海水淡化反滲透膜法工藝的應用

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摘要：近年來國內膜法海水淡化技術已在濱海電廠得到廣泛應用，本文以某個濱海電廠為實例，對膜法海水淡化技術進行初步論證，通過技術、流程方面的介紹為類似的工程提供參考。

關鍵詞：電廠海水淡化；反滲透膜法工藝；技術應用

1概述

2017年初，國家發改委和國家海洋局共同印發了《全國海水利用十三五規劃》，提出的目標是：十三五末，全國海水淡化總規模達到220萬噸/日以上，新增海水淡化規模119萬噸/日以上。目前全球海水淡化技術超過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、露點蒸發法、水電聯產以及利用核能、太陽能、風能、潮汐能海水淡化技術等等。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，《中國海水淡化設備市場調研與投資前景預測報告（2018版）》顯示：到2018年全球海水淡化技術中反滲透占總產能的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。根據膜材料或成膜工藝又可分為非對稱反滲透膜、復合反滲透膜。目前反滲透膜組件的使用壽命為3～5年。反滲透膜組件質量的優劣和水平的高低關鍵在于膜性能的好壞,反滲透膜法海水淡化過程中節能和高脫鹽是兩個需要滿足的問題[1]。經過多年來技術研究，反滲透海水淡化設備對膜、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應用實例

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

3.1萊州一期海水淡化處理系統

本工程一期海水淡化方案采用海水反滲透系統，根據本工程海水水質分析，并結合國內已投運的膜法海水淡化系統的設計運行經驗，其預處理采用過濾、超濾為預處理的膜法海水淡化工藝。海水反滲透系統的出水一部分進鍋爐補給水處理的二級反滲透系統，其余作為電廠工業用水。（1）采用的水源：冬季為機組凝結器熱交換后的海水，夏季直接取自海水。（2）設計水溫：根據海水淡化裝置原料海水的取水方式，進入海水反滲透系統海水的溫度為：最高：30℃；最低：10℃。（3）系統工藝流程：循環冷卻水排水虹吸井海水（夏季直接取海水）→海水泵→海水預處理（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→淡水后續處理。（4）水質控制指標：超濾進水：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

（1）萊州電廠二期工程海水淡化基于一期的基礎，根據水質資料系統選擇如下：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→淡水后續進一步處理。絮凝沉淀處理系統簡要工藝流程：↓凝聚劑↓殺菌劑海水——→管式混合器——→網格折返反應凝聚→接觸絮凝斜板沉淀→清水池絮凝沉淀處理系統正常出力：每座至少500t/h。沉淀池處理后出水水質標準：濁度≤3NTU。海水淡化處理系統設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到10℃滿出力（2×165t/h）連續運行的要求。（2）出水水質控制指標。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）按設計最低溫度選取膜元件的數量。（2）如果海水淡化系統調試啟動時正好是在冬季，那么機組尚未啟動，無循環水溫排水可以利用。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設計有備用設備，此時可以將備用設備投運。（3）高壓泵和能量回收裝置存在噪聲污染問題：1）通過選用優質設備、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。

4結論

在濱海電廠海水淡化處理系統中，采用膜法海水淡化工藝，系統穩定性高，國內運行經驗較多，受外部條件制約小，但是取排水和預處理系統復雜，出水水質一般，運行維護量大。隨著膜技術的發展，相信一定會解決一些瓶頸問題。

參考文獻：

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

作者：江潤霞  單位：國核電力規劃設計研究院有限公司