荣成万吨级反渗透海水淡化示范工程

1、荣成万吨级反渗透海水淡化示范工程一、项目概述国家发展计划委员会于二。一年十月二十七日批复山东省计 委，同意将山东石岛水产供销集团公司万吨级反渗透海水淡化产业化 示范工程项目列入国家高技术产业发展项目计划。项目由山东省计委 主持，山东石岛水产供销集团公司承担建设，国家海洋局杭州水处理 技术开发中心为项目的依托单位。建设地点在荣成市石岛城区，建设 期为2年。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项目名称主要建设内容主要技术经济指标1、设计、建立万吨级 反渗透海水1、系统产水量:10000吨/日（25C）淡化示范工程，形成工 程设计2、单机产水量:5000吨/日（25C）技术软件；3、耗电量：吨水耗电量小于5.5度山东荣成2、研制和购置示范工 程主体设备4、水回收率：35-40%10,000吨/日海和辅助设备；5、 出水水质：符合GB5749-85标准，水淡化示范工程3、建设厂房约2000 平方米，包括TDS500mg/l海水淡化主厂房、中央 控制室、取水泵房、变电站等；4、工程成套、安装、 调试等。荣成是资源性缺水城市，由于三面环海，无客水水

2、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年连续两年严重十旱，全年降水量仅200毫米。因十旱缺水影 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。二、工艺设计及设备配置万吨级反渗透海水淡化工程的工艺流程如图1-1所示，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

3、制五个 部分。图1-1万吨级反渗透海水淡化工艺流程框图海水取水海水取水构筑物由海水集水井和取水泵房组成。集水并建于码头 堤坝外侧，海水靠渗透进入集水井。集水并采用钢砼结构，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)。取水泵吸入管插入并深 约6川，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cp 500mm，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/Lo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

4、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矶花，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9 3200mm，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 一、SO42

5、-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1520mg/L，控制海水pH值在7.07.5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9 800保安滤器，滤器材质为316L， 内衬塑料，单台保安滤器装有9 57-1000-5M m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

6、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

7、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 52.868.2 m3/h，扬程 5070m，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

8、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。控制系统自控系统作为整个反渗透海水淡化系统的一部分，既服务于系统 工艺又具有本身的独立性。该反渗透海水淡化系统的自控部分选择 GGD-3型低压配电柜作为设备动力柜；单独设置现场控制柜、PLC柜， 以西门子PLC和WinCC监控软件为自控核心。现场控制柜完全根据工艺的特点及方便操作的原则来设置系统 设置了海水取水泵房控制柜，反渗透海水淡化装置控制柜，产水泵房 控制柜和加药控制柜。上位机监控系统具有良好的人机交互功能，操作员既可以通过它 发布命令给PLC，也可以通过它全面了解现场设备运行情况。一旦出 现异常情况，及时提供详细的报警信息给操作员，并产生报警声。上 位机自动采集系统运行的一些重要参数，并自动、及时归档，以利于 今后对系统设备运行的连续性进行全面分析处理。三、平面布置按工艺流程，设备规格和要求，现场实际情况，同时考虑设备的 操作、维护和管理等要素设计日产万吨级反渗透海水淡化示范工程的 平面布置。如图1-2所示。在靠海边设置9 2.8米，深约11米的海水取水井一个，距离主 厂房约180米。在离取水井约6米处，设8

9、.0X6.0米取水泵房一间， 内设置取水泵5台，第一期安装3台取水泵。设4.0X4.0米真空泵 房一间，4.0X2. 0米加氯间和储氯钢瓶间各一间。海水淡化主厂房建筑面积为45.6X26.0米，层高约6米。以东 西中轴线对开各布设一套5000m3/d反渗透海水淡化系统的主体设 备，其南北两侧各布设9台直径为9 3200mm机械滤器，中间布设二 套反渗透海水淡化装置、高压泵、能量回收装置等设备，在西端进大 门二侧设8.0X4. 0米控制室一间，4.0X4.0米的维修和分析室各一 间。主厂房东南端离外侧墙0.5米处，设供3.0X3.0米产品水消毒 杀菌加氯间和储氯钢瓶间各一个，东北端设5m3硫酸储槽一只。主厂房东面，离东侧外墙约3.0米处，由北向南排布3000 m3产 水池一只，250 m3浓水池一只，14.0X6.0米水泵、风机和加药房一 间，内设置冲洗水泵1台，反洗水泵4台，产水输送泵3台，罗茨风 机1台及计量加药泵7台。四、调试结果万吨级反渗透海水淡化示范工程第一期，5000吨/日海水淡化系 统，于2003年11月初调试成功，投入试运行。并对海水.淡化水进行 了分析测量。调试和检测结果表明，该系统运行参数稳定各单元设备 运行正常，操作简便，性能指标达到设计要求，产品水符合国家生活饮 用水标准。具体数据见表1-2、表1-3。表1-2系统运行参数指标项目实测值合同或国家标准值结果1海水温度14C25C2产品水pH7.23产水流量220m3/h208.33 m3/h超过4浓水流量318 m3/h5回收率40. 9%35-40%超过6海水含盐量32648.5mg/L7产水含盐量89.67 mg/L500 ppm优于8脱盐率99.73%

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