反渗透膜法海水淡化工艺的设计
17页1、反渗透膜法海水淡化工艺的设计设计总说明:目前,水资源危机已是一个世界性的难题,很多国家淡 水资源已经相当匮乏,我国人均水资源占有量处于世界较低水平,而且淡 水资源分布及其不均匀。而发展海水淡化技术是解决水资源短缺的重要途 径之一。特别是对于部分沿海地区。本设计结合原水水质,设计了淡水产量为1000m3/d的反渗透海水淡化 工艺系统,本方案能确保出水水质符合后续设备的要求,又不需添加任何 化学试剂,与传统的预处理方法相比,不会增加新的污染物。反渗透海水 淡化技术由于设备投资省、能量消耗低、建造周期短等优点,近十年来发 展迅速,将成为海水淡化的主导技术。关键词: 反渗透;海水淡化;预处理;1 海水淡化的意义虽然地球上75%的面积被水覆盖,全球水总储量为13.86亿m3,其中 96.5%为海水,其他分布在陆地,大气和生物体中,约为2.53%,其中多储 存于冰川、雪盖和750米深度以上的地下,而可取用的河、湖水及浅层地 下水等仅占0.2%左右,这里还包括相当大一部份的苦咸水%据统计,全 国600多个中等以上的城市,不同程度缺水的就达400多个其中110个城 市严重缺水,主要分布在华北、西北和沿
2、海地区,水已经成为这些地区经 济发展的瓶颈。2010年后,我国将进入严重缺水期,专家估计,2030年前 中国的缺水量将达到1000亿m3。因此,开发利用海水资源、进行海水淡化 就成为解决我国淡水紧缺的一条有效的战略途径。2 本设计的研究方案本文针对渤海海湾当地的自然环境条件、系统的实际生产状况及反渗 透海水淡化的国内外实例,设计了淡水产量为1000m3/d的反渗透海水淡化 工艺系统,实现了整套系统的自动控制。具体情况如下:(1)根据自然条件、系统的实际生产状况确定采用一级反渗透海水淡化装置,设计产水量为1000m3/d;(2)海水预处理方案时应充分考虑以下方面: 原水水源类型及水质情况; 合理选择预处理和过滤器类型,使预处理出水水质符合要求; 阻垢剂的种类选择与剂量的确定; 根据反渗透装置具体情况,确定是否调节给水pH值等。从上述因素出发, 确定了采用超滤作为反渗透的预处理,并根据反渗 透系统的制水量确定过滤器选型、滤料级配和过滤速度,根据过滤器的累 积流量确定其反洗周期和反洗流量。将超滤和反渗透装置相结合,改善了 预处理工艺,提高了系统的稳定性、减少维护、延长了膜的使用寿命。(3)高
3、压泵和能量回收装置的使用能将反渗透膜对排放浓水90 -95的能量回收,能有效地降低能耗。3 反渗透原理及系统组成3.1 反渗透的基本原理反渗透膜法是一种膜分离过程,它主要分离直径小于0.001pm (10埃) 的物质。各种溶液都具有渗透压力,其渗透压力与溶液的浓度大致成正比。 自然渗透是指水从低浓度溶液向高浓度溶液渗透,直到建立起等于渗透压 差的压力平衡为止,如下图3-1 (a)、(b)所示。自然海水的渗透压力大约 为 25个大气压。典型苦咸水的渗透压力一般为0.7-3.4大气压2。图 3-1 反渗透原理示意图反渗透是通过对高浓度溶液加压,使之大于膜两侧的渗透压力差An, 这时水将优先从高浓度溶液中析出,并透过膜进入低浓度溶液。因此,反 渗透是溶剂(水)的渗透方向与自然渗透的方向相反,见上图3-1 (c)。透过 反渗透膜的透过液(产品水)含盐量减少,而膜的另一侧加压进料液(浓缩盐 水)的含盐量随之增加,这就是反渗透膜法的脱盐过程。由于没有热和相的 变化,这一过程中的主要能量是用来对进料溶液的加压。在实际工艺过程中,海水由高压泵输送至半透膜的一侧被加压。当进 料液中的纯水透过半透膜时,截
4、留溶液(浓缩盐水)则变得越来越浓。同时, 允许部分进料水(浓缩盐水)不经过膜而被排放,如果没有这种排放,进料 溶液中溶解盐类的浓度就会逐渐增加,从而需要不断地增加泵压能量用以 克服增加的自然渗透压力。此外,浓缩盐水中超饱和组份会发生沉淀,就 会加大浓度极化,反渗透膜就会被严重污染和堵塞,水通量和脱盐率会急 剧下降。3.2 反渗透海水淡化系统的组成反渗透海水淡化系统主要由四部分构成:( 1)取水系统;( 2)预处理 系统;(3)反渗透系统;(4)反渗透系统的清洗3。 反渗透系统的选择是 需要考虑诸多因素的一个过程,与其它水处理工艺所不同的是,反渗透装 置对海水的预处理有它特定的要求,对后处理也需根据反渗透装置出水的 特点进行考虑。4 系统工艺说明4.1 取水系统海水反渗透的取水方式直接关系到预处理的方法和投资、运行成本, 对反渗透膜的防止污染具有极大的影响。海水的取水方式随地理环境和地 质条件而不同,典型的海水取水方法有:海滩水井取水、表层海水取水、 海床过滤取水、海滩水平暗渠取水和海滩渗井取水等方式。对于反渗透的 原水取水,最理想的方式就是海岸边打井。海岸边打井可以取得经过地层 过滤的
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