1、亚海水反渗透法淡化技术研究摘 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。本文通过 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，并且每年以近 4 万亩的速度自然淤涨。全省通过围垦已建成库容 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
2、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。原水先通过一体化净水器，使净水器出水悬浮物含量小于5mg/L；再通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
3、 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善反渗透膜的工况，高压泵的容量比不回流的装置略大。DN20 DN20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
4、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/ m 3)1 11 月 20 日 17 5500 160 2.7 5.4 10 1.852 11 月 21 日 17 5700 180 2.3 4.37 8 1.843 11 月 22 日 17 5700 180 2.3 4.37 8 1.834 11 月 23 日 16 6000 160 4.7 8.46 16 1.895 11 月 27 日 14.5 620
5、0 180 2.9 5.22 11 2.16 11 月 29 日 15 6400 200 4.7 7.99 16 27 12 月 1 日 14 7000 300 2.01 3.22 7 2.178 12 月 3 日 15 6200 190 2 3.4 7 2.069 12 月 4 日 14.5 6200 180 4.07 7.12 15 2.1110 12 月 5 日 15 6400 200 3.91 6.84 14 2.0511 12 月 6 日 14.5 6400 200 3.02 5.13 11 2.1412 12 月 21 日 13 5900 120 5 8.5 20 2.3513 1
6、2 月 22 日 13 5900 130 6.05 10.29 24 2.3314 12 月 26 日 12 5900 120 6 9 23 2.55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。0246810121416181 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14序 号水温（）00.511.522.53顿水耗电（度/ m3）
7、水 温 ( )电 耗 (度 / m3)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。020004000600080001 2 3 4 5 6 7
8、8 9 10 11 12 13 14序 号进水电导(s/cm)050100150200250300350产水电导(s/cm)进 水 电 导 ( s/cm)产 水 电 导 ( s/cm)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1 Cu 0.064 mg/L 4 pH 9.2 mg/L2 Zn 0.02 mg/L 5 COD 7 mg/L3 Cr 0.135 超标 mg/L 6 Fe 0.01 mg/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1 K+ 780.62 mg/L 10 电导
9、率 4300 S/cm2 Ca2+ 58.36 mg/L 11 pH 6.673 Mg2+ 86 mg/L 12 浊度 12 NTU4 Fe 0.21 mg/L 13 COD(Mn) 2.81 mg/L5 HCO3 36.45 mg/L 14 TDS 2545.36 mg/L6 Cl 1400 mg/L 15 总碱度 29.88 mg/L7 SO42- 183.71 mg/L 16 总硬度 499.2 mg/L8 NO2- 0.39 mg/L 17 总阳离子 43.92 mg/L9 H2SiO3 5.4 mg/L 18 总阴离子 43.92 mg/L表 3 产水水质分析表序号 项目 含量 单位
10、 序号 项目 含量 单位1 K+ 1.7 mg/L 16 pH 5.72 Na+ 31.6 mg/L 17 浊度 1 NTU3 Ca2+ 0.05 mg/L 18 COD(Mn) 0.5 mg/L4 Mg2+ 0.08 mg/L 19 TDS 88.7 mg/L5 Fe 0.04 mg/L 20 总硬度 0.35 mg/L6 Fe3+ 0.04 mg/L 21 砷 0.004 mg/L7 NH4+ 0.04 mg/L 22 铝 0.004 mg/L8 HCO3 4.48 mg/L 23 锌 0.01 mg/L9 Cl 49.2 mg/L 24 锰 0.01 mg/L10 SO42- 1 mg/
11、L 25 镉 0.001 mg/L11 NO3- 1.57 mg/L 26 铅 0.001 mg/L12 NO2- 0.033 mg/L 27 银 0.001 mg/L13 偏硅酸 1 mg/L 28 铜 0.001 mg/L14 游离 CO2 4.23 mg/L 29 铬（ Cr6+） 0.01 mg/L15 阴离子合成洗涤剂 0.1 mg/L 30 硒 0.004 mg/L30 汞 0.0001 mg/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
12、，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） 2000 3000 4000 5000 6000 7000温度() 8 10.5 12.5 14.7 17.1 14进水流量(m 3/h) 2.75 2.90 3.1 3.27 3.43 3.22产水流量(m 3/h) 1.4 1.5 1.6 1.73 1.82 1.7进水压力(bar) 16.8 18.0 19.5 21.0 22.4
13、 24.2一段压力(bar) 16.0 17.1 18.8 20.0 21.3 23.1二段压力(bar) 15.8 16.8 18.2 19.6 21.1 22.8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，
14、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/L2000mg/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：1000m 3/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/m 3)1
15、7000 22.91 77.98 1.882 6000 21.15 71.98 1.733 5000 19.52 66.44 1.604 4000 17.91 60.96 1.465 3000 16.32 55.55 1.336 2000 14.75 50.20 1.2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/m 3。再加上高压泵的耗电量，当原水含盐量从 7000 mg/L 下降到 2000 mg/L 时，相应的电力消耗从 2.35 度/m 3 下降到 1.68 度/m 3。4
16、.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 中可以看出，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/m 3，即使当原水含盐量较低为 2000 mg/L 时，也能降低 0.37度/m 3。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 /
17、3)1 7000 97.98 2.35 71.26 1.712 6000 91.98 2.21 67.92 1.633 5000 86.44 2.07 64.59 1.554 4000 80.96 1.94 61.25 1.475 3000 75.55 1.81 57.92 1.396 2000 70.20 1.69 55.00 1.32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目
18、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/m 3，再加上输水电耗约 0.20.3 度/m 3 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（m 3/d） 5000（m 3/d） 10000（m 3/d） 20000（m 3/d） 25000（m 3/d）总投资(万元) 510.1 1486.4 2530 4488.2 5538其中：设备(万元) 207 669.7 1269 2434 3154安装费用(万元) 38.7 85.1 194 371 405土建(万元) 88.9 270 413 67
19、5 786其他(万元) 100.7 242.5 282.7 349 379预备费及利息(万元) 75.5 219.2 371.3 662.2 814定员(人) 10 16 16 20 20占地面积(亩) 10 16 20 24 24电力增容(KVA) 125 500 1000 1600 2000运行成本(元/m 3) 2.45 1.71 1.57 1.51 1.48工程水价(元/m 3) 4.34 2.94 2.54 2.38 2.33吨水投资(元/m 3) 5101 2973 2530 2244 2215从图 4 可以看出，亚海水处理工程吨水投资在规模达到 10000m3/d 后，吨水投资与
20、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，10000m 3/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结语通过本次研究可以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。
