海水淡化反滲透膜法工藝的應(yīng)用

江潤霞

摘 要：近年來國內(nèi)膜法海水淡化技術(shù)已在濱海電廠得到廣泛應(yīng)用，本文以某個濱海電廠為實例，對膜法海水淡化技術(shù)進(jìn)行初步論證，通過技術(shù)、流程方面的介紹為類似的工程提供參考。

關(guān)鍵詞：電廠海水淡化;反滲透膜法工藝;技術(shù)應(yīng)用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.02.042

1 概述

2017年初，國家發(fā)改委和國家海洋局共同印發(fā)了《全國海水利用十三五規(guī)劃》，提出的目標(biāo)是：十三五末，全國海水淡化總規(guī)模達(dá)到220萬噸/日以上，新增海水淡化規(guī)模119萬噸/日以上。目前全球海水淡化技術(shù)超過20余種，包括反滲透法、低溫多效、多級閃蒸、電滲析法、壓氣蒸餾、露點蒸發(fā)法、水電聯(lián)產(chǎn)以及利用核能、太陽能、風(fēng)能、潮汐能海水淡化技術(shù)等等。從大的分類來看，主要分為蒸餾法（熱法）和膜法兩大類。反滲透為國際海水淡化主流技術(shù)，《中國海水淡化設(shè)備市場調(diào)研與投資前景預(yù)測報告（2018版）》顯示：到2018年全球海水淡化技術(shù)中反滲透占總產(chǎn)能的65%，多級閃蒸占21%，電去離子占7%，電滲析占3%，納濾占2%，其他占2%。

2 海水淡化反滲透膜法介紹

反滲透法誕生于1953年，又稱為膜法。它使用的薄膜叫“半透膜”，其作用是讓淡水通過，不讓鹽分通過。反滲透膜是一種用特殊材料制成的、具有半透性能的薄膜。最常用的是中空纖維和螺旋卷式兩種。根據(jù)膜材料或成膜工藝又可分為非對稱反滲透膜、復(fù)合反滲透膜。目前反滲透膜組件的使用壽命為3～5年。反滲透膜組件質(zhì)量的優(yōu)劣和水平的高低關(guān)鍵在于膜性能的好壞，反滲透膜法海水淡化過程中節(jié)能和高脫鹽是兩個需要滿足的問題[1]。

經(jīng)過多年來技術(shù)研究，反滲透海水淡化設(shè)備對膜、泵、能量回收裝置等不斷研究更新，裝置的平均耗能已經(jīng)減少至原來的五分之一[2]。反滲透本體部分主要由反滲透組件和高壓泵兩大部分組成。反滲透所需能耗主要用于提供反滲透過程所需壓力上，為了降低淡化水的操作費用，通常在濃鹽水排放管線上安裝能量回收裝置。

3 應(yīng)用實例

山東萊州電廠規(guī)劃容量6×1000MW超超臨界燃煤機組，一期工程現(xiàn)已正式運行2×1000MW國產(chǎn)超超臨界燃煤發(fā)電機組，本期正在擴建2×1000MW超超臨界二次再熱燃煤機組。海水淡化系統(tǒng)是萊州電廠配套項目，利用發(fā)電廠的電力以及海水取排水設(shè)施生產(chǎn)淡水，以作為電廠鍋爐補給水和其它工業(yè)用水。

3.1 萊州一期海水淡化處理系統(tǒng)

本工程一期海水淡化方案采用海水反滲透系統(tǒng)，根據(jù)本工程海水水質(zhì)分析，并結(jié)合國內(nèi)已投運的膜法海水淡化系統(tǒng)的設(shè)計運行經(jīng)驗，其預(yù)處理采用過濾、超濾為預(yù)處理的膜法海水淡化工藝。海水反滲透系統(tǒng)的出水一部分進(jìn)鍋爐補給水處理的二級反滲透系統(tǒng)，其余作為電廠工業(yè)用水。

（1）采用的水源：冬季為機組凝結(jié)器熱交換后的海水，夏季直接取自海水。

（2）設(shè)計水溫：根據(jù)海水淡化裝置原料海水的取水方式，進(jìn)入海水反滲透系統(tǒng)海水的溫度為：最高：30℃;最低：10℃。

（3）系統(tǒng)工藝流程：循環(huán)冷卻水排水虹吸井海水（夏季直接取海水）→海水泵→海水預(yù)處理（重力式過濾器）→清水箱→超濾給水泵→超濾自清洗過濾器→超濾膜組件→超濾產(chǎn)水箱→一級反滲透給水泵→反滲透保安過濾器→海水RO高壓泵（帶能量回收裝置） →海水RO膜組件→一級淡水水箱→淡水后續(xù)處理。

（4）水質(zhì)控制指標(biāo)：超濾進(jìn)水：濁度<5NTU、懸浮物<10mg/l。

超濾出水：SDI<3、回收率≥90%、膠體硅去除率≥95%。

海水反滲透裝置：脫鹽率≥98.0%（三年后）、回收率≥40%。

3.2 萊州二期海水淡化處理系統(tǒng)

（1）萊州電廠二期工程海水淡化基于一期的基礎(chǔ)，根據(jù)水質(zhì)資料系統(tǒng)選擇如下：海水（夏季為原海水，冬季為機組冷卻水溫排水）→絮凝沉淀池→澄清水池→超濾給水泵→臥式雙介質(zhì)過濾器→（自清洗過濾器）超濾→超濾水箱→海水反滲透給水泵→保安過濾器→海水反滲透高壓泵（含能量回收裝置及增壓泵）→海水反滲透裝置→一級淡水箱→淡水后續(xù)進(jìn)一步處理。

絮凝沉淀處理系統(tǒng)簡要工藝流程：

↓凝聚劑↓殺菌劑

海水——→管式混合器——→網(wǎng)格折返反應(yīng)凝聚→接觸絮凝斜板沉淀→清水池絮凝沉淀處理系統(tǒng)正常出力：每座至少500t/h。

沉淀池處理后出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)：濁度≤3NTU。

海水淡化處理系統(tǒng)設(shè)4套超濾裝置，每套裝置凈出力為205m3/h，來滿足海水反滲透達(dá)到10℃滿出力（2×165t/h）連續(xù)運行的要求。

（2）出水水質(zhì)控制指標(biāo)。超濾裝置：濁度<0.15NTU、SDI<3、膠體硅去除率≥95%。

海水反滲透裝置：脫鹽率（20℃）≥98.0%（三年后）、回收率≥40%。

3.3 存在的問題及解決途徑

（1）海水反滲透對入口海水水溫有一定要求，海水溫度每降低1℃，會導(dǎo)致其出力下降2～4%左右。

1）在冬季海水淡化運行時，不直接采用原海水，而是采用循環(huán)水溫排水;2）高壓泵采用變頻泵，可在冬季時提高高壓泵的揚程;3）按設(shè)計最低溫度選取膜元件的數(shù)量。

（2）如果海水淡化系統(tǒng)調(diào)試啟動時正好是在冬季，那么機組尚未啟動，無循環(huán)水溫排水可以利用。

1）此時海水反滲透裝置降出力運行，由于膜法海水淡化系統(tǒng)設(shè)計有備用設(shè)備，此時可以將備用設(shè)備投運。

（3）高壓泵和能量回收裝置存在噪聲污染問題：

1）通過選用優(yōu)質(zhì)設(shè)備、增加噪聲屏障解決;2）將高壓泵和能量回收裝置放置在單獨房間內(nèi)。

4 結(jié)論

在濱海電廠海水淡化處理系統(tǒng)中，采用膜法海水淡化工藝，系統(tǒng)穩(wěn)定性高，國內(nèi)運行經(jīng)驗較多，受外部條件制約小，但是取排水和預(yù)處理系統(tǒng)復(fù)雜，出水水質(zhì)一般，運行維護(hù)量大。隨著膜技術(shù)的發(fā)展，相信一定會解決一些瓶頸問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐建國，尹華.海水淡化反滲透膜技術(shù)的最新進(jìn)展及其應(yīng)用[J].膜科學(xué)與技術(shù)，2014，34（02）：100-104.

[2]John P M.Retro-fitting existing SWRO systems with a new energy recovery device [J].Desalination，2003，153（1-3）：253-264.