明优选通过浓酸泵216实现硫酸溶液的输送。在本发明中，所述硫酸溶液进入稀酸箱301的流量优选为5～400L/h，所述淡化水进入稀酸箱301的流量优选为0.1～100t/h；本发明优选通过浓酸计量泵315控制硫酸溶液进入稀酸箱301的流量，通过分配阀311控制淡化水进入稀酸箱301的速率。在本发明中，所述稀硫酸溶液的pH值优选为1～3，更优选为2～3。本发明优选通过在线pH值计304监测所述稀硫酸溶液的pH值，当数据出现偏差时，本发明通过调整硫酸溶液和淡化水的流入速率来使pH值符合要求。

得到稀硫酸溶液后，本发明使稀硫酸溶液进入矿化塔302进行矿化反应，得到矿化塔产水。在本发明中，所述稀硫酸溶液优选从矿化塔的塔底进入。在本发明中，所述稀硫酸溶液的流量优选为0.1～100t/h。在本发明中，所述矿化反应时稀硫酸溶液的停留时间优选为5～60min，更优选为20～40min；所述矿化塔产水的pH值优选为6.3～7.1、总碱度优选为50～600mg/L、总硬度优选为80～2000mg/L，更优选为200～800mg/L。本发明优选通过在线pH值计305、在线硬度监测仪306、在线碱度监测仪307监测矿化塔产水的pH值、碱度和硬度，当数据出现偏差时，本发明通过调整稀硫酸溶液的pH值和流量使矿化塔产水的pH值、碱度和硬度符合要求。

得到矿化塔产水后，本发明使浓碱溶液箱204中的氢氧化钠溶液、矿化塔产水和淡化水进入矿化水混合池303混合，得到海水淡化水矿化产水；所述矿化塔产水和海水淡化水矿化产水的流量比为1:1～10。在本发明中，所述氢氧化钠溶液的流量优选为1～100L/h，更优选为2～80L/h；所述矿化塔产水的流量优选为0.1～100t/h；所述淡化水的流量优选为0.01～1000t/h。本发明对所述混合的方式没有特殊的要求，使用本领域技术人员熟知的混合方式即可，具体的如搅拌混合。在本发明中，所述海水淡化水矿化产水的pH值优选为7～8.5，更优选为7.5～8；碱度优选为50～150mg/L，更优选为80～120mg/L；硬度优选为50～200mg/L，更优选为100～150mg/L。在本发明中，所述海水淡化水矿化产水的朗格利尔指数(LSI)优选为-0.5～0.5。现有饮用水的安全标准为：硬度：50～450mg/L，碱度不小于50mg/L，LSI：-0.5～0.5，pH：6.5～8.5。本发明优选通过在线pH值计308、在线硬度监测仪309、在线碱度监测仪310监测海水淡化水矿化产水的pH值、碱度和硬度，当数据出现偏差时，本发明通过调整氢氧化钠溶液、矿化塔产水和淡化水的流量来使海水淡化水矿化产水的pH值、碱度和硬度符合要求。

下面结合实施例对本发明提供的对海水淡化水进行矿化的装置和方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

海水淡化水的电导率为196.2μs/cm、pH值为6.43、总硬度为3mg/L，为强腐蚀性水质。使用本发明装置对其进行海水淡化水矿化，各参数如表1所示。

实施例2

海水淡化水的电导率为203.5μs/cm、pH值为6.37、总硬度为3mg/L，为强腐蚀性水质。使用本发明装置对其进行海水淡化水矿化，各参数如表1所示。

实施例3

海水淡化水的电导率为193.6μs/cm、pH值为6.42、总硬度为3mg/L，为强腐蚀性水质。使用本发明装置对其进行海水淡化水矿化，各参数如表1所示。

表1实施例1～3进行海水淡化水矿化时的操作条件

由表1可知，本发明所述装置和方法得到的海水淡化水矿化产水能够满足饮用标准及安全输配要求。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种对海水淡化水进行矿化的方法，其特征在于，使用的装置包括顺次连通的浓盐水装置（100）、双极膜装置（200）和矿化装置（300）；

所述浓盐水装置（100）包括硫酸钠浓溶液箱（101）；所述硫酸钠浓溶液箱（101）设置有第一淡化水入口、淡盐水入口、硫酸钠加料口和浓盐水出口；

所述双极膜装置（200）包括双极膜电渗析室、浓酸溶液箱（205）和浓碱溶液箱（204），所述双极膜电渗析室被双极膜分隔成双极膜碱室（201）、双极膜盐室（202）和双极膜酸室（203）；所述双极膜碱室（201）设置有第二淡化水入口和浓碱出口，所述浓碱出口与浓碱溶液箱（204）的入口连通；所述双极膜盐室（202）设置有第三淡化水入口和硫酸钠浓溶液入口，所述硫酸钠浓溶液入口与硫酸钠浓溶液箱（101）的浓盐水出口连通，所述双极膜盐室（202）的出口与硫酸钠浓溶液箱（101）的淡盐水入口连通；所述双极膜酸室（203）设置有第四淡化水入口和浓酸出口，所述浓酸出口与浓酸溶液箱（205）的入口连通；

所述矿化装置（300）包括稀酸箱（301）、矿化塔（302）和矿化水混合池（303）；所述稀酸箱（301）设置有第五淡化水入口、浓酸溶液入口和稀酸出口，所述浓酸溶液入口与浓酸溶液箱（205）的出口连通；所述矿化塔（302）的入口与稀酸箱（301）的稀酸出口连通；所述矿化水混合池（303）设置有第六淡化水入口、与矿化塔（302）出口连通的矿化塔产水入口以及与浓碱溶液箱（204）出口连通的浓碱溶液入口；所述矿化塔（302）内的填料按照液体流动方向依次包括石灰石和麦饭石；所述石灰石的高度为30~300cm，麦饭石的高度为20~160cm；

所述对海水淡化水进行矿化的装置包括5个磁力泵和3个计量泵，所述计量泵分别为位于硫酸钠浓溶液箱（101）出口与双极膜盐室（202）入口间的浓盐计量泵（107）、位于浓酸溶液箱205出口与稀酸箱（301）入口间的浓酸计量泵（315）和位于浓碱溶液箱（204）出口与矿化水混合池（303）入口间的浓碱计量泵（316）；

包括以下步骤：

（1）淡化水和硫酸钠进入硫酸钠浓溶液箱（101）进行混合，得到硫酸钠溶液；

（2）硫酸钠溶液进入双极膜盐室（202），淡化水进入双极膜盐室（202）、双极膜碱室（201）和双极膜酸室（203）；淡化水及硫酸钠溶液按比例混入双极膜盐室（202），硫酸钠浓溶液加入体积与混入淡化水体积比为1:0.1~4；当双极膜盐室（202）中硫酸钠溶液质量浓度为3~8%时，进行双极膜电渗析，在双极膜酸室（203）中得到硫酸溶液，在双极膜碱室（201）中得到氢氧化钠溶液；当双极膜盐室（202）中硫酸钠溶液质量浓度低于3%时，双极膜盐室（202）中的硫酸钠溶液回到硫酸钠浓溶液箱（101）；

（3）双极膜酸室（203）中得到的硫酸溶液进入浓酸溶液箱（205），浓酸溶液箱（205）中的硫酸溶液和淡化水进入稀酸箱（301）进行混合，得到稀硫酸溶液，所述稀硫酸溶液的pH值为1~3；

（4）稀硫酸溶液进入矿化塔（302）进行矿化反应，得到矿化塔产水；

（5）氢氧化钠溶液进入浓碱溶液箱（204），浓碱溶液箱（204）中的氢氧化钠溶液、矿化塔产水和淡化水进入矿化水混合池（303）混合，得到海水淡化水矿化产水；所述矿化塔产水和海水淡化水矿化产水的流量比为1:1~10；所述海水淡化水矿化产水的pH值为7~8.5，总碱度为50~150mg/L、总硬度为50~200mg/L；

所述步骤（5）中氢氧化钠溶液进入浓碱溶液箱（204）与步骤（3）、（4）没有时间顺序上的要求。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硫酸钠浓溶液箱（101）设置有第一电导率仪（102）、液位计（103）和第一搅拌器（104）；

所述双极膜碱室（201）设置有第一浓碱浓度在线监测装置（206）；所述双极膜盐室（202）设置有第二电导率仪（207）和第二搅拌器（208）；所述双极膜酸室（203）设置有第一浓酸浓度在线监测装置（209）；

所述浓酸溶液箱（205）设置有第二浓酸浓度在线监测装置（211）；所述浓碱溶液箱（204）设置有第二浓碱浓度在线监测装置（210）；

所述稀酸箱（301）设置有第一在线pH值计（304）。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述矿化塔（302）的出口处设有第二在线pH值计（305）、第一在线硬度监测仪（306）和第一在线碱度监测仪（307）；

所述矿化水混合池（303）的出口处设置有第三在线pH值计（308）、第二在线硬度监测仪（309）和第二在线碱度监测仪（310）。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述双极膜的膜对数量为5~80对。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述石灰石和麦饭石的粒度独立地为1~4mm。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（1）中硫酸钠溶液的质量浓度为8~14%。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述双极膜电渗析的电流为10~50A；所述双极膜酸室得到的硫酸溶液的质量浓度为0.2~5%，所述双极膜碱室得到的氢氧化钠溶液的质量浓度为0.6~4%。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述矿化反应时稀硫酸溶液的停留时间为5~60min；所述矿化塔产水的pH值为6.3~7.1，总硬度为80~2000mg/L，总碱度为50~600mg/L。