海水淡化及工業脫鹽水節能改造技術

一、技術背景

我國是一個淡水資源匱乏的國家,特別是沿海和西部地區表現得更為突出。我國海水淡化研究始于1958年海軍和中科院化學所合作進行的電滲析技術研究。隨著我國水資源短缺形勢日益嚴峻,海水淡化產業進入大發展期,并從2000年開始走向規?;瘧?。

海水淡化技術亦稱脫鹽技術,脫鹽已被證明是從海水、苦咸水和回用水里提取淡水的最有效方式,利用此工藝可以從海水、苦咸水和工業處理后的廢水中去除離子狀態的溶解鹽,生產出含鹽量低的、適宜工業生產或生活飲用的淡水。目前已通過商業認證的,主要有三種工藝:多效閃蒸法(MSF)、電滲析法(EDI)、反滲透法(RO)。

近年來,反滲透技術以其工藝成熟、設備簡單、易于維護和設備模塊化的優點迅速占領市場,逐步取代閃蒸法成為應用最廣泛的方法,得到了快速的發展。

 

二、一體化脫鹽工藝流程


2.1工藝流程對比

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目前配有能量回收機的海水淡化工藝流程


 

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新型一體化海水淡化及工業脫鹽水工藝流程

 

2.2系統流程說明

本公司推出的一體化海水淡化節能機組將傳統海水淡化工藝中的海水高壓泵、能量回收裝置和反滲透膜組件有機集成為一體。一體化節能機組主要由“膜泵集成系統”和“系統能量回收一體機”兩部分組成,膜泵集成系統集成了循環水泵和反滲透膜組件,系統能量回收一體機整合了傳統高壓泵的加壓功能和能量回收機功能。一體化海水淡化節能機組使用系統能量回收技術,相對目前普遍配有進口PX能量回收機(歐洲標準:3.3kW·h/T)的海水淡化機組,可節約電能10%-20%。

 

3、能量回收系統

3.1能量回收系統現狀

反滲透海水淡化是目前海水淡化的主流技術之一,反滲透海水淡化過程需消耗大量電能提高進水壓力以克服海水的滲透壓,反滲透膜排出的濃水余壓高達4.5 ~ 5.0MPa,按照40%的產水率計算,排放的濃鹽水中還蘊含約60%的進水余壓能量,將這一部分能量回收變成進水能量可大幅降低反滲透海水淡化的能耗,而實現這一目的,有賴于利用能量回收技術。利用能量回收裝置大幅降低了淡化水的生產成本 ,促進了反滲透淡化技術的推廣和應用,并使之成為最具競爭力和發展速度最快的海水淡化技術 。因此 ,能量回收與反滲透膜和高壓泵并列成為反滲透海水淡化系統中的三大關鍵技術。但是目前能量回收裝置主要靠國外進口,造價比較高。

 

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各種進口能量回收機

 

3.2典型能量回收裝置

目前反滲透海水淡化工程中應用較成功的能量回收裝置主要為轉子式壓力交換器和活塞式閥控壓力交換器兩類,效率最高可達90%。以轉子式壓力交換器為例,目前美國ERI公司的PX轉子式壓力交換能量回收裝置是反滲透系統中典型的能量回收產品。

 

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PX 轉子式壓力交換能量回收裝置

 

PX能量回收機工作原理:高壓濃鹽水推動圓周開有多個縱向溝槽(類似于多個微型液缸)的無軸陶瓷轉子旋轉,使多個微型溝槽分別在兩側靜止的配流盤高壓區和低壓區交替轉換切入,進入高壓區的微型液缸進行能量回收傳遞向外排液,進入低壓區的微型液缸進行原海水補液,PX需配增壓泵以使初步升壓的原海水進入RO系統。高壓濃鹽水與低壓原海水直接傳遞壓力,水在多個微型液缸中的停留時間很短,兩種液體由一段封閉的“液體活塞”分開,能量回收效率較高,濃水能量至原海水液體能量的轉換效率在90%左右。

 

3.3新型一體化系統能量回收技術

區別于當前單獨配置能量回收機的反滲透系統能量回收模式,我公司在國際上首次提出全新的系統能量回收理念,并研發出膜泵集成系統及系統能量回收一體機。新型一體化海水淡化機組由加壓泵、膜泵集成系統、系統能量回收一體機、配套管路閥門以及PLC電控系統等部分組成。

加壓泵往系統能量回收一體機中注入原海水,維持系統高壓以克服海水的滲透壓。

膜泵集成系統作用:一是與系統能量回收一體機、泵和管路系統匹配,調節系統的工作壓力;二是從海水中分離出淡水。

能量回收系統回收反滲透膜濃水端的高壓海水,再通過加壓泵補壓維持系統工作壓力,使系統整體壓力高于海水淡化的滲透壓,保證反滲透膜正常分離海水和淡水。整套系統的工作模式區別于傳統的反滲透膜組件加能量回收機結構的工作形式,系統能量回收一體機會儲存一定容積的原海水,在系統維持穩定的產水壓力的同時,采用循環工作的模式,濃海水直接返回系統能量回收一體機,經過多個循環達到要求的濃度后進行排放,因而在較大范圍內,濃水與淡水濃度均可實現靈活調整。整個系統是以周期的形式循環工作,濃海水余壓也隨著淡水的生產周期被重復利用,整套系統能量幾乎全部回收,因而能量回收效率可達到99%-99.5%。系統能量回收技術工藝流程如下:

 

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新型一體化能量回收技術工藝流程

 

4、新型一體化脫鹽機組特點

(1)產品具有高效節能(省電)的特點,噸淡水能耗超過歐洲標準(3.3kWh/T),小型機組達到了2.5~3.2kWh/T(國內同類產品:8~10kWh/T),大型機組達到了2.3~2.5kWh/T(國內同類產品4~6kWh/T)。

(2)針對不同濃度含鹽水(包括海水),在較大范圍內,可以根據需要靈活調整濃水和淡水濃度。

(3)觸控及PLC智能化控制,一鍵啟動。

(4)“膜泵集成系統”與“系統能量回收一體機”完美匹配,機組高度集成,相比現有海水淡化機組可節約60%左右的占地面積,并且實現了全系統節能。

(5)有自動沖洗功能,反滲透膜的使用可靠性好,壽命長。

 

5、海水淡化(脫鹽)系列機組功耗

 

系列型號

每天產水量(T/D)

軸功率

(kW)

配套電機功率

(kW)

單噸淡水能耗(kW·h/T)

SDYF-10

10

1.25

1.65

3.0

SDYF-50

50

5.83

7.7

2.8

SDYF-100

100

11.67

13.0

2.8

SDYF-500

500

52.08

55.5

2.5

SDYF-1000

1000

95.83

112

2.3

SDYF-5K

5000

479.17

515

2.3

SDYF-10K

10000

958.33

1030

2.3

SDYF-50K

50000

4583.33

5150

2.2

SDYF-100K

100000

9166.67

10300

2.2

SDYF-200K

200000

18333.33

20600

2.2

SDYF-400K

400000

36666.67

41200

2.2