嵊山日产500吨淡水反渗透海水淡化工程
【项目概况】
嵊山岛是舟山市严重缺水的岛屿之一。由于受地理、地形、地貌的制约，淡水资源开发难度很大。平常年全镇可供淡水21×104m³，需水量40×104m³，供需予盾十分突出。淡水资源奇缺已成为制约该岛经济持续发展和人民生活水平提高的瓶颈。为从根本上缓解该岛淡水资源供需矛盾，经过专家多方面论证，认为在该岛建造反渗透海水淡化工程是开拓稳定可靠的淡水资源的带战略性的根本措施和必由之路。
项目于1997年4月立项，浙江省、舟山市和嵊泗县三级科技部门主管负责项目的组织协调工作，国家海洋局杭州水处理技术研究开发中心为项目的技术提供和服务方，负责工程设计和设备研制工作，嵊山镇政府为项目的用户单位，负责土建和配套设施的施工。
【工艺与装备】
嵊山500 m3/d反渗透海水淡化工程的工艺流程如图1.2.2所示。
（1）海水取水
由于嵊山海域潮位、风浪都较大，遇台风取水设施易遭破坏，该工程项目采取海滩打沉井方法，以多级离心潜水泵取水。沉井深度为最低潮位线以下2.7m。海水取水后直接送到海水预处理系统。
（2）海水预处理（海水调节处理）
海水预处理部分由NaClO发生器、自动投药设备、多介质过滤器、活性炭过滤器及滤器反冲洗设备组成。
1.海水泵 2.NaClO发生器 3.混凝剂计量泵 4.多介质滤器 5.还原剂计量泵 6.活性炭滤器 7.阻垢剂计量泵 8.保安滤器 9.高压泵 10.能量回收装置 11.反渗透装置 12.淡水泵 13.淡水箱 14.淡水池 15.浓水池 16.滤器反洗泵
图1.2.2 嵊山500 m3/d反渗透海水淡化工程工艺流程图
海水取水泵后分出一小股带压海水，进入NaClO发生器，在直流电场的作用下产生NaClO，再注入海滩沉井，以杀灭海水中的细菌、微生物和藻类。
海水预处理系统共有3套自动投药设备，分别投加混凝剂（FeCl3）、还原剂（NaHSO3）和阻垢剂(H2SO4)。每套化学剂自动注入设备由计量泵、计量箱组成。在反渗透系统前的管系中海水的余氯一般保持0.3～0.5mg/L，这样可以防止微生物生长，但以聚酰胺为膜材料的反渗透复合膜耐氯性很差，需投加还原剂（NaHSO3）脱余氯。投加H2SO4是为了调节海水pH值，以防止难溶无机盐类在反渗透海水淡化过程中出现沉淀。
（3）反渗透海水淡化
反渗透海水淡化系统由保安滤器、高压泵、能量回收装置、变频控制高压泵柜、反渗透装置及辅助设备组成。
反渗透装置采用多组件并联单级除盐流程。膜元件为美国陶氏化学公司生产的海水复合膜元件SW30HR－8040。系统实行计算机、可变程（PLC）自动控制，为确保系统自动、安全、稳定运行，在工艺和控制技术上采取如下措施：
高压泵前、后分别设置低、高压开关。当流量、压力出现反常时，系统将自动联锁报警，停机，以保护高压泵和反渗透膜元件。
淡水冲洗系统。一旦反渗透装置停止运行，即启动淡水冲洗泵，置换出反渗透膜组件中的浓缩海水，以防止加入阻垢后产生的亚稳态过饱和微溶盐出现沉淀。淡水冲洗系统也可用作化学清洗，对反渗透装置定期进行化学清洗和灭菌，及较长时间停止运行时，对反渗透装置进行维护保养。
当产品水含盐量超过设定值时，自动把淡化水切换排废并报警。
高压给水系统采用了能量回收装置（水力透平机），回收排放高压浓缩水的能量，能量回收率约为60%，吨水能耗降低到5.5度以下。
考虑到嵊山海域水温季节性变化较大，产水量和单位产水能耗变化相应较大，系统采用变频控制技术控制高压泵的启动、运行、关闭，以节约单位产水的能耗，使反渗透海水淡化系统稳定、可靠地运行。
【操作参数与运行结果】
表1.2.1和表1.2.2分别列出了嵊山500 m3/d反渗透海水淡化工程试运行的操作参数及运行数据和淡化水水质分析结果。
表1.2.1 嵊山500 m3/d反渗透海水淡化工程运行数据
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项 目 |
单 位 |
设 计 值 |
实 测 值 |
|
海水取水量 |
m³/h |
60.0 |
58.3 |
|
淡化水产量 |
m³/h |
20.8 |
22.3 |
|
淡水水质 |
mg/l |
＜500 |
162.8 |
|
水回收率 |
% |
35.0 |
38.2 |
|
水 温 |
℃ |
25.0 |
23.0 |
|
耗电量 |
kW·h |
115.0 |
115.5 |
|
单位产水耗电量 |
kW·h/m³ |
5.5 |
5.2 |
|
反渗透进水压力 |
MPa |
5.6～6.2 |
5.5 |
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化学剂注入量 |
|
|
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|
FeCl3 |
mg/l |
2.0 |
1.8 |
|
NaHSO3 |
mg/l |
2.0 |
1.0 |
|
H2SO4 |
mg/l |
10.0 |
13.0 |
|
NaOH |
kg/d |
0.8 |
|
表1.2.2 嵊山500 m3/d反渗透海水淡化工程淡化水水质分析结果
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项 目 |
海滩沉井海水 |
淡化水 |
生活饮用水标准 |
|
总固体TDS(mg/L) |
26 776.14 |
162.79 |
1 000 |
|
pH |
7.69 |
6.31 |
6.5～8.5 |
|
总碱度 (mg/L) CaCO3计 |
133.57 |
3.77 |
4.50 |
|
总硬度 (mg/L) CaCO3计 |
5 303.09 |
8.77 |
|
|
钾K+(mg/L) |
300.00 |
2.21 |
|
|
钠Na+(mg/L) |
8 064.52 |
55.58 |
|
|
钙Ca2+(mg/L) |
363.64 |
0.36 |
|
|
镁Mg2+(mg/L) |
1 066.58 |
1.91 |
|
|
铁Fe(mg/L) |
0.02 |
0.02 |
0.3 |
|
重碳酸盐HCO3—(mg/L) |
156.67 |
4.60 |
|
|
碳酸盐CO23—(mg/L) |
6.04 |
— |
|
|
氯化物Cl—(mg/L) |
14 850.00 |
96.28 |
250 |
|
硫酸盐SO24—(mg/L) |
1 959.60 |
1.71 |
250 |
|
硝酸盐NO3—(mg/L) |
3.14 |
0.09 |
20 |
|
硅酸盐SiO23—(mg/L) |
5.91 |
0.01 |
|
|
游离二氧化碳CO2(mg/L) |
1.92 |
2.35 |
|
|
耗氧量COD (mg/L) |
0.81 |
0.51 |
|
【效益分析】
嵊山500 m3/d反渗透海水淡化工程是我国自行设计建造的第一个反渗透海水淡化工程，填补了国内空白。该系统能耗低于5.5kWh/m³，造水成本为7－8元/吨产水。而在当地干旱年份，船运淡水成本为18－25元/吨。由此可见，海水淡化为解决缺水地区和海岛淡水供应不足问题是完全可行的。
【技术信息咨询单位及联系方式】
联系单位；杭州水处理技术研究开发中心有限公司
联系人；杨波
地址；杭州文一西路50号
邮政编码；310012
电话；0571-88935411
E-mail：yangb@chinawatertech.com