海水淡化及工业脱盐水节能改造技术

一、技术背景

我国是一个淡水资源匮乏的国家,特别是沿海和西部地区表现得更为突出。我国海水淡化研究始于1958年海军和中科院化学所合作进行的电渗析技术研究。随着我国水资源短缺形势日益严峻,海水淡化产业进入大发展期,并从2000年开始走向规模化应用。

海水淡化技术亦称脱盐技术,脱盐已被证明是从海水、苦咸水和回用水里提取淡水的最有效方式,利用此工艺可以从海水、苦咸水和工业处理后的废水中去除离子状态的溶解盐,生产出含盐量低的、适宜工业生产或生活饮用的淡水。目前已通过商业认证的,主要有三种工艺:多效闪蒸法(MSF)、电渗析法(EDI)、反渗透法(RO)。

近年来,反渗透技术以其工艺成熟、设备简单、易于维护和设备模块化的优点迅速占领市场,逐步取代闪蒸法成为应用最广泛的方法,得到了快速的发展。

 

二、一体化脱盐工艺流程


2.1工艺流程对比

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目前配有能量回收机的海水淡化工艺流程


 

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新型一体化海水淡化及工业脱盐水工艺流程

 

2.2系统流程说明

本公司推出的一体化海水淡化节能机组将传统海水淡化工艺中的海水高压泵、能量回收装置和反渗透膜组件有机集成为一体。一体化节能机组主要由“膜泵集成系统”和“系统能量回收一体机”两部分组成,膜泵集成系统集成了循环水泵和反渗透膜组件,系统能量回收一体机整合了传统高压泵的加压功能和能量回收机功能。一体化海水淡化节能机组使用系统能量回收技术,相对目前普遍配有进口PX能量回收机(欧洲标准:3.3kW·h/T)的海水淡化机组,可节约电能10%-20%。

 

3、能量回收系统

3.1能量回收系统现状

反渗透海水淡化是目前海水淡化的主流技术之一,反渗透海水淡化过程需消耗大量电能提高进水压力以克服海水的渗透压,反渗透膜排出的浓水余压高达4.5 ~ 5.0MPa,按照40%的产水率计算,排放的浓盐水中还蕴含约60%的进水余压能量,将这一部分能量回收变成进水能量可大幅降低反渗透海水淡化的能耗,而实现这一目的,有赖于利用能量回收技术。利用能量回收装置大幅降低了淡化水的生产成本 ,促进了反渗透淡化技术的推广和应用,并使之成为最具竞争力和发展速度最快的海水淡化技术 。因此 ,能量回收与反渗透膜和高压泵并列成为反渗透海水淡化系统中的三大关键技术。但是目前能量回收装置主要靠国外进口,造价比较高。

 

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各种进口能量回收机

 

3.2典型能量回收装置

目前反渗透海水淡化工程中应用较成功的能量回收装置主要为转子式压力交换器和活塞式阀控压力交换器两类,效率最高可达90%。以转子式压力交换器为例,目前美国ERI公司的PX转子式压力交换能量回收装置是反渗透系统中典型的能量回收产品。

 

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PX 转子式压力交换能量回收装置

 

PX能量回收机工作原理:高压浓盐水推动圆周开有多个纵向沟槽(类似于多个微型液缸)的无轴陶瓷转子旋转,使多个微型沟槽分别在两侧静止的配流盘高压区和低压区交替转换切入,进入高压区的微型液缸进行能量回收传递向外排液,进入低压区的微型液缸进行原海水补液,PX需配增压泵以使初步升压的原海水进入RO系统。高压浓盐水与低压原海水直接传递压力,水在多个微型液缸中的停留时间很短,两种液体由一段封闭的“液体活塞”分开,能量回收效率较高,浓水能量至原海水液体能量的转换效率在90%左右。

 

3.3新型一体化系统能量回收技术

区别于当前单独配置能量回收机的反渗透系统能量回收模式,我公司在国际上首次提出全新的系统能量回收理念,并研发出膜泵集成系统及系统能量回收一体机。新型一体化海水淡化机组由加压泵、膜泵集成系统、系统能量回收一体机、配套管路阀门以及PLC电控系统等部分组成。

加压泵往系统能量回收一体机中注入原海水,维持系统高压以克服海水的渗透压。

膜泵集成系统作用:一是与系统能量回收一体机、泵和管路系统匹配,调节系统的工作压力;二是从海水中分离出淡水。

能量回收系统回收反渗透膜浓水端的高压海水,再通过加压泵补压维持系统工作压力,使系统整体压力高于海水淡化的渗透压,保证反渗透膜正常分离海水和淡水。整套系统的工作模式区别于传统的反渗透膜组件加能量回收机结构的工作形式,系统能量回收一体机会储存一定容积的原海水,在系统维持稳定的产水压力的同时,采用循环工作的模式,浓海水直接返回系统能量回收一体机,经过多个循环达到要求的浓度后进行排放,因而在较大范围内,浓水与淡水浓度均可实现灵活调整。整个系统是以周期的形式循环工作,浓海水余压也随着淡水的生产周期被重复利用,整套系统能量几乎全部回收,因而能量回收效率可达到99%-99.5%。系统能量回收技术工艺流程如下:

 

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新型一体化能量回收技术工艺流程

 

4、新型一体化脱盐机组特点

(1)产品具有高效节能(省电)的特点,吨淡水能耗超过欧洲标准(3.3kWh/T),小型机组达到了2.5~3.2kWh/T(国内同类产品:8~10kWh/T),大型机组达到了2.3~2.5kWh/T(国内同类产品4~6kWh/T)。

(2)针对不同浓度含盐水(包括海水),在较大范围内,可以根据需要灵活调整浓水和淡水浓度。

(3)触控及PLC智能化控制,一键启动。

(4)“膜泵集成系统”与“系统能量回收一体机”完美匹配,机组高度集成,相比现有海水淡化机组可节约60%左右的占地面积,并且实现了全系统节能。

(5)有自动冲洗功能,反渗透膜的使用可靠性好,寿命长。

 

5、海水淡化(脱盐)系列机组功耗

 

系列型号

每天产水量(T/D)

轴功率

(kW)

配套电机功率

(kW)

单吨淡水能耗(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