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海水淡化工程技术方案


海水淡化工程技术方案
海水淡化是目前解决水资源短缺的有效途径之一, 海水淡化 是把海水中的盐分脱离,使咸水变成淡水的过程。常用的海水淡 水方法可以细分为蒸馏法、冷冻法、反渗透法、水合物法和溶剂 萃取法,还包括电渗析法和离子交换法。目前最常用的方法为反 渗透法和蒸馏法。 一、海水淡化技术简介 1、反渗透海水淡化技术 对透过的物质具有选择性的薄膜称为半透膜, 一般将只能透

过溶剂而不能透过溶液的薄膜称之为理想的半透膜。 当半透膜把 不同浓度的溶液隔开后,在自然情况下,水流是从低浓度盐水侧 往高浓度盐水侧流动;当在高浓度盐水侧加上一个适当的压力 后,也会将水从高浓度侧压到低浓度侧,见图 1。反渗透海水淡 化就是利用该原理,用高压泵将海水增压后,借助半透膜的选择 截留作用来除去水中的无机离子得到淡水。 由于反渗透膜的截留 粒度小于 10×10-10 m,所以反渗透海水淡化同时能滤除各种细 菌、病毒,获得高质量的纯水。

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图 1. 反渗透海水淡化技术原理 一般说来,反渗透海水淡化工艺包括四部分:预处理、反渗 透、后处理及清洗系统,图 2 是一种反渗透海水淡化系统的典 型工艺流程。

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图 2. 反渗透系统典型工艺流程图 预处理系统的目的是为了充分发挥反渗透淡化系统的技术 优越性,保障良好的设计性能和长时间的安全运行,特别是为了 保证膜的使用寿命(一般情况下,自来水和苦咸水反渗透膜的使 用寿命为 5 年,而海水膜的使用寿命为 3 年)而设置。由于供给 的源水不同,其水质组成与杂质成分千差万别,预处理系统也有

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很大的区别, 在决定预处理系统时需要丰富的基础理论知识和工 程实际经验。 反渗透装置的主体由反渗透膜堆和高压泵两部分组成, 反渗 透组件是整个系统的心脏部分,而高压泵是系统的关键部件。高 压泵把进水升压至不同的压力进入膜堆,透过膜的水作为产品 水,而未透过膜的作为浓盐水排放。其设计的核心在于根据不同 的原水水质安排不同的回收率, 以及通过流程及设备的选用使系 统尽可能的节能。一般情况下自来水及苦咸水回收率可以做到 45%~75%,有些系统的回收率甚至做到 90%以上,而对于海水反 渗透系统,大中型装置可以做到 30%~50%。 后处理系统的目的是调节产品淡水的水质, 使之符合使用的 要求。当需要产品水进入自来水管道时,一般也要增加后处理工 艺。通常,反渗透的产品水呈弱酸性,不是最佳的饮用水,直接 进入供水管网时会对铁制的管网系统产生腐蚀,产生红水现象 等。后处理的常用方法是投加石灰、苏打或火碱以提高碱度或硬 度,另外,也需要投加少量的次氯酸钠以防止细菌的滋生。 二、蒸馏海水淡化技术 蒸馏法海水淡化技术有: 多级闪蒸、 多效蒸馏和压汽蒸馏等。 其中,多级闪蒸主要采用给原料水加热升温、然后分多级分步降 压的方法使海水中的水份逐渐蒸发, 然后冷却其水蒸汽达到收集
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水的方法;多效蒸馏采用较高温度的水,随着其水份的蒸发和水 温的降低,不断供应其热能的办法。压汽蒸馏法和多效蒸馏的原 理相似, 只是其热源是电能通过压缩机(机械能)压缩蒸发出来的 蒸汽冷凝所释放出来的热(水的蒸汽-液体水的相变产生的热)。

图 3. 低温多效海水淡化原理图 低温多效蒸馏的热源为 70 ℃的蒸汽,操作温度低,大大改 善了海水对传热管及设备本体的腐蚀状况, 降低了装置的材料成 本,水泵的动力消耗也大幅度下降,图 3 是低温多效海水淡化流 程示意图,其特征是将一系列的水平管喷淋降膜蒸发器串联起 来,用一定量蒸汽输入通过多次的蒸发和冷凝,后面一效的蒸发 温度均低于前面一效,从而得到多倍于蒸汽量的蒸馏水。 经过多年发展,海水淡化应用地区和范围日益广泛,已成为 部分沿海国家和地区的主要水源。据国际脱盐协会统计,截止到
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2008 年底,全球共有 14100 个淡化工程,总产量约 6348 万立方 米/日,为 2 亿多人供水。海水淡化技术不断进步,发展速度提 升,产水成本已接近常规水源的供水价格;单厂和单机规模不断 扩大,新建工程产量接近百万吨/日,可一次性解决百万人口的 供水问题,受到国际社会日益广泛的重视。 三、典型规模的海水淡化设备造价 由于采用的工艺不同,海水淡化设备的造价有较大差异。一 般来说,反渗透法海水淡化项目的投资在 7000~10000 元/吨水; 低温多效蒸馏法海水淡化项目的投资在 8000~12000 元/吨水。 目 前海水淡化所用的设备除了部分关键设备未实现国产化外, 大多 已有国产,而国产和进口设备的价格差别较大,同时工程建设、 安装、管理水平的差异,实际工程的投资差别也会较大。 四、淡化水的品质以及与自来水管网的连接问题 海水淡化的工艺特点决定了淡化水具有良好的品质。 不管是 反渗透法海水淡化还是热法海水淡化,其产品水均能满足我国 《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006),其中使用一级反渗透 海水淡化的产水总含盐量(TDS)不大于 300mg/L,二级反渗透海 水淡化的产水总含盐量不大于 30mg/L,低温多效蒸馏海水淡化 的产水总含盐量不大于 5mg/L。

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目前, 国内外有很多关于淡化水进入自来水管网的研究正在 进行中,但一般认为,在充分考虑淡化水对管网腐蚀及结垢的影 响,并进行适当预处理后可以进入自来水管网。 五、淡化水的制水成本 反渗透法海水淡化和低温多效法海水淡化的制水成本有较 大差异。下面分别对两种海水淡化方法的制水成本进行叙述。 1、反渗透法海水淡化成本 反渗透法海水淡化成本一般包括几部分:化学药品、电力、 膜更换费用、 职工工资福利、 固定资产折旧、 设备检修维护费用、 管理费、贷款利息等几部分。就目前的海水淡化技术,就 10000 吨/天反渗透海水淡化厂来说, 一般化学药品消耗在 0.3~0.5 元/ 吨水;电力消耗约 2.2~2.5 元/吨水;膜更换费用 0.3~0.5 元/吨水; 职工工资福利约 0.2 元/吨水;固定资产折旧费 0.9~1.2 元/吨水; 设备检修维护费用为 0.2~0.4 元/吨水;管理费小于 0.1 元/吨水。 这样在不考虑贷款利息情况下, 一般膜法海水淡化工程的制水成 本为 4.2~5.4 元/吨水,其中电力成本及折旧是造水成本中最大 的两部分。 2、低温多效法海水淡化成本

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低温多效海水淡化成本一般包括:化学药品、热力、电力、 职工工资福利、固定资产折旧、设备检修维护费用、管理费、贷 款利息等几部分。对于热法海水淡化来说,热力成本对制水成本 影响很大,一般万吨级 MED 海水淡化的造水比可以达到 10,如 果蒸汽价格按市场价(80~90 元/吨蒸汽或更贵)计算,制水成本 中单蒸汽费用一项即达到 8~9 元/吨水,而将 MED 与电厂等有废 热蒸汽资源合建时,蒸汽的成本可望降到 20 元/吨以下,这样, 制水成本中蒸汽的费用则不足 2 元/吨。对于 10000 吨/天 MED 海水淡化厂来说,除蒸汽外的成本构成一般为:化学药品消耗 0.2~0.5 元/吨水;电力消耗约 0.6 元/吨水;职工工资福利约 0.2 元/吨水;固定资产折旧费 1.1~1.7 元/吨水;设备检修维护费用 为 0.3~0.6 元/吨水;管理费小于 0.1 元/吨水。这样,对于万吨 级 MED 海水淡化项目来说,如果能够与电厂合建,用到廉价的 蒸汽资源时, 造水成本在 4.5~5.7 元/吨水;而不具备使用廉价的 蒸汽的条件时,制水成本则达到 10 元/吨水以上,这时一般认为 项目不可行。 六、海水淡化项目的建设周期 一般来说, 万吨级反渗透海水淡化工程的建设周期为 2 年左 右,百吨级至一千吨海水淡化工程的建设周期为 3~12 个月。而 低温多效海水淡化工程的时间稍长, 万吨级海水淡化工程的建设

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周期为 3 年左右,百吨级至一千吨淡化工程的建设周期为 6~18 个月。 七、厂房、用地情况说明 对于大型海水淡化工程(1000 吨/以上)项目,反渗透的设备 一般建设在固定厂房内,低温多效设备可以露天建设。对厂房无 特殊要求,一般工业用厂房即可。一般情况下,10000 吨/日规 模海水淡化厂占地 7000m2 即可;1000 吨/日海水淡化厂需占地 1500 m2 左右;500 吨/日海水淡化厂需占地 1000 m2 左右;100 吨 /日海水淡化车间需占地 200 m2 左右。

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