摘 要： 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。

關(guān)鍵詞 ： 海島； 海水淡化 ； 能量回收 ； RO系統(tǒng)

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)。 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)用最為廣泛。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)?。由于船運(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 1000m／d產(chǎn)水量的海水淡化裝置一套 ，以滿足 永興島居民生活飲用水的需求 ，并于 2016年第二季 度開(kāi)工建設(shè) ，同年 10月投入使用 。

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，其他指標(biāo)見(jiàn)表 1。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

海水淡化工藝流程見(jiàn)圖 1。

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 斜管沉淀池及海水儲(chǔ)水池

1座 ，鋼混結(jié)構(gòu) ，長(zhǎng)為 15m，寬為 4m，深為 4m， 采用異向流斜板 ，表面負(fù)荷 為 2.5m3／(㎡ ·h)，斜管傾角為 60°。絮凝劑加藥系統(tǒng)包括溶液箱 、加藥 泵及攪拌器 ，加藥量手動(dòng)調(diào)整。殺生劑通過(guò)次氯酸 鈉發(fā)生器制作 ，對(duì)原海水 中的細(xì)菌、病毒等微生物進(jìn) 行滅活 ，否則這些微生物會(huì)堵塞超濾膜的膜孔 ，影響超濾系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2 海水儲(chǔ)水池

1座 ，鋼混結(jié)構(gòu) ，長(zhǎng)為 15m，寬為 2m，深為 4m。 儲(chǔ)水池的設(shè)置主要是為了后端的超濾系統(tǒng)進(jìn)行壓力緩沖 ，進(jìn)出口設(shè)置對(duì)夾法蘭式閥門 ，并配有排空閥， 便于日常維護(hù) 。

3.3 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。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。

3.4 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。 濃縮的原水被截留在膜絲外部 ，為了提高錯(cuò)流速度 ， 在一定程度上起到?jīng)_刷外表面的作用 ，該系統(tǒng)將一 部分濃縮液排回原海水箱 ，提高了濃縮水的流速 ，可以降低濃差極化現(xiàn)象 ，減少污染物的積累。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、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。

3.5 RO 系統(tǒng)

① 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) ，最低要 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 。 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) ，運(yùn)行一個(gè)月后的效果見(jiàn)表 2。從表 2可以看出，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。

5 效益分析

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。

6 結(jié) 論

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。

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