能量回收装置在反渗透法苦咸水处理中的应用

周冬兴 孙奇蕾 杨东伟

摘  要：文章首先论述苦咸水的性质及特点，论述苦咸水淡化技术，进而论述能量回收装置在反渗透法苦咸水处理中的应用，从而为反渗透法苦咸水处理及海水淡化处理中能量回收装置的应用提供借鉴。

关键词：能量回收装置;苦咸水;反渗透;水处理;应用

中图分类号：TK02         文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）18-0189-02

Abstract： This paper first discusses the properties and characteristics of brackish water， discusses the desalination technology of brackish water， and then discusses the application of energy recovery device in the treatment of brackish water by reverse osmosis. The purpose of this paper is to provide reference for the application of energy recovery device in reverse osmosis brackish water treatment and seawater desalination treatment.

Keywords： energy recovery device; brackish water; reverse osmosis; water treatment; application

1 概述

苦咸水一般指溶解性总固体即各种盐类总浓度大于1g/L，也称高矿化水。含盐量小于5g/L的为低盐度苦咸水，含盐量在5-10g/L之间的为中度苦咸水，10g/L以上为高盐度苦咸水;含盐量（50-500）g/L的称之为卤水[1]。苦咸水含大量中性盐，且PH值大于7，主要分布在北部和东部沿海地区。淡水资源短缺的问题严重影响了这些地区的经济和社会的发展。

2 苦咸水处理常用技术

目前，已经成熟应用和不断研发出来的反渗透、超滤、微滤、纳滤、电渗析、无机膜等技术，正在广泛应用于各种行业，海水淡化成为解决沿海地区水危机的重要技术手段，零排放也已成为环境绩效的重要指标，环保水处理行业需求旺盛。

反渗透海水淡化中能量损耗在整个成本中占得比重較大，因此降低反渗透海水淡化的能量损耗的技术是反渗透海水淡化系统中的重要部分，能量回收装置正是基于这个技术而设计的产品，通过能量回收装置，可以大幅降低反渗透海水淡化的成本，在目前淡水资源日渐紧俏，海水淡化项目大幅发展的时期，能量回收装置作为高压反渗透淡化系统的关键装置之一，对大幅降低系统运行能耗和造水成本至关重要，前景无限广阔，具有很大的开发价值及市场潜力。本文就能量回收装置在反渗透法苦咸水处理中的应用简要阐述。

3 案例分析

2011年我公司就滨州沿海某地苦咸水开发应用除盐系统工程，由于苦咸水含盐量较高，造成渗透压较高，运行中需要较高的运行压力。较高的运行压力要求配套扬程更大的水泵，相同处理规模的反渗透设备需要配套更大功率电机，因此，反渗透法在苦咸水处理中的应用则会带来较高的设备投资成本和运行费用。针对这个问题，本工程案例运用了如下解决方案：

（1）在满足系统出水水质的情况下，选择抗污染低压力高通量的优质反渗透膜元件;（2）通过能量回收装置将

较高压力的反渗透浓水这部分能量回收再利用。

3.1反渗透苦咸水处理设计方案

（1）原水水质见表1。（2）工艺流程如下：【浅井水】→【原水池】→原水泵→（絮凝剂）→多介质过滤器→一级反渗透保安过滤器→一级反渗透高压泵→一级反渗透装置（+能量回收装置）→【级间水箱】→二级反渗透给水泵→（碱加药）→二级反渗透保安过滤器→二级反渗透高压泵→二级反渗透装置→【中间水箱】→中间水泵→混床→【除盐水箱】→除盐水泵→加氨→用水点。（3）多介质过滤器是本水处理系统主要的预处理装置。它的作用是滤除苦咸水中的部分细小颗粒、悬浮物、胶体、有机物等杂质。其过滤的机理是利用双介质滤料的比重差和粒径空隙差，让比重小粒径大的滤料位于过滤器滤层的上部过滤较大颗粒的杂质，让比重大粒径小的滤料位于过滤器滤池的下部过滤较小颗粒的杂质。通过多介质过滤器的过滤，提高超滤进水的水质，从而能有效保证后级超滤膜使用寿命。本系统多介质出水指标要求SDI≤4，以满足反渗透进水浊度要求。（4）保安过滤器用于保护反渗透装置，防止颗粒杂质对反渗透膜的污染。本系统保安过滤器采用碳钢衬胶材质，保证耐腐蚀性能。（5）一级反渗透装置单套产水量为150m3/h，回收率70%，共4套。按此水质反渗透膜设计软件模拟计算一级反渗透装置水温20度时的进水压力（3.214MPa@1年及3.426MPa@3年），按此参数选型高压泵电机功率超低压电机规范上限要求，因此配套涡轮能量回收装置回收反渗透浓水能量以减少高压泵扬程。（6）二级反渗透装置运行压力约为1.4Mpa，经技术经济比较，不考虑设置能量回收装置。（7）本系统设置混床进一步去除二级反渗透产水中剩余的部分硬度、碱度及阴阳离子，采用碳钢衬胶材质，保证耐腐蚀性能。（8）出水调节PH值后外送用水点。

3.2 能量回收装置在反渗透法苦咸水处理中的应用

（1）设计选型：高压泵：Q=214.3m3/h，DP=30.8bar，过流部件材质双向不锈钢SS 2205。能量回收装置：Q=644.3m3/h，浓水进水压力32.4bar，浓水排放压力0.3bar，过流部件材质双向不锈钢SS 2205。（2）国外某品牌能量回收装置厂家提供的设计资料见图1。从此表数据分析高压泵及能量回收装置总DP为30.8bar，能量回收装置流量Q=64.3m3/h，浓水侧DP=29.4bar，能量回收装置效率67.2%，计算得进水侧△DP=5.93bar，因此高压泵实际DP=24.87bar。能量回收装置回收能量比值为35.3kW/242.8kW=14.54%。（3）调试运行：系统于2011年底投入运行，一级反渗透运行参数如下：高压泵进口3.5bar，膜进口压力31bar，段间29bar，浓水压力28bar，产水流量151.3m3/h，浓水流量63.3m3/h。（4）偏差分析：对比设计参数及运行数据，高压泵及能量回收装置整体△DP=3.3bar，高压泵及能量回收装置为整体组合式，无法单测其各自的实际运行参数。假设高压泵运行参数与设计参数一致，则能量回收装置的实际DP=31-3.5-24.87=2.63bar，经计算得能量回收装置的效率约为35.8%。

4 结论

（1）通过本次能量回收装置在苦咸水反渗透法水处理中的应用工程，确认了能量回收装置在山东省沿海地区中度苦咸水淡化系统中应用的可行性。为能量回收装置推广使用积累前期经验。（2）在水利涡轮能量回收装置中，能量的转换过程为“压力能-机械能（轴功）-压力能”，其能量回收效率约35%-70%[2]。本次能量回收装置在系统应用中效率约为35.8%-67.2%。（3）本项目使用的能量回收装置与高压泵集成一体，无需占用额外的空间，节省土建投资。（4）本项目使用的能量回收装置无需设置高压的浓水调节阀，节省高压的浓水调节阀投资。（5）在含盐量约6000mg/L，反渗透装置回收率70%的工况下，能量回收装置能降低高压泵14.54%的功率。如运用在含盐量更高的水质，反渗透回收率更低的系统，能量回收装置能使高压泵功率更大幅度的降低，进而大幅降低苦咸水及海水淡化的能耗。

參考文献：

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