亚海水反渗透法淡化技术研究模板.doc

资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。亚海水反渗透法淡化技术研究杨新新1 董福平2 樊雄3 董浩1( 1.浙江省农田水利总站, 浙江 杭州 310009; 2.浙江省水利学会, 浙江 杭州310020; 3.国家海洋局杭州水处理技术开发中心, 浙江 杭州 310012) 摘 要: 采用反渗透技术进行亚海水淡化具有较高的经济性和实用性。本文经过2m3/h规模的小试装置的试验, 对相关技术的可行性、 不同含盐量的亚海水能耗展开研究, 并进行不同运行条件下的能耗变化以及不同规模工程的技术经济性进行分析, 论证了反渗透技术进行亚海水淡化的技术可行性和实践可行性。关键词: 亚海水 淡化 反渗透 水资源1引言浙江省具有丰富的滩涂资源, 全省现有滩涂面积388万亩, 适宜围垦的约有272万亩, 而且每年以近4万亩的速度自然淤涨。全省经过围垦已建成库容100万m3以上的滩涂水库16座, 面积9万余亩, 增加蓄水库容近两亿m3。由于滩涂水库库底土壤盐度高, 使蓄淡后的水库水盐度仍保持较高浓度, 靠水库自然淡化, 周期大约需要20a以上。沿海和海岛地区淡水资源缺乏, 采用反渗透法对滩涂水库水( 亚海水) 进行处理, 可提前发挥滩涂水库的作用, 缓解区域性水资源供给紧张, 是现有沿海地区水资源配置体系的有益补充。2亚海水淡化试验工艺的选择在充分研究玉环县璇门二期蓄淡水库水质的基础上, 本次亚海水淡化工艺采用反渗透技术, 试验装置规模为2m3/h, 工艺流程如图1所示。预处理由两级组成。原水先经过一体化净水器, 使净水器出水悬浮物含量小于5mg/L; 再经过机械过滤器进一步除去水中机械杂质、 悬浮物、 胶体及部分有机物, 使出水污染指数小于5。在保安滤器前设置NaHSO3计量泵和阻垢剂计量泵, 以中和余氯, 保护反渗透膜能长期稳定的运行。保安滤芯采用5u聚丙烯滤芯。保安滤器出水由高压泵增压送入反渗透组件, 去除水中95-97%的无机盐及溶解性有机物、 胶体、 细菌。由于试验装置规模较小, 故采用部分浓水回流工艺以改进反渗透膜的工况, 高压泵的容量比不回流的装置略大。图1试验装置工艺流程图3小试装置实际试验情况3.1可行性试验试验在玉环县璇门二期蓄淡水库西北库边进行, 库水含盐量近3000mg/L, 试验库水温约17, 从11月19日开始试验, 到12月27日, 累计开机运行101h, 库水温从17降到12。进水电导在5900到7000之间波动, 产水电导在120到300之间。实验数据记录如表1所示。表1. 小试实验数据记录序号日期水温()进水电导(s /cm)产水电导(s/cm)运行时间(h)产水量(m3)耗电量(度)电耗(度/ m3)111月20日1755001602.75.4101.85211月21日1757001802.34.3781.84311月22日1757001802.34.3781.83411月23日1660001604.78.46161.89511月27日14.562001802.95.22112.1611月29日1564002004.77.99162712月1日1470003002.013.2272.17812月3日15620019023.472.06912月4日14.562001804.077.12152.111012月5日1564002003.916.84142.051112月6日14.564002003.025.13112.141212月21日13590012058.5202.351312月22日1359001306.0510.29242.331412月26日12590012069232.55 根据实验数据得出水温、 吨水电耗、 进水电导、 产水电导变化如图2、 图3所示。从图2可看出, 随着水温逐渐下降, 吨水能耗逐渐升高, 主要是由于水温下降后, 同压力下的反渗透膜元件产水量下降, 使吨水能耗升高。由于试验装置较小, 为保证膜元件在合适的运行条件下运行, 增加了浓水部分回流, 造成能耗要高些。图2水温吨水耗电变化情况从图3的进水电导和产水电导变化情况看, 当进水电导在5500s /cm7000s /cm波动时, 产水电导也在120s /cm300s /cm波动, 但远低于国家生活饮用水标准中溶解性总固体1000mg/L时的电导值。由于此次试验地点工业十分发达, 特别是电镀企业较多, 取水处水源已受到一定的污染, 试验产水经检测, 重金属离子含量均在生活饮用水卫生标准控制范围内。因此, 采用反渗透技术处理亚海水完全能将水质处理到达到生活饮用水标准。具体的检测数据如表2、 表3所示。图3进水电导产水电导变化情况表2-1 原水水质分析表( 特殊指标) 序号项目含量单位序号项目含量单位1Cu0.064mg/L4pH9.2mg/L2Zn0.02mg/L5COD7mg/L3Cr0.135超标mg/L6Fe0.01mg/L表2-2 原水产水水质对比分析表序号项目含量单位序号项目含量单位1K+780.62mg/L10电导率4300S/cm2Ca2+58.36mg/L11pH6.673Mg2+86mg/L12浊度12NTU4Fe0.21mg/L13COD(Mn)2.81mg/L5HCO336.45mg/L14TDS2545.36mg/L6Cl1400mg/L15总碱度29.88mg/L7SO42-183.71mg/L16总硬度499.2mg/L8NO2-0.39mg/L17总阳离子43.92mg/L9H2SiO35.4mg/L18总阴离子43.92mg/L表3 产水水质分析表序号项目含量单位序号项目含量单位1K+1.7mg/L16pH5.72Na+31.6mg/L17浊度1NTU3Ca2+0.05mg/L18COD(Mn)0.5mg/L4Mg2+0.08mg/L19TDS88.7mg/L5Fe0.04mg/L20总硬度0.35mg/L6Fe3+0.04mg/L21砷0.004mg/L7NH4+0.04mg/L22铝0.004mg/L8HCO34.48mg/L23锌0.01mg/L9Cl49.2mg/L24锰0.01mg/L10SO42-1mg/L25镉0.001mg/L11NO3-1.57mg/L26铅0.001mg/L12NO2-0.033mg/L27银0.001mg/L13偏硅酸1mg/L28铜0.001mg/L14游离CO24.23mg/L29铬( Cr6+) 0.01mg/L15阴离子合成洗涤剂0.1mg/L30硒0.004mg/L30汞0.0001mg/L3.2能耗试验情况为了能掌握在不同盐度下的实际能耗情况, 从而相对准确地模拟大规模亚海水处理装置的能耗, 进行了不同盐度条件下的模拟试验, 并与经验的动力消耗计算公式比较。试验仍采用原小试装置, 仅测试高压泵的电耗。为使电耗尽可能的附合实际, 运行时未采用浓水回流, 鉴于小试装置规模小, 采用了变频器调节操作压力。实测试验数据及采用经验水泵电机功率配置计算公式推算高压泵功率结果如表4所示。表4 不同盐度下电耗经验计算值与实测值的比较含盐量( mg/L) 30004000500060007000温度()810.512.514.717.114进水流量(m3/h)2.752.903.13.273.433.22产水流量(m3/h)1.41.51.61.731.821.7进水压力(bar)16.818.019.521.022.424.2一段压力(bar)16.017.118.820.021.323.1二段压力(bar)15.816.818.219.621.122.8浓水压力(bar)实测高压泵电流(A)测出高压泵功率(KW)经验公式计算高压泵功率(KW)14.83.32.182.2315.83.82.512.5217.24.42.902.9118.55.03.33.3119.85.53.633.7022.05.73.763.764不同运行条件下的能耗变化估算4.1含盐量变化 由于滩涂水库亚海水的含盐量受时间、 来水量和风浪的影响较大, 亚海水处理装置的能耗也将发生变化, 总的趋势是随着时间的推移, 含盐量的降低, 处理的能耗也不断降低。本估算选择含盐量从7000mg/L mg/L进行计算, 根据各种不同含盐量时的操作压力变化情况, 从而模拟估算产水能耗。由于反渗透系统产能受温度影响较大, 参考璇门二期蓄淡水库水温实际, 计算时按平均水温15进行测算。具体测算条件为: ( 1) 产水规模: 1000m3/d; ( 2) 原水温为15; ( 3) 以原水含盐量7000 mg/L作为起始设计依据, 高压泵耗电量随原水含盐量变化情况如表5所示。表5高压泵耗电量随原水含盐量变化表序号原水含盐量( mg/L) 高压泵出水压力(kg/cm2 )高压泵消耗功率(kw)高压泵耗电(度/m3)1700022.9177.981.882600021.1571.981.733500019.5266.441.604400017.9160.961.465300016.3255.551.336 14.7550.201.2 取水泵和原水增压泵输送水量及压力不受原水水质的变化而变化, 因此需耗电量是基本恒定的, 按经验公式计算各约10kw。取水泵和原水增压泵合计折合电耗为0.48度/m3。再加上高压泵的耗电量, 当原水含盐量从7000 mg/L下降到 mg/L时, 相应的电力消耗从2.35度/m3下降到1.68度/m3。4.2采用能量回收装置后的电耗变化反渗透排出的高压浓水的能量可采用能量回收技术进行回收, 从而进一步降低能耗, 针对产水规模1000m3/d装置, 进行采用能量回收技术后的能耗计算, 两种工艺条件下不同盐度时的能耗见表6。 从表6中能够看出, 原水含盐量较高为7000 mg/L时, 带能量回收器的水处理系统单位耗电可降低0.64度/m3, 即使当原水含盐量较低为 mg/L时, 也能降低0.37度/m3。表6 两种工艺的亚海水处理系统在不同盐度下的电耗序号原水含盐量( mg/L) 不采用能量回收时的装机容量(KW)耗电( 度/3)采用能量回收时的装机容量(KW)耗电(度/3)1700097.982.3571.261.712600091.982.2167.921.633500086.442.0764.591.554400080.961.9461.251.475300075.551.8157.921.396 70.201.6955.001.32注: 以上电耗未包括产品水输送泵的电耗, 但已包括取水到制水的所有电耗。6不同制水规模工程的经济分析工艺选择为带能量回收装置的反渗透淡化技术, 拟定的分析条件为: ( 1) 原水初始盐度40006000mg/L; ( 2) 设计温度为15; ( 3) 根据玉环县璇门二期蓄淡水库当前水质, 经济分析时电耗按含盐量3000mg/L时, 制水电耗为1.39度/m3, 再加上输水电耗约0.20.3度/m3考虑。经模拟设计后的技术经济分析成果如表7及图4所示。表7 不同规模的工程经济分析规模1000( m3/d) 5000( m3/d) 10000( m3/d) 0( m3/d) 25000( m3/d) 总投资(万元)510.11486.425304488.25538其中: 设备(万元)207669.7126924343154安装费用(万元)38.785.1194371405土建(万元)88.9270413675786其它(万元)100.7242.5282.7349379预备费及利息(万元)75.5219.2371.3662.2814定员(人)1016162020占地面积(亩)1016202424电力增容(KVA)12550010001600 运行成本(元/m3)2.451.711.571.511.48工程水价(元/m3)4.342.942.542.382.33吨水投资(元/m3)51012973253022442215从图4能够看出, 亚海水处理工程吨水投资在规模达到10000m3/d后, 吨水投资与规模基本呈线性关系, 这是因为当规模较小时, 辅助设施和土建的费用较大, 但当规模到10000m3/d以上后, 工程投资中设备投资占了较大比例, 而设备投资随着规模的增大而线性增大。当规模大于10000m3/d后, 吨水生产成本也基本上按比例上升。因此, 10000m3/d以上规模是较为理想的经济规模。图4不同装置规模投资及其生产成本6结语 经过本次研究能够得出的主要结论和相关建议如下: 利用反渗透技术淡化亚海水的出水水质稳定, 符合国家饮用水卫生标准; 亚海水资源淡化技术制水成本远低于海水淡化, 具有较高的经济性和实用性, 可作为沿海缺水地区水资源配置中的有益补充, 已建有滩涂水库的地区, 应优先考虑亚海水淡化技术的应用, 以提前发挥水库功能, 且制水规模以10000m3/d及以上为宜; 沿海地区滩涂资源丰富, 建设推广应用亚海水淡化技术, 在滩涂围垦规划时, 应充分考虑水面率留存, 并纳入地方水资源配置体系中; 为规划实施境外跨流域引水地区提供了一种比选技术, 有利于提高引水工程实施的科学性。作者简介: 杨新新( 1966) , 男, 浙江省长兴县人, 高级工程师, 主要从事水利工程管理与技术研究。