荣成万吨级反渗透海水淡化示范工程

项目的主要研究内容和主要技术经济指标如表1-1。

表1-1 主要建设内容和主要技术经济指标

荣成是资源性缺水城市，由于三面环海，无客水水源，开挖地下水会引起海水倒灌，城区内生产和生活用水长期严重短缺。1999～2000年连续两年严重干旱，全年降水量仅200毫米。因干旱缺水影响，许多企业处于停产和半停产状态。为保证社会稳定，保证居民最低的生活用水需要，利用当地丰富的海水进行淡化，实施海水淡化工程，确保荣成市正常供水已经到了刻不容缓的地步，因此，选择该地区建立示范工程具有很大的示范作用。

　　2002年12月底，山东省荣成市石岛水产供销集团总公司与国家海洋局杭州水处理技术开发中心签订了“万吨级反渗透海水淡化示范工程”项目（第一期）协议。示范工程采取总体设计，分步实施。其中，工程的基础设施（包括海水取水、土建、厂房、配电和供水管网等）按总体设计，一次建成。而万吨级反渗透海水淡化示范工程工艺设备由两个日产5000吨淡化水的独立机组组成，第一期完成一个机组的施工，第二期完成另一个机组的施工。并于2003年3月初签订了“万吨级反渗透海水淡化示范工程”项目（第一期）的技术合同。

海水取水

海水取水构筑物由海水集水井和取水泵房组成。集水井建于码头堤坝外侧，海水靠渗透进入集水井。集水井采用钢砼结构，直径2.8米，深约11米，井底处于低潮位以下1.8米。取水泵房内配置取水泵和水环式真空泵。该项目第一期5000吨/日海水淡化系统配置了三台海水取水泵，二开一备，单台水泵流量300m³/h，扬程45m，功率55kw，过流材质为Duplex SST（双相钢）。取水泵吸入管插入井深约6m，吸入口离井底0.7米。配置抽气速率6m³/min 的水环式真空泵一台，利用真空抽吸使取水泵充满海水，然后启动取水泵，通过管径φ500mm，距离约180m的管道，将海水输送到淡化主厂房，进入海水预处理系统。

鉴于该项目的海水水源系表层海水，海水中存在较多的微生物、藻类和细菌，易影响设备和管阀件的正常运行，因此，在设计中采用在海水取水管的进口处投加液氯杀菌灭藻方案，投加量约为1～2mg/L。

海水预处理

海水预处理的目的是去除地表海水中存在的颗粒泥砂、胶体、微生物等杂质，确保反渗透系统能长期稳定运行。在海水预处理工艺设计时经预处理后的海水水质应达到反渗透膜元件的进水水质要求。

（1）混凝过滤

混凝过滤旨在去除海水中胶体、悬浮杂质，降低浊度。由于海水比重大，pH值较高，该项目选用FeCl₃作为混凝剂，投加量在1～2mg/L。经混合器混合，铁盐与海水中胶体杂质形成较大的矾花，再经机械过滤器过滤，使出水水质的污染指数（SDI₁₅）小于5，浊度小于1。

第一期工程配置了9台机械过滤器，单台机械滤器设计直径φ3200mm，内衬5mm天然橡胶，外涂防腐船用油漆，底部采用水帽结构，内填装按级配规定的多介质滤料，单台滤器设计出水量为67m³/h。

为了节省水耗，利用反渗透浓水作为机滤反洗用水。系统配置了浓水池、反洗水泵和罗茨风机。空气擦洗流速为16L/m².s，水反洗流量15L/m².s。

（2）加药消除余氯和防止反渗透膜面结垢沉淀

海水中游离氯等氧化剂存在会降低反渗透膜元件的性能，因此海水在进反渗透膜以前必须控制游离氯＜0.1mg/L。通过计量泵投加1.5-2mg/L亚硫酸氢钠，海水中的余氯与亚硫酸氢钠反应，形成酸和中性盐，从而消除余氯对反渗透膜的影响。

海水中含有高浓度的Ca²⁺、Mg²⁺、HCO₃^－、SO₄^2－等离子，在反渗透海水淡化过程中，海水被浓缩，易在反渗透膜表面形成难溶无机盐类的沉淀。根据原海水水质和反渗透装置的水回收率，计算Stiff & Davis指数，判别结垢沉淀趋势，在海水进入反渗透装置前添加阻垢剂。通过对几种阻垢剂的阻垢效果和价格的综合评价后，选用硫酸作阻垢剂，投加量为15～20mg/L，控制海水pH值在7.0～7.5范围，能有效防止海水中难溶无机盐类在反渗透膜表面形成结垢沉淀。

（3）保安过滤

在反渗透装置前设置保安滤器是为了保护高压泵，能量回收装置和膜元件的安全长期运行。根据过滤水量和过滤精度设计计算保安滤器的规格，配置了四台直径为φ800保安滤器， 滤器材质为316L，内衬塑料，单台保安滤器装有φ57-1000-5μm插入式滤芯70支，设计出水为150m³/h。

反渗透海水淡化系统

反渗透海水淡化系统是整个工程的核心，系统的设计是根据现场海水水质报告，反渗透元件性能、水温，所需产水量和回收率，经计算确定。

（1）反渗透装置

反渗透海水淡化系统采用多组件并联单级式流程，为了提高系统运行的可靠性和机动性，首期5000立方米/日海水淡化系统实行整体设计、按单机配置。在工艺配置上分为二个系列，即整个系统既可按单机运行，产淡水5000立方米/日，又可按单系列运行，产淡水2500立方米/日。

膜元件为美国陶氏公司生产的高性能反渗透海水淡化复合膜元件SW30HR-380，其元件平均脱盐率为99.6％。整套装置共配置了420支海水膜元件，分别装在60根并联布置的膜压力管内，每根压力管内串联排列7支SW30HR-380海水膜元件。

装置设有低压自动冲洗排放、淡化水低压自动冲洗置换浓水排放系统。为防止反渗透海水淡化装置停机时，浓差渗透反压对海水膜元件的影响，在反渗透装置淡化水出口处安装了容积为10立方米的空塔滤器。停机时，滤器中的淡化水部分倒流，以补充膜元件浓差渗透失水，防止膜装置受损伤。

（2）高压给水系统

高压给水系统由高压泵、能量回收装置和压力提升泵组成。高压泵选用丹麦格兰富公司生产的 BME30-18型多级离心泵，共配置了四台并联的高压泵，单台流量57 m³/h，扬程620m，功率134kw。采用美国能量回收公司生产的PX-120能量回收器,将反渗透膜堆排放浓水90-95%的能量回收，大大降低了生产淡水所需的电耗。系统配置了12台PX-120型能量回收器，并相应配置6台压力提升泵。压力提升泵选用美国能量回收公司的HP-2403型高压多级离心泵，单台流量52.8～68.2 m³/h，扬程50～70m，功率14.7kw。

高压给水系统设计中，根据海水淡化系统工艺参数的要求，设置了高低压保护开关和自动切换设备，流量、压力出现异常时，能实行自动切换、自动连锁、报警、停机，以保护高压给水设备和反渗透膜元件。

（3）冲洗和清洗装置

反渗透海水淡化系统配置了就地冲洗和清洗装置，利用产水池中产水在反渗透装置停机时，即自动用淡水冲洗反渗透装置，置换出反渗透膜元件中的浓缩海水，防止浓海水中亚稳定过饱和微溶盐产生沉淀，同时也具有冲洗膜面污染物的作用。化学清洗装置根据反渗透膜污堵情况，配制不同化学清洗液对反渗透膜元件进行循环清洗，也可用于对反渗透膜元件进行加药长期停运保护。

后处理系统

反渗透产水经空塔滤器后，通过计量泵在产水管路中投加氢氧化钠溶液，以提高产水pH值，使产水pH5.5左右提高到pH7.5左右，然后再进入一个3000m³产水池。再经输送泵将产水池中的淡水输入市政自来水管网。为保证供水的消毒杀菌，在淡水输送泵入口管处配置JK-2型加氯机向输出的淡水中投加余氯。