東麗海水淡化反滲透膜在多水源脫鹽系統中的應用
來源：東麗水處理研究所 閱讀：6614 更新時間：2009-07-31 17:56我國淡水資源十分匱乏，僅占世界平均水平的1/4，淡水資源短缺已成為制約我國經濟和社會可持續發展的瓶頸之一。在中國，300多個城市水資源短缺尤其突出。海水淡化是解決沿海地區水資源匱乏的有效途徑。反滲透技術作為當今先進的脫鹽技術，具有高效、低能耗、清潔、少污染、操作管理方便等特點。
1. 東麗海水淡化反滲透膜及其應用
東麗公司于1968年開始從事反滲透膜的研發，性能優良的海水淡化反滲透膜在世界上得到大規模的應用。至2008年年底，東麗海水淡化反滲透膜在全世界總產水量高達2,800,000m3/day，位居世界第一。在這些使用案例中，包含東南亞最大的海水淡化工廠（136,000m3/d產水量的的新加坡Tuas海水淡化工廠）、阿拉伯灣(Persia灣)沿岸的總產水量為332,000m3/d的4處海水淡化項目。阿拉伯灣的海水鹽分濃度高（為沙特阿拉伯西側紅海的1.3倍）、35℃以上的高溫、高濁度的內陸海水等特點都是采用反滲透進行海水淡化的難點。典型的案例還有2008年投入運行的規模為200,000m3/d的阿爾及利亞Hamma海水淡化項目。同時，東麗海水淡化膜在中國浙江玉環電廠（34,600m3/d）、浙江舟山全島、大連莊河電廠（12,720m3/d）也得到了大規模的應用。
2. 東麗海水淡化反滲透膜在多水源脫鹽系統中的應用
由于海水與地表示含鹽量巨大的不同決定了其滲透壓的巨大差異性。含鹽量不同決定了滲透壓的不同，所以進行兩種水源脫鹽處理時的操作壓力相差很大，這不僅需要慎重選擇合理的操作參數，而且必須做好良好的運行管理，稍有疏忽，勢必造成SWRO系統運行管理的失敗。本文以大連莊河電廠SWRO系統為例，就多種水源切換脫鹽處理時，對東麗海水淡化膜的設計及應用做如下介紹。
2.1. 大連莊河電廠海水淡化工廠概況
國電電力大連莊河電廠有限責任公司總裝機容量為3,200MW。其海水海水淡化工程位于大連莊河市東南約18km的黑島鎮，南瀕黃海。海水淡化工程由北京朗新明環保科技有限公司建設完成。一級海水淡化反滲透水量為12,720m3/d，65%的產水用于設備冷卻用水，35%的產水則用于二級BWRO的進水。海水淡化系統原水為二種，一種為主要水源即海水，另外一種水源為距離工廠19km的地表水，地表水主要用來補充海水。最初，地表水主要用于一期鍋爐補給水和調試設備用水，當整個電廠建設完成，系統進水水源則全部切換為海水。
 |
2.2. 大連莊河電廠海水淡化工廠海水原水水質
海水淡化系統原水水質如表2-1。
|
海水水溫變化范圍為-2.5-30.6℃，在冬季，海水經過冷卻塔換熱后供給系統，所以水溫會提高15℃左右，從而保證了系統的正常運行。
2.3. SWRO系統工藝流程
圖2-3為海水淡化反滲透系統工藝流程圖。工廠冷卻塔使用海水作為冷卻水，冬季水溫較低時，海水淡化系統原水為經過冷卻塔熱交換后的排出水，不管是海水還是地表水都進入混凝池處理，根據實際需要，可以對原水水源進行切換。FeCl3和聚合FeSO4作為絮凝劑，陰離子聚合物用作助凝劑，0.3-1.0mg/L有效氯的次氯酸鈉投入沉淀池作為殺菌劑，以控制微生物的繁殖。混凝沉淀池出水供給超濾系統，超濾作為反滲透的預處理。RO進水投加阻垢劑，同時投加亞硫酸氫鈉還原氧化劑余氯等。一級SWRO系統35%產水作為二級BWRO進水進入深度脫鹽處理后再進入離子交換系統，其最終超純水作為鍋爐補給水。
圖2-3海水淡化反滲透系統工藝流程圖
 |
2.4. 海水淡化反滲透系統設計
海水淡化反滲透系統產水量設計為12,720m3/d，系統分為3列，單列系統產水量設計 4,240m3/d，單列系統使用308支TM820-400膜元件，3列SWRO共使用924支TM820-400膜元件。圖2-4為海水淡化裝置圖，下表2-2為SWRO系統主要設計參數。
 |
圖2-4海水淡化裝置圖
表2-2 SWRO系統設計主要參數一覽表
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
由于原水需要在海水和地表水之間切換，但是SWRO系統設計是按海水淡化系統進行設計，因此，在進行地表水處理運行時，選擇合適的操作參數非常重要。下表2-3列出了單列SWRO運行地表水時可選的技術合理的操作參數。
表2-3 運行地表水時可選的技術合理的操作參數
|
在運行地表水時，選擇合適的水通量非常重要。反滲透系統的產水通量與污染速度之間存在直接關系。水通量低，污染速度就低。在低水通量下，減小了污染物在膜表面上的沉淀，從而降低了污染速度。但是，過低的水通量，必須選擇更低的系統回收率，否則膜元件濃水流量過低，在這樣的情況下，需要大量的預處理水，從而導致運行成本的上升。同時，較高的水通量，其污染速度會大幅度上升。從運行成本及技術合理方面選擇適當的系統水通量后，需要關注膜元件首端進水流量及末端膜元件最小濃水流量或回收率。
為了控制地表水反滲透系統中的污染，選擇最佳膜面流速與選擇水通量同樣重要。給水和濃水在膜表面的流速越高，膜污染速度就越低。當給水和濃水流經濃水隔網時，高流速可增加湍流程度，從而減少顆粒物質在膜表面上的沉淀或在隔網空隙處的堆積。較高的流速也提高了膜表面上的高濃度鹽分向主體溶液的擴散速度，從而減少了難溶鹽沉淀在膜表面上的趨勢。設定最小的濃水流量以保證在壓力容器末端的膜元件有足夠的膜面流速，從而減少了污染物在膜表面上的沉淀，并且減少濃差極化對膜表面的危害。因此，不能選擇超出合理范圍的系統回收率。
同時，如果選擇過低的回收率，在SWRO系統設計排列條件下，首支膜元件給水流量過大。設定最大給水流量用來保護容器中的第一根反滲透元件，使其給水與濃水壓力降不超過20psi，高壓降會產生諸如望遠鏡現象，從而導致膜卷變形、格網沖出等，從而損壞膜元件。
當然，選擇操作參數時，一定要考慮運行成本，過低的回收率及過低的水通量勢必需要大量的預處理產水，同時，高的產水通量勢必需要更高的進水壓力，特別是利用海水淡化膜處理地表水時。根據以上分析，當運行地表水時，綜合考慮運行成本及操作參數的合理性可以選擇如下表2-4所示的操作參數。
表2-4 SWRO系統運行地表水時的主要操作參數
 |
2.5. 海水淡化反滲透系統運行參數及水質
表2-5為SWRO運行參數及產水水質情況。
 |
從以上運行數據來看，SWRO自2008年3月投運以來，系統運行性能良好。水源切換過程中，需要不斷變化操作參數，同時，必須合理地控制高壓泵壓力及流量，采用變頻控制可以有效地解決這一問題。
3. 結語
沿海地區采用反滲透法進行海水脫鹽處理，可以大大緩解淡水資源匱乏的窘境。在多水源情況下，通過合理地改變操作參數，可以使海水淡化系統適應不同原水處理的需要。但是在切換到非海水處理的運行條件下時，為了更經濟、技術更合理地運行SWRO，必須改變操作參數，使之適應系統穩定地運行。在這樣的操作條件下，以下事項必須保持足夠的重視：
(1) 在高含鹽量與低含鹽量脫鹽處理切換時，一定要合理地控制進水流量及進水壓力，因此，配備變頻器調節高壓泵進水壓力及流量是一個非常好的選擇；
(2) 操作參數切換及改變時，應著重考慮：①首支膜元件最大水通量必須低于設計導則推薦的設計值；②首支膜元件最大給水流量必須低于設計導則推薦的設計值；③末端膜元件最小濃水流量必須大于設計導則推薦的設計值；④末端膜元件最大回收率必須小于設計導則推薦的設計值；
(3) 其次，必須綜合考慮預處理及SWRO的運行成本，選擇較優的產水通量和回收率，使經濟效益最大化。
