【hbtysb.cn武漢純水設(shè)備】以三沙市海水淡化工程為例，其產(chǎn)水量為 1000m3／d，預(yù)處理部分由斜管沉淀池、管道過(guò)濾器組成，深度處理采用了PVDF管式超濾、RO系統(tǒng)的組合。該設(shè)備在運(yùn)行的一年多時(shí)間里，處理效果穩(wěn)定，出水水質(zhì)達(dá)到了《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749 006)。由于采用了能量回收系統(tǒng)，使得膜法海水淡化技術(shù)具有了一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
我國(guó)的淡水資源一直處于緊缺的狀態(tài)。隨著技術(shù)的進(jìn)步，海水淡化在越來(lái)越多的城市有了應(yīng)用，尤其是沿海和島嶼地區(qū)，向大海要淡水是大勢(shì)所趨與長(zhǎng)距離調(diào)配水源相比，海水淡化具有見(jiàn)效周期短水量穩(wěn)定、水質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。武漢工業(yè)純水處理設(shè)備目前，海水淡化以膜法反滲透、低溫多效、多級(jí)閃蒸等作為主流技術(shù)，其中膜法的實(shí)際應(yīng)用廣泛。能量回收技術(shù)的成熟和廣泛應(yīng)用，對(duì)膜法海水淡化的產(chǎn)水能耗降低起到了至關(guān)重要的作用。
三沙市是我國(guó)最年輕的地級(jí)市，市府位于永興島，地處我國(guó)南海海域。在還沒(méi)有海水淡化裝置的年代，島上的軍民主要依靠地下水、雨水等方式獲得生活用水，水質(zhì)、水量無(wú)法得到保障。隨著交通的便利，政府通過(guò)船只為駐島人員運(yùn)輸?shù)Ｓ捎诖\(yùn)受天氣等客觀因素影響較大，經(jīng)過(guò)調(diào)研，三沙市政府決定由天津海水淡化與綜合利用研究所在永興島建造
1 原水水質(zhì)
原水為我國(guó)南海海域海水，電導(dǎo)率為45000～ 46000uS／cm，水溫為 20～35℃ ，pH值為7．5～ 8．5，ORP為 -200 ~-10mV。該海水淡化廠處理能力為1000m／d，原海水經(jīng)過(guò)斜管沉淀池和超濾系統(tǒng)的預(yù)處理后，進(jìn)入兩級(jí)反滲透進(jìn)行脫鹽。一級(jí)產(chǎn)水作為普通生活用水，用于洗衣、洗澡等，二級(jí)產(chǎn)水用于飲用和做飯等。產(chǎn)水全部供應(yīng)給全島軍民使用。由于我國(guó)尚沒(méi)有關(guān)于海水淡化水的標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)的檢測(cè)均
采用《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749-2006)。
2 工藝流程
本工程使用潛水泵在近海碼頭處直接取水。原海水通過(guò)輸送管路進(jìn)入斜管沉淀池。采用斜管沉淀池可以降低原水濁度，同時(shí)配有絮凝劑和殺生劑加藥系統(tǒng)，通過(guò)絮凝劑的作用使膠體等懸浮物凝聚成更大顆粒通過(guò)沉淀去除，投加殺生劑可以滅活原水中的微生物和藻類(lèi)等，為后續(xù)超濾系統(tǒng)更穩(wěn)定地運(yùn)行提供了保障，同時(shí)也延長(zhǎng)了反洗周期。
沉淀池的出水進(jìn)入海水儲(chǔ)水池，作為超濾前的水力緩沖。進(jìn)入超濾前設(shè)置了管道過(guò)濾器，以防止較大的機(jī)械顆粒阻塞超濾中空纖維膜的進(jìn)水通道，導(dǎo)致產(chǎn)水量降低，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)損壞膜元件
。
管道過(guò)濾器的出水進(jìn)入超濾系統(tǒng)，超濾系統(tǒng)作為海水淡化反滲透系統(tǒng)的預(yù)處理工藝，可以去除海水中的膠體、病毒、細(xì)菌、懸浮物等物質(zhì)，降低原水濁度，以保證反滲透系統(tǒng)在長(zhǎng)期運(yùn)行中更加穩(wěn)定。超濾產(chǎn)水進(jìn)入兩級(jí)反滲透系統(tǒng)進(jìn)行脫鹽，產(chǎn)水再經(jīng)輸送管路配給到用水點(diǎn)。
3 主要構(gòu)筑物及設(shè)備參數(shù)
3.1 海水儲(chǔ)水池1座，鋼混結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)為
3.2 斜管沉淀池及海水儲(chǔ)水池1座，鋼混結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)為
3.3 超濾系統(tǒng)
超濾裝置設(shè)置兩臺(tái)單級(jí)離心進(jìn)水泵，互為備用，流量為70m／h，揚(yáng)程為250kPa。進(jìn)水泵采用變頻控制，控制參數(shù)為海水儲(chǔ)水池的液位、超濾產(chǎn)水池液位以及超濾進(jìn)水側(cè)的壓力。當(dāng)海水儲(chǔ)水池處于低液位時(shí)，進(jìn)水泵會(huì)自動(dòng)停止并發(fā)出報(bào)警信號(hào)；壓力信號(hào)的作用是調(diào)整泵的轉(zhuǎn)速，保持各超濾裝置進(jìn)水壓力的恒定。
超濾系統(tǒng)采用外壓式進(jìn)水，原水從膜絲外表面滲入膜絲內(nèi)部，產(chǎn)水從中心管流出，匯集到產(chǎn)水池。通過(guò)這種方式，降低了超濾系統(tǒng)頻繁反洗的頻率，提高了回收率和產(chǎn)水效率。
超濾系統(tǒng)設(shè)備采用框架式結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)共配置2組超濾裝置，每組設(shè)置36只膜組件。超濾系統(tǒng)設(shè)計(jì)的單套恒定出力為1350m3／d，當(dāng)其中一套超濾設(shè)備處于正沖、反沖或化學(xué)清洗過(guò)程時(shí)，另外一套超濾裝置可通過(guò)采用提高工作流量的方式保持系統(tǒng)的恒定產(chǎn)水量。
超濾系統(tǒng)配有反洗設(shè)備，主要包括：反洗泵2臺(tái)以及閥門(mén)、儀表、管路等。反洗泵1用1備，流量為90m3／h，揚(yáng)程為300kPa。反洗泵采用變頻控制。
另外，超濾系統(tǒng)還設(shè)置化學(xué)清洗設(shè)備，包括：清洗罐1個(gè)，有效容積為7m3；清洗泵2臺(tái)，流量為30m3／h，揚(yáng)程為300kPa，兩臺(tái)泵同時(shí)工作。化學(xué)清洗周期一般為每?jī)蓚€(gè)月進(jìn)行藥洗一次，一次清洗時(shí)間為l0～24h。
3.4 管道過(guò)濾器
超濾前端并聯(lián)安裝了兩臺(tái)過(guò)濾精度為100um的自清洗式管道過(guò)濾器，可截留預(yù)處理水池中粒徑>100 um 的機(jī)械顆粒，防止進(jìn)入超濾裝置。武漢實(shí)驗(yàn)室純水處理設(shè)備較大的機(jī)械顆粒會(huì)污堵超濾進(jìn)水孔，影響進(jìn)水量，從而降低產(chǎn)水量，甚至?xí)?duì)膜絲表面造成不可逆的劃傷，形成串水，降低產(chǎn)水水質(zhì)，提高維護(hù)成本。過(guò)濾器的進(jìn)、出口都設(shè)有壓力監(jiān)控裝置，目的是在進(jìn)、出口壓差增大，即污堵嚴(yán)重時(shí)進(jìn)行濾網(wǎng)的自清潔。當(dāng)兩側(cè)的壓差達(dá)到0．05MPa時(shí)過(guò)濾器內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)刷會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，將截留在濾網(wǎng)上的機(jī)械雜質(zhì)清掃下來(lái)，同時(shí)排污閥打開(kāi)，排放掉雜質(zhì)。整個(gè)反洗過(guò)程需要15～60S，也可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整清洗排污的時(shí)間。
3.5 RO 系統(tǒng)
一級(jí)RO系統(tǒng)一級(jí)反滲透供水泵為臥式離心泵，出力為56．25 m3／h，揚(yáng)程為250kPa。采用變頻控制，可根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定調(diào)節(jié)出水量。一級(jí)反滲透高壓泵為反滲透膜組提供足夠的進(jìn)水壓力，維持反滲透膜的正常運(yùn)行。其出力為22．5m3／h，壓力為5．50MPa。進(jìn)、出口安裝高低壓保護(hù)開(kāi)關(guān)，進(jìn)水壓力過(guò)低或出水壓力過(guò)高時(shí)將停泵，并將報(bào)警信息傳送給操作人員。在膜法海水淡化過(guò)程中，濃縮水側(cè)有著非常高的壓力，數(shù)值非常接近進(jìn)水側(cè)，要40MPa以上。
這部分能量如果直接排出系統(tǒng)，會(huì)造成非常大的浪費(fèi)。本裝置安裝了濃水能量回收裝置(PX)，能量回收率>93％。基本原理是高動(dòng)能濃縮水在回收裝置中通過(guò)多個(gè)液缸將能量傳遞給低壓力的原海水，使低壓原海水具有了較高的動(dòng)能量。但是這個(gè)壓力還是低于高壓泵的出口壓力，為了補(bǔ)償這部分壓力，還另外配備了增壓泵。每個(gè)膜堆設(shè)置1臺(tái)增壓泵，把這部分海水的壓力提升至RO膜所要求的壓力值。 泵出力為 33．75m3／h，揚(yáng)程為400kPa。采用變頻控制，可根據(jù)設(shè)定水量及壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)。
一級(jí)反滲透共設(shè)置3組膜堆，2用1備，每組膜堆采用一級(jí)一段排列，膜126支
，膜殼21根，系統(tǒng)回收率≥40％。
根據(jù)工藝需要系統(tǒng)設(shè)置了海水淡化一級(jí)反滲透產(chǎn)水池1座
，容積約150m3，用來(lái)緩存部分一級(jí)反滲透產(chǎn)水，并為二級(jí)反滲透提供一定的緩沖。②二級(jí)RO系統(tǒng)二級(jí)反滲透系統(tǒng)單獨(dú)配有立式離心供水泵，為高壓泵提供一定給水壓力的進(jìn)水。泵出力為16．25 m3／h，揚(yáng)程為200kPa。二級(jí)反滲透膜組高壓泵出力為16．25m3／h，揚(yáng)程為820kPa。進(jìn)、出 口同樣加裝壓力保護(hù)開(kāi)關(guān)，在進(jìn)水壓力過(guò)低或出水壓力過(guò)高時(shí)將報(bào)警及停泵，對(duì)膜進(jìn)行保護(hù)。
根據(jù)一級(jí)產(chǎn)水的含鹽量選擇低壓反滲透膜。二級(jí)反滲透設(shè)置兩組膜堆，采用二段式排列(2：1)，膜36支，膜殼6根。武漢反滲透純水處理設(shè)備二級(jí)反滲透濃水排水側(cè)安裝有流量控制閥，可以手動(dòng)調(diào)節(jié)，以控制水的回收率≥85％。根據(jù)工藝需要，系統(tǒng)設(shè)置了二級(jí)反滲透產(chǎn)水池1座，容積約350m3，用來(lái)儲(chǔ)存系統(tǒng)產(chǎn)出的淡化水。
4 運(yùn)行效果
該海水淡化反滲透系統(tǒng)處理量為3000m3／d，包括預(yù)處理系統(tǒng)、超濾膜系統(tǒng)、反滲透脫鹽系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)膜法深度處理后，脫鹽率>99％，主要離子去除率> 98％。目前該設(shè)備已經(jīng)運(yùn)行1年左右，中途由于產(chǎn)水電導(dǎo)率的提高進(jìn)行了膜清洗，基本恢復(fù)了最初的運(yùn)行效果。
運(yùn)行成本包括電費(fèi)、藥劑費(fèi)用、膜更換費(fèi)用。其中每噸產(chǎn)水耗電量為3．7kW·h，永興島的電價(jià)為1．8元/（kW·h），每噸產(chǎn)水藥劑、保安過(guò)濾器濾芯等耗材費(fèi)用為3.2元，反滲透膜使用壽命以3年計(jì)，每噸產(chǎn)水膜更換費(fèi)用為0．54元／m3，人工費(fèi)約3元／m3，總計(jì)產(chǎn)水成本約13 元/m3。通過(guò)能量回收裝置的應(yīng)用，系統(tǒng)的能耗相比于以往未采用該裝置的淡化工程降低了60％左右，節(jié)能效果突出，噸產(chǎn)水費(fèi)用也同時(shí)降低了40％左右。
雙膜法的反滲透代表了國(guó)際海水淡化的發(fā)展方向，連續(xù)超濾作為預(yù)處理降低了化學(xué)藥劑的加入量，體現(xiàn)了環(huán)境友好性。在反滲透裝置中采用高效的PX能量回收裝置，先進(jìn)的能量回收技術(shù)降低了電耗，使每噸產(chǎn)水電耗控制在4kW·h以下，明顯降低了反滲透海水淡化裝置制水成本。在一年多的運(yùn)行時(shí)間里，出水效果穩(wěn)定，為全島軍民的生活用水提供了可靠保障。