海水淡化反渗透膜法工艺的应用

江润霞

摘 要：近年来国内膜法海水淡化技术已在滨海电厂得到广泛应用，本文以某个滨海电厂为实例，对膜法海水淡化技术进行初步论证，通过技术、流程方面的介绍为类似的工程提供参考。

关键词：电厂海水淡化;反渗透膜法工艺;技术应用

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

1 概述

2017年初，国家发改委和国家海洋局共同印发了《全国海水利用十三五规划》，提出的目标是：十三五末，全国海水淡化总规模达到220万吨/日以上，新增海水淡化规模119万吨/日以上。目前全球海水淡化技术超过20余种，包括反渗透法、低温多效、多级闪蒸、电渗析法、压气蒸馏、露点蒸发法、水电联产以及利用核能、太阳能、风能、潮汐能海水淡化技术等等。从大的分类来看，主要分为蒸馏法（热法）和膜法两大类。反渗透为国际海水淡化主流技术，《中国海水淡化设备市场调研与投资前景预测报告（2018版）》显示：到2018年全球海水淡化技术中反渗透占总产能的65%，多级闪蒸占21%，电去离子占7%，电渗析占3%，纳滤占2%，其他占2%。

2 海水淡化反渗透膜法介绍

反渗透法诞生于1953年，又称为膜法。它使用的薄膜叫“半透膜”，其作用是让淡水通过，不让盐分通过。反渗透膜是一种用特殊材料制成的、具有半透性能的薄膜。最常用的是中空纤维和螺旋卷式两种。根据膜材料或成膜工艺又可分为非对称反渗透膜、复合反渗透膜。目前反渗透膜组件的使用寿命为3～5年。反渗透膜组件质量的优劣和水平的高低关键在于膜性能的好坏，反渗透膜法海水淡化过程中节能和高脱盐是两个需要满足的问题[1]。

经过多年来技术研究，反渗透海水淡化设备对膜、泵、能量回收装置等不断研究更新，装置的平均耗能已经减少至原来的五分之一[2]。反渗透本体部分主要由反渗透组件和高压泵两大部分组成。反渗透所需能耗主要用于提供反渗透过程所需压力上，为了降低淡化水的操作费用，通常在浓盐水排放管线上安装能量回收装置。

3 应用实例

山东莱州电厂规划容量6×1000MW超超临界燃煤机组，一期工程现已正式运行2×1000MW国产超超临界燃煤发电机组，本期正在扩建2×1000MW超超临界二次再热燃煤机组。海水淡化系统是莱州电厂配套项目，利用发电厂的电力以及海水取排水设施生产淡水，以作为电厂锅炉补给水和其它工业用水。

3.1 莱州一期海水淡化处理系统

本工程一期海水淡化方案采用海水反渗透系统，根据本工程海水水质分析，并结合国内已投运的膜法海水淡化系统的设计运行经验，其预处理采用过滤、超滤为预处理的膜法海水淡化工艺。海水反渗透系统的出水一部分进锅炉补给水处理的二级反渗透系统，其余作为电厂工业用水。

（1）采用的水源：冬季为机组凝结器热交换后的海水，夏季直接取自海水。

（2）设计水温：根据海水淡化装置原料海水的取水方式，进入海水反渗透系统海水的温度为：最高：30℃;最低：10℃。

（3）系统工艺流程：循环冷却水排水虹吸井海水（夏季直接取海水）→海水泵→海水预处理（重力式过滤器）→清水箱→超滤给水泵→超滤自清洗过滤器→超滤膜组件→超滤产水箱→一级反渗透给水泵→反渗透保安过滤器→海水RO高压泵（带能量回收装置） →海水RO膜组件→一级淡水水箱→淡水后续处理。

（4）水质控制指标：超滤进水：浊度<5NTU、悬浮物<10mg/l。

超滤出水：SDI<3、回收率≥90%、膠体硅去除率≥95%。

海水反渗透装置：脱盐率≥98.0%（三年后）、回收率≥40%。

3.2 莱州二期海水淡化处理系统

（1）莱州电厂二期工程海水淡化基于一期的基础，根据水质资料系统选择如下：海水（夏季为原海水，冬季为机组冷却水温排水）→絮凝沉淀池→澄清水池→超滤给水泵→卧式双介质过滤器→（自清洗过滤器）超滤→超滤水箱→海水反渗透给水泵→保安过滤器→海水反渗透高压泵（含能量回收装置及增压泵）→海水反渗透装置→一级淡水箱→淡水后续进一步处理。

絮凝沉淀处理系统简要工艺流程：

↓凝聚剂↓杀菌剂

海水——→管式混合器——→网格折返反应凝聚→接触絮凝斜板沉淀→清水池絮凝沉淀处理系统正常出力：每座至少500t/h。

沉淀池处理后出水水质标准：浊度≤3NTU。

海水淡化处理系统设4套超滤装置，每套装置净出力为205m3/h，来满足海水反渗透达到10℃满出力（2×165t/h）连续运行的要求。

（2）出水水质控制指标。超滤装置：浊度<0.15NTU、SDI<3、胶体硅去除率≥95%。

海水反渗透装置：脱盐率（20℃）≥98.0%（三年后）、回收率≥40%。

3.3 存在的问题及解决途径

（1）海水反渗透对入口海水水温有一定要求，海水温度每降低1℃，会导致其出力下降2～4%左右。

1）在冬季海水淡化运行时，不直接采用原海水，而是采用循环水温排水;2）高压泵采用变频泵，可在冬季时提高高压泵的扬程;3）按设计最低温度选取膜元件的数量。

（2）如果海水淡化系统调试启动时正好是在冬季，那么机组尚未启动，无循环水温排水可以利用。

1）此时海水反渗透装置降出力运行，由于膜法海水淡化系统设计有备用设备，此时可以将备用设备投运。

（3）高压泵和能量回收装置存在噪声污染问题：

1）通过选用优质设备、增加噪声屏障解决;2）将高压泵和能量回收装置放置在单独房间内。

4 结论

在滨海电厂海水淡化处理系统中，采用膜法海水淡化工艺，系统稳定性高，国内运行经验较多，受外部条件制约小，但是取排水和预处理系统复杂，出水水质一般，运行维护量大。随着膜技术的发展，相信一定会解决一些瓶颈问题。

参考文献：

[1]徐建国，尹华.海水淡化反渗透膜技术的最新进展及其应用[J].膜科学与技术，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.