利用海水淡化工厂排放的浓盐水制盐的方法及系统技术领域
本发明涉及海水淡化领域，尤其涉及一种利用海水淡化所排放的浓盐水制
盐的方法及系统。
背景技术
随着全球水资源短缺日益严重，采用反渗透膜技术的海水淡化工厂(装置)
快速增长。据GWIDesalData/IDA统计,采用反渗透技术的海水淡化工厂在总
海水淡化产能中的比重占到59.85％，合3974万m3/d。截至2011年，世界上已
有150多个国家和地区开展了海水淡化工作，2010年新增投产的海水淡化工厂
产能为627万m3/d，2011年新增产能680m3/d。其中淡化水的80％用于饮用水，
解决了1亿多人的供水问题，预计在今后5-10年内涉及人口面将继续增加。我
国目前海水淡化产能70万m3/d，根据国家发改委海水综合利用规划，到2020
年我国将达到260万吨每天的产能，同时对不同沿海城市的水资源贡献率分别
达到4％-16％。
按照目前反渗透膜脱盐系统的海水利用率计算，只能达到25-30％左右，也
就是说一个海水淡化工厂将排放其产能两倍的浓盐水。然而，浓盐水的平均温
度为40℃左右，盐含量是原海水的两倍以上，直接排放至海水中，淡化后的海
水浓缩液的热量和盐资源就白白浪费，而且会造成局部环境污染，并对生态平
衡造成影响，不利于海水淡化工程的可持续发展。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种利用海水淡化所排放的浓盐水制
盐的方法及系统。
本发明的技术方案如下：
一种利用海水淡化工厂排放的浓盐水制盐的方法，其包括
脱硬工序，海水淡化工厂排放的浓盐水经脱硬工序处理后得到脱硬浓水，
其中所述脱硬浓水的COD≤200mg/L，硬度≤50mg/L；
离子膜浓缩工序，采用离子膜对所述脱硬浓水进行浓缩处理，所述脱硬浓
水经过离子膜浓缩工序处理后得到ED浓盐水和ED淡盐水；其中所述ED浓盐
水中的TDS为8000mg/L～12000mg/L，pH为6.5～8，COD≤200mg/L,SS≤1
mg/L；
蒸发工序，对所述ED浓盐水进行蒸发处理即可得到盐。
其中，所述脱硬工序中采用纳滤膜处理所述预处理浓盐水，所述纳滤膜的
操作压力为0.5至2.0MPa。
进一步的，所述纳滤膜为一价离子选择膜。
其中，所述离子膜浓缩工序中采用的离子膜为一价离子选择膜CIMS-ACS。
其中，所述脱硬工序中滤出液与脱硬浓水的水量比为1:4.5～6.5。
其中，所述离子膜浓缩工序中ED淡盐水与ED浓盐水的水量比为6～9:1。
其中，所述ED浓盐水中的NaCl的含量大于90％。
相应的，本发明还提供一种利用海水淡化工厂排放的浓盐水制盐的系统，
其包括依次连接的纳滤膜过滤器、离子膜反应器和蒸发器；所述纳滤膜过滤器
的出水管与所述离子膜反应器连通，所述离子膜反应器的浓水管与所述蒸发器
连通；
其中所述离子膜反应器包括膜堆、极区和压紧装置，其中所述膜堆采用的
阴离子膜为均相离子选择膜ACS，阳离子膜为均相一价离子选择膜CIMS。
其中，所述离子膜反应器包括一台压紧装置和四组膜堆，所述四组膜堆设
置在一台压紧装置中。
其中，所述离子膜反应器的淡水管与海水淡化工厂的反渗透过滤器的进水
管相连通。
本发明的有益效果是：
(1)本发明以海水淡化工厂排放的浓盐水作为原料来制盐，提出了一
种经济合理的制盐方法；与现有的制盐方法相比，本发明的原料
为工业废水，实现了废物再利用，同时减少了废水排放，环保节
能，具有很高的经济效益和社会效益；同时采用了膜工艺，全程
无污染，制盐效率高，制得的盐的纯度高达98％，并且整个制盐
工艺为零排污工艺；
(2)本发明采用纳滤膜+离子膜的组合工艺对海水淡化工厂排放的浓
盐水进行处理，通过对海水淡化工厂排放的浓盐水进一步处理产
生淡水相(ED淡盐水)，其中淡水相占进水的93％以上，从而使
海水淡化工厂排放的浓盐水得到进一步回收利用，提高了海水淡
化的出水率；除淡水相以外，本发明还产生高度浓缩的ED浓盐
水，其通过经蒸发结晶器结晶固化即可得到盐，再者实海水淡化
工厂的废水零排放，具有很好的经济效益和社会效益。
(3)采用离子膜反应器处理浓盐水后得到的ED浓盐水具有高洁净度
的特点，可以直接制备高品质盐。采用本发明的方法能够使后续
蒸发器处理规模可减少75％，可降低20％以上的总体投资，蒸发
面积大幅度缩小后，系统可节省60％的蒸汽耗量，降低40％以上
运行能耗。
附图说明
图1为本发明的利用海水淡化工厂排放的浓盐水制盐的系统的水量平衡图。
具体实施方式
为了使本发明的利用海水淡化工厂排放的浓盐水制盐的方法及系统的目的、
技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体附图及具体实施例，对本发明进
行进一步详细说明。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征
可以相互组合。
本发明提供了一种利用海水淡化工厂排放的浓盐水制盐的方法，其包括
S100：脱硬工序，海水淡化工厂排放的浓盐水经脱硬工序处理后得到脱硬
浓水，其中所述脱硬浓水的COD≤200mg/L，硬度≤50mg/L；即钙镁离子形
式Ca2+≤25mg/L,Mg2+≦25mg/L；根据离子膜膜堆高倍浓缩的进水要求条件，
须对进水的硬度Ca2+、Mg2+的含量进行限制性脱除，本工艺采用一价纳滤选择
膜实现软化处理，同时也对水中溶解性有机物具有一定的脱除能力。所述纳滤
膜孔径为1～100纳米，截留粒径0.001μm，分子量在200～1000的物质。所述纳
滤膜处理工序的操作压力一般为0.5～2.0MPa。
S200：离子膜浓缩工序，采用离子膜对所述脱硬浓水进行浓缩处理，所述
脱硬浓水经过离子膜浓缩工序处理后得到ED(Electrodialysis电渗析，下文简
称ED)浓盐水和ED淡盐水；其中所述ED浓盐水中的TDS为8000mg/L～12000
mg/L，pH为6.5～8，COD≤200mg/L,SS≤1mg/L；ED淡盐水可以返回至海水
淡化生产的反渗透工序中作为反渗透工序的进水，经试验，ED淡水相占整个工
艺的进水量的85％以上，这部分ED淡水相回用可以使海水淡化工厂的水利用
率提高40％左右。同时产生的ED浓盐水可用于直接蒸发结晶器、或者PVC工
业烧碱电解槽的精制盐水。
S300：蒸发工序，对所述ED浓盐水进行蒸发处理即可得到盐。对ED浓盐
水进行蒸发处理并控制终止温度在常压时为105.5-107.0℃，即可得到固体氯化
钠和浓缩蒸发液，同时保持进出料平衡并控制浓缩蒸发液中氯化钠的质量百分
含量8％～11％，氯化钾的质量百分含量12％～15％；这里终止温度的数值是实
际压力下，实际温度根据查理定律换算成常压下的数值；优选的，蒸发方式为
强制蒸发或多效蒸发，终止温度为106.3℃，此过程优选使用MVR蒸汽热压缩
蒸发器或多效蒸发器，最优为MVR蒸汽热压缩蒸发器,提高了热能利用率，减
少了蒸汽消耗量，从而相应的减少了二氧化碳排放量；还可以将得到的所述固
体氯化钠经脱水、干燥，即得精制盐。
本发明首先提出了一种合理利用海水淡化工厂排放的浓盐水的方法，避免
了这部分浓盐水排入大海造成的能源浪费；同时采用了合适的工艺使得海水淡
化工厂排放的浓盐水变为高洁净度的ED浓盐水，然后采用ED浓盐水制备盐，
由于ED浓盐水的洁净度高，且NaCl的含量高，因此制得的盐的洁净度高，品
质好。因此，本发明提供了一种合理利用工业废水的方法，变废为宝，符合国
家节能环保的要求。
本发明的进水为海水淡化工厂排放的浓盐水，进水的水质一般为：TDS：
30000～70000，硬度：500～800，COD：300～500，这部分进水的TDS含量很
高。为了合理利用海水淡化工厂排放的浓烟随，本发明采用了离子膜法处理。
离子膜法为电渗析法中采用特殊浓缩离子膜的一种技术路线，其技术特点对水
中溶解盐进行高倍浓缩为目的，其原理为离子交换膜在直流电场下对溶液中电
解质的阴阳离子进行选择透过，即阳离子可以透过阳膜，阴离子可以透过阴膜。
离子膜反应器中通常包括由隔板和膜组成的隔室，其浓室中的阴离子向阳极方
向迁移通过阴模而被淡室中的阳膜阻留在淡室中，阳离子则向阴极方向迁移通
过阳膜而被浓室中的阴膜阻留在浓室中，由此淡室中的溶液可以淡化，浓室中
的溶液则增加浓度，从而过到淡化，浓缩、精制的目的。离子交换膜是离子膜
装置的最关键部分。一般认为实用的离子交换膜应具备：选择透过性良好，膜
电阻小，较好的化学稳定性，较高的机械强度和良好的尺寸稳定性，较低的扩
散性能和价格便宜等。一般常用离子膜反应器的淡水相与浓水相的盐水浓差倍
数比不大于6左右，本工艺结合进水的工艺特点，采用了一价离子选择膜
CIMS-ACS，使得本工艺的ED淡盐水与ED浓盐水之间具有非常高浓差比，稳
定工作状态下两相浓差倍数可达10-20倍，因此其处理效率和回收废水能力非常
高。此外，本发明的工艺的整体能耗水平低，离子膜反应器的工艺能耗取决于
膜堆中离子迁徙过程中的电流利用的程度，它直接影响电渗析即电流效率和脱
盐效果，经测试本工艺中膜堆平均电流效率≥85％，远高于一般电渗析装置的电
流效率水平。
本发明主要采用离子膜脱盐/浓缩技术处理海水淡化工厂所排放的浓盐水，
离子膜的操作条件是在常温、常压下即可进行，并且其环境友好，运行过程无
震动，无废弃物排放，操作条件非常温和，生产的浓盐水为高洁净度、COD≤
50的盐水，可以直接制高品质工业盐，同时离子膜系统对进水水质、水量变化
的耐受性好，具有适用条件宽优点。
一般的，离子膜对于高盐分离具有较高的效率，但运行不稳，对进水要求
较高，因此本发明在离子膜浓缩工序(S300)的前端对水采用纳滤膜的方式进
行水质软化和去除有机物的处理，从而实现离子膜工序真正的高效处理。
本发明中为了使得离子膜反应器的处理效果好，使用寿命长，设置了进入
离子膜反应器的进水的水质参数，即脱硬浓盐水的COD≤200mg/L，硬度≤50
mg/L，SS≤1。这样的进水条件能够最大限度的提高离子膜反应器的使用寿命，
从而降低运行费用。
本发明采用脱硬工序和离子膜浓缩工序有机结合，最大程度的提高了浓盐
水的处理效率，同时使得到的ED浓盐水的结晶度高，非常适合制盐使用。采用
本发明的方法可以将本发明的90％以上的进水提纯为淡水，同时能够得到纯度
很高的制盐原料。
在其中一个实施例中，所述脱硬工序中采用纳滤膜处理所述预处理浓盐水，
所述纳滤膜的操作压力为0.5至2.0MPa。所述纳滤膜孔径为纳米级，能够截留
粒径0.001μm，分子量在200～1000的物质。
更优的，本实施例中的纳滤膜为一价离子选择膜。本实施例中的一价离子
选择纳滤膜只允许离子通过，从而使得进水(即海水淡化工厂排放的浓盐水)
中的除一价离子以外的其他离子均纳滤膜截留，这样设置是为了提高后续的ED
浓盐水的洁净度，同时减轻后续的离子膜反应器的处理压力，延长离子膜反应
器的使用寿命。
在其中一个实施例中，所述脱硬工序中滤出液与脱硬浓水的水量比为
1:4.5～6.5。这样设置能够同时兼顾处理效率和运行费用。
在其中一个实施例中，所述离子膜浓缩工序中ED淡盐水与ED浓盐水的水
量比为6～9:1。本发明采用了一价离子选择膜CIMS-ACS，并且同时兼顾经济和
效率，本发明设定ED淡盐水与ED浓盐水的水量比为6～9:1。
在其中一个实施例中，所述ED浓盐水中的NaCl的含量大于90％。本发明
产生的ED浓盐水的NaCl含量高，采用本发明的方法能够使后续蒸发器处理规
模可减少75％，可降低20％以上的总体投资，蒸发面积大幅度缩小后，系统可
节省60％的蒸汽耗量，降低40％以上运行能耗。
基于同一发明构思，参见图1(图1中的虚线框为本发明的系统)，本发明
还提供一种利用海水淡化工厂排放的浓盐水制盐的系统，其包括依次连接的纳
滤膜过滤器、离子膜反应器和蒸发器；所述纳滤膜过滤器的出水管与所述离子
膜反应器连通，所述离子膜反应器的浓水管与所述蒸发器连通；其中所述离子
膜反应器包括膜堆、极区和压紧装置，其中所述膜堆采用的阴离子膜为均相离
子选择膜ACS，阳离子膜为均相一价离子选择膜CIMS。
本发明中采用的一价离子选择透过性膜(阳、阴,以下简称一价选择透过膜)
是指在电渗析过程中,优先透过一价(阳、阴)离子,而阻止二价(阳、阴)离子的膜。
本发明的利用海水淡化工厂排放的浓盐水制盐的系统中采用了一价离子纳
滤膜过滤器作为前置处理器，一方面是使离子膜反应器的进水符合离子膜反应
器的要求，从而延长离子膜反应器的寿命，另一方面能够截留大部分非一价离
子，从而减轻后续的离子膜反应器的处理压力，提高后续离子膜反应器的处理
效率和使用寿命。
在一个实施例中，所述离子膜反应器包括一台压紧装置和四组膜堆，所述
四组膜堆设置在一台压紧装置中。离子膜反应器中采用离子膜膜堆；作为核心
设备的离子膜膜堆，由1台压紧装置内的4组膜堆组成，其整套尺寸仅为2.5m
×0.8m×1.6m，整套装置构造紧凑，清洗时可一人完成拆解和安装，便于现场
管理和维护。本发明的离子膜反应器的(吨盐用电量折算)≤160kW·h/tNaCl，
以进水水量(吨)折算计≤3kW·h/t，能耗性能达到国内(国际)先进水平。
离子膜反应器是利用离子交换膜对阴阳离子的选择透过性能，在直流电场
的作用下，使阴阳离子发生定向迁移，从而达到溶液分离、提纯和浓缩的目的。
在一个实施例中，所述离子膜反应器的淡水管与海水淡化工厂采用的反渗
透过滤器的进水管相连通。离子膜反应器的淡水管中的ED淡盐水可以作为反渗
透过滤器的进水再次进行过滤从而将这部分淡水相进一步提纯。这样设置能够
提高淡水的出水率，同时实现了零排污。
以下通过具体实施例进一步说明。
实施例一
参见图1，本实施例的利用海水淡化工厂排放的浓盐水制盐的系统包括：
纳滤膜过滤器；纳滤膜过滤器的进水为海水淡化工厂排放的浓盐水(本实
施例中海水淡化工厂排放的浓盐水的水量为1.912m3/h，经过纳滤膜过滤器处理
后能够得到0.28m3/h的滤出液和1.625m3/h的脱硬浓水，本实施例中的纳滤膜
的孔径为10纳米，操作压力一般为1.0MPa；
离子膜反应器；离子膜反应器的进水为脱硬浓水，经过离子膜反应器处理
后能够得到0.2m3/h的ED浓盐水(TDS为228820mg/L)和1.43m3/h的ED淡
盐水(TDS为27061mg/L)；
蒸发器，采用蒸发器对ED浓盐水进行蒸发结晶处理即可得到盐。
本实施例中的离子膜反应器采用阴/阳离子膜分别为一价离子选择膜
CIMS-ACS组成离子膜器，四个膜堆为一级一段式排列，稳定工作状态下两相
浓差倍数可达15倍，本工艺中膜堆平均电流效率≥85％，远高于一般电渗析装
置的电流效率水平。离子膜反应器中采用的离子膜为日本产均相离子膜膜片，
四个膜堆为一级一段式排列。
本实施例中的进水为海水淡化工厂排出的浓盐水，浓盐水的水质见表1。
表1进水水质
指标
单位
水质
K
mg/L
1.283
Na
mg/L
17.840
Mg
mg/L
629
Ca
mg/L
387
HCO3
mg/L
7
NO3
mg/L
0
Cl
mg/L
31.016
SO4
mg/L
110
TDS
mg/L
51272
Total-C
629
COD
<200
本实施例得到的ED浓盐水的水质见表2。
指标
单位
水质
K
mg/L
7.773
Na
mg/L
83.143
Mg
mg/L
293
Ca
mg/L
541
HCO3
mg/L
13
NO3
mg/L
0
Cl
mg/L
137.050
SO4
mg/L
7
TDS
mg/L
228820
Total-C
293
COD
5
本实施例得到的ED浓盐水的TDS为228820mg/L，其中93％为NaCl，各
组成比例比较稳定。本发明排放的ED浓盐水(卤水)又称为“液体盐”，用于
两碱工业的原料补充，参照QB/T1879-2001行业标准，该标准是对两碱工业用
盐规定，满足该标准的液体盐可直接用于生产烧碱、纯碱工业装置的原料进口，
技术指标如表3所示。
表3液体盐技术指标
本工艺连续稳定生产，产品液体盐的质量稳定。电渗析浓缩海水制盐过程
电流效率80～84％，脱盐率在20～30％，所制得液体盐中NaCl的含量可达200g/L，
每吨NaCl的直流电耗为160～180kWh。
从上面的数据可以看出：
(1)ED淡盐水与ED浓盐水的盐水浓差倍数比≥10，对于表征离子膜材料
特征的重要指标，浓差比体现了离子膜反离子迁移速率差。
(2)经离子膜(电驱离子膜)装置盐水浓缩处置，分别产生ED淡盐水和ED
浓盐水两种出水，其中ED淡盐水出水水量：占进水总量的85％，TDS≤
27061mg/L，ED浓盐水出水水量占进水总量的15％，TDS≥228820mg/L，系统
水利用率≥93％。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，
但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域
的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和
改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以权利
要求为准。