海水淡化总方案 - 图文

海水淡化水场方案

湛江东顺石油化工有限公司大型炼油化工一体化项目是湛江经济技术开发区东海岛新区的重点建设项目，根据湛江经济技术开发区管委会的要求，需要公司按照整个园区的工业用水量，设计一套200000m3/d的海水淡化装置，以满足本项目及全区各项目的生产要求。

一.综述

联合国关于非常规水源的研究报告指出，从1950～1985年的35年间，海水淡化的发展经历了三个阶段，即发现阶段，开发阶段和商业化阶段。在这期间研究开发的精力主要集中在蒸馏、冷冻、电渗析和反渗透。此后二十多年中蒸馏法和反渗透法都发挥了重要作用，形成了当代海水淡化与苦咸水淡化技术与市场的主体。

我国现代化含义上的海水淡化技术始于1958年。从电渗析着手；约十年以后开始研究反渗透技术；1975年开始研究大中型陆用蒸馏装置；1986年引进建设日产3000 m3的电厂用多级闪蒸海水淡化装置；1997年建成舟山日产500 m3海水反渗透淡化装置。2006年，浙江华能玉环电厂日产34600m3的海水反渗透淡化装置投入使用；天津大港正在建设日产淡水15万吨的新泉海水淡化厂项目，其中日处理能力10万吨、投资9000万美元的一期工程和日处理能力5万吨的二期工程分别将于2007年和2008年完工。这表明我国的反渗透技术进入了逐步成熟的时代。

现在世界上广泛采用的海水淡化法（Sea Water Desalination）已达几十种，其原理可分为涉及水的相变化与不涉及水的相变化两大类。在实践中被认为行之有效的方法中：涉及水的相变化的方法可分为蒸馏法与冷冻法。前者利用水的蒸发/冷凝的过程，而与其它成分分离；后者利用水的结晶/融化的过程，而与其它成分分离。它们包括多级闪蒸法（MSF）、多效蒸馏法（MED）、蒸汽压缩法（VC）、太阳能蒸发法、冷冻法等。不涉及水的相变化的方法有海水反渗透淡化法（RO）、海水电渗析淡化法、离子交换淡化法等。

二.海水淡化应用现状

目前，国际上多级闪蒸法MSF和反渗透法SWRO约各占海水淡化总量的45%，其次为多效蒸馏法MED技术。而电渗析法、压汽蒸馏法、纳滤法、离子交换法以及膜蒸馏法等海水淡化技术在商业化应用上规模还比较小。

■反渗透法：无论海水、苦咸水，也无论大中小型都适应，是海水淡化技术中发展最快的。除海湾国家外，美洲、欧洲和亚洲，大中生产规模的装置都以反渗透为首选。

■多级闪蒸法：MSF总是与火力电站联合运行，以汽轮机低压抽汽作为热源。MSF法装置主要集中在中东地区的国家。

■多效蒸馏法：这包括两种类型，一类是各效分列式，操作温度较高，顶温100~120℃，一般与火电站联运；另一类是低温多效蒸馏，顶温65~70℃。后者非常有竞争力，是蒸馏法中最节能的方法之一。

而近年来，反渗透（RO）法发展迅速，淡化成本降的最快，世界上海水淡化总量在90000吨/天以上的项目大多数采用了RO法，见表1。

表1.世界部分大型的海水淡化工厂一览表（90 000 m3/d以上）

国家 以色列 阿联酋 阿联酋 特立尼达&多巴哥 新加坡 沙特阿拉伯 西班牙 美国 地点 Ashkelon Taweelah Fujairah Point Lisa Tuas Yanbu Carponeras Tampa 制水能力(m/d) 272 520 227 300 170 000 136 000 136 000 128 000 120 000 94 625 90 909

3投运时间(year) 2004 2006 2003 2002 2004 1995 2001 2003 2000 工程承建商 OTID/ IDE/OTV － ONDEO Ionics Hyflux Mitsubishi ABENS/ONDEO/PRI COVANTA PWT 工艺方法 反渗透法Dow MED法 反渗透法Hydra 反渗透法Toray 反渗透法Toray 反渗透法Toyobo 反渗透法Hydra 反渗透法Hydra 反渗透法DuPont/ Toray 1 2 3 4 5 6 7 8 9 沙特阿拉伯 Al Jubail III

三.海水淡化技术简介

淡化作为一种水处理技术，其原理是利用能源将盐水分离成两部分，一部分为含盐量极低的淡水，另一部分为高含盐量的卤水，从而达到淡化的目的。

海水淡化是将含有纳、钙、镁、氯等物质的海水经淡化设备予以分离处理，以获得纯净的淡化水。目前全球部分缺水地区已广泛应用这种淡化技术开发水源，供给农业及工业所需用水。现行五种商用海水淡化工艺，分别是反渗透法、多级闪蒸法、多效蒸馏法、蒸汽压缩蒸发法及电渗析法，而在10万吨/天以上的海水淡化项目中实现商业化应用的有反渗透法（以色列Ashkelon淡化厂30万t/d为代表）、多级闪蒸法（沙特阿拉伯Shuaiba淡化厂46万t/d为代表）和多效蒸馏法（阿联酋Taweelah A1淡化厂24万t/d为代表）。现将这三种方法依次叙述如下：

3.1反渗透法（Reverse Osmosis,RO）

反渗透法自1970年代后期发展出第一座海水淡化厂以来，即成为最具竞争力的处理方法之一。

渗透：渗透是指稀溶液中的溶剂（水分子）自发地透过半透膜（反渗透膜）进入浓溶液（浓水）侧的溶剂（水分子）流动现象。

反渗透原理：在进水（浓溶液）侧施加操作压力以克服自然渗透压，当高于自然渗透压力施加于浓溶液侧时，水分子自然渗透的流动方向就会逆转，进水（浓溶液）中的水分子部分通过膜成为稀溶液侧的净化产水。

反渗透膜：允许溶剂分子透过而不允许溶剂分子透过的一种功能性的半透膜称为反渗透膜。

在进水通过薄膜之前需先进性预处理，目的为去除可能阻碍薄膜的成分如氧化剂等，常规的预处理过程包括澄清或石灰软化，多介质过滤及UV杀菌等。经预处理的海水由高压泵送至薄膜分离室，藉由半透膜可去除90%至99%的盐类，95%至99%的有机物及将近100%的胶体如细菌、硅胶等。

反渗透法与多级闪蒸法相比较，有以下优点：

1）耗能小，反渗透法只需电能，不需蒸汽，因此，若电能供应充沛即可装设； 2）设备简单，安装简易； 3）兴建工期短，占地面积较小； 4）腐蚀及结垢均较轻微； 5）适应性较好和应用范围较广；

6）投资成本低； 7）对环境影响较小；

8）深海取水的模式一定程度上对于水温、水质的可靠性有保证； 9）膜法处理的自动化水平较高，操作、维护比较方便； 10）换膜的操作相对比较简单；

11）膜法处理技术在国际上运用比较成熟，特别是相对于水质状况较好的海域而言。 而其缺点有：

1）海洋水质对预处理影响较大； 2) 需要较复杂的预处理设备； 3）薄膜成本高且其使用寿命有限； 4）单机产能相对低于MSF和MED 。

3.2多级闪蒸法 （Multi-Stage Flash, MSF）

多级闪蒸法运用蒸馏（即液体在沸点时将产生蒸汽）的原理，将溶液中的水分转变成蒸汽，而与溶解于溶液中的盐分分离。闪蒸以减压方式来降低沸点，产生蒸汽，在冷凝后即可制得淡水。由于此方法并没有使含盐水真正沸腾（仅是表面沸腾）与热传表面积接触，可以大幅改善因蒸馏产生的积垢问题，于20世纪50年代即已有商业化的应用。 多级闪蒸工艺与其它工艺相比较之下，具有下列优点： 1）使用范围广、技术成熟；

2）并未真正产生沸腾，可以改善一般蒸馏法产生积垢的问题； 3）执行效率并不直接与闪蒸级数成比例； 4）运行简单可靠； 5）单机产能较大； 6) 维护成本低； 而其缺点有：

1）最高温度限制在120℃左右；

2）传热系数较低，比多效蒸馏法需要较大的传热面积； 3）最低操作量为设计值的60%左右； 4）就单位淡水产率而言，需要较多的海水量； 5）投资成本高；

6）对环境影响较大； 7）能耗较大；

8）设备庞大，占地广，提高了成本；

9）单机产能大，出现故障后，难以实现连续生产的平衡；

10）主体设备制造商比较少，主要有SIDEM和IDE等，容易形成垄断的局面。

3.3多效蒸馏法 （Multi-Effect Distillation, MED）

多效蒸馏法为海水淡化技术中较早发展成功的方法之一。其原理是利用高温蒸汽与海水之温差进行热交换后，将受热沸腾而蒸发的水蒸汽冷凝并收集而成淡水。但由于沸腾而造成管线容易积垢及其它因素，使得MED法在应用上不如MSF法占有率那么大。

多效蒸馏法（MED）的优点： 1）热效率很高，节省燃油成本；

2）在低温（<70℃）和低浓度（<1.5）时能够运行，可以避免腐蚀和结垢； 4）不需要复杂的海水预处理，能适应各种海水条件的变化； 5）运行可靠、简单易行；

6）由于全套装置安装在支架上，在简单安装之后，即可交付使用，所以安装简便； 7）维护成本低（除了低压泵之外没有转动部件）； 8）能连续地生产高纯度蒸馏水；

9）同电站的配合极为理想，0.35~40 巴压力的蒸汽都可以使用； 10）可以适应各种热源，包括热水； 11）生产能力高达15 MIGD (68 000m3/日)。 其缺点是： 1）投资成本高； 2）对环境影响较大； 3）能耗大；

4）设备庞大，占地广，提高了成本；

5）单机产能大，出现故障后，难以实现连续生产平衡； 6）国内检修经验少，在大修状况下，比较艰难。

四.海水淡化系统简介

海水淡化系统包括海水预处理、淡化处理、淡化后处理，如下将分别与以说明。

4.1 海水预处理

4.1.1海水水源水质

我国的海域环境按清洁程度分为：

1）清洁海域：符合国家海水水质标准中一类海水水质的海域，适用于海洋渔业水域，海上自然保护区和珍稀濒危海洋生物保护区。

2）较清洁海域：符合国家海水水质标准中二类海水水质的海域，适用于水产养殖区、海水浴场、人体直接接触海水的海上运动或娱乐区，以及与人类食用直接有关的工业用水区。 3）轻度污染海域：符合国家海水水质标准中三类海水水质的海域，适用于一般工业用水区。 4）中度污染海域：符合国家海水水质标准中四类海水水质的海域，仅适用于海洋港口水域和海洋开发作业区。

5）严重污染海域：劣于国家海水水质标准中四类海水水质的海域。

水源水质的取样分析必须考虑到洋流因素，而且必须要覆盖所有的季节和条件。 反渗透法对于海水原水水质要求较高，鉴于国外经验，海水淡化水源一般取一类或二类海水为宜，这样可以使预处理海水更清洁，从而提高预处理能力，降低预处理成本，减轻膜污染，延长膜寿命。

湛江东海岛近岸海域水质近几年检测结果见表2、3、4。

表2 . 2005年湛江东海岛近岸海域检测结果统计表

单位：毫克/升 ； 温度：℃ ；pH无量纲 ； 盐度：千分之一 ；大肠菌群：个/升 测点编号 功能区类别 项目统计指标 水温 pH 盐度 悬浮物 溶解氧 化学需氧量 生物需氧量 无 机 氮 氨氮 亚硝酸盐氮 硝酸盐氮 合计 非离子氨 活性磷酸盐 汞 镉 铅 砷 铜 石油类 大肠菌群

GD126 二类 样品数 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 最大值 32.0 8.21 31.2 69 7.49 2.93 1 0.070 0.065 0.224 0.255 0.0079 0.028 0.00011 0.00005 0.0009 0.0004 0.002 0.05 3500 最小值 16.2 8.02 28.9 21 6.28 0.67 1 0.21 0.010 0.007 0.089 0.0005 0.005 0.00002 0.00005 0.0009 0.0001 0.002 0.02 50 年平均 25.4 8.11 29.8 52 6.76 2.01 1 0.040 0.029 0.123 0.192 0.0035 0.013 0.00005 0.00005 0.0009 0.0002 0.002 0.03 1260 超标率 0.0 0.0 － 0.0 0.0 0.0 0.0 － － － 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 表3. 2004年湛江东海岛近岸海域检测结果统计表

单位：毫克/升 ； 温度：℃ ；pH无量纲 ； 盐度：千分之一 ；大肠菌群：个/升

功能区类别 项目 统计 指标 水温 pH 盐度 悬浮物 溶解氧 化学需氧量 生物需氧量 氨氮 亚硝酸无 盐氮 机 硝酸 氮 盐氮 合计 磷酸盐 汞 砷 镉 铅 铜 石油类 大肠菌群

二类 样品数 3 3 3 3 3 3 3 3 3 29.5 8.28 31.9 41 7.28 1.73 1.0 0.024 0.109 21.8 8.09 27.8 9 6.27 1.22 1.0 0.001 0.004 21.8 8.09 31.3 9 7.28 1.22 1.0 0.024 0.036 29.5 8.26 31.9 15 6.27 1.73 1.0 0.014 0.109 26.9 8.28 27.8 41 6.54 1.61 1.0 0.001 0.004 26.1 8.21 30.3 22 6.70 1.52 1.0 0.013 0.050 最大值 最小值 枯 丰 平 平均 率 0.0 0.0 － 0.0 0.0 0.0 0.0 － － 平均值 全年 标 超 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 0.140 0.200 0.020 0.00002 0.0003 0.00005 0.0009 0.002 0.05 1700 0.019 0.096 0.005 0.00002 0.0001 0.00005 0.0009 0.002 0.02 80 0.140 0.200 0.02 0.00002 0.0001 0.00005 0.0009 0.002 0.02 80 0.019 0.142 0.005 0.00002 0.0003 0.00005 0.0009 0.002 0.05 1700 0.091 0.096 0.005 0.00002 0.0002 0.00005 0.0009 0.002 0.02 790 0.083 0.146 0.010 0.00002 0.0002 0.00005 0.0009 0.002 0.03 857 － 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 表4. 2003年湛江东海岛近岸海域检测结果统计表

单位：毫克/升 ； 温度：℃ ；pH无量纲 ； 盐度：‰ ；大肠菌群：个/升

功能区类别 项目 统计 指标 水温 pH 盐度 悬浮物 溶解氧 化学需氧量 生物需氧量 氨氮 亚硝酸无 盐氮 机 硝酸 氮 盐氮 合计 磷酸盐 汞 砷 硅酸盐 镉 铅 铜 石油类 大肠菌群

二类 样品数 3 3 3 3 3 3 3 3 3 30.9 8.22 31.3 38.0 7.65 0.86 1.0 0.009 0.025 22.5 8.05 22.5 8.1 6.80 0.51 1.0 0.006 0.001 22.5 8.09 22.5 8.1 7.65 0.51 1.0 0.009 0.002 30.9 8.05 31.3 38.0 7.05 0.77 1.0 0.006 0.001 25.7 8.22 26.5 27.0 6.80 0.86 1.0 0.008 0.025 26.4 8.12 26.8 24.4 7.17 0.71 1.0 0.008 0.009 最大值 最小值 枯 丰 平 平均 率 0.0 0.0 — — 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 平均值 全年 标 超 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 0.160 0.171 0.005 0.00002 0.0035 1.24 0.00046 0.0012 0.003 0.05 2400 0.012 0.045 0.005 0.00002 0.0001 0.88 0.00005 0.0009 0.002 0.02 130 0.16 0.171 0.005 0.00002 0.0002 0.88 0.00046 0.00120 0.0025 0.02 130 0.066 0.073 0.005 0.00002 0.0035 1.24 0.00005 0.0009 0.0025 0.05 2400 0.012 0.045 0.005 0.00002 0.0001 0.97 0.00005 0.0009 0.002 0.02 790 0.079 0.096 0.005 0.00002 0.0013 1.03 0.00019 0.0010 0.002 0.03 1107 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 — 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 从表2、3、4可知，近几年来东海岛附近海域水质为国家二类水质，符合海水淡化原水水源的要求。

4.1.2 海水预处理

从事海水淡化时，通常需要对海水作预处理，以保护淡化厂，并降低淡化成本。 ■蒸馏法：由于蒸发温度和蒸发工艺的不同，对海水预处理的要求也不同。对多数90℃以下的大型蒸馏淡化厂，都要求有完整的预处理体系，预处理主要通过以下步骤实现：

防硫酸钙垢：通过温度、浓度控制；也可以采用阻垢剂法。

防金属材料腐蚀：主要通过严格的脱氧处理。这里的防腐蚀是针对海水的预处理而言，对整个装置的防腐蚀还需要采用多种其它措施。

预处理工艺要求：

原海水预热：30~40℃（有MSF装置的排热段或MED的排热效引来的冷却用海水，已经过一定程度加热）。

加酸：使原料海水的pH值降到4.5以下。

脱CO2：在常压或鼓风脱碳塔中进行，使CO2低于3mg/L；考虑到防腐蚀和设备的传热效率等因素，CO2应尽量低一点。

脱O2：在真空汽提塔中进行，要求溶解氧低于10×10-9。同时也脱除海水中的溶解N2

和剩余的CO2。

加碱：pH调到7.5左右。

图1. 蒸馏法预处理示意图

■反渗透法：预处理主要是经过滤器去除悬浮微粒降低浊度；控制微生物的生长；抑制与控制微溶盐的沉积；调整进水温度和pH值；去除有机物；控制金属氧化物和含硅化合物沉淀。

从而保护渗透膜免于受损,延长膜寿命。

反渗透法对原水进行预处理的效果反应为TSS、TOC、COD、BOD、LSI及铁、锰、铝、钡、锶等污染物水指标的绝对值降低。通过预处理，除了重要的水指标SDI降到反渗透膜系统进水要求的范围内，还要求尽量降低SDI，理想的SDI（15分钟）值应小于3。

4.2淡化处理

4.2.1 反渗透法淡化处理

―反渗透法‖海水淡化系统是靠海水反渗透膜脱盐的。

在选用反渗透膜元件时应综合考虑水通量、盐通量、污水量和盐透过量等参数。而这些参数往往是相互制约的，如提高压力，水通量则会增大，盐浓度差升高，容易结垢，盐通量也同时增大；如果要在高水通量条件下运行海水淡化系统，则很可能会造成不可逆的流量衰减现象。一般膜公司都有自己的设计软件，根据经验值确定以上参数的最佳点。但是从经济及安全方面考虑，脱盐系统的重点是确定膜元件的排列组合方式及系统回收率。

随着新的预处理技术的应用，特别是低压膜（微滤、超滤及钠滤）的广泛应用，使高回收率成为可能。系统回收率直接影响到海水淡化RO系统的投资费用。决定回收率的因素主要是原海水的水质、预处理系统出水水质、膜的性能、运行压力、综合投资和制水成本等。

■ 能量回收系统

高压海水流经反渗透膜元件后除产水外，还有45%~60%的浓水只是克服了反渗透膜的水阻——段间压差，其中还蕴含了巨大的能量，所以―反渗透法‖海水淡化必须设置能量回收系统。

能量回收装置按照其能量转换形式基本上可以分为2种：一种是压能先转换为动能，动能再转化为压能；另一种是压能直接转化为压能。前者如水力涡轮机和涡轮增压器（Turboccharger），其基本原理是高压水直接冲击叶轮，使其旋转产生机械能，同轴带动升压叶轮将给水压力升高；后者的压力转换器是依据钱伯斯（Chambers）等压原理设计制造的，是一种液—液直接传递压力的能量回收装置，例如:PX、Kinetic及Dweer。

4.2.1 蒸馏法淡化处理

1. 多效蒸馏技术（MED）

将一系列的水平管喷淋降膜蒸发器串联起来，蒸汽进入第一效蒸发器，与进料海水热交换后冷凝成淡化水；海水蒸发，蒸汽进入第二效蒸发器，并使几乎同量的海水以比第一效更

低的温度蒸发，自身又被冷凝。这一过程一直重复到最后一效，连续产出淡化水。

海水在冷凝器中预热、脱气之后分成两股，一股排回大海，另外一股为进料液。料液加入阻垢剂后引入蒸发器温度最低的效组中。喷淋系统把料液分布到顶排管上，在自上向下的降膜过程中，一部分海水吸收了管束内冷凝蒸汽的潜热而被汽化；冷凝液以淡化水导出，蒸汽进入下一效组，剩余料液也泵入下一效组中。该效组的操作温度高于上一效组。在新的效组中又重复了蒸发和喷淋过程，直到料液在温度最高的效组中以浓缩液的形式排出。

2. 多级闪蒸法 （MSF）

将海水加热到一定温度后，引入到一个压力低于海水所对应饱和蒸汽压的容器内，部分海水迅速汽化，冷凝后便可得到淡水；另一部分海水温度降低，流入另一个压力较低的闪蒸室，又进行重复蒸发和降温的过程。将多个闪蒸室串联起来，室内压力会逐级降低，海水逐级降温，因而可连续产出淡化水。

4.3淡化后处理

4.3.1 淡化后淡水水质

几乎所有海水淡化的淡水，均无法直接供人饮用（根据欧盟EU标准，饮用水应含200至300 ppm的溶解总固体TDS；欲将淡化海水硬化成为饮用水，需将软水通过Burnt石灰石床并同时注入CO2，以增加钙镁含量），通过蒸馏法所产生的蒸馏水，仅含微量矿物质（2~25 ppm TDS），而RO法所产生淡水，矿物质分布也不均匀；加上这两种方式所产淡水均无任何硬度，而且pH值也非最佳，因此还需要经后处理，才能成为饮用水。至于前面叙述的蒸馏法所产生的纯水，一般可供化学与石化工业使用。

4.3.2 浓水处理

当前对于浓水处理的方法有以下两种： ■浓缩海水直接排入大海

海水淡化后剩余的原海水成为浓海水，如果直接排放到海里，将对所排放海区的环境和生态产生一定的影响。所以一般先用海水对浓海水稀释，通过一定长度的管道排入海中。 ■浓缩海水制盐以及提溴、钾、镁的利用 海水制盐以及提溴、钾、镁的过程如下：

海水淡化过程中，排出的浓盐水全部引入盐场，利用太阳能，把浓海水制成中度卤水，中度卤水采用空气吹溴法提取溴素，提溴后的卤水再进入蒸发池继续蒸发为饱和卤水，饱和卤水分别进入结晶池和真空制盐厂，生产原盐和精制盐。剩下的制盐母液进入盐化工生产工

序，把其中所有无机盐全部分离，生产出氯化钾、氯化镁、硫酸镁等化工产品。至此，全部海水无废液排入大海。

同时，由于海水淡化后排出的浓盐水比一般海水高出近一倍，大大提高了盐的产出效率，在增加盐产量的同时可节约现有盐场用地，如果维持原盐产量不变，也可节约盐场用地。由于制盐需要大量的场地，在场地有限的情况下，可以对浓缩海水只提取溴、钾、镁。

目前国际上大型海水淡化厂大都采用浓水排海的方法，如以色列Ashkelon 33万吨/天反渗透海水淡化项目、新加坡新泉13.6万吨/天反渗透海水淡化项目和西班牙Carponeras12万吨/天反渗透海水淡化项目等。

若采用后者，需进行经济技术分析后再确定是否可行。

五.国内外海水淡化典型案例

5.1浙江华能玉环电厂海水淡化工程（反渗透法）

5.1.1 膜法海水淡化

华能玉环电厂海水淡化工程日产水量为34,600吨，采用反渗透法，是目前国内最大的海水淡化工程。该项目的混凝澄清处理部分是在原哈尔滨建筑大学―涡旋混凝低脉动沉淀给水处理技术‖成果基础上发展而来；预处理使用超滤技术；同时在海水淡化中大量使用廉价的双相钢替代超级合金钢。

1.该项目概况：

■设计参数：海水含盐量：34,000mg/l；水温：15~32℃；水量：总制水量（一级海水淡化反渗透）为34,600 m3/d,分为6套，单套出力为240m3/h。

■系统流程：海水 混凝澄清 超滤 一级反渗透 二级反渗透 ■总平面布置：玉环海水淡化工程的总平面布置中充分利用了循环水系统的取排水系统的布置，紧靠防浪大堤一侧，自取水、混凝澄清、超滤过滤、反渗透制水、浓水排放，形成了完整流畅的布局。

2.该项目工艺中的主要系统：

1）海水取水系统

华能玉环采用海水直流冷却，循环水取水口位于电厂附近乐清湾-15.6m 等深线的海域，排水口设置在 -5m 等深线附近的海域。海水淡化系统充分利用了电厂的循环水系统取水，以降低造价；同时利用发电厂余热使循环排放水温升高的有利条件，降低了海水淡化的运行能耗。考虑到海水经过循环冷却之后，冬季工况有16℃左右的温升，夏季工况有9℃左右的温升。因此，该海水淡化系统采用了2路进水，一路取自循环水泵出口处（凝汽器入口侧），一路取自虹吸井（ 凝汽器出口侧），并根据原海水的水温变化采用不同的进水方式，基本保证水温在20~30℃，调整后维持在25℃左右。 2）海水预处理系统 ■混凝澄清沉淀系统

电厂附近海域为高含沙区, 为了降低海水中的含沙量以及海水中的有机物、胶体的含量，必须进行混凝澄清处理。混凝澄清系统为4座微涡旋折板式1000m3/h 的反应沉淀池，钢筋混凝土结构，设备内部没有转动部件，可有效地减少防腐成本。 ■过滤系统

经过混凝澄清沉淀之后的海水仍然达不到SWRO进水水质的要求，还需进一步过滤才能满足其进水SDI小于4的要求，为此华能玉环过滤系统采用了加拿大泽能（ZENON）公司浸入式ZeeWeed1000型超滤膜。配套转动设备：透过液泵、反吸水泵、清洗水泵、真空泵、罗茨风机等。 3）反渗透系统

华能玉环采用两级反渗透处理。

由于玉环项目采用超滤作为反渗透的预处理，对前期杂质的去除较为彻底，所以在反渗透允许的设计条件下，选择了回收率越高，系统经济性越好的两级反渗透处理。在DOW、Tory、Hydranautics、科氏等几个提供海水脱盐膜元件的著名厂商中，前3家的膜元件华能玉环电厂都使用过，认为短时间运行效果相差不大。 ■能量回收装置

华能玉环采用美国ERI公司的PXTM液—液直接交换式能量回收器。该能量回收器能量回收效率较高。PXTM由于没有能量形态的变化，消耗的能量只是维持陶瓷转子的转动和润滑，因而单只元件的能量回收效率可高达95%左右。

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5.1.2 制水成本分析

表5列出了华能浙江分公司海水淡化工程成本测算。该工程的动态投资为19,244万元，其中贷款为14,433万元，利率为6.21%。

表5. 华能浙江分公司海水淡化工程成本测算 项目

化学药品消耗（0.318 4元/t） 电力消耗（电价按0.3元/kWh,1.2元/t） 大修及检修维护费（193万元/a） 反渗透膜更换费用（980万元/a） 人员工资（60万元/a）

固定资产折旧费用（1 282.9万元/a） 单位运行成本 单位制水成本

成本构成 /元·t -1

年运行7 000 h 年运行6 000 h

0.32 1.20 0.19 0.73 0.06 1.24 2.49 3.84

0.32 1.20 0.22 0.88 0.07 1.48 2.69 4.30

目前沿海城市淡水资源比较紧张，水价也在逐步上升，玉环工程海水淡化的制水成本在4元/吨左右，与当地工业用水的水价已基本持平。

5.2威立雅水务集团以色列Ashkelon海水淡化厂（反渗透法）

5.2.1 背景

Ashkelon 海水反渗透厂是世界最大的采用膜技术的海水淡化厂，项目造价近2.12亿美元，每天生产300,000立方米的饮用水。

海水淡化厂包括膜海水淡化和海水提升、浓盐水排放、原水预处理和成品水处理等设施，此外还建有一个专门的联合循环燃气轮机（联合发电）发电厂，提供80 兆瓦的电力，其中56兆瓦供海水淡化处理使用。

由于该厂采用先进的反渗透技术和一流的能量回收系统，因此成本较低，所生产出来的饮用水达到此类工艺的最低价格，即0.53 美元/m3。

图2.Ashkelon 反渗透海水淡化厂鸟瞰图

图3.Ashkelon 反渗透工艺流程图

连续可靠运行是工厂设计的重点。由于该厂提供的饮用水量是设想中的两倍，因此该厂差不多由两个独立的部分组成，每个部分每天提供165,000 立方米的饮用水。这两部分共用海水提升泵站和最终的后处理（补充矿物质和消毒）设施，这些设施和泵站都具备足够的能力以确保各部分的独立运行。

5.2.2 进水和预处理

进水泵站配有五台35,000m3/h 的立式泵，通过两根管线将海水送到预处理设施，每根管线对应着20个双层重力滤池。过滤前添加化学药剂，并通过静态混合器混合。在预处理阶段，采用硫酸亚铁作为混凝剂和硫酸作为pH 调节剂以便有效去除悬浮固体。此外还安装有其它化学药剂投加设备（冲击加氯，聚合物）以便在海水水质恶化时使用。

进水 双层滤池

图4. 进水预处理

化学处理系统可以根据流速进行实时调节，并有适当冗余以确保系统的有效性。重力滤池通过石英砂和无烟煤介质实现过滤，过滤速度是8m/h。这种慢滤速、长停留时间和避免形成短流的配水和集水系统保证了过滤的高效率。即使在暴雨的浊度情况下，用这种方式过滤的海水也满足后续处理的要求。这些滤池每两天自动反冲洗一次。

微孔过滤器构成第二级过滤，也是膜处理之前的最后一道安全屏障。

图5. 微孔过滤器

5.2.3 反渗透

过滤后的海水经过高压泵流向反渗透设备，这些设备与先进的双工作交换能量回收（DWEER）设施联系在一起。高压泵和能量回收设备可以各自独立运行。这有助于提高系统的灵活性和效率。

高压中心 能量回收中心

图6.高压中心和能量回收中心

海水淡化设施由四阶段系统组成，这种设计是在考虑到出水水质的情况下采用的（氯化物小于20ppm，硼小于0.4ppm）。

- 第一个阶段是传统的海水反渗透系统，回收率大约是45%。部分渗透水来自压力容器的进水侧（前渗透）。这部分的盐浓度低于整个渗透水的浓度，可以直接与其它阶段的渗透水混合。

- 经过第一个阶段处理后的渗透后水进入第二个阶段，采用高pH值，提高膜对硼的去除率。此阶段的回收率是85%。在这个阶段处理的渗透水成为最终水的一部分。 - 经过第二个阶段处理后的浓盐水进入第三个处理阶段，这个阶段主要是对第二阶段处理的浓盐水进行软化。回收率为85%，采用低pH 值。由于处于酸化环境，因此在高回收率和高浓水浓度时也不用担心在膜表面上会结垢。但是由于pH 值低，硼去除率很低，部分硼会伴随渗透水进入下一阶段。因此在这个阶段形成的渗透水还不能被视作成品水，而必须经过第四个阶段的处理。

- 第四个阶段的回收率达到90%。在这个阶段采用高pH值，以便去除在第二个阶段中浓水中的硼。经过第四个阶段处理后的水可以与成品水混合在一起。在―标准‖的两阶段法海水处理中，第二个阶段产生的浓水直接进入第一阶段的进水，由于浓盐水的硼浓度太高，因此这种方法没有被采纳。

在设计阶段还考虑过其它方案，其中有将浓盐水直接排放或使用硼选择性离子交换剂等。

制水成本是确定最佳工艺和设计的一个主要考虑因素。

图7. 第一阶段的反渗透系统

海水淡化设施由第一阶段的32个反渗透装置、第二阶段的8个装置、第三阶段的两个装置和第四阶段的两个装置组成。该设施共采用了25,600 支海水膜和15,100支苦咸水膜。最终采用了DOW（陶氏）公司的Filmtec 膜用于反渗透处理。

5.2.4 后处理

经过多个阶段的反渗透系统的处理，从硼和氯化物含量的角度来看，出水质量已经符合要求，而采用石灰进行的后处理工作主要用于在将出水送入国家供水系统之前使之矿化。这个矿化过程以及碱度、硬度和pH 值的调节过程对于满足饮用水质标准是必不可少的，可以有效防止在供水管网中的腐蚀作用。

5.2.5 Ashkelon 采用中心设计方法的主要创新技术

传统的反渗透设备主要由高压泵、能量回收轮机和膜构成，并不适合大规模的反渗透处理厂。改进的办法之一是从本地模式转换成中央模式，集中泵送海水到高压比起传统方法来更经济实惠，能量回收也同样如此。构成海水淡化厂的两个部分中每个都配有三个高压泵，组成一个泵送中心，将海水通过共用管线送往各个反渗透装置，另有一台泵作为备用。四十个DWEER装置构成一个能量回收中心，该中心收集来自各个反渗透装置的加压浓盐水，将能量传输给海水，并通过共用进水管泵送至各个反渗透装置。

这种方法有助于提高各个系统的效率。

泵的效率是速度和流量的函数，效率高的泵每分钟转数和流量都很高。Ashkelon 高压泵达到了最大限度的泵效率（最佳工况时达到88.5%）。四十个DWEER 构成能量回收中心，分成十组，每组四个，其中一组备用。这样便于在较大范围内进行能量回收，并能提高系统的效率和灵活性。

5.3阿联酋阿布扎比TAWEELAH A1（多效蒸馏法）

下面介绍MED法在阿布扎比AL TAWEELAH A1海水淡化项目上的应用。

5.3.1 背景

■海水淡化厂的扩建：该项目是AL Taweelah 海水淡化厂扩建的一部分，该厂目前是世界上最大的海水淡化厂，日产水量为100.63万立方米。

■高效可靠的处理工艺：该系统必须性能可靠，因为海水淡化厂要为市民提供不间断和高质量的饮用水。

■生产量大：项目确保每天生产24万立方米的海水淡化水。

■能耗低：为了提供最佳报价，解决方案必须考虑重复利用来自发电站的蒸汽，以确保最低耗电量。这种设计带来更高的能量输出，从而获得更多收益，同时还能实现可持续发展。

5.3.2 解决方案

1. MED-TVC 工艺（多效海水淡化/热蒸汽压缩）

威立雅集团的SIDEM 基于在热法海水淡化方面的丰富经验，提出了具有创造性的多效蒸馏 - 热蒸汽压缩 (MED-TVC)工艺。MED 技术为大规模海水淡化提供了一个极具吸引力的解决方案，在投资成本和耗电量方面很有竞争力。SIDEM 提供了包括14 个热法海水淡水装置在内的全套方案，每个装置每天能够提供17,120 立方米的饮用水。该厂每天的生产量达到240,000 立方米，是采用MED－TVC技术规模最大的热法海水淡化厂。

2. MED－TVC 海水淡化厂的运营

SIDEM 开发的MED－TVC 工艺的最大特点是，与其它公司的热法相比，生产每立方 米海水淡化水可节约2.5 – 3 kw 的能量，这有利于提高能量输出效率和运行收益水平。正是由于这些特点带来的额外收益，SIDEM 的客户才可以提高海水淡化厂收购价格而不带来任何风险。

图8. MED装置区

5.3.3 典型工艺流程

MED技术基本上采用真空蒸馏法，这种工艺效率高，便于低温蒸发。每个装置都由若干连接起来的蒸发器组成，压力（和温度）渐次下降。

每个蒸发器主要由水平方向的管束组成，在顶部喷洒海水，然后重力下落。加热蒸汽进入管束内侧，通过外部冷却作用凝结成水（淡水）。同时，通过回收凝结热（潜热）重新加热海水，再部分蒸发。海水蒸发产生的蒸汽被用为下一道工艺的加热介质。从前一个蒸发器到后一个蒸发器的压力逐渐减少，使得浓盐水被导入下一个蒸发器并蒸发释放出更多的蒸汽。

图9. MED蒸发器

在蒸发器和热蒸发器之间加装一个热压缩器可以提高MED工艺的热效率。这种静态压缩器利用在蒸发器中产生的一部分蒸汽，将其回注到压力更高的蒸汽中，作为第一个蒸发器的加热介质。

六.对我项目的建议方案

6.1 项目概况

■东顺石油化工有限公司大型炼油化工项目位于湛江市开发区东海岛新区，岛上水资源相对紧缺；

■ 根据开发区管委会的要求，需要公司建设一套日产20万吨淡化海水的海水淡化装置； ■ 该海水淡化工程是东顺炼油化工项目的一部分，建成后将成为我国最大的海水淡化工程，也是世界上规模较大的海水淡化工程之一；

■该系统必须稳定可靠，以保证本项目和园区内其它工业企业的用水需要； ■出水水质应符合工业用水标准；

■方案应设计合理，能耗低，符合本项目要求。

6.2技术比较

蒸馏法和反渗透法是海水淡化的主要技术路线，多级闪蒸、多效蒸馏和反渗透是当今海水淡化三大主流技术。多级闪蒸技术成熟、运行可靠，主要发展趋势为提高装置单机造水能力，降低单位电力消耗，提高传热效率等。低温多效蒸馏技术由于节能的因素，近年发展迅速，装置的规模日益扩大，成本日益降低，主要发展趋势为提高装置单机造水能力，采用廉价材料降低工程造价，提高操作温度，提高传热效率等。反渗透海水淡化技术发展很快，工程造价和运行成本持续降低，主要发展趋势为降低反渗透膜的操作压力，提高反渗透系统回收率，廉价高效预处理技术，增强系统抗污染能力等。

蒸馏法中的多级闪蒸（MSF），由于70年代就大量使用，在世界海水淡化市场中占有主要的地位。技术很成熟，但今后不会有突破性进展，且能耗在10~14千瓦小时／立方米淡水，从投资、材料、能耗、运行管理等方面考虑，难以适合我国国情。低温多效（LT-MED）自80年代以来，不少蒸馏法专家认为有前途，它使用70℃左右的乏蒸汽，吨淡水动力耗电2千瓦小时，汽耗折合发电3.5千瓦小时左右（少发一定量的电），每吨淡水总能耗约5.5~6.0千瓦小时。投资费用比MSF省，但比反渗透（RO）高，在投资许可及热电和水结合生产纯水的场合，可考虑采用。反渗透是近10多年来发展最快的海水淡化方法，是从海水制取饮用水最经济的方法，一般电耗3~4千瓦小时／立方米淡水。

经过近几十年的发展，随着技术的进步，反渗透技术的淡化成本已显著降低。华能玉环34600吨/天反渗透海水淡化工程每吨海水淡化处理的成本在4元左右；天津大港建设淡化能力为15万吨/天的海水淡化厂，预计投产后海水淡化成本每吨低于4元，低于其他工业用水

水价。国际上，新加坡新泉13.6万吨/天反渗透海水淡化厂每吨海水淡化处理的成本为0.78新元（约3.9人民币）；以色列Ashkelon33万吨/天反渗透海水淡化厂每吨海水淡化处理的成本为0.53美元（约4.3人民币）。即使是用二级RO生产含盐量小于20毫克／升的水，与离子交换结合生产纯水，其经济性也可与其他方法（LT-MED等）竞争的。正是由于反渗透海水淡化法技术和经济上的综合优势，近几年国际上新建的大型海水淡化厂大都采用了反渗透技术（见表1）。

因此，本海水淡化项目建议选择反渗透方案。

6.3 反渗透法方案

本海水淡化水厂可以分为四个部分： 1.取水； 2.预处理； 3.反渗透； 4.浓水处理。

6.3.1 海水取水

由于本项目取水量大，适宜采用开放式取水的方式，为防止取水点受到近海污染物和航道油污的污染，取水水源最好选择距离海岸1~2千米、水面下若干米深处（具体离岸距离和取水口深度应在对近岸水质和地貌进行深一步了解后再定）。海水通过管道（国际上大型海水淡化厂实际用1-3条）输送至提升泵站。提升泵站设有多组立式泵（其中一台为备用），通过管道将海水送至海水淡化厂（建议采用国际上先进且已有成熟应用业绩的高压泵和管道设备，我国目前在该领域的技术尚不成熟）。

6.3.2 预处理

我们必须对水源的化学组成和特性进行深入了解，以保证最终设计能够应付最好和最坏的条件，这就需要膜生产厂家在不同的时间对水源处（暂定为距离海岸1~2千米的某处，）所取水样进行膜试验，最后选择适合的膜，并通过海水水质测试再确定更为合理的预处理方案。这样，在完全掌握水源特性的基础上做出科学合理的预处理方案，才能为后面的反渗透系统提供优良水质，从而保证反渗透系统长期高效地稳定运行。

采用超/微滤预处理工艺与采用传统预处理工艺的反渗透系统相比，具有以下明显优势： ■ MF/UF透过液水质更好。SDI和浊度更低，明显降低了对反渗透胶体和有机物、微生物

的污染负荷。

■ 由于膜在这里是污染物的绝对屏障，MF/UF滤液的高质量可以保持稳定。即便是地表水

和废水等水质波动异常频繁的水源，这种稳定性也不会改变。 ■ 由于胶体污染减少，反渗透系统的清洗频率明显降低。 ■ 与一些传统过滤工艺相比，MF/UF系统操作更容易，耗时更少。 ■ 与采用大量化学品的传统工艺相比，MF/UF的浓缩废液的处置比较容易。 ■ 占地面积更小，在一些大系统中，有时只相当于传统工艺的1/5。 ■ 有利于系统的扩大增容。

■ 运行费用基本相当，在一些情况下较少。 ■ 投资费用基本相当，在一些情况下较少。

运行良好的传统预处理水的SDI为2~6，而典型的MF/ UF产水的SDI为0.3~2，明显优于前者。利用浊度和SDI都非常低的UF产水，反渗透设计的通量会大大提高。采用了更高的通量，需要的膜元件、膜壳和管线都减少了，系统的固定资产投资降低了。而且高通量还有一个好处，可以将产水透盐量减少20%~50%。

目前国际上新建的大型反渗透海水淡化厂均采用超/微滤二级预处理技术，均取得了明显的效果。国内先期投运的海水淡化工程多采用常规预处理方法，即多介质过滤和细砂过滤方式。但由于常规预处理方法在设计、运行、维护等方面存在的不足，后期建设的大型反渗透海水淡化工程也已逐渐转用超/微滤预处理技术。

因此，建议本项目采用两级过滤，以重力滤池为一级预处理，超/微滤作为二级预处理。其工艺包括以下步骤：

1.消毒处理

通过加氯（一般采用NaClO）可以使海水中的生物污垢降至最低。 海洋生物的影响： 1）堵塞管路

2）破坏氧化保护层，腐蚀设备

3）海洋污垢隐藏的高腐蚀性化学物质导致管壁腐蚀的累计 4）压力损失增加 5）降低流量 6）降低热交换器能力

2.pH调解

由于盐酸的发烟效应会对周围的金属元件产生腐蚀作用，所以采用便宜易得的硫酸来调解pH到优化值供至膜处理单元。pH在7附近可以提高絮凝和消毒功效（不仅避免碳酸盐和重碳酸盐沉淀还能增加氯作为杀菌剂的功效）。

3.混凝剂投加

混凝剂（一般采用三氯化铁、硫酸亚铁或其它合成的聚电解质）用来去除海水内的胶体和细小颗粒以提高过滤器的运行效果。

4.亚硫酸氢钠投加

亚硫酸氢钠（SBS）是较大型RO装置选用的典型还原剂。投加SBS的主要目的是为了减少海水内可能存在的氧化剂（如次氯酸钠投加产生的氯）对RO膜的氧化。

5.阻垢剂和分散剂投加

为避免盐分在RO膜内结垢，需投阻垢剂。药剂是一些专用有机合成聚合物，主要是为了阻碍微溶盐类如CaCO3、CaSO4、BaSO4、SrSO4、CaF2 的结晶生长。

分散剂也具有阻垢性能，对于不同的污染物，不同的分散剂的效率区别很大，所以先要知道污染物是什么。

理想的添加量和结垢物质及污染物最大饱和度最好通过药剂供应商提供的专用软件包来确定。

6.重力滤池

重力滤池以石英砂和无烟煤介质实现过滤，过滤速度很慢。这种慢滤速、长停留时间和避免形成短流的配水和集水系统保证了过滤的高效率。有时一般的重力式滤池过滤后的海水杂质不符合超/微滤的进水要求，还要在二者之间增加一道其它的过滤装置，如压力式过滤器。以色列Ashkelon海水淡化厂采用重力滤池+微孔过滤器（微滤）的二级过滤方式（具体措施要根据水源水质而确定）。

7.氢氧化钠投加

进入RO之前要调解pH，同时增加硼的去除。在二级反渗透单元，投加氢氧化钠（NaOH）。

8.超/微滤

微滤（MF）：能截流0.1-1μm之间的颗粒。微滤膜能允许大分子有机物和溶解性固体（无机盐等）通过，但能阻挡住悬浮物、细菌、部分病毒及大尺度的胶体的透过。微滤膜两侧的运行压差一般为0.7bar。

超滤（UF）：能截流0.002-0.1μm之间的颗粒。超滤膜能允许小分子物质和溶解性固体（无

机盐等）通过，但能阻挡住胶体、蛋白质、微生物及大分子有机物。超滤膜截流分子量大约在1000-100000之间。超滤膜两侧的运行压差一般为1-7bar。

最终选择MF还是UF一般应在膜产品中试后予以确定。

6.3.3 反渗透

1.高压泵

高压泵是RO系统的心脏，一般采用多组高压泵（每组一台备用）。高压泵向RO膜供水，它提供了克服海水渗透压的动力。正确选择高压泵是系统安全、经济运行的关键。由于大型的海水淡化装置只能采用多级离心泵，所以选择高压泵一般要考虑以下问题： 1)水泵的效率，应选择效率高的水泵，因为效率的高低直接影响系统的经济性； 2)选择高效率覆盖范围广的高压泵，因为RO的通量会衰减，水泵的工作点会漂移； 3)选择扬程变化时流量变化较小的高压泵，因为影响RO渗透压的因素较多，水泵要在不同的工作点工作，但是RO产能及回收率变化不大； 4)选择检修维护容易的高压泵。

2.反渗透膜

当要求系统回收率更高时采用一段以上的排列系统（系统的压力容器被分为几组），就不会超过单只元件的回收率极限，这种方法叫做浓水分段，每一段中的压力容器平行并联，前后各段所含的压力容器数目沿进水走向减少，一般为2:1。

对于一个给定的RO系统，浓缩段数取决于产水回收率和何每支膜壳中的膜元件数。为避免在膜表面形成过度的浓差极化，每支模元件的回收率一般不能超过18%。对应不同回收率的模元件的RO单元，一般2段的配制（2:1排列）可达60-90%的回收率。

在有些情况下，一级膜处理系统仍无法满足工艺要求，如： ■ 常规的产水出水品质不够理想；

■ 不允许采用离子交换作为后处理（不允许采用再生药品）； ■ 脱出病毒、细菌、热源和有机物特别重要； ■ 需要极高的系统可靠性。

这时，一级RO产水还要进行二级RO处理，这种配置叫做二级设计，或产水分段。第一级产水用泵送入第二级反渗透单元进行深度处理后，其回收率可达85％~90%。

对于本项目反渗透系统具体方案的选择（几级几段）应在考虑实际水质情况、中试实验后预处理方案的选择、预期达到的回收率以及不同方案的技术经济性比较等各种因素后最终

确定。

此方案暂定为两级两段配置。

3.能量回收装置

高压海水流经反渗透膜元件后除产水外，还有45%~60%的浓水只是克服了反渗透膜的水阻——段间压差，其中还蕴含了巨大的能量，所以反渗透海水淡化必须设置能量回收系统。 ■美国ERI公司的PXTM液-液直接交换式能量回收器 华能玉环项目采用此种装置，在案例中已做介绍。

■瑞士Calder.AG公司的Pelton Wheel透平机和PumpGinard公司的Francis透平机

水力透平机与高压给水泵及给水泵电机同轴联接，一般是高压给水泵双出轴两侧分置电机 和透平机，也可以是电机双出轴两侧分置水泵和透平机。透平机做电机的第二驱动助推电机，减小电机转矩，降低电机动力消耗。浓水能量至原海水液体能量转换效率60-75%。 我国的华能威海电厂2500m3/d系统、西班牙Carponeras12万吨/天反渗透海水淡化项目采用Pelton透平能量回收装置。

■瑞士Calder.AG公司的DWEER双压力容器功交换能量回收器

采用两个大直径液缸，其中一个液缸中高压浓水推动活塞将能量传递给低压原海水向外排液，另一个液缸中供料泵压入低压原海水补液并排出低压浓水，两液缸在PLC和浓水换向阀的控制下交替排补海水，实现把浓水能量转换成原海水能量的回收过程，DWEER需配备增压泵提升初步升压的原海水进入RO系统，有物理活塞隔离浓水和原海水，DWEER能量回收效率一般高于92%。亚洲最大SWRO厂之一的新加坡新泉海水淡化厂（Hyflux′s Tuas）13.6万吨/天应用30台DWEER1100型，全世界最大的海水淡化厂以色列Ashkelon′s North Plant33万吨 /天 SWRO系统应用了10模块共计40台DWEER1100型。

■通过以上的资料和数据，我们可以看出容积式液―液一次直接能量转换技术是SWRO淡化厂能量回收技术发展的趋势，DWEER双压力容器功交换能量回收器在大型和超大型SWRO脱盐系统优势明显。

建议本项目选用DWEER双压力容器功交换能量回收器。

4.冲洗装置

经过一段长时间的运行周期，需要通过化学清洗来去除膜内堆积的污垢。该系统包括高速循环清洗液及过滤器，微小颗粒从膜中被冲出截留在过滤器内。

6.3.4 浓水处理

经过海水淡化后的浓水富含Br、Na、Mg、K等化学元素，目前海水淡化厂大都采取浓水直接排海的方法。为对其进行合理利用，本文根据盐场卤水利用的经验，提出了“浓缩海水→提溴→氯碱”的浓水回收方案，与浓水直排一起作为备选方案之一。至于浓水利用方案的可行性大小以及它与浓水直排方案哪个更加可行，还要根据最终的可行性分析报告确定。

1.浓水提溴

我国溴素生产目前全部采用水蒸汽蒸馏法和空气吹出法，其原理均为用氯气作氧化剂将溴离子氧化为游离溴后再用水蒸汽蒸馏和空气吹出方式进行提制。1980年以前我国的溴素生产一般采用水蒸汽蒸馏法，其特点是工艺成熟、过程简单、效率高、成本低，但要求以溴含量3g/L以上卤水为原料。对于含溴量低于3g/L的海/卤水，由于使用水蒸汽蒸馏法会因消耗大量的蒸汽而使生产成本提高，故一般采用空气吹出法。我国80年代后新上的溴素厂均采用空气吹出法，目前该法占我国溴素生产的90%，水蒸汽蒸馏法占10%。空气吹出法的原料一般采用晒盐过程中的浓缩海水和地下卤水，空气吹出法的吸收剂很多，国际上广泛应用的有纯碱或烧碱溶液、二氧化硫、铁屑及低温溴盐溶液。空气吹出法对原料含溴量适应性较强，易于自动化控制，但需要庞大的设备和高投入的能耗。

表6.水蒸汽蒸馏法和空气吹出法提溴的优缺点比较 优缺点 制溴方法 优点 缺点 水蒸汽蒸馏法 1.流程简单，操作方便 1.投资费用高，设备复杂 2.适用于含溴量大于0.5％的原 2. 蒸汽用量大 料液 3.不适合用于含溴量小于0.1％3.成本低，回收率95％左右 的原料 1.纯碱利用率仅60％～70％ 2.流程复杂，设备庞大 3.生产成本比较高 1.冷冻系统庞大 2.吸收前必须脱氯 3.原料含溴1～1.2％才经济 碱液吸收法 1.适用于海水或低成本水 （纯碱、烧矸） 2.蒸汽用量很少，吸收剂价廉 （美、德、中、日） 3.总回收率可达85％ 空气吹出法 溴化钠溶液低温吸收法 （以色列） 1.吸收剂不消耗，可循环使用 2.流程简单，生产能力高 3.产品纯度高 4.低温下设备腐蚀小 5.总回收率90％以上 1.反应迅速，吸收完全，流程二氧化硫吸收法 简单 （美、英、德、中、2.设备较少 日） 3.吸收完成液含溴浓度高 4.总回收率95％

1.二氧化硫来源受限制 2.设备腐蚀严重

■水蒸汽蒸馏法提溴

图10. 水蒸汽蒸馏法提溴工艺流程图

原料卤水（在我项目中则是反渗透后的浓水）经泵1打如高位槽4，然后利用位差进入预热器5，预热后的卤水由顶端进入蒸馏塔6，在蒸馏塔内进行氯气的氧化反应及游离溴的水蒸汽蒸馏过程，提溴后的废液由塔底排出（进入氯碱系统），水蒸汽由塔底第三节通入。蒸馏出的溴蒸气及部分水蒸汽由塔顶排出，进入冷凝器8。通过与冷却水的热交换冷凝成液态溴（粗溴）及溴水，一同进入溴水分离瓶9。利用溴与溴水重度的不同将其分开，溴水回到蒸馏塔中重新蒸馏，粗溴进入吸收塔7，用原料卤水吸收后废气排空。粗溴精馏后，游离氯及其它有机物将大大降低，由釜底放出的精溴进入冷却器12，降温后放入贮溴瓶13，用瓷坛包装好就得到成品溴。由精馏顶放出的溴蒸气、氯气及少量的杂质气体，一同进入冷凝器10后，未被冷凝的气体也进入吸收塔7，进一步吸收溴及氯，废气排空。

■空气吹出法提溴

图11. 空气吹出法提溴工艺设备流程图（碱吸收法）

空气吹出法的主要工序为：原料液的酸化及氧化；空气吹出；化学吸收；水蒸汽蒸馏等。 含溴原料液（反渗透后的浓水）由原料液泵8送入氯气氧化塔2：来自高位槽1的硫酸或盐酸及液氯瓶中的氯气，都按一定比例流入进料管路。在塔内将溴离子氧化成游离溴。含游离溴的原料液由氧化塔顶流出，进入吹出塔3；空气经鼓风机由塔底吹入，气、液在填料表面逆流接触，游离溴被解吸出来，随空气由塔顶排出；废液由塔底排出（送往氯碱系统），溴蒸气被碱液吸收，反应生成NaBr或NaBrO3。吸收液不断循环，当含溴量达到一定浓度后，转入吸收完成液高位槽12，被解吸后的空气由吸收塔Ⅱ的顶端排空。吸收完成液经回收塔13进入反应槽14，与酸高位槽1来的酸接触，使其中的溴离子再被氧化成游离溴，进入蒸馏塔15，用水蒸汽蒸馏。提溴后废液由塔底排出，溴蒸气进入冷凝器16，冷凝液进入溴水分离瓶17，溴水回蒸馏塔15进行重新蒸馏，液态溴进入贮溴瓶18，计量后用溴坛包装，成为产品溴。

■气态膜法海水卤水提溴新技术

除上述两种提溴技术外，我国“十五”期间研究的课题“气态膜法海水卤水提溴新技术”

已获成功。该课题组研制出了国内最大的气态膜提溴组件，并建成了10吨/年的中试装置，经长时间连续运行，该装置运转情况良好，平均提溴收率在90％以上，且无尾气污染，膜丝机械性能无明显变化。该技术以自然解吸替代了空气吹出制溴法的强制解吸，实现了解吸－—吸收的耦合，满足过程集成化的要求，特别适用于替代空气吹出法的空气吹出——吸收工序。该技术具有设备简单、提溴收率高、占地面积小、能耗低、无尾气排放等优点，如果能够突破大规模产业化应用的技术瓶颈，会具有明显的环境效益和经济效益，我们应该把该技术的进展情况作为我们关注的重点。

■目前，在浓水溴含量、装置生产规模、各种工艺技术所需投资额等因素均未知的情况下，暂时无法确定哪一种提溴方法更为经济合理，同时也不排除浓水提溴在我公司海水淡化后并不可行的可能性，所有这些都需在得到确定的数据并经过确切的经济技术分析后才能确认。

2.离子膜法制氯碱

氯碱工业离子膜法已被公认为是一种带有方向性的氯碱生产新工艺，离子膜法烧碱与传统隔膜法和水银法烧碱相比，具有流程简单、能耗低（总能耗降低25％）、烧碱产品纯度高以及无汞和石棉等污染的优点。

我国目前共有氯碱企业200多家，2005年烧碱生产能力为1472万吨，实际产量为1240万吨，进口约3万吨，出口约84万吨，表观消费量为1159万吨。

华南地区氯碱市场概况：包括两广和江西、福建省，合计产能占全国总产能的7.0%，2005年总产量为96.9万吨。其中南化股份是华南地区最大的氯碱企业，目前拥有16万吨/年烧碱、6万吨/年PVC生产能力，其烧碱产能占广西地区的75%左右，在华南地区形成了局部垄断。本地区其他氯碱企业规模很小，近期内无扩产计划，只有福建将在“十一五”期间建设一座生产能力为20万吨/年的烧碱工厂。华南地区的烧碱货源将一直处于紧张状态，有资料预测华南地区2006年烧碱需求量为100万吨/年，需求缺口在60万吨/年左右。这就给其他地区创造了向本地区分流烧碱的机会。另外，华南地区的电力形势紧张，建设高能耗的氯碱企业必须考虑到用电成本问题。 1） 离子交换膜电解槽的构成

离子交换膜电解槽主要由阳极、阴极、离子交换膜、电解槽框和导电铜棒等组成；每台电解槽由若干个单元槽串联或并联组成。阳极用金属钛网制成，为了延长电极使用寿命和提高电解效率，阳极网上涂有钛、钌等氧化物涂层；阴极由碳钢网制成，上面涂有镍涂层；离子交换膜把电解槽分成阴极室和阳极室。

电极均为网状，可增大反应接触面积，阳极表面的特殊处理是考虑阳极产物Cl2的强腐

蚀性。

离子交换膜法制烧碱所使用的阳离子交换膜有特殊的选择透过性，只允许阳离子通过而阻止阴离子和气体通过，即只允许H、Na+通过，而Cl、OH和两极产物H2和Cl2无法通

＋

－

－

过，因而起到了防止阳极产物Cl2和阴极产物H2相混合而可能导致爆炸的危险，还起到了避免Cl2和阴极另一产物NaOH反应而生成NaClO影响烧碱纯度的作用。

电解饱和食盐水的电解方程式：

2）精制食盐水

氯碱工业的主要原料是饱和食盐水，一般而言，粗盐中含有泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42—杂质，不符合电解要求，因此必须经过精制。

（本项目的原料是经过预处理的浓水，其中的杂质如泥沙、Ca2+、Fe3+、SO42—等已经过处理，但是能否达到电解标准需要进行水质分析，假如为了达到简化精制过程的目的，则需要更为严格的预处理措施。）

一次精制：国内外各工程公司对一次精制盐水质量的要求大致相同。都是根据过滤器、螯合树脂和膜对盐水的质量要求而制订的。一次精制一是为了除去Ca2+、Mg2+以及其它金属氧化物。二是为了除去全部的ClO。游离氯将会破坏螯合树脂的结构，使之失去螯合作用，而且速度很快，所以要求盐水中的游离氯含量为零。另外，有机物附着在树脂上面会使树脂溶胀，所以有机物也必须除去。

二次精制：为了除去超标的Ca2+和Mg2+，以保证离子膜电解槽进口盐水中的Ca2+、Mg2+

离子含量在标准以下。 3）离子膜电解工艺流程

离子膜电解槽根据电极组合方式不同，分为单极槽和复极槽两类槽型。两者在液体循环方式上不相同，复极槽的液体有采用强制循环，也有采用自然循环，且电解槽为加压操作，单极槽则采用自己循环。单极槽结构简单，但占地面积较大；复极槽结构紧凑，但比较复杂。

表7.极式和单极式电解槽主要特点比较

槽型 项目 通电情况 槽间电流分布

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复极式 小电流、高电压 均匀 单极式 大电流、低电压 欠均匀 汇流铜排 电解槽容量 电槽占地面积 电槽组装、折卸 整流效率 电流泄漏 膜利用率 阴、阳极材料 投资

电槽之间用量较少 便于加大容量 同样规模较小 较简单 较高 较大（可加措施） 较高 均好 较低 较多 不易 较大 较复杂 较低 较小 较低 均好 较高 从当前世界范围来看，新建和扩建氯碱产能90%以上将采用离子膜法工艺。离子膜烧碱生产技术发展方向主要是高性能离子膜和电解槽技术的改进和应用。离子膜主要是发展低电耗膜、高电流密度下使用的离子膜和高浓度烧碱用膜; 电解槽主要是由常极距、小极距向零极距发展, 降低槽电压和膜-电极一体化技术。采用自然循环复极式电槽、高电流密度、单元面积大型化、零（膜）极距是离子膜烧碱的发展方向，建议本项目采用自然循环高电流密度复极槽技术（例如齐鲁石化20万吨/年离子膜烧碱项目）。

图12. 离子膜法制碱工艺流程简图

精制的饱和食盐水（在我项目中则是提溴后的浓水，根据要求可加入适量食盐使之达到饱和）进入阳极室； Na+则穿过离子膜由阳极室进入阴极室；Cl则在阳极表面放电生成Cl2。

－

电解后的淡盐水则从阳极室导出，经添加食盐增加浓度后可循环利用。

纯水（在电解开始时，为增强溶液导电性，同时又不引入新杂质，阴极室水中往往加入一定量NaOH溶液）加入阴极室，通电后H2O在阴极表面放电生成H2，阴极室发生反应为2H++2e=H2↑；而Na+则可透过离子膜到达阴极室生成NaOH溶液，烧碱浓度达30％以上，

－

可以直接作高纯烧碱使用；也可根据需要进行蒸发浓缩。流程中设置有蒸发工序，以生产48％的液碱产品。阴极液的一部分经补充去离子水后，循环回到电解槽的阴极室。阴极碱液的循环有助于控制加入的水量，又能带走部分槽内产生的热量，有利于维持电解槽内的热平衡。

6.3.5 工艺流程图

图13. RO总体工艺流程示意图

图14.两段法（2：1）RO系统示意图

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