一种混合纳滤反渗透净化地下水系统及处理工艺的制作方法

1.本发明涉及脱盐系统提高地下水脱盐系统健康饮水领域，具体涉及一种混合纳滤反渗透净化地下水系统及处理工艺。


背景技术：

2.煤矿矿井水清污分流是未来矿井水资源化利用的重要环节，未污染的疏干水大多数情况水质较好，部分地区水质中富含有锶离子、钙离子等，以内蒙某煤矿为例疏干水主要是为奥灰水，水体中矿化度为500-600mg/l，钠离子70mg/l左右，钙离子60mg/l左右，硫酸根130mg/l左右，锶离子0.5mg/l左右，偏硅酸13mg/l，ph值7.8左右，但是水体含有一定的硝酸根，对身体健康不利，另外，研究表明，饮用水的口感及对健康的影响与水体离子浓度有关，可以量化，两种指数与不同离子的关系式如下：感官指数感官指数≥2.0表示美味水，健康指数(k)＝ca
2 -0.87
×
na

，健康指数≥5.2表示健康水，不论是纳滤膜和反渗透膜，一般情况对二价离子大于一价离子的截留率，如何使得这些未污染的地下水开发成美味健康饮用水将会极大提高水资源利用率，目前缺乏相应的技术。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种可准确控制反纳滤/反渗透混合脱盐系统产水水质的系统，该系统可以极大提高产品水的感官指数和健康指数，保留水体中锶离子，去除有害的一价离子硝酸根和氟离子。
4.为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
5.一种用于健康饮水的混合纳滤反渗透净化地下水系统，设置依次连通的1级纳滤系统、2级纳滤系统和反渗透系统；
6.1级纳滤系统采用浓水回流方式运行，1级纳滤系统的产水进入2级纳滤系统，2级纳滤系统的产水进入反渗透系统，2级纳滤系统的浓水再与反渗透系统的产水进行混合。
7.可选的，1级纳滤系统采用的纳滤膜满足：产水回收率为50％～100％。
8.可选的，1级纳滤系统的产水感官指数公式如下：
[0009][0010][0011][0012]
其中c1为与感官指数正相关的离子浓度，包括ca
2
、k

和sio2，r1为这些正相关离子在产水回收率≤1％时的透过率，其中c2为与感官指数负相关的离子浓度，包括mg
2
和r2为这些负相关离子在产水回收率≤1％时的透过率，y1为1级纳滤系统的产水回收率；c10为负相关离子原水浓度，c1’为正相关离子在产水回收率≤1％时的产水浓度，其中c20为正
相关离子原水浓度，c2’为负相关离子在产水回收率≤1％时的产水浓度。
[0013]
可选的，所述的1级纳滤系统的回流量为进水量的0％～100％。
[0014]
可选的，2级纳滤系统采用的纳滤膜满足：2级纳滤系统的产水回收率为20％～80％，2级纳滤系统的浓水再与反渗透系统的产水进行混合的水健康指数≥5.2。
[0015]
可选的，2级纳滤系统的浓水与反渗透系统的产水混合后的水健康指数计算公式如下：
[0016][0017][0018][0019]
2级纳滤系统的浓水与反渗透系统的产水混合后的水感官指数计算公式如下：
[0020][0021]
其中c
ca
为2级纳滤系统的进水钙离子浓度，c
na
为2级纳滤系统的进水钠离子浓度，r
ca
为钙离子在2级纳滤进水水质条件下以及产水回收率≤1％时的钙离子透过率，r
na
为钠离子在2级纳滤进水水质条件下以及产水回收率＜1％时的钠离子透过率，y2为2级纳滤系统的产水回收率；为进水钙离子浓度，c’ca
为钙离子在产水回收率≤1％时的产水浓度，为进水钠离子浓度，c’na
为钠离子在产水回收率＜1％时的产水浓度；c3为与感官指数正相关的离子浓度，包括ca
2
、k

和sio2，r
c3
为这些正相关离子在产水回收率≤1％时的透过率，c4为与感官指数负相关的离子浓度，包括mg
2
和r
c4
为这些负相关离子在产水回收率≤1％时的透过率。
[0022]
可选的，产水回收率为40％～50％，1级纳滤系统和2级纳滤系统的结构采用单段6芯、7芯或8芯膜壳设计。
[0023]
可选的，产水回收率50％～90％，1级纳滤系统和2级纳滤系统的结构分别采用两段长度比为2∶1或3∶1排列，每段采用6芯、7芯或8芯膜壳设计。
[0024]
可选的，如果地下水需要去除硝酸根离子和氟化物，保留锶离子，2级纳滤系统包括串联的一阶纳滤系统和二阶纳滤系统，一阶纳滤系统的产水作为二阶纳滤系统的进水，二阶纳滤系统的产水进入反渗透系统，一阶纳滤系统和二阶纳滤系统的浓水和反渗透系统的产水进行混合。
[0025]
一种用于健康饮水的混合纳滤反渗透净化地下水处理工艺，设置依次连通的1级纳滤系统、2级纳滤系统和反渗透系统；
[0026]
1级纳滤系统采用浓水回流方式运行，1级纳滤系统的产水进入2级纳滤系统，2级纳滤系统的产水进入反渗透系统，2级纳滤系统的浓水再与反渗透系统的产水进行混合；
[0027]
1级纳滤系统的产水感官指数公式如下：
[0028][0029]
[0030][0031]
其中c1为与感官指数正相关的离子浓度，包括ca
2
、k

和sio2，r1为这些正相关离子在产水回收率≤1％时的透过率，其中c2为与感官指数负相关的离子浓度，包括mg
2
和r2为这些负相关离子在产水回收率≤1％时的透过率，y1为1级纳滤系统的产水回收率；c10为负相关离子原水浓度，c1’为正相关离子在产水回收率≤1％时的产水浓度，其中c20为正相关离子原水浓度，c2’为负相关离子在产水回收率≤1％时的产水浓度；
[0032]
2级纳滤系统的浓水与反渗透系统的产水混合后的水健康指数计算公式如下：
[0033][0034][0035][0036]
2级纳滤系统的浓水与反渗透系统的产水混合后的水感官指数计算公式如下：
[0037][0038]
其中c
ca
为2级纳滤系统的进水钙离子浓度，c
na
为2级纳滤系统的进水钠离子浓度，r
ca
为钙离子在2级纳滤进水水质条件下以及产水回收率≤1％时的钙离子透过率，r
na
为钠离子在2级纳滤进水水质条件下以及产水回收率＜1％时的钠离子透过率，y2为2级纳滤系统的产水回收率；为进水钙离子浓度，c’ca
为钙离子在产水回收率≤1％时的产水浓度，为进水钠离子浓度，c’na
为钠离子在产水回收率＜1％时的产水浓度；c3为与感官指数正相关的离子浓度，包括ca
2
、k

和sio2，r
c3
为这些正相关离子在产水回收率≤1％时的透过率，c4为与感官指数负相关的离子浓度，包括mg
2
和r
c4
为这些负相关离子在产水回收率≤1％时的透过率；
[0039]
2级纳滤系统的浓水再与反渗透系统的产水进行混合的水健康指数≥5.2。
[0040]
本发明的水处理系统可以极大提高产品水的感官指数和健康指数，保留水体中锶离子，去除有害的一价离子硝酸根和氟离子。
附图说明
[0041]
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
[0042]
图1为本发明的纳滤/反渗透混合脱盐系统净化地下水示意图；
[0043]
图2为感官指数与回收率关系图；
[0044]
图3为混合产水的健康指数与2级纳滤系统回收率的关系；
[0045]
图4为本案例的纳滤系统净化图。
具体实施方式
[0046]
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施
例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0047]
本发明中提到的“产水回收率”指的是原水进入脱盐系统(纳滤)后，部分水通过膜过滤得到净化含盐量下降形成产水，部分水被截留下来含盐量上升形成浓水，产水与原水水量的比值为产水回收率，比如产水回收率70％的意思就是原水中70％的水被净化了形成了产水，剩余30％的水含量量上升被浓缩为浓水。
[0048]
结合图1，本发明的用于健康饮水的混合纳滤反渗透净化地下水系统，包括2套纳滤系统和1套反渗透系统，1级纳滤系统采用大流量的浓水回流方式运行，一方面为了提高水体的感官指数增加产水的口感，同时保留水体中大部分矿化物，1级纳滤系统的产水进入2级纳滤系统，2级纳滤系统一方面为了提高浓水的健康指数，同时精确控制回收率确保矿化度在合理范围内，2级纳滤系统的产水系统进入反渗透系统，2级纳滤系统的浓水和反渗透系统的产水进行混合，混合水为美味健康饮用水。
[0049]
1级纳滤系统采用的纳滤膜选择需要满足：产水回收率为50％～100％；
[0050]
1级纳滤系统的产水感官指数公式如下：
[0051][0052][0053][0054]
其中c1为与感官指数正相关的离子浓度，包括ca
2
、k

和sio2，r1为这些正相关离子在产水回收率≤1％时的透过率，其中c2为与感官指数负相关的离子浓度，包括mg
2
和r2为这些负相关离子在产水回收率≤1％时的透过率，y1为1级纳滤系统的产水回收率；c10为负相关离子原水浓度，c1’为正相关离子在产水回收率≤1％时的产水浓度，其中c20为正相关离子原水浓度，c2’为负相关离子在产水回收率≤1％时的产水浓度。
[0055]
1级纳滤系统采用回流方式运行提高产水矿化度，回流量为进水量的0％～100％；
[0056]
1级纳滤产水进入2级纳滤，2级纳滤的产水进入反渗透系统，反渗透系统由于纳滤作为预处理结垢风险降低，采用90％高回收率方案运行，反渗透系统为2段或3段设计；
[0057]
2级纳滤系统采用的纳滤膜选择需要满足：2级纳滤系统产水回收率高于或等于x2时，2级纳滤与反渗透产水混合后的产品水健康指数≥5.2，其中x2为20％至80％之间；
[0058]
2级纳滤与反渗透产水混合后的产品水健康指数计算公式如下：
[0059][0060][0061][0062]
感官指数计算公式：
[0063][0064]
其中c
ca
为2级纳滤系统的进水钙离子浓度，c
na
为2级纳滤系统的进水钠离子浓度，r
ca
为钙离子在2级纳滤进水水质条件下以及回收率≤1％时的钙离子透过率，r
na
为钠离子在2级纳滤进水水质条件下以及回收率＜1％时的钠离子透过率，y2为2级纳滤系统的产水回收率；为进水钙离子浓度，c’ca
为钙离子在回收率≤1％时的产水浓度，为进水钠离子浓度，c’na
为钠离子在回收率＜1％时的产水浓度；c3为与感官指数正相关的离子浓度，包括ca
2
、k

和sio2，r
c3
为这些正相关离子在回收率≤1％时的透过率，c4为与感官指数负相关的离子浓度，包括mg
2
和r
c4
为这些负相关离子在回收率≤1％时的透过率。
[0065]
1级和2级纳滤系统根据回收率要求确定系统的排列方式，产水回收率40％-50％采用单段6芯/7芯/8芯膜壳设计，产水回收率50％-90％采用两段2∶1或3∶1排列，膜壳为6芯/7芯/8芯。
[0066]
如果地下水需要最大的去除硝酸根离子和氟化物，最大保留锶离子，2级纳滤系统可以为两级纳滤串联系统，第一级纳滤产水作为第二级纳滤进水，第二级纳滤产水进入反渗透系统，最后2级纳滤第一阶和第二级浓水和反渗透产水进行混合获得需要的健康水。
[0067]
为了防止1级纳滤系统的膜污染结垢，可以适当添加稀盐酸，将进水ph由弱碱性变为中性，ph变为6.5～7.0。
[0068]
实施例1：
[0069]
本实施例的处理系统采用的具体设置方式见图4，各级水流量按百分比计算：
[0070]
内蒙某煤矿疏干水水质见表1，在室温、测试压力为0.6mpa下，错流模式运行的平板纳滤膜池。总膜表面积为75cm2(5cm
×
15cm)，先利用去离子水预压膜40min，膜通量稳定后记录数据。1级纳滤膜采用陶氏nf270纳滤膜，2级纳滤采用东丽ne40纳滤膜。
[0071]
结合图2，nf270在回收率1％时，对钙离子、钾离子、二氧化硅、镁离子和硫酸根离子的离子透过率分别为0.53、0.73、0.72、0.35和0.06，据此根据公式子透过率分别为0.53、0.73、0.72、0.35和0.06，据此根据公式计算1％、70％和90％产水回收率下的感官指数为2.13、1.74、1.48，实际计算1％、70％和90％产水回收率下的感官指数为2.15、1.86、1.60，误差＜10％，相比与原水水质感官指数(0.42)提高3倍以上，为了提高总体系统回收率1级纳滤系统采用90％产水回收率，具体水质数据见表1和表2。
[0072]
表1原水水质数据
[0073]
[0074]
表2一级纳滤系统水质数据
[0075][0076]
结合图3，2级纳滤系统进水为1级纳滤产水(90％产水回收率)，2级纳滤系统产水通过反渗透(90％产水回收率)进行脱盐，反渗透产水与2级纳滤浓水混合，根据表3可知2级纳滤采用30％、40％、50％、60％和70％回收率时健康指数为3.4、6.4、9.2、9.8和11.8,矿化度320mg/l，锶离子得以保存，硝酸根有害离子得以有效去除，最终的混合水为美味健康的产品水，具体水质见表3。
[0077]
表3最终混合水水质数据
[0078][0079]
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
[0080]
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0081]
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。