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8--资源化海水淡化预处理技术


资源化海水淡化预处理技术
马敬环 天津工业大学环境与化学工程学院

报告内容
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近年来国内海水淡化技术的发展 资源化海水淡化工艺的设想

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资源化海水淡化预处理技术
60000 t/d 海水资源化海水淡化的技术经济评价

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近年来国内海水淡化技术的发展
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2002年以来,国家及各省市加大海水淡化技术开 发的支持力度,相继产生了大批的科研成果
国家出台了《海水利用专项规划》,制定了相关 的政策、法规和标准 表1 中国每年海水淡化产量的增长

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~ 1990

1991 2001 ~ 2000 6850 5500

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

淡水产量 (m3/d)

6400

1250

11660 5770

17280 80804 71620 72000

目前海水淡化面临的困境
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预处理技术缺乏对不同水质海水的应变能力, 易导致淡化装置的污染; 投资和淡水成本偏高,无法大规模应用; 尚未开发出经济、成熟的海水淡化、综合利 用完整产业链条,淡化后浓盐水排放成了制 约其大规模发展的瓶颈。

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二、资源化海水淡化 的 设 想
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开发海水直接超滤技术; 预处理过程中经济、高效地去除钙、镁离子,获 得高附加值钙、镁产品; 选择合理淡化工艺,确保高淡水回收率; 开发最经济的浓缩高浓度盐水技术,为工厂化制 盐提供经济合理的技术; 确定提取钾、溴产品的最适宜阶段,开发低成本、 高附加值钾、溴产品; 开发制取高纯度饱和氯化钠技术,为两碱工业提 供优质、低价液体饱和氯化钠产品; 建成10t/h海水的完整资源化海水淡化产业链中试 装置,为打造新的产业模式提供可靠的技术支撑。

资源化海水淡化工艺流程
洗水 FeCl3 海水 Na2CO3 超滤 提碳酸钙 蒸馏水 Mg(OH)2 脱气塔 蒸 馏 水 溴素 透过液 NaOH 提氢氧化镁 HCl 调pH值 高压泵 能量回收 浓 海 水 纳滤 浓缩液 NaCl 结晶器 脱气塔 兑卤池 KCl

反渗透
淡水

CaCO3

淡水

一级蒸发器1

提溴

电渗析器

一级蒸发器2 蒸馏水

冷却器

KCl

二级蒸发器

结晶器

冷却器

K2SO4

排放 NaCl

工业水

前期工作基础
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与日本东丽公司合作开发的海水超滤预处理技术 2008年4月至今,在距离渤海湾300m的诺恩水产养殖 场,采用日本东丽公司产的HFU-1015S浸没式超滤膜及 试验装置进行海水超滤试验。

(1)在线混凝超滤工艺 自2008年4月28日到12月24日连续试验,采用海水在线 加入FeCl3溶液直接混凝超滤方式处理海水,加药量为 有效铁2.5~4.5mg/L ,跨膜压差20~70KPa,膜通量为 54.2L/m2 · h,单支膜产水量1.3m3/h,每30min进行一 次汽、水反清洗,24h/次化学强化清洗(CEB ),每30 天/次化学清洗(CIP),装置运行稳定。

(2)海水直接超滤工艺 2009年3月至今,进行海水直接超滤试验,不 加任何药剂,跨膜压差20~70KPa,膜通量 60L/m2.h,单支膜产水量1.5m3/h,每30min 进行一次汽、水反清洗,每24h采用150200mg/L次氯酸钠进行一次化学强化清洗 (CEB ),自2009年3月至今尚未进行化学清 洗(CIP ),装置运行稳定。

图1. 海水直接超滤工艺流程图

图2. 日本东丽公司海水超滤 预处理工艺装置

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与日本东丽公司合作开发的反渗透工艺

图3. 日本东丽公司海水反渗透工艺装置

RO产出浓水经纳滤膜分离

图4. 淡化后浓盐水纳滤工艺装置

对反渗透膜产出的浓盐水,采用Dow 公司生产的NF270膜组件,对RO产出 浓水进行分离,操作压力1.6MPa~ 2.0MPa,硫酸根截流率≥96%,镁离 子截流率≥90%,钙离子截流率≥75%, 一价离子截流率≤25%。 ? 实现了对淡化后浓盐水中的一价离子 和二价离子的分离,为进一步制取高 纯度氯化钠提供了优质原料。
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目前开展的工作
资源化海水淡化预处理技术研究开发; ? 由氢氧化镁浆液直接制取无水氯化镁,进 而制取金属镁的研究开发; ? 在氯化钠结晶前制取复合钾盐,开发高纯 度液体氯化钠的研究; ? 筹建10t/h海水的完整资源化海水淡化产业 链中试装置,为打造新的产业模式提供可 靠的技术支撑。
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三、资源化海水淡化预处理技术
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根据资源化海水淡化的设想和前期工作的基础,确定工 艺简单、投资少、运行成本低的海水直接超滤预处理工 艺; 结合超滤技术,在超滤的同时去除钙离子,同时制取纳 米级碳酸钙,纳米级碳酸钙采用陶瓷超滤膜技术进行回 收,确保其产水的纯度和纳米级碳酸钙收率; 回收碳酸钙后的海水,采用自主研发的海水直接制取氢 氧化镁技术——采用化学沉淀法在线加入氢氧化钠溶液 直接合成氢氧化镁,再经陶瓷超滤膜浓缩、洗涤、喷雾 干燥后最终制得纳米级氢氧化镁产品。 提取氢氧化镁的海水,调整pH值,为淡化装置提供了 无结垢、高品质进水,提高淡化产水率;降低淡化投资, 为最终制取高品质液体或固体NaCl奠定基础。

在线混凝、除钙、超滤技术

(a) 在线混凝、除钙、超滤

(b) 回收CaCO3 装置

图5.在线混凝、除钙、超滤工艺装置

海水直接提取氢氧化镁

图6. 提取氢氧化镁工艺装置

图7. 干燥装置

在线混凝、除钙、超滤试验结果
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中空纤维超滤膜通量可维持在150 L/m2. h以上, 每30min气水反冲洗一次,再用pH=2的盐酸冲 洗一次,每天用盐酸浸泡20min即可重复使用。 中空纤维超滤膜出水浊度小于0.06NTU,SDI小 于3,钙离子含量小于0.1g/L,COD去除率可达 45%以上。

回收碳酸钙试验结果
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回收碳酸钙陶瓷超滤膜通量大于400L/m2.h,陶 瓷超滤膜出水中钙离子含量小于0.1g/L,陶瓷超 滤膜浓缩碳酸钙的浓度大于60%,喷雾干燥后 得到纳米级碳酸钙粉体。

制取氢氧化镁试验结果
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制取氢氧化镁陶瓷超滤膜通量大于400L/m2.h, 洗涤氢氧化镁陶瓷超滤膜通量大于500L/m2.h, 陶瓷超滤膜浓缩氢氧化镁的固含量大于12%, 喷雾干燥后得到纳米级氢氧化镁粉体,该粉体 放置三年多不团聚。

预处理后海水淡化及综合利用 技术经济分析
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处理每吨海水可获得0.45kg纳米级碳酸钙, 2.42kg纳米级氢氧化镁,分别消耗1.2kg 碳酸钠,3.67kg氢氧化钠,纳米级碳酸钙 价格以3000元/吨计,纳米级氢氧化镁价 格以8000元/吨计,综合其成本后,处理 每吨海水可获利不少于5元/吨,日产 100000吨淡水,以回收率45%计,年获 利不少于4亿元。

四、60000t/d海水资源化海水淡化 技术经济评价
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投资估算及占地面积 成本估算 经济评价

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投资估算及占地面积
表2. 投资估算及占地面积
项目名称 超滤 碳酸钙 氢氧化镁 反渗透 纳滤 电渗析 溴素 蒸发 真空制盐 氯化钾 硫酸钾 合计
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日产量/吨 60000 29.4 136.12 40184.3 13151.24 10170.29 6.37 16468.22 1164.43 26.81 182.78

年产量/万吨 2000 0.98 4.54 1339.48 438.37 339.01 0.122 548.94 38.81 0.89 6.09

投资总额/元 60000000 180712000 287249637.5 281290355.5 92058661.8 122043483.1 1224319.662 120465260.7 232885597.6 7149164.432 131009448.3

占地面积/ m2 3000 5762.4 11409.55 2678.96 876.75 1017.03 420.25 18000 9000 297.89 3639.15

1516087929

56101.98

总投资15.16亿元,固定资产投资9.096亿元,总占地面积56102 m2。

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成本估算
表3. 电、蒸汽消耗表(以每天计)
项目名称 混凝超滤 提碳酸钙 提氢氧化镁 反渗透 纳滤 电渗析 溴素 蒸发器 ED浓水蒸发饱和 真空制盐 NF浓缩液蒸至饱和 真空制盐 氯化钾 硫酸钾 合计 膜过滤 阶段名称 处理量 t/d 60000 58800 电耗定额 kwh/t产品 0.5 3 电耗量 kwh/d 30000 176400 汽耗定额 t/产品 蒸汽耗量 t/d

干燥
膜过滤 干燥

29.4
57624 136.12 40184.34 13151.24 10170.29 3.67 1192.38 981.65 15275.84 182.78 87.78 327.52

180
2.5 200 3.5 4.5 22 3500 5 70 5 70 120 128

5292
144060 4800 140645.19 59180.58 223746.38 12855.36 5961.9 68715.5 76379.2 12794.6 10533.6 41922.56 1013286.87

3.06
3.06

89.964

416.5272

7 0.5 1.2 0.5 1.2 2.1 2.29

25.71 596.19 1177.98 7637.92 219.336 184.338 750.0208 10591.4948

表4. 主要原材料、燃料、动力消耗表(年工作8000h,蒸汽压力0.6MPa)
工序 一 动力 名称 电 蒸汽 膜清洗药剂费 盐酸(调pH值) FeCl3 NaOH 分散剂 二 原 材 料 Na2CO3 KCl 液氯 溴 素 纯碱 18%H2SO4 碳酸钙包装物 氢氧化镁包装物 硫酸钾包装物 小计 t t t t t t t t t 条 条 条 20.82 1.37 121.49 14.70 62.33 60.98 2.94 3.67 8.45 588 2722.49 6550.47 500 1200 1800 6330 1800 2300 1300 1800 150 2 2 2 单位 kwh t

单耗 /日
1022481.51 11072.276

单价 /元
0.6 130

总价 元/日
613488.9 1439396 50754.56 10410 1644 218682 92619.24 112194 140254 3819.88 6611.33 1267.17 1176 5444.99 13100.94 2710863.01

总价 元/年
204496302 479798627 16918186 3470000 548000 72894000 30873080.8 37398000 46751333 1273292.4 2203775.4 422390.28 392000 1814996 4366982 903620964.88

表5. 主要原材料、燃料、动力消耗表(年工作8000h,蒸汽压力0.6MPa)
单耗 /日 29.4 136.12 3.67 327.52 1164.43 51095.73 单价 /元 3000 8000 12000 5500 300 5 总价 元/日 88200 1088960 44040 1801360 349329 255478.65 3627367.65 总价 元/年 29400000 362986667 14680000 600453333 116443000 85159550 1209122550

工序

名称 CaCO3 Mg(OH)2

单位 t t t t t t

三 产 品

溴素 K2SO4 NaCl 淡水

小计

其它成本
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职工工资福利费用 本项目自动化程度较高,全厂共设120名工人,管理人员 30人。人均年工资30000元,福利系数取50%,年工资福 利费用总额为675万元。职工工资福利费用为20250元/日。 固定资产折旧费用 固定资产的折旧年限为20年,固定资产残值为4%,每日 固定资产折旧费用为149328.42元。 大修及检修维修费用 根据低温多效蒸馏海水淡化工程的特点,本工程的大修及 检修维护费取固定资产原值的0.75%,每日大修及检修维 修费用为2332.57元。

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其它成本
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管理费 管理费取为劳动力费用的20%,每吨淡化水的管理费用为4050 元。 银行贷款利息 固定资产投资的70%使用银行贷款,利率为5.85%,每日银行贷 款利息为12739.58元。 流动资金贷款利息 工程投入运行后,需要流动资金总额为1亿元,其中的70%使用 银行贷款,每吨淡化水的流动资金利息为1316.25元。

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工程总成本及利润
? 工程总成本=289.91元/日

工程总利润=75.98元/日 每年总利润=2.5327亿元
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经济效益分析
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采用资源化海水淡化技术,使海水收率达到 95%以上,氯化钠收率达到73%以上,碳酸 钙收率达到50%以上,溴素收率达到94%以 上,氢氧化镁收率达到81.6%以上,硫酸钾 收率达到70%以上。各产品纯度、收率都较 直接利用海水高很多。 本技术处理60000t/d海水,每年产生经济效 益2.5327亿元,总投资为15.16亿元,投资 回收期短,风险小,经济效益十分可观,是 一极其值得建设的项目。


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