海水淡化工艺设计与经济分析

呼永锋　丁晓珏（中国中元国际工程有限公司，北京　100048）



海水淡化工艺设计与经济分析

呼永锋丁晓珏
（中国中元国际工程有限公司，北京100048）

摘要：以珠海市十字门水道的海水淡化处理为例，介绍了该区域的原水水质情况及出水水质要求，从海水取水、预处理、系统控制等方面，阐述了反渗透海水淡化工程的工艺设计流程，并对其运行成本及经济效益进行了分析，指出采用反渗透膜处理淡化法可满足该区域中水给水的使用要求。

关键词：海水，反渗透海水淡化，工艺流程，经济效益

1　概述

海洋具有巨大的宝库，蕴藏着淡水、能源等多种可再生资源。海水利用具有不移民、不淹地、不争水、环境问题相对简单等显著优点。

目前世界生活海水淡化的主要方式是热法和膜法。当前海水综合利用产业化方兴未艾，主要以海水淡化为主，海水淡化市场的最大用户是市政用水。膜法是主流淡化技术，根据珠海市十字门水道的海水水质，本工程拟采用反渗透膜处理淡化法。

2　水量与水质

2.1水量

区域平均日中水给水用水量为3 581 m3/d。在区域设置一座海水淡化厂，日产水量3 600 m3，满足本区域中水给水系统的使用要求。

2.2原水水质

新建海水淡化厂，则海水水源为十字门水道的海水。

十字门水道基本水质如下：无机氮含量、非离子氨、COD质量浓度均属于Ⅳ类标准；磷酸盐含量则属于Ⅲ类标准；全年各月份水体的富营养化指数E＞1，全年平均高达184.86，是严重富营养化水体。这是因为十字门水道位于珠江口，两岸分别为珠海的横琴岛和澳门的路环岛和凼仔岛，城市排污以及河流入海带来的污染物必然会增加其水体的营养负荷。

由于暂时无法取得该水处理工程准备使用的原海水水质情况，暂时按照世界平均海水含盐量（TDS）约35 000 mg/L作为设计依据。

2.3出水水质要求

海水淡化后出厂水质达到国家GB/T 18920—2002城市污水再生利用城市杂用水水质标准中对水质要求最严格的车辆冲洗水质标准对本区域的中水给水系统供水，其中脱盐率不小于98%，矿化度不大于500 mg/L。

3　工艺流程

3.1工艺设计

反渗透膜处理淡化法是一种先进的膜分离技术。这种技术使欲分离溶液的某些成分在压力作用下，透过具有选择性半透膜——反渗透膜，在膜低压侧和常温下收集透过物，在膜高压侧是被阻留的其他成分浓溶液。

反渗透海水淡化工程的工艺流程分为海水取水、海水预处理、反渗透海水淡化、产品水后处理和系统控制五个部分，具体流程见图1。

图1　工艺流程图

3.2处理单元介绍

3.2.1海水取水

取水口设在离岸100 m远的海中，用管道接至取水泵房。通过真空泵抽出引水管中的空气，然后启动取水泵将海水通过地下管路送到厂区。

用海水泵将30 m深的海水提升输送到泥浆池中（供水量为300 m3/h，压力在0.4 MPa以内），通过原水泵加压后输送预处理水处理装置。

3.2.2海水预处理

反渗透水处理系统进水要求见表1。

表1　进水水质

反渗透海水淡化过程中，由于水中悬浮物和成垢组分对膜造成污染，导致膜性能下降或损坏，必需预先除去这些有害组分。预处理主要解决问题有：沉淀结垢、有机物污染、胶体附着、生物污染。

具体可分为：

海水杀菌：多采用液氯、次氯酸钠和硫酸铜等试剂。

混凝过滤：旨在去除海水胶体、悬浮杂质，降低浊度。混凝剂选FeCl3。

防止结垢沉淀：在淡化过程中浓缩会产生难溶无机盐沉淀，影响反渗透膜使用效果和寿命，必须添加阻垢剂。常用的有六偏磷酸钠或复合阻垢剂。

过滤器过滤：为了提高进水水质，降低进水浊度，常在混凝过滤之后加砂滤过滤器，使水中的微小悬浮物和颗粒物进一步去除。

3.2.3反渗透海水淡化

反渗透海水淡化系统是工程的核心部位，主要由膜元件、压力膜壳、高压泵、能量回收装置等设备组成。

反渗透海水淡化工艺主要包括海水预热系统和反渗透脱盐系统两部分。海水预热系统在低温时使用，以满足系统的最低温度要求。由于十字门水道水温7月最高，28.4℃；3月最低，17.6℃；全年平均为23.4℃。接近反渗透膜工作的理想温度，25℃，所以本工程取消海水预热系统，尽管运行温度不是最理想的，但是也不会因为升温产生高温浓海水对海域造成不良影响。

反渗透脱盐系统主要包括高压泵、增压泵、压力式能量回收装置、渗透膜组等。

3.2.4产水后处理

反渗透产水经空塔滤器过滤后，通过计量泵在产水管路中投加NaOH溶液，以提高产水pH值，产水输送过程中投加ClO2杀菌剂，以保持供水的卫生要求。

3.2.5变频给水机组

供水采用变频供水，水量满足中水最大小时流量，给水压力同市政自来水一致，为0.30 MPa，增压给水泵组参数为：Q = 180 m3/h；H =30 m；N =7.5 kW。

3.2.6系统控制

控制系统对各工艺单元进行协调、管理、控制，监控现场参数的实时显示、记录以及整个系统的运行状况，保证系统正常、稳定的运行。

3.3主要设备与运行

本文提供3 600 m3/d反渗透海水淡化水处理系统的设计，两套75 m3/h海水淡化水处理设备系统采用国际最先进的反渗透技术，经过优化系统设计而成，能将海水直接淡化成市政用水。单套设备配电：200 kW，380 V×50 Hz，占地面积12 m×8 m。

该海水淡化水处理设备能够有效地去除海水中的无机盐、重金属离子、有机物细菌及病菌等有害成分，可将含盐量为185 000 ppm（含盐量最高不超过25 000 ppm）的海水淡化处理为700 ppm以下，将海水淡化成满足GB/T 18920—2002城市污水再生利用城市杂用水水质标准市政中水回用水。

整套系统为全自动运行，具备远程监控，人机界面控制。该套系统预处理中的砂滤水处理系统采用组合阀，实现大流量反冲洗以及正洗全过程。系统中处理单元（潜水泵、多介质过滤器）启动后，反渗透装置启动并调节至正常产水后设置为自动状态。当储水箱液位高位信号传输到主机后，则反渗透装置自动停止，依次供水泵停止。当储水箱水位到中位时，并将液位信号传输到控制系统后，潜水泵、反渗透装置依次启动。膜系统的清洗通过清洗系统独立运行（一般停机后有自动清洗，定期采取药剂半自动清洗）。

该套水处理系统管路全部采用耐腐蚀材料，保证了全套水处理系统的经久耐用。主机反渗透系统采用了最先进的反渗透系统软件和优质的膜元件，根据水处理设备的产水量结合高效独特的技术设计而成，保证了系统运行的低能耗。整套水处理系统的管理中配备了先进的流量、压力等控制仪表和泄压阀、排放管路，能够保持整个水处理管路系统运行平稳、安全，保证了系统维护安全，方便可靠。

4　经济分析

4.1成本分析

设备初期投资一次性1 497.4万元，运行费用见表2。

表2　分项运行费用表　元/m3

总计吨水运行费用：

2.863 + 0.438 + 0.415 + 0.304 + 0.046 + 0.570 + 1.035 = 5.672元/m3。

4.2经济效益分析

年运行天数365 d，每天正常产水量3 600 m3，运行费用、节约水费与支出费用如下：

1）年运行费：

5.672×3 600×365/10 000 = 745.236万元/年。

2）节约自来水费：

2.43×3 600×365/10 000 =319.302万元/年。

3）每年实际支出费用：

745.236 -319.302 =425.934万元/年。

5　结语

水资源短缺作为制约经济发展的主要障碍，中水水源应综合考虑区域环境特点，还需与其他中水处理工艺进行经济技术比较后，才可以实现水资源高效经济的利用，最终缓解沿海缺水地区的水资源紧缺的问题。在本区域设置一座海水淡化厂站，以十字门水道的海水作为水源，可以满足本区域中水给水的使用要求。

参考文献：

［1］冯逸仙，杨世纯.反渗透水处理工程［M］.北京：中国电力出版社，2000.

［2］阮国岭.海水淡化工程设计［M］.北京：中国电力出版社，2013.

A desalination process design and economic analysis

Hu Yongfeng Ding Xiaojue
（China IPPR International Engineering Limited Company，Beijing 100048，China）

Abstract：Taking the sea water desalination process of Zhuhai Shizimen waterway as an example，this paper introduced the raw water quality condition and water quality requirements in the region，from the sea water water getting，pre-treatment，system control and other aspects，elaborated the process design of reverse osmosis membrane desalination engineering，and analyzed its running cost and economic benefit，pointed out using reverse osmosis membrane desalination method could meet the use requirements of regional water supply.

Key words：sea water，reverse osmosis membrane desalination，process，economic benefit

中图分类号：TU991.2

文献标识码：A

文章编号：1009-6825（2016）06-0110-03

收稿日期：2015-12-11

作者简介：呼永锋（1984-），男，硕士，工程师