海水淡化总方案 - 图文(6)

2020-02-21 15:38

2.pH调解

由于盐酸的发烟效应会对周围的金属元件产生腐蚀作用,所以采用便宜易得的硫酸来调解pH到优化值供至膜处理单元。pH在7附近可以提高絮凝和消毒功效(不仅避免碳酸盐和重碳酸盐沉淀还能增加氯作为杀菌剂的功效)。

3.混凝剂投加

混凝剂(一般采用三氯化铁、硫酸亚铁或其它合成的聚电解质)用来去除海水内的胶体和细小颗粒以提高过滤器的运行效果。

4.亚硫酸氢钠投加

亚硫酸氢钠(SBS)是较大型RO装置选用的典型还原剂。投加SBS的主要目的是为了减少海水内可能存在的氧化剂(如次氯酸钠投加产生的氯)对RO膜的氧化。

5.阻垢剂和分散剂投加

为避免盐分在RO膜内结垢,需投阻垢剂。药剂是一些专用有机合成聚合物,主要是为了阻碍微溶盐类如CaCO3、CaSO4、BaSO4、SrSO4、CaF2 的结晶生长。

分散剂也具有阻垢性能,对于不同的污染物,不同的分散剂的效率区别很大,所以先要知道污染物是什么。

理想的添加量和结垢物质及污染物最大饱和度最好通过药剂供应商提供的专用软件包来确定。

6.重力滤池

重力滤池以石英砂和无烟煤介质实现过滤,过滤速度很慢。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。有时一般的重力式滤池过滤后的海水杂质不符合超/微滤的进水要求,还要在二者之间增加一道其它的过滤装置,如压力式过滤器。以色列Ashkelon海水淡化厂采用重力滤池+微孔过滤器(微滤)的二级过滤方式(具体措施要根据水源水质而确定)。

7.氢氧化钠投加

进入RO之前要调解pH,同时增加硼的去除。在二级反渗透单元,投加氢氧化钠(NaOH)。

8.超/微滤

微滤(MF):能截流0.1-1μm之间的颗粒。微滤膜能允许大分子有机物和溶解性固体(无机盐等)通过,但能阻挡住悬浮物、细菌、部分病毒及大尺度的胶体的透过。微滤膜两侧的运行压差一般为0.7bar。

超滤(UF):能截流0.002-0.1μm之间的颗粒。超滤膜能允许小分子物质和溶解性固体(无

机盐等)通过,但能阻挡住胶体、蛋白质、微生物及大分子有机物。超滤膜截流分子量大约在1000-100000之间。超滤膜两侧的运行压差一般为1-7bar。

最终选择MF还是UF一般应在膜产品中试后予以确定。

6.3.3 反渗透

1.高压泵

高压泵是RO系统的心脏,一般采用多组高压泵(每组一台备用)。高压泵向RO膜供水,它提供了克服海水渗透压的动力。正确选择高压泵是系统安全、经济运行的关键。由于大型的海水淡化装置只能采用多级离心泵,所以选择高压泵一般要考虑以下问题: 1)水泵的效率,应选择效率高的水泵,因为效率的高低直接影响系统的经济性; 2)选择高效率覆盖范围广的高压泵,因为RO的通量会衰减,水泵的工作点会漂移; 3)选择扬程变化时流量变化较小的高压泵,因为影响RO渗透压的因素较多,水泵要在不同的工作点工作,但是RO产能及回收率变化不大; 4)选择检修维护容易的高压泵。

2.反渗透膜

当要求系统回收率更高时采用一段以上的排列系统(系统的压力容器被分为几组),就不会超过单只元件的回收率极限,这种方法叫做浓水分段,每一段中的压力容器平行并联,前后各段所含的压力容器数目沿进水走向减少,一般为2:1。

对于一个给定的RO系统,浓缩段数取决于产水回收率和何每支膜壳中的膜元件数。为避免在膜表面形成过度的浓差极化,每支模元件的回收率一般不能超过18%。对应不同回收率的模元件的RO单元,一般2段的配制(2:1排列)可达60-90%的回收率。

在有些情况下,一级膜处理系统仍无法满足工艺要求,如: ■ 常规的产水出水品质不够理想;

■ 不允许采用离子交换作为后处理(不允许采用再生药品); ■ 脱出病毒、细菌、热源和有机物特别重要; ■ 需要极高的系统可靠性。

这时,一级RO产水还要进行二级RO处理,这种配置叫做二级设计,或产水分段。第一级产水用泵送入第二级反渗透单元进行深度处理后,其回收率可达85%~90%。

对于本项目反渗透系统具体方案的选择(几级几段)应在考虑实际水质情况、中试实验后预处理方案的选择、预期达到的回收率以及不同方案的技术经济性比较等各种因素后最终

确定。

此方案暂定为两级两段配置。

3.能量回收装置

高压海水流经反渗透膜元件后除产水外,还有45%~60%的浓水只是克服了反渗透膜的水阻——段间压差,其中还蕴含了巨大的能量,所以反渗透海水淡化必须设置能量回收系统。 ■美国ERI公司的PXTM液-液直接交换式能量回收器 华能玉环项目采用此种装置,在案例中已做介绍。

■瑞士Calder.AG公司的Pelton Wheel透平机和PumpGinard公司的Francis透平机

水力透平机与高压给水泵及给水泵电机同轴联接,一般是高压给水泵双出轴两侧分置电机 和透平机,也可以是电机双出轴两侧分置水泵和透平机。透平机做电机的第二驱动助推电机,减小电机转矩,降低电机动力消耗。浓水能量至原海水液体能量转换效率60-75%。 我国的华能威海电厂2500m3/d系统、西班牙Carponeras12万吨/天反渗透海水淡化项目采用Pelton透平能量回收装置。

■瑞士Calder.AG公司的DWEER双压力容器功交换能量回收器

采用两个大直径液缸,其中一个液缸中高压浓水推动活塞将能量传递给低压原海水向外排液,另一个液缸中供料泵压入低压原海水补液并排出低压浓水,两液缸在PLC和浓水换向阀的控制下交替排补海水,实现把浓水能量转换成原海水能量的回收过程,DWEER需配备增压泵提升初步升压的原海水进入RO系统,有物理活塞隔离浓水和原海水,DWEER能量回收效率一般高于92%。亚洲最大SWRO厂之一的新加坡新泉海水淡化厂(Hyflux′s Tuas)13.6万吨/天应用30台DWEER1100型,全世界最大的海水淡化厂以色列Ashkelon′s North Plant33万吨 /天 SWRO系统应用了10模块共计40台DWEER1100型。

■通过以上的资料和数据,我们可以看出容积式液―液一次直接能量转换技术是SWRO淡化厂能量回收技术发展的趋势,DWEER双压力容器功交换能量回收器在大型和超大型SWRO脱盐系统优势明显。

建议本项目选用DWEER双压力容器功交换能量回收器。

4.冲洗装置

经过一段长时间的运行周期,需要通过化学清洗来去除膜内堆积的污垢。该系统包括高速循环清洗液及过滤器,微小颗粒从膜中被冲出截留在过滤器内。

6.3.4 浓水处理

经过海水淡化后的浓水富含Br、Na、Mg、K等化学元素,目前海水淡化厂大都采取浓水直接排海的方法。为对其进行合理利用,本文根据盐场卤水利用的经验,提出了“浓缩海水→提溴→氯碱”的浓水回收方案,与浓水直排一起作为备选方案之一。至于浓水利用方案的可行性大小以及它与浓水直排方案哪个更加可行,还要根据最终的可行性分析报告确定。

1.浓水提溴

我国溴素生产目前全部采用水蒸汽蒸馏法和空气吹出法,其原理均为用氯气作氧化剂将溴离子氧化为游离溴后再用水蒸汽蒸馏和空气吹出方式进行提制。1980年以前我国的溴素生产一般采用水蒸汽蒸馏法,其特点是工艺成熟、过程简单、效率高、成本低,但要求以溴含量3g/L以上卤水为原料。对于含溴量低于3g/L的海/卤水,由于使用水蒸汽蒸馏法会因消耗大量的蒸汽而使生产成本提高,故一般采用空气吹出法。我国80年代后新上的溴素厂均采用空气吹出法,目前该法占我国溴素生产的90%,水蒸汽蒸馏法占10%。空气吹出法的原料一般采用晒盐过程中的浓缩海水和地下卤水,空气吹出法的吸收剂很多,国际上广泛应用的有纯碱或烧碱溶液、二氧化硫、铁屑及低温溴盐溶液。空气吹出法对原料含溴量适应性较强,易于自动化控制,但需要庞大的设备和高投入的能耗。

表6.水蒸汽蒸馏法和空气吹出法提溴的优缺点比较 优缺点 制溴方法 优点 缺点 水蒸汽蒸馏法 1.流程简单,操作方便 1.投资费用高,设备复杂 2.适用于含溴量大于0.5%的原 2. 蒸汽用量大 料液 3.不适合用于含溴量小于0.1%3.成本低,回收率95%左右 的原料 1.纯碱利用率仅60%~70% 2.流程复杂,设备庞大 3.生产成本比较高 1.冷冻系统庞大 2.吸收前必须脱氯 3.原料含溴1~1.2%才经济 碱液吸收法 1.适用于海水或低成本水 (纯碱、烧矸) 2.蒸汽用量很少,吸收剂价廉 (美、德、中、日) 3.总回收率可达85% 空气吹出法 溴化钠溶液低温吸收法 (以色列) 1.吸收剂不消耗,可循环使用 2.流程简单,生产能力高 3.产品纯度高 4.低温下设备腐蚀小 5.总回收率90%以上 1.反应迅速,吸收完全,流程二氧化硫吸收法 简单 (美、英、德、中、2.设备较少 日) 3.吸收完成液含溴浓度高 4.总回收率95%

1.二氧化硫来源受限制 2.设备腐蚀严重

■水蒸汽蒸馏法提溴

图10. 水蒸汽蒸馏法提溴工艺流程图

原料卤水(在我项目中则是反渗透后的浓水)经泵1打如高位槽4,然后利用位差进入预热器5,预热后的卤水由顶端进入蒸馏塔6,在蒸馏塔内进行氯气的氧化反应及游离溴的水蒸汽蒸馏过程,提溴后的废液由塔底排出(进入氯碱系统),水蒸汽由塔底第三节通入。蒸馏出的溴蒸气及部分水蒸汽由塔顶排出,进入冷凝器8。通过与冷却水的热交换冷凝成液态溴(粗溴)及溴水,一同进入溴水分离瓶9。利用溴与溴水重度的不同将其分开,溴水回到蒸馏塔中重新蒸馏,粗溴进入吸收塔7,用原料卤水吸收后废气排空。粗溴精馏后,游离氯及其它有机物将大大降低,由釜底放出的精溴进入冷却器12,降温后放入贮溴瓶13,用瓷坛包装好就得到成品溴。由精馏顶放出的溴蒸气、氯气及少量的杂质气体,一同进入冷凝器10后,未被冷凝的气体也进入吸收塔7,进一步吸收溴及氯,废气排空。


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