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海水淡化国内工程实例


反渗透工程的系统设计基础与 RO海水淡化实例

反渗透工艺流程的设计依据
? 反渗透最终用途 :产品水的具体用途,它 决定了为满足用户需要的水质和水量。对 饮用水,通常要求满足公共卫生标准或世 界卫生组织标准。然而产品的性能并不严 格的要超过所需值,因为高于所需的产水 量或产水水质将增加产品水的费用,产生 明显的负面影响



? 相关处理:在RO透过液使用前,通常需要对 其作些后处理。至少,需要脱气以去除为控制 结垢对进料水酸化而产生的CO2和进行pH调 节,以防止下游系统发生腐蚀。预处理即垢的 控制,方法有pH值的调节、缓蚀剂软化、微 生物控制、氯化/脱氯,对悬浮固体、胶体、 金属氧化物、有机物等的去除。 ? 出水后处理的要求取决于应用,需按具体情况 加以确定。对许多工业应用,后处理包括采用 树脂除盐和紫外线消毒。对城市应用要附加 pH调节、脱气及用氯消毒。

? 反渗透膜的选择:膜性能可受与膜本身及 其构型无关的一些因素的影响,例如预处 理及系统的操作与维护,然而,需根据进 料水的水质及最终用途仔细考虑选择膜材 料及膜构型。对于不同公司膜的选择一般 根据经验,但对于国外公司的膜还是比较 放心的,根据手册选用。



? 一、评价指标 1、 脱盐率和透盐率 2、产水量(水通量)常用 加仑每平方英尺每天(GFD)表示。过高的渗透 流率将导致垂直于膜表面的水流速加快,加剧膜 污染。 3、 回收率 ? ①单位面积上透水量大,脱盐率高; ②机械强度好,多孔支撑层的压实作用小; ③化学稳定性好,耐酸、碱腐蚀和微生物侵蚀; ④结构均匀,使用寿命长,性能衰降慢; ⑤制膜容易,价格便宜,原料充足

? 反渗透高压泵选择:高压泵提供膜生产所 需产水流量及水质的压力。常用泵的类型 是单级、高速离心泵;柱塞泵;多级离心 泵。通常单级离心泵效率最低,柱塞泵效 率最高。对于小系统采用高速离心泵,对 于大系统采用多级离心泵为佳。目前国产 的南方泵业比较 好的,丹麦格兰富泵是国 际流行的、要满足膜设计的压力和流量要 求。

3吨设备

设备流程

反渗透系统
主要包括系统泵、反渗透装置(反渗透 膜及膜壳、机架、电控箱)、冲洗/清洗装 置及中间水箱。

整体设备

反渗透的影响因素
? 反渗透膜的水通量和脱盐率是反渗透过程 中关键的运行参数,这两个参数将受到压 力、温度、回收率、给水含盐量、给水PH 值因素的影响。

? 1、进水压力 进水压力本身并不会影响盐透过量,但是 进水压力升高使得驱动反渗透的净压力升 高,使得产水量加大,同时盐透过量几乎 不变,增加的产水量稀释了透过膜的盐分, 降低了透盐率,提高脱盐率。当进水压力 超过一定值时,由于过高的回收率,加大 了浓差极化,又会导致盐透过量增加,抵 消了增加的产水量,使得脱盐率不再增加。

? 2.、进水温度 温度对反渗透的运行压力、脱盐率、压降影 响最为明显。温度上升,渗透性能增加,在一定水通量下 要求的净推动力减少,因此实际运行压力降低。同时溶质 透过速率也随温度的升高而增加,盐透过量增加,直接表 现为产品水电导率升高。温度对反渗透各段的压降也有一 定的影响,温度升高,水的粘度降低,压降减少,对于 反渗透 膜的通道由于污堵而使湍流程度增强的装置,粘 度对压降的影响更为明显。 反渗透膜产水电导对进水水 温的变化十分敏感,随着水温的增加,水通量也线性的增 加,进水水温每升高1℃,产水通量就增加2.5%~3.0%; 其原因在于透过膜的水分子粘度下降、扩散性能增强。进 水水温的升高同样会导致透盐率的增加和脱盐率的下降, 这主要是因为盐分透过膜的扩散速度会因温度的提高而加 快。

? 3、进水pH值 各种膜组件都有一个允许的pH值范围,进水pH 值对产水量几乎没有影响;但是即使在允许范围 内, PH值 对脱盐率 也 有较大影响,一方面pH 值对产品水的电导率也有一定的影响,这是因为 反渗透膜本身大都带有一些活性基团,pH值可以 影响膜表面的电场进而影响到离子的迁移,pH值 对进水中杂质的形态有直接影响,如对可离解的 有机物,其截留率随pH值的降低而下降;另一方 面由于水中溶解的CO2受pH值影响较大,pH值低 时以气态CO 2 形式存在,容易透过反渗透膜,所 以pH低时脱盐率也较低,随pH升高,气态CO 2 转化为HCO 3 - 和CO 3 2- 离子,脱盐率也逐渐 上升,pH在7.5~8.5 之 间 时 ,脱盐率达到最高。

? 4、 进水盐浓度 渗透压是水中所含盐分或有机物 浓度的函数,含盐量越高渗透压也增加,进水压 力不变的情况下,净压力将减小,产水量降低。 透盐率正比于反渗透膜正反两侧盐浓度差,进水 含盐量越高,浓度差也越大,透盐率上升,从而 导致脱盐率下降。对同一系统来说,给水含盐量 不同,其运行压力和产品水电导率也有差别,给 水含盐量每增加l00ppm,进水压力需 增加 约 0 .007MPa,同时由于浓度的增加,产品水电导 率也相应的增加。

? 5、 悬浮物 水中的悬浮物就是指在水滤过 的同时,在过滤材料表面残留下的物质, 以粒子成分为主体。悬浮物含量高会导致 反渗透和纳滤系统很快发生严重堵塞,影 响系统的产水量和产水水质。

? 6、回收率 回收率对各段压降有很大的影响,在 进水总流量保持一定的条件下,回收率增加,由 于流经反渗透高压侧的浓水流量减少,总压降降 低,回收率减少,总压降增大,实际运行表明, 回收率即使变化很小,如1%,也会使总压差产生 0.02MPa左右的变化。回收率对产品水电导率的 影响取决于盐透过量和产品水量,一般说来,系 统回收率增大,会增加浓水中的含盐量,并相应 增加产品水的电导率。

反渗透膜元件的指标离散特性
? 如果系统设计目标是脱盐率最高或是膜 通量比最小,通过技术指标差异膜元件组 的最佳排列,可以使系统运行指标得到一 定程度的提高。而元件的随机排列将可能 使系统调试及运行指标恶化“膜元件之间 技术指标的差异越大,系统运行调试指标 可优化调整的潜力越大。

膜位置与净化关系

反渗透电控装置

反渗透水处理变频控制系统工作原 理
? 水处理控制系统中,水流量的调节是在整 个系统控制的一个主要内容,水量准确的 调节可以提高生产的效益和设备的安全性。 本系统中,水泵电机是输出环节,转速由 变频器控制,实现变流量控制。变频器接 受控制器的信号对水泵电机进行速度控制, 控制器综合流量设定参考值与现场反馈的 实际流量值信号后,经过PID调节,向变频 器输出运转频率指令。

反渗透水处理变频控制系统集成
反渗透水处理变频控制系统组成如下 图所示,系统控制核心选用西门子S7400PLC,变频器选用MM420涉及到的模块 有: SM321-1BL00, 32路DI模块(DC24V); SM322-1BL00,32路DO模块(DC24V); SM331-1KF01,8路AI模块;SM3325HF00, 8路AO模块。工程师站与PLC通 讯选用通讯卡CP5611。

反渗透系统常见形式
一级一段连续式singlestage single-part 一级一段循环式 一级多段连续式 一级多段循环式 多级流程

一级一段连续式

这种方式要求膜的溶质截留率高,操作压 力大,否则,水的回收率不高,在工业生 产中较少采用。

一级一段循环式

为了提高水的回收率,将部分浓缩液返回进 料, 再次经过膜分离器分离,这种流程由于进料 液溶质浓度提高,所以透过的水质有所下降。

一级多段连续式
如图4-14所示,这种流程可以得到较高 的水回收率,较高浓度的浓缩液, 但流动 压力损失较大,有时需要高压泵。考虑到 各段的料液量依次减小,为了保证原料液 流经膜表面有足够大的速度,减少浓差极 化,多采用4-14(b) 所示的一级多段连续式 的锥形排列。

一级多段连续式
在一级多段中可以达到更高的水回收率和浓缩 水浓度,这要求更高的高压泵,以保证后段膜的 工作压力。考虑保证足够的给水量以减少后段膜 的极化现象。 多采用4-14(b) 所示的一级多段连续 式的锥形排列。

图4-14

一级多段连续式流程

一级多段循环式

这种流程能获得较高浓度的浓 缩液,更适于以浓缩为目的分离过 程。

一级多段循环式

当用反渗透作为浓缩过程时,一次浓缩达不到要求时,可以采用这种 多步式方式,这种方式浓缩液体体积可减少而浓度提高,产水量相应 加大。

多级流程
多级流程亦有连续式与循环式之分, 这 一类流程既可提高水的回收率又可提高淡 化水的质量,而且可降低操作压力,降低 对膜的脱盐性能的要求, 在实际应用中有 较高的价值,但是该类流程增大了能量消 耗及泵的设备投资。图4-16 (a)(b)分别为 二级和多级反渗透流程。

? 3、两级一段法 ? 当海水除盐率要求把NaCl从35000 mg/L降 至500mg/L时,则要求除盐率高达98.6% 如一级达不到时,可分为两步进行。即第 一步先除去NaCl 90%,而第二步再从第一 步出水中去除NaCl 89%,即可达到要求。 如果膜的除盐率低,而水的渗透性又高时, 采用两步法比较经济,同时在低压低浓度 下运行时,可提高膜的使用寿命。

多级流程
? 4、多级反渗透流程

? 在此流程中,将第一级浓缩液作为第二级 的供料液,而第二级浓缩液再作为下一级 的供料液,此时由于各级透过水都向体外 直接排出,所以随着级数增加水的回收率 上升,浓缩液体体积减少浓度上升。为了 保证液体的一定流速,同时控制浓差极化, 膜组件数目应逐渐减少。

华能威海电厂海水淡化工程 2001 年2 月18 日投产了日产 2500吨
华能威海发电厂---邵正波公开的数 据

基本流程
? 海水淡化系分为预处理系统、一级反渗透 系统、二级反渗透系统。 ? 一级反渗透系统出水电导率平均在350 μs/ cm ,二级反渗透系统出水电导率平均在5μs/ cm ,为了达到锅炉用水的质量标准,还需对 二级反渗透出水经混床离子交换处理,达到 小于0. 2 μ s/ cm 的水质标准。

工艺流程及出水指标
? 海水取水泵→加NaClO 系统→加PAC、 PAM系统→多介质过滤器→活性碳过滤器 →加亚硫酸氢钠、阻垢剂系统→5 微米过滤 器→一级高压泵→一级反渗透→一级淡化 水池→二级高压泵→二级反渗透→除炭器 →二级淡化水池 ? 淡水反冲洗泵 ? 化学清洗系统

反渗透出水指标为
? 一级反渗透出水:电导率在230~380 μ s/ cm ,脱盐率≥99. 3 % ,产水量:2 ×52m3/ h , 回收率为40 %。 ? 二级反渗透出水:电导率在3. 5~8 μ s/ cm , 脱盐率≥98 % ,产水量:2 ×40m3/ h ,回收率 为75 %。

海水取水系统
? 该系统配置3 台耐海水腐蚀的取水泵,考虑 到海水温度随季节而变化和反渗透膜运行 的最佳温度为25 ℃,因此3 台取水泵安装在 不同的取水口。 ? 1 号取水泵水源来自一期机组循环水泵房。 2、3 号取水泵水源分别来自2、3 号机组凝 汽器排水。

一级加药系统
? 包括电解海水制氯、聚合氯化铝(PAC) 、聚丙烯 酰胺(PAM) 三个加药系统。电解海水制氯是通过 电解天然海水,使海水中含有一定浓度的次氯酸钠 (药液) ,利用加药泵将药液加入取水泵出口母管 上,以消除预处理海水中的细菌、藻类等微生物。 加药量是通过调节电解电流来维持多介质过滤器 进水有效氯浓度为1mg/ L 左右。

? 加PAC、PAM是为了将海水中的悬浮物、 胶体、颗粒凝聚长大,通过过滤除去。PAC、 PAM 加药量的控制是根据进水流量自动调 节加药泵频率的比例调节方式进

过滤系统
? 为了保证反渗透系统污染指数(SDI) 小于等 于4 ,系统设置六台(五用一备) 多介质过滤 器(石英沙和无烟煤) 和四台(三用一备) 活性 炭过滤器。 ? 污染指数:也可称为淤泥密度指数SDI。它主 要是检测水中胶体和悬浮物等微粒的多少, 是测定在一定压力和标准间隔时间内,一定 体积的水样通过微孔过滤器(0. 45μm) 的阻 塞率。

多介质过滤器
? 进水总流量为300 m3/ h ,它可以滤除经预处 理加药后所形成的矾花和原水带来的颗粒。 活性炭过滤器用以吸附双滤料过滤器出水 中的有机物和余氯,同时进一步降低反渗透 系统进水的SDI 值。多介质过滤器的反洗设 空气擦洗,可以提高反洗效果,擦洗气源为罗 茨风机提供。过滤器的反洗用水为多介质 过滤器产水经反洗水箱收集所得。

二级加药系统
? 二级加药的目的是保护反渗透膜,防止膜结 垢和受余氯的氧化。它包括加NaHSO3 和 加阻垢剂。 ? (1) 加NaHSO3 还原剂的目的是去除活性炭 过滤器出水的余氯,以防止其进入反渗透装 置内,氧化反渗透膜。NaHSO3 的加药量控 制是根据进水量自动调节加药泵频率的比 例调节方式进行。加药泵采用一用一备的 方式运行。

二级加药系统
? 加阻垢剂的目的是防止浓水中的杂质在膜 上结垢,采用的阻垢剂是一种分散型隐蔽药 剂,它可以对堵塞膜微孔的铁胶体以及细小 的颗粒起到分散的作用。阻垢剂的加药控 制是根据进水流量自动调节加药泵频率的 比例调节方式进行。

一级反渗透系统
? 一级反渗透系统 ? 系统由2套反渗透装置组成, 日产水量为2500t 。 每套装置由一套反渗透膜组件、一台5μm 过滤器 和两台高压泵组成。 ? 反渗透膜组件安装在17个并联的压力容器内,每个 压力容器内装6 根膜元件,反渗透膜元件采用美国 陶氏TFC8040 复合膜。 ? 5μm 过滤器的出力为130 m3/ h ,外壳采用不锈钢 316L ,内装52 根长40”的5μm 滤芯。它的作用是 防止颗粒进入高压泵和反渗透膜。

? 反渗透装置配置两台出力为65m3/ h、扬程 为6. 3MPa 的不锈钢增压及能量回收一体 泵,简称一级高压泵。 ? 由于一级反渗透浓水的压力接近反渗透进 水的压力,因此将反渗透浓水通过能量回收 系统回收能量,可以节约电能,它的回收率达 到90 %左右

? 考虑到海水温度影响膜的透水率,水温每升 高1 ℃,反渗透出水将增加2. 5~3 %。 ? 为了降低电耗,高压泵采用变频器控制,即用 变频器调节高压泵的运行频率,使反渗透的 运行压力适合其当时水温变化的要求,满足 正常的产水量。

反渗透清洗系统
? 在反渗透膜组件长期运行后,膜表面会受到 难以冲洗的有机物和微量盐份结垢的污染, 而造成膜组件性能的下降,所以必须用化学 药品进行清洗,以恢复其正常的除盐能力。 二套反渗透装置设置一套共用清洗系统,此 系统由一台清洗箱,一台清洗泵、一台5μm 过滤器及一台流量计组成。

反渗透淡水冲洗系统
? 当反渗透系统停机时,因膜内部的水已经处 于浓缩状态,在静止状态下,容易造成膜组件 的污染,因此还需要用淡水冲洗膜表面,以防 止污染物沉积在反渗透膜表面,影响膜的性 能。系统设置一台冲洗泵和配管。 ? 注意:冲洗水进入反渗透装置的方向与运行 水流方向一致,不是反冲洗,与多介质过 滤器不同。

二级反渗透系统
? 二级反渗透系统按2套设置,日产水量1920t 。每 套反渗透装置配置一台高压泵、一套反渗透膜组 件和一套控制仪表。高压泵出力为54 m3/ h ,扬程 为1. 4 MPa 。因其进水为一级反渗透的产品水,所 以选用高产水量的超低压膜元件,它具有产水量高, 运行压力低的特点。每套反渗透膜组件配置7根压 力容器,内装42 根美国陶氏BW- 400 膜元件,采用 一级两段(4 :3) 排列。系统还配置了除炭器,用以 除去二级产品水的CO2 ,以利于后级水质处理。由 于进水采用一级产品水,而一级产品水的主要成分 是氯化钠,因此不设任何加药系统。

反渗透的保护系统
? 一级反渗透系统设置一级高压泵入口低压 保护开关,出口高压保护开关。其作用是为 保护高压泵和反渗透膜。 ? 二级反渗透系统在二级高压泵出口设置一 个慢开电动门,当二级反渗透系统运行时,使 膜元件逐渐升至一定压力,减小膜冲击。

反渗透的自动控制和仪表
? 5 反渗透的自动控制和仪表 ? 反渗透系统采用PLC 自动控制的方式运行。其运 行和退出主要是控制高压泵的启动和停止来实现 的。而高压泵的启、停是通过淡化水池的水位变 化来决定的。系统的启动、停止和过滤器的反洗 都是在自动下进行的。 为了控制、监测反渗透系统 正常运行,还配置了一系列的在线测试仪表。它包 括ORP 表、pH 测量仪、电导率表、流量计、压力 表、取样装置等。

一级反渗透海水淡化的运行情况
? 海水淡化投产半年后检测,设备运行情况正 常。一级反渗透的产水量、脱盐率和产水 质量都能达到设计要求。检查一级反渗透 进水压力与浓水出口压力的差值与刚投产 时一样,且出水流量和产品水质都满足设计 要求。可以肯定反渗透膜运行情况良好,膜 没有受到污染。

? 检测指标:多介质过滤器出水污染指数一 般为2. 6~3. 8左右,由于海水的悬浮物和胶 体较多,预处理比较困难,通过调整预处理加 药试验,确定多介质过滤器周期制水量为 800t 及时反洗。 ? ,活性炭过滤器周期制水量为5000t ,可以保 证每台过滤器失效后能及时更新或反洗。

海水温度
? 海水温度升高,运行压力降低,海水温度降低, 运行压力升高。海水温度在12~28 ℃时,运行 压力在5. 5~5. 0MPa 内变化。一级海水淡 化反渗透膜最适宜的温度是25 ℃,这时的运 行压力是5.1MPa 。 海水温度对反渗透膜的透水量有很大影响,当 海水温度变化时,通过调节高压泵变频器的 频率,实现产水量为52 吨t/ h。变频器的输 出频率一般在44~49Hz 范围内。

海水温度对产水电导率的影响
? 在控制一级产水量52t/ h ,回收率为40 %时, 海水温度升高,运行压力降低,产品水电导率增 加;海水温度降低,运行压力升高,产品水电导 率减小。海水温度在12 ~ 28 ℃时, 产水电 导率在230 ~380μs/ cm 变化。

海水的腐蚀问题
? 由于海水对钢管的腐蚀性特别强,虽然一级 反渗透系统的5μm 过滤器出口到高压泵入 口管材采用316L 不锈钢,但也出现多处因腐 蚀产生的漏点;一级反渗透装置的浓水出口 母管和浓水收集支管均采用316L 不锈钢管, 也出现几处泄漏点。为此我们将高压泵入 口管段改为PVC 管材,将反渗透装置的漏点 进行了重新补焊,消除了漏点

二级反渗透运行情况
? 二级反渗透运行情况良好。运行压力为1. 1~1. 4MPa ,二级产水量保持40t/ h ,回收率 75 % ,产水电导率为2. 8~7. 0us/ cm。

北疆电厂海水淡化(一期) 工程
? 关键设备: 澄清池、滤池、活性碳过滤器、超滤装 置、高压泵、能量回收设备、热控仪表、水处理 设备、计算机监测控制系统
? ? ? ? ? 投资总额: 250 000万元 项目性质: 拟建 进展阶段: 工程设计 建设周期: 2007年至2010年 建设单位: 天津国投津能发电有限公司

华能玉环电厂海水淡化工程设计
? 华能玉环电厂的淡水系统全部采用了世界 先进的“ 双膜法”海水淡化技术, 工程投资 约2 亿。
? 刘金生,庞胜林( 华能浙江分公司,浙江 玉环,公开的数据)

? 华能玉环电厂海水淡化工程自2003 年3 月 开始采用“ 双膜法”方案。为了充分验证 方案选择的可行性,该厂于2004 年4 月至8 月在现场进行了超滤装置的中试运行。

1 系统设计
? 1.1设计参数 ? 海水含盐量:34000mg/L;水温:15~32℃;水 量:总制水量1440m3/h (34560m3/d),分为6套, 单套出力240m3/h。 ? 1.2 系统流程 海水→混凝澄清→超滤→一级反渗透→二级反渗透 ? 1.3 总平面布置 玉环海水淡化工程的总平面布置充分利用了循环水 系统的取排水系统的布置,紧靠防浪大堤一侧, 自取水、混凝澄清、超滤过滤、反渗透制水、浓 水排放,形成了完整流畅的布局

2 主要系统介绍
? 海水取水系统 ? 华能玉环电厂海水淡化系统充分利用了电 厂的循环水系统,以降低造价,同时可以 利用发电厂余热使循环排放水温升高9~ 16℃的有利条件,降低海水淡化工程的能 耗。海水取水口位于电厂海域-15.6m等深 线附近的海域,排水口设置在-5m 等深线 附近的海域。

? 循环水系统工艺流程为:取水口→自流引 水隧道→循环水泵→供水管道→凝汽器→ 排水管道→虹吸井→排水沟→排水工作井 →排水管→排水口。

? 海水经过循环冷却之后,冬季工况有16 ℃左右 的温升,夏季工况有9℃左右的温升,因此,玉环电 厂的海水淡化系统采用了两路进水,一路取自循环 水泵出口( 未经热交换的海水),一路取自虹井, 根据原海水的水温变化采用不同的进水方式,基本 保证水温在20~30℃,调整后维持25℃左右。

海水预处理系统
? 海水反渗透( SWRO)给水预处理技术包括消 毒、凝聚/ 絮凝、澄清、过滤等传统水处理工艺及膜 法等新的水处理工艺,膜法预处理主要包括微滤 ( MF)、超滤( UF)和纳滤( NF)等。预处理 的目的:除去悬浮固体,降低浊度;控制微生物 的生长;抑制与控制微溶盐的沉积;进水温度和 pH 的调整;有机物的去除;金属氧化物和含硅化 合物沉淀控制

混凝澄清沉淀系统
? 为了降低海水中的含砂量以及海水中有机 物、胶体的含量,必须进行混凝沉淀处理。 混凝沉淀系统设有四座微涡折板式1000 m3/h 的混凝澄清沉淀池,为钢筋混凝土结 构,设备内部没有转动部件,可有效地减 少防腐成本。经混凝沉淀处理后海水浊度 小于5NTU,运行参数为:混合时间:3s;絮 凝时间:10min;沉淀池上升流速小 2.4mm/s。

。混凝沉淀处 理后水质见表1。

2.2.2 过滤系统
? 该厂过滤系统采用了加拿大泽能( ZENON) 公司浸入式ZeeWeed1000 型超滤膜系统, 膜元件主要的技术参数为:膜材料:聚偏 乙烯( PVDF);膜通量:50-100 L/m2· h; 运行压力:0.007~0.08MPa;最大操作温 度:40℃;pH 范围:2~13;化学清洗间 隔期:60~90d。

2.3 高压泵
? 高压泵是SWRO 系统的重要部件,正确选 择高压泵性能对系统安全性影响很大,它 是运转部件,出现故障的概率高。对于大 型的海水淡化装置,一般采用的高压泵是 离心泵。常用离心泵的结构形式有水平中 开式和多级串式。两者相比在结构上应是 水平中开式占较大的优势,据称可以达到6 年不开缸维修,缺点是其设备价格昂贵。

2.4 能量回收装置
? 由于PX 系列的能量回收装置具有回收效率 高,噪音低等特点,逐渐受到用户的青睐。 由于设计中它仅有一个转动部件,没有机 械密封和表面磨损,因而维护工作量很低。

2.5 海水淡化系统
? 海水经过超滤后,经海水提升泵进入保安 过滤器,然后进入一级海水淡化系统。一 级海水淡化系统共设6 组,每组设有压力容 器58 个,每个压力容器内装有7 支膜元件, 设计出力240 m3/h ( 5760m3/d)。系统总 出力为34560 m3/d。

玉环电厂海水淡化五个技术关键点
? 高效混凝沉淀系列净水技术 涡旋混凝低脉动沉淀给水处理技术”的基础上发 展而来的。其中涉及了水处理工程中预处理的混 合、絮凝反应、沉淀三大主要工艺,特点是上升 流 速比较快,占地面积比较少;没有类似机械搅拌 澄清池中的转动设备,也没有类似于水力加速澄 清池中的大量金属构件,这对于防止海水中突出 的腐蚀问题是一个比较好的解决方案。

超滤作为海水淡化预处理系统
? 为了验证超滤在工艺系统中设置的安全可 靠性,以及寻找最适合的工艺参数,以最 大限度地优化系统的配置。该厂组织了有 六家公司参与的中试。试验结果表明高效 混凝澄清技术、超滤系统用于该海水淡化 工程是可行的。

超滤出水SDI
? 试验结果显示,产水SDI 总体上稳定在2.5 左右, 从整体趋势来看,随着时间的推移,超滤产水 SDI 有略微上升的趋势,这可能是由于在试验过 程中超滤膜没有得到有效的维护,如化学清洗等; 进水消毒不彻底;进水混凝澄清效果不理想等, 造成了海水中的微粒、胶体、有机物和微生物等 和膜发生了物理化学反应,改变了膜的分离能力。 试验显示客观上虽然存在这种膜污染导致的分离 能力下降,但这种表现为SDI 的上升的下降趋势 极为缓慢,并不明显

? 值升高,超滤出水的SDI 也高,反之亦然。 铁离子的影响:水中可溶解性的过渡金属 离子,如Fe2+因氧化而形成沉淀使SDI 升 高;氧化剂的影响:试验过程中发现,如 果加入次氯酸钠,超滤出水的SDI 升高。

3.2.2 超滤出水浊度
? 乐清湾海水浊度一般在100NTU 以上,但 是由于潮汐及天气的影响,浊度变化幅度 非常大,实测最高达到2456NTU,经过混 凝澄清之后,一般在15~20NTU,个别值 达到50 NTU。从超滤产水来看,产水浊度 相对比较稳定,基本上在0.10NTU 左右, 虽有个别值达到了0.20NTU,但没有出现 大的波动,基本上控制在0.15NTU 以下。

超滤出水中的铁
? 超滤进水铁的浓度变化范围在25.5 ~ 1451μg/L,去除率在80%~90%。 ? 3.2.4 超滤出水中的硅 ? 超滤进水的胶体硅含量变化范围在1.081~ 10.74mg/L,出水的胶体硅含量是比较稳定 的,一般小于2mg/L,去除率最低时只有 10%,最高达到98%,大部分去除率在 70%~90%之间。

3.2.5 超滤出水中的COD
? 玉环海水中CODMn 不超过10mg/L,经过 超滤之后,产水CODMn 最高不超过 5.0mg/L,也就是说超滤对CODMn 去除率 比较低。相对进水CODMn 的波动,产水 CODMn 比较稳定,但还是呈现比较缓慢的 上升趋势。 ? 3.2.6 超滤出水细菌总数 ? 超滤对细菌的去除率达到100%。

3.3 系统回收率的确定
? 目前的海水淡化工程,回收率一般在38%~50% 之间。决定回收率高低的因素主要有原海水水质、 预处理系统出水水质、膜的性能要求、运行压力、 综合投资和制水成本等。由于玉环项目采用超滤 作为反渗透的预处理, 原海水的含盐量通常在 28000~32000mg/L 之间,而最低水温高于15℃, 因此在反渗透允许的设计条件下,回收率越高, 系统的经济性越好。按照回收率40%,45%, 50%,进行了技术经济比较( 表2)。经分析比 较,我们确定的回收率为45%。

3.4 新材料的应用
? 海水淡化系统中另一个重要问题就是设备 及管道腐蚀,根据工艺流程中接触介质种 类及压力的不同,分别采用了双相不锈钢 2205、2507 以及奥氏体不锈钢254Mo,低 压系统大量的采用衬里、塑料及玻璃钢管 道。

3.5 浓水排放综合利用
? 海水淡化系统中浓水排放是全球业内要解 决的问题,由于发电厂循环水中一般采用 氧化性杀菌剂来抑制循环水系统中藻类、 贝类的生长,在海滨电厂大都设有电解海 水制氯系统,反渗透浓水相当于在原海水 的基础上浓缩了1.6 倍,因此将一部分直接 用于电解海水制氯,可以简化制取次氯酸 钠系统设置,又可提高电解制氯系统的效 率。

4 制水成本分析
? 海水淡化的运行成本是大家比较关注的问 题,也是评价系统方案可行性的重要依据。 根据玉环工程投标商的报价情况、性能指 标、使用保证寿命,综合考虑设备折旧、 人工、药品、检修维护等各方面的因素, 以上网电价为基础,吨水的制水成本在4 元 左右。

华能玉环电厂海水淡化工程介绍
? 海水淡化系统采用双膜法, 即超滤+反渗透 工艺,设计制水能力1 440m3/h, 这是目前国 内乃至亚洲地区最大的采用膜法技术的海 水淡化工程。
? 王洁如 ? ( 华东电力设计院, 上海市, 2008年)

? 华能玉环电厂位于浙江东南部, 属于温带气 候, 海水年平均温度15 ℃。根据电厂直流循 环的特点, 循环冷却水取自原海水, 经过凝 汽器后的排水 ? 实际温升可达9 ℃, 此时从排水虹吸井取水 基本满足了反渗透工艺对水温的要求。

? 按1440 m3/h 淡水制水量计算, 反渗透淡化 工程的原海水取用量为4200 m3/h, ( 过滤装 置回收率以90%计, 第1 级反渗透水回收率 以45%计, 第2级反渗透水回收率以85%计) 。 从虹吸井取来的原料海水进入反应沉淀池 进行净化处理, 除去悬浮颗粒和部分胶硅,

反渗透预处理
? 反渗透装置的预处理是整套淡化系统的关键,可通 过传统工艺即多介质过滤器、活性炭过滤器组合 而成, 也可通过近年来发展起来的微、超滤工艺, ? 传统工艺需设置庞大的介质过滤系统, 按表2 水量计算, 需设置直径3 200 mm、长度12 000 mm 的各类卧式过滤器38 台, 设备台数多, 操作检修工 作量庞大, 且占地面积也巨大。

超( 微) 滤膜的性能比较
? 作为反渗透膜组件长期、安全、稳定运行的预处 理措施, 超( 微) 滤膜的选择至关重要。目前国际上 较为常用的有: 按进水流向分有外压膜、内压膜; 按膜组件布置方式分有立式膜、卧式膜; 按膜丝材 料分有聚偏氟乙烯( 简称PVDF) 、聚醚砜( 简称 PES) 、聚砜等; 按运行方式分有错流、死端过滤 等。在项目实施初期, 在设备系统招标文件发出前, 业主方组织了超( 微) 滤膜的中型试验工作,

? 在经过多级审查及系统招、评标后, 华能玉环电厂海 水淡化系统最终选用了加拿大ZENON( 泽能) 公司生 产的ZeeWeed 1000 的浸没式超滤膜, 与泽能公司生 产的其他膜块不同, 该膜为新近研究出来, 其性能介 于微滤和超滤之间, 第1 次用于海水系统。该膜对进 水要求较宽, 无需进水保安过滤器, 适应于各种水质。 其滤芯材料为PVDF, 具有较强的韧性而不易断丝, 且 化学性能稳定, 在膜表面受到污染后可用次氯酸钠、 盐酸、柠檬酸等化学药剂交替清洗。同时该膜浸没 在被处理的原水中, 对进水压力无任何要求, 因此海 水预处理系统产水仅需依靠重力流的方式进入膜池 即可,

海水淡化工艺

海水淡化系统主要设备规范

化学加药流程图

PX 型能量回收装置
? 一级淡化单元中采用了目前国际上先进的PX 型能 量回收装置, 将反渗透浓水排放的压力作为动力以 推动反渗透装置的进水。此时高压泵的设计流量 仅为反渗透膜组件进水流量的45%, 而另55%的流 量只需通过大流量、低扬程的增压泵来完成即可。 能量回收效率达95%以上。经过能量回收之后 排出的浓盐水排至浓水池, 作为电解海水制取次氯 酸钠系统的原料水, 由于这部分浓水是被浓缩了 1.8~2 倍的海水, 提高了电解海水装置的效率。电解 成品次氯酸钠被进一步综合利用

? 一级淡水箱出水通过高压泵直接进入第二 级反渗透膜堆, 之间不设保安过滤器, 只相 应设置管式过滤器以除去大颗粒杂质。该 单元为一级2 段排列方式, 配6 芯装压力容 器, 单元回收率85%, 脱盐率>97%。产水直 接进入二级淡水箱, 作为化学除盐系统预脱 盐水、生活用水以及部分制石膏用水。浓 水被收集后返回至超滤产水箱回用。

海水淡化系统运行实绩
? 华能玉环电厂海水淡化系统自2006 年3 月 底投入运行已近一年半, 不仅满足整个工程 的建设进度, 为国内第1 台1 000 MW 机组 水压试验、冲管、酸洗等各阶段提供了合 格的淡化水, 同时也为多台投运的机组提供 了合格的除盐水

? 基本满足了反渗透工艺对水温的要求。综 上原因, 本工程的反渗透脱盐装置不设进水 加热器, 以简化系统设备配置、节省投资, 同时采用了可变频运行的高压泵, 在冬季水 温偏低时, 可提高高压泵的出口压力, 以弥 补因水温而引起的产水量降低的缺陷

? 超滤产水箱出来的清海水通过升压泵进入5 m 保安过滤器。通过保安过滤器的原水经高 压泵加压后进入第1 级反渗透膜堆, 该单元为 一级1 段排列方式, 配7 芯装压力容器, 单元 回收率45%, 脱盐率>99%。产水分成2 路, 一路直接进入工业用水

项目介绍

工艺

平面

成本分析

河北大唐王滩发电厂海水淡化
? 河北大唐王滩发电厂工程位于唐山市乐亭 县,作为发电厂配套项目之一的海水淡化系 统, 其处理规模为10 800m3 /d( 450m3 /h) , 要求出水电导率<20 μS /cm, 水的脱盐率为 99. 95% , 系统出水为电厂提供锅炉补给水 及工业用水。

? 原水取自污染较严重的渤海, 由于水源靠近 码头, 受到了一定程度的污染, 海水中BOD5、 TOC 及总氮等含量较高, 同时还含有一定的 油类物质。此外, 海水的含盐量很高, 主要 成分为氯化物。海水中泥沙含量较高, 胶体 物质含量相对较低; 非活性硅的含量较高, 这主要是泥沙颗粒引起的


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