5.2威立雅水务集团以色列Ashkelon海水淡化厂（反渗透法）
5.2.1 背景
Ashkelon 海水反渗透厂是世界最大的采用膜技术的海水淡化厂，项目造价近2.12亿美元，每天生产300,000立方米的饮用水。
海水淡化厂包括膜海水淡化和海水提升、浓盐水排放、原水预处理和成品水处理等设施，此外还建有一个专门的联合循环燃气轮机（联合发电）发电厂，提供80 兆瓦的电力，其中56兆瓦供海水淡化处理使用。
由于该厂采用先进的反渗透技术和一流的能量回收系统，因此成本较低，所生产出来的饮用水达到此类工艺的最低价格，即0.53 美元/m3。
图2.Ashkelon 反渗透海水淡化厂鸟瞰图
图3.Ashkelon 反渗透工艺流程图
连续可靠运行是工厂设计的重点。由于该厂提供的饮用水量是设想中的两倍，因此该厂差不多由两个独立的部分组成，每个部分每天提供165,000 立方米的饮用水。这两部分共用海水提升泵站和最终的后处理（补充矿物质和消毒）设施，这些设施和泵站都具备足够的能力以确保各部分的独立运行。
5.2.2 进水和预处理
进水泵站配有五台35,000m3/h 的立式泵，通过两根管线将海水送到预处理设施，每根管线对应着20个双层重力滤池。过滤前添加化学药剂，并通过静态混合器混合。在预处理阶段，采用硫酸亚铁作为混凝剂和硫酸作为pH 调节剂以便有效去除悬浮固体。此外还安装有其它化学药剂投加设备（冲击加氯，聚合物）以便在海水水质恶化时使用。
进水 双层滤池
图4. 进水预处理
化学处理系统可以根据流速进行实时调节，并有适当冗余以确保系统的有效性。重力滤池通过石英砂和无烟煤介质实现过滤，过滤速度是8m/h。这种慢滤速、长停留时间和避免形成短流的配水和集水系统保证了过滤的高效率。即使在暴雨的浊度情况下，用这种方式过滤的海水也满足后续处理的要求。这些滤池每两天自动反冲洗一次。
微孔过滤器构成第二级过滤，也是膜处理之前的最后一道安全屏障。
图5. 微孔过滤器
5.2.3 反渗透
过滤后的海水经过高压泵流向反渗透设备，这些设备与先进的双工作交换能量回收（DWEER）设施联系在一起。高压泵和能量回收设备可以各自独立运行。这有助于提高系统的灵活性和效率。
高压中心 能量回收中心
图6.高压中心和能量回收中心
海水淡化设施由四阶段系统组成，这种设计是在考虑到出水水质的情况下采用的（氯化物小于20ppm，硼小于0.4ppm）。
- 第一个阶段是传统的海水反渗透系统，回收率大约是45%。部分渗透水来自压力容器的进水侧（前渗透）。这部分的盐浓度低于整个渗透水的浓度，可以直接与其它阶段的渗透水混合。
- 经过第一个阶段处理后的渗透后水进入第二个阶段，采用高pH值，提高膜对硼的去除率。此阶段的回收率是85%。在这个阶段处理的渗透水成为最终水的一部分。 - 经过第二个阶段处理后的浓盐水进入第三个处理阶段，这个阶段主要是对第二阶段处理的浓盐水进行软化。回收率为85%，采用低pH 值。由于处于酸化环境，因此在高回收率和高浓水浓度时也不用担心在膜表面上会结垢。但是由于pH 值低，硼去除率很低，部分硼会伴随渗透水进入下一阶段。因此在这个阶段形成的渗透水还不能被视作成品水，而必须经过第四个阶段的处理。
- 第四个阶段的回收率达到90%。在这个阶段采用高pH值，以便去除在第二个阶段中浓水中的硼。经过第四个阶段处理后的水可以与成品水混合在一起。在―标准‖的两阶段法海水处理中，第二个阶段产生的浓水直接进入第一阶段的进水，由于浓盐水的硼浓度太高，因此这种方法没有被采纳。
在设计阶段还考虑过其它方案，其中有将浓盐水直接排放或使用硼选择性离子交换剂等。
制水成本是确定最佳工艺和设计的一个主要考虑因素。
图7. 第一阶段的反渗透系统
海水淡化设施由第一阶段的32个反渗透装置、第二阶段的8个装置、第三阶段的两个装置和第四阶段的两个装置组成。该设施共采用了25,600 支海水膜和15,100支苦咸水膜。最终采用了DOW（陶氏）公司的Filmtec 膜用于反渗透处理。
5.2.4 后处理
经过多个阶段的反渗透系统的处理，从硼和氯化物含量的角度来看，出水质量已经符合要求，而采用石灰进行的后处理工作主要用于在将出水送入国家供水系统之前使之矿化。这个矿化过程以及碱度、硬度和pH 值的调节过程对于满足饮用水质标准是必不可少的，可以有效防止在供水管网中的腐蚀作用。
5.2.5 Ashkelon 采用中心设计方法的主要创新技术
传统的反渗透设备主要由高压泵、能量回收轮机和膜构成，并不适合大规模的反渗透处理厂。改进的办法之一是从本地模式转换成中央模式，集中泵送海水到高压比起传统方法来更经济实惠，能量回收也同样如此。构成海水淡化厂的两个部分中每个都配有三个高压泵，组成一个泵送中心，将海水通过共用管线送往各个反渗透装置，另有一台泵作为备用。四十个DWEER装置构成一个能量回收中心，该中心收集来自各个反渗透装置的加压浓盐水，将能量传输给海水，并通过共用进水管泵送至各个反渗透装置。
这种方法有助于提高各个系统的效率。
泵的效率是速度和流量的函数，效率高的泵每分钟转数和流量都很高。Ashkelon 高压泵达到了最大限度的泵效率（最佳工况时达到88.5%）。四十个DWEER 构成能量回收中心，分成十组，每组四个，其中一组备用。这样便于在较大范围内进行能量回收，并能提高系统的效率和灵活性。