1、2023-1-21第四章反渗透法海水淡化第四章反渗透法海水淡化第一节综述第一节综述2023-1-22一、发展历史一、发展历史v 渗透现象早在渗透现象早在17481748年年就被法国的就被法国的Ahble NclleAhble Nclle，所发现。利用与渗透过程相反的过程进行海水淡化所发现。利用与渗透过程相反的过程进行海水淡化的设想是在的设想是在19501950年年提出的。提出的。19531953年年首先由美国内务首先由美国内务部把反渗透的研究纳入国家计划，并在美国盐水局部把反渗透的研究纳入国家计划，并在美国盐水局的资助下进行了开拓性研究结果证明利用醋酸纤的资助下进行了开拓性研究结果证明利用醋酸
2、纤维素商品膜可以从海水小制取淡水。维素商品膜可以从海水小制取淡水。2023-1-23 19581958年年，美国加利福尼亚大学也采用醋酸纤维素膜，美国加利福尼亚大学也采用醋酸纤维素膜成功地完成了海水淡化试验，进而确定了著名的成功地完成了海水淡化试验，进而确定了著名的凝凝胶相转化制备不对称膜的工艺胶相转化制备不对称膜的工艺，并于，并于19601960年年成功地成功地研制出第一张高盐截留率、高水通量的不对称二醋研制出第一张高盐截留率、高水通量的不对称二醋酸纤维素海水反渗透膜，使反渗透法逐渐达到实用酸纤维素海水反渗透膜，使反渗透法逐渐达到实用化水平，从而使反渗透分离从可能变成现实。化水平，从而使反渗
3、透分离从可能变成现实。2023-1-24 v经过近三十年的不断发展，海水淡化反渗透复合膜经过近三十年的不断发展，海水淡化反渗透复合膜的性能已经有了较大的提高，的性能已经有了较大的提高，日前的反渗透复合膜日前的反渗透复合膜系采用芳香族聚酰胺为材料系采用芳香族聚酰胺为材料，特征水通量达，特征水通量达19781978年年的的2 2倍，盐的透过率大约为倍，盐的透过率大约为19781978年的年的1 14 4，膜的脱盐，膜的脱盐率高于率高于99.399.3，抗污染和抗氧化能力大大提高。，抗污染和抗氧化能力大大提高。v技术的进步使得海水淡化制取饮用水，由原来的二技术的进步使得海水淡化制取饮用水，由原来的二
4、级流程简化为一级流程成为现实。级流程简化为一级流程成为现实。2023-1-25 20 20世纪世纪8080年代年代出现的采用微滤、超滤或纳滤等膜技出现的采用微滤、超滤或纳滤等膜技术作为反渗透海水淡化系统的术作为反渗透海水淡化系统的预处理工艺预处理工艺使得反渗使得反渗透海水淡化装置更加可靠。透海水淡化装置更加可靠。用膜技术作为海水反渗透的预处理，不需要加入絮用膜技术作为海水反渗透的预处理，不需要加入絮凝剂、杀菌剂和还原剂等化学药品，同时也省去了保凝剂、杀菌剂和还原剂等化学药品，同时也省去了保安过滤器，使反渗透的进水水质从传统处理方法能够安过滤器，使反渗透的进水水质从传统处理方法能够达到的出水污染
5、指数小于达到的出水污染指数小于3 3改进到小于改进到小于1 1，有效去除了，有效去除了进料海水中的胶体类物质保证了反渗透装置的长期进料海水中的胶体类物质保证了反渗透装置的长期稳定运行。稳定运行。2023-1-26 在反渗透操作过程中，浓缩盐水携带的相当一部分能在反渗透操作过程中，浓缩盐水携带的相当一部分能量，如不加以利用，将造成能量的极大浪费，各种形式量，如不加以利用，将造成能量的极大浪费，各种形式的的能量回收装置相继出现能量回收装置相继出现 先期的先期的涡轮远平式涡轮远平式能量回收装置，利用压力较高的浓能量回收装置，利用压力较高的浓盐水转动涡轮，通过轴或其他传动装置，将其能量输送盐水转动涡轮
6、，通过轴或其他传动装置，将其能量输送至原海水。至原海水。尽管其能量回收效率低于后期开发的尽管其能量回收效率低于后期开发的正位移式正位移式能量回能量回收装置其节能效果也相当明显，回收效率为收装置其节能效果也相当明显，回收效率为5050-80-80。2023-1-27v最近开发的最近开发的正位移式能量回收装置回收效率更高正位移式能量回收装置回收效率更高可达可达9090以上，从而使反渗透海水淡化装置的能耗进一步降以上，从而使反渗透海水淡化装置的能耗进一步降低。低。v出于采用各种新的工艺和多种新技术的出现，也使得海出于采用各种新的工艺和多种新技术的出现，也使得海水淡化的成本大大降低，反渗透技术的应用范
7、围逐步扩水淡化的成本大大降低，反渗透技术的应用范围逐步扩大。大。v统计资料表明、统计资料表明、19891989年以前，采用反渗透技术进行海水年以前，采用反渗透技术进行海水淡化的淡化水产量占海水淡化市场的淡化的淡化水产量占海水淡化市场的6 6，到，到19971997年底，年底，其比例已上升至其比例已上升至1414。现今反渗透技术已成为海水淡化现今反渗透技术已成为海水淡化的主要方法之一的主要方法之一。相比世界海水淡化市场，占有。相比世界海水淡化市场，占有26268 8的份额。且的份额。且海水淡化不断向大型化方向发展，装机容量海水淡化不断向大型化方向发展，装机容量也不断扩大。也不断扩大。2023-1
8、-210第二节、反渗透海水淡化工艺第二节、反渗透海水淡化工艺v 由于反渗透膜可以阻止无机盐分子的通过，因此反由于反渗透膜可以阻止无机盐分子的通过，因此反渗透工艺技术可以用于海水淡化领域。渗透工艺技术可以用于海水淡化领域。v 一般说来，反渗透海水淡化工艺可以分为三个部分：一般说来，反渗透海水淡化工艺可以分为三个部分：预处理、反渗透和后处理。预处理、反渗透和后处理。v 加上因膜污染而不得不进行的加上因膜污染而不得不进行的膜清洗膜清洗，所以反渗透，所以反渗透工艺一般分四部分。工艺一般分四部分。NaOHSWRO 装置装置保安过滤保安过滤淡水淡水高压泵高压泵能量回收装能量回收装置置压力提升泵压力提升泵浓
9、海水综合利浓海水综合利用进入生态产用进入生态产业链业链FeCl3Cl2H2SO4NaHSO3海水取水海水取水机械过滤或超滤机械过滤或超滤混凝沉淀混凝沉淀清水池清水池2023-1-212絮凝剂絮凝剂酸处理酸处理氯处理氯处理海水海水砂滤除氯纯净水PHPH控制控制 加氯加氯 反渗透海水淡化工艺简图反渗透海水淡化工艺简图膜组件淡水缶预预 处处 理理后后 处处 理理能量回收能量回收 装置装置浓盐水浓盐水2023-1-213超滤装置实景图2023-1-215第三节第三节 反渗透工艺流程反渗透工艺流程 3.4.13.4.1流程流程v由于反渗透膜的溶质脱除率大多在由于反渗透膜的溶质脱除率大多在0.90.90.
10、950.95范围内，因范围内，因此，要获得高脱除率的产品往往需采用此，要获得高脱除率的产品往往需采用多级或多段反渗透多级或多段反渗透工艺。工艺。v在反渗透过程中，所谓在反渗透过程中，所谓级数是指级数是指进料经过加压的次数。进料经过加压的次数。如如二级则是料液在过程中经过二次加压，二级则是料液在过程中经过二次加压，在同一级中以在同一级中以并并联排列的组件组成一段联排列的组件组成一段，多个组件以前后串联连接组成多，多个组件以前后串联连接组成多段。段。2023-1-216一级一段连续式反渗透流程一级一段连续式反渗透流程料液槽高压泵反渗透膜组件料液槽高压泵反渗透膜组件（a)a)一级一段连续式反渗透流程
11、一级一段连续式反渗透流程浓缩液浓缩液渗透液渗透液流程特点：流程特点：料液进入膜组件后，浓缩液和渗透液连续排出，料液进入膜组件后，浓缩液和渗透液连续排出，水的利用率较低。水的利用率较低。2023-1-217一级一段循环式反渗透流程一级一段循环式反渗透流程原料液料液槽高压泵反渗透膜组件（b)b)一级一段循环式反渗透流程一级一段循环式反渗透流程浓缩液渗透液流程特点：料液进入膜组件后，浓缩液一部分返回到料液槽，使浓流程特点：料液进入膜组件后，浓缩液一部分返回到料液槽，使浓缩液的浓度不断提高，水的利用率增大，但水质有所下降缩液的浓度不断提高，水的利用率增大，但水质有所下降。2023-1-218一级多段反
12、渗透流程一级多段反渗透流程.流程特点：该流程常用于料液的浓缩，料液经多步浓缩，其体积减流程特点：该流程常用于料液的浓缩，料液经多步浓缩，其体积减少而浓度提高，产水量相应增大。少而浓度提高，产水量相应增大。此流程适用于处理量大，回收率高的场合。通常苦咸水及低盐此流程适用于处理量大，回收率高的场合。通常苦咸水及低盐度水的净化均采用此流程，随着高性能膜的出现，海水淡化也采度水的净化均采用此流程，随着高性能膜的出现，海水淡化也采用此流程用此流程。（b)b)一级多段反渗透流程一级多段反渗透流程浓缩液浓缩液RORORO产品水产品水浓缩液浓缩液浓缩液浓缩液原水原水第一段第一段第二段第二段第三段第三段高压泵高
13、压泵2023-1-219二级一段循环式反渗透流程二级一段循环式反渗透流程.流程适用：进料含盐度高；一级达不到出水要求；膜的脱盐率低，而流程适用：进料含盐度高；一级达不到出水要求；膜的脱盐率低，而水的渗透性又高。水的渗透性又高。（c)c)二级一段循环式反渗透流程二级一段循环式反渗透流程渗透液渗透液浓缩液料液高压泵高压泵浓水排放浓水排放第一级第一级第二第二级级2023-1-220多级一段反渗透流程多级一段反渗透流程.流程特点：可生产高纯水流程特点：可生产高纯水（a)a)多级一段反渗透流程多级一段反渗透流程浓缩液浓缩液RORORO产品水产品水原水原水第一级浓水第一级浓水二级浓水二级浓水三级浓水三级浓
14、水高压泵高压泵高压泵2023-1-221多级一段反渗透流程多级一段反渗透流程.流程特点：水的回收率提高流程特点：水的回收率提高（b)b)多级一段反渗透流程多级一段反渗透流程RORORO产品水产品水原水原水第一级浓水第一级浓水二级浓水二级浓水三级浓水三级浓水高压泵高压泵高压泵2023-1-222多段反渗透装置的排列多段反渗透装置的排列v原则：是保持装置内的平均流速（流量）大于或等原则：是保持装置内的平均流速（流量）大于或等于膜元件在标准测试条件下的值，从而使装置的浓于膜元件在标准测试条件下的值，从而使装置的浓差极化度小于其元件的浓差极化度。差极化度小于其元件的浓差极化度。v因此，无论是分段式或分
15、级式流程的装置均应逐段因此，无论是分段式或分级式流程的装置均应逐段或逐级减少并联组件数，即所谓锥形排列。或逐级减少并联组件数，即所谓锥形排列。2023-1-223.分段式锥形排列流程分段式锥形排列流程浓缩液浓缩液RO产品水产品水浓缩液浓缩液原水原水RORO高压泵高压泵分段式锥形排列分段式锥形排列反渗透反渗透膜典型应用过程膜典型应用过程浓缩液浓缩液4段渗透液3段渗透液1 1段段渗渗透透液液2段渗透液产品水产品水高水回收率的反渗透级联工艺高水回收率的反渗透级联工艺2023-1-225v除了以上几种反渗透流程外，还有多级多段流程。除了以上几种反渗透流程外，还有多级多段流程。v对于流程的选择，除了产量
16、和产品的浓度两个主要指标外，对于流程的选择，除了产量和产品的浓度两个主要指标外，需对装置的整体寿命、设备费、维护、管理、技术可靠性需对装置的整体寿命、设备费、维护、管理、技术可靠性等因素进行综合考虑。等因素进行综合考虑。v例如，将高压的一级流程改成两级时使过程在低压下进行，例如，将高压的一级流程改成两级时使过程在低压下进行，因而对膜、装置、密封、水泵等方面均有利。因而对膜、装置、密封、水泵等方面均有利。v多级连续操作级数为多级连续操作级数为2 23 3级，即有级，即有2 23 3个单级串联而成。个单级串联而成。由于这种过程通常只是最终一级在高浓度下操作，其他前由于这种过程通常只是最终一级在高浓
17、度下操作，其他前几个单级中，溶液的浓度均较低，渗透流率也相应较大，几个单级中，溶液的浓度均较低，渗透流率也相应较大，所以总膜面积小于单级操作，接近间歇操作。所以总膜面积小于单级操作，接近间歇操作。第四节海水淡化处理工程的几个关键问题第四节海水淡化处理工程的几个关键问题1 1 海水预处理海水预处理2 2 淡化系统的选择淡化系统的选择3 3 能量回收装置能量回收装置4 4 防腐措施防腐措施5 5 投资及运行成本投资及运行成本6 6 工程建设管理工程建设管理2023-1-227一一.海水预处理海水预处理v为了充分发挥反渗透淡化系统的技术优越性，保证良好的设为了充分发挥反渗透淡化系统的技术优越性，保证
18、良好的设计性能和长时间的安全运行，特别是为了保证膜的使用寿命计性能和长时间的安全运行，特别是为了保证膜的使用寿命(一般情况下，自来水和苦咸水反渗透膜的使用寿命为一般情况下，自来水和苦咸水反渗透膜的使用寿命为5 5年，年，而海水膜的使用寿命为而海水膜的使用寿命为3 3年年)，必须对原水进行适当的预处理，必须对原水进行适当的预处理，并应控制反渗透器进水的各种参数，才能确保反渗透设备的并应控制反渗透器进水的各种参数，才能确保反渗透设备的长期安全运行。长期安全运行。v预处理和清洗不合理，会导致渗透量下降，并需要更换新的预处理和清洗不合理，会导致渗透量下降，并需要更换新的反渗透组件。因此，在反渗透工程设
19、计上，必须仔细考虑预反渗透组件。因此，在反渗透工程设计上，必须仔细考虑预处理系统，以确保反渗透组件的给水质量合格。处理系统，以确保反渗透组件的给水质量合格。(1)杀菌灭藻杀菌灭藻 主要是控制海水中微生物的繁殖、污染a.采用药剂：次氯酸钠 b.投加方式：连续氯化，有细菌后繁殖现象。间断氯化法 c.加药量控制：12mg/L d.药品来源：电解海水（反渗透浓水）（2 2）悬浮物及胶体的去除）悬浮物及胶体的去除过滤过滤体的危害：微粒若进入反渗透系统将造成膜元件的污堵，难以清洗。悬浮物和胶体去除的主要方法：机械过滤+活性碳过滤/超滤 过滤方过滤方法法优点优点缺点缺点常规过常规过滤滤运行经验丰富运行经验丰
20、富设备占地面积大，且需备用设备占地面积大，且需备用出水水质不稳定，易受进水条件波动出水水质不稳定，易受进水条件波动投资成本低投资成本低对于对于5um5um的胶体、微生物无法去除的胶体、微生物无法去除出水水质较差，一般浊度出水水质较差，一般浊度5NTU5NTU，SDISDI4 4 常用过滤方法（砂滤与超滤）比较常用过滤方法（砂滤与超滤）比较过滤方法过滤方法优点优点缺点缺点超滤超滤设备模块化结构设计，占地面积小设备模块化结构设计，占地面积小投资及投资及运行成运行成本略高本略高出水稳定，受进水条件波动小出水稳定，受进水条件波动小出水水质好，一般浊度出水水质好，一般浊度0.2NTU0.2NTU，SDI
21、SDI2 2可以有效去除细菌、微生物，减缓反渗透可以有效去除细菌、微生物，减缓反渗透膜的生物污染膜的生物污染提高反渗透膜元件的产水通量提高反渗透膜元件的产水通量超滤膜组件（二）（二）海水淡化系统的选择海水淡化系统的选择海水淡化系统选择需考虑的关健因素海水淡化系统选择需考虑的关健因素a 回收率回收率 回收率不仅与膜元件的固有的特性（脱盐率、平均水通量）有关，回收率不仅与膜元件的固有的特性（脱盐率、平均水通量）有关，还与当地海水水质、产水水质要求、电价、预处理系统等有密切还与当地海水水质、产水水质要求、电价、预处理系统等有密切关系。关系。通常回收率约为通常回收率约为3550%，预处理为传统过滤时，
22、回收率不宜高于，预处理为传统过滤时，回收率不宜高于40%；b 膜通量膜通量根据已经运行的海水淡化系统，当预处理为传统预处理时，膜通根据已经运行的海水淡化系统，当预处理为传统预处理时，膜通量大多在量大多在1315L/m2.h；c 膜元件选择膜元件选择7根膜元件组装在一根压力管内5根膜元件组装在一根压力管内2023-1-2342023-1-2352023-1-236pDOWDOW公司公司 SW30HRLE-400SW30HRLE-400u有效膜面积高，脱盐率高有效膜面积高，脱盐率高u透水量高与透水量高与SW30HR-380SW30HR-380相比，产水量增加相比，产水量增加25%25%u对硼的脱除
23、率高，可满足饮用水的严格标准对硼的脱除率高，可满足饮用水的严格标准u清洗液适应范围宽（清洗液适应范围宽（PH112PH112）u缩短膜片长度，增加膜叶数的结构，降低污染水平缩短膜片长度，增加膜叶数的结构，降低污染水平 有效膜面积：有效膜面积：37m37m2 2 最高运行压最高运行压力：力：69Bar69Bar 稳定脱盐率：稳定脱盐率：99.75%99.75%产水量：产水量：28m28m3 3/d/dpHYDRANAUTICSHYDRANAUTICS公司公司 SWC5SWC5u有效膜面积高，脱盐率高有效膜面积高，脱盐率高 有效膜面积：有效膜面积：34.5m34.5m2 2 最高运行压力最高运行压
24、力：69Bar69Bar 稳定脱盐率：稳定脱盐率：99.6%99.6%产水量：产水量：22.3m22.3m3 3/d/dpTORAYTORAY公司公司 TM820-400TM820-400u有效膜面积高，脱盐率高有效膜面积高，脱盐率高u清洗液适应范围宽（清洗液适应范围宽（PH112PH112）有效膜面积：有效膜面积：37m37m2 2 最高运行压力最高运行压力：69Bar69Bar 稳定脱盐率：稳定脱盐率：99.75%99.75%产水量：产水量：25m25m3 3/d/d2023-1-2392.反渗透系统反渗透系统v反渗透装置的主体由反渗透膜堆和高压系统两部分组成。反渗透装置的主体由反渗透膜堆
25、和高压系统两部分组成。由于进水水质不同，高压泵把进水升压至不同的压力进由于进水水质不同，高压泵把进水升压至不同的压力进入膜堆，透过膜的作为初级产品水，未透过膜的作为浓入膜堆，透过膜的作为初级产品水，未透过膜的作为浓盐水排放。盐水排放。v设计的核心设计的核心在于根据不同的原水水质安排不同的水回在于根据不同的原水水质安排不同的水回收率，以及通过流程安排使系统尽可能的节能。收率，以及通过流程安排使系统尽可能的节能。v自来水及苦咸水回收率可以做到自来水及苦咸水回收率可以做到45457575，甚至做到，甚至做到9090以上以上v海水反渗透系统，大中型装置可以做到海水反渗透系统，大中型装置可以做到3030
26、5050。2023-1-240v反渗透本体部分：主要由反渗透本体部分：主要由反渗透组件和高压泵反渗透组件和高压泵两大部分组成。两大部分组成。v反渗透组件是整个系统的心脏部分，而高压泵反渗透组件是整个系统的心脏部分，而高压泵是系统的关键部件。是系统的关键部件。高压泵性能好坏对系统性高压泵性能好坏对系统性能影响很大，因为它是运转部件，容易磨损和能影响很大，因为它是运转部件，容易磨损和出现故障，而反渗透组件是静止部件，只要预出现故障，而反渗透组件是静止部件，只要预处理得当其性能是稳定的。处理得当其性能是稳定的。2023-1-241v 用作反渗透用作反渗透高压泵高压泵的种类有的种类有往复泵、离心泵、单
27、螺往复泵、离心泵、单螺杆泵和高速泵。杆泵和高速泵。v小型的实验室小型的实验室反渗透装量，可选用反渗透装量，可选用往复泵往复泵；v反渗透水处理工程反渗透水处理工程，以不锈钢的多级离心泵和高速，以不锈钢的多级离心泵和高速泵为宜；泵为宜；v对于压力不高、流量不大对于压力不高、流量不大的反渗透装置，亦可以选的反渗透装置，亦可以选用单螺杆泵或其他类型的泵。用单螺杆泵或其他类型的泵。高压泵：高压泵：2023-1-242v反渗透过程中没有相变，是一种节能技术反渗透过程中没有相变，是一种节能技术。v以海水为例，把以海水为例，把1 1立淡化海水时，高压废盐水的排放立淡化海水时，高压废盐水的排放量可占进水流量的量
28、可占进水流量的7070，压力一般从，压力一般从5.5MPa5.5MPa降至常降至常压，能量损失约压，能量损失约70%70%。v为了降低淡化水的操作费用，通常在浓盐水排放管为了降低淡化水的操作费用，通常在浓盐水排放管线上安装能量回收装置。线上安装能量回收装置。v目前世界上大致有二种能量回收装置更多地应用在目前世界上大致有二种能量回收装置更多地应用在海水淡化中，根据出现先后次序：涡轮式能量回收海水淡化中，根据出现先后次序：涡轮式能量回收系统、系统、PXPX压力交换能量回收系统。压力交换能量回收系统。能量回收装置：能量回收装置：用于回收高于浓盐水能量的用于回收高于浓盐水能量的设备设备有：涡轮机有：涡
29、轮机(包括冲包括冲击式水轮机击式水轮机)、各种旋转泵、各种旋转泵(离心泵和叶片泵离心泵和叶片泵)、正位、正位移泵和流动功装置移泵和流动功装置。能量回收装置是膜法海水淡化发展的前提条件，海水能量回收装置是膜法海水淡化发展的前提条件，海水含盐量高，渗透压力，需要提供较高的工作压力（含盐量高，渗透压力，需要提供较高的工作压力（47MPa47MPa），而反渗透膜间压差仅），而反渗透膜间压差仅0.20.3MPa0.20.3MPa，其余，其余95%95%以上的能源就浪费了，故早期膜法海水淡化技术以上的能源就浪费了，故早期膜法海水淡化技术发展十分缓慢；发展十分缓慢；近年来，能量回收技术得到显著提高，能量近年
30、来，能量回收技术得到显著提高，能量回收率已经达到回收率已经达到95%95%，能量回收技术的提高促进了膜，能量回收技术的提高促进了膜法海水淡化的发展，膜法海水淡化的发展也刺激了能法海水淡化的发展，膜法海水淡化的发展也刺激了能量回收技术的提高。量回收技术的提高。2023-1-244通常涡轮机和旋转泵多用于大型海水淡化装通常涡轮机和旋转泵多用于大型海水淡化装置，流动功装置多用于小型淡化装置。置，流动功装置多用于小型淡化装置。传统能量回收装置可以回收浓水能量的传统能量回收装置可以回收浓水能量的6060左右，使用最新开发的压力交换能量回收装左右，使用最新开发的压力交换能量回收装置可回收浓盐水能量的置可回
31、收浓盐水能量的9292以上，因此以上，因此安装此安装此装置后可使淡化水的电力消耗大为降低装置后可使淡化水的电力消耗大为降低。2023-1-245能量回收器按照工作原理主要分类两类：离心式原理和正位移式原理两类：离心式原理和正位移式原理离心式能量回收装置离心式能量回收装置v离心式能量回收装置利用水利透平原理，通常是将高压浓盐离心式能量回收装置利用水利透平原理，通常是将高压浓盐水通过透平使其中的压力能首先转换成轴功。再利用轴功驱水通过透平使其中的压力能首先转换成轴功。再利用轴功驱动泵从而使流过泵的进料海水增压，即经过动泵从而使流过泵的进料海水增压，即经过“压力能压力能轴功轴功压力能压力能”两个阶段
32、的转换过程，其能量传递效率为两个阶段的转换过程，其能量传递效率为50%50%7070。v主要类型：反转泵型、能量回收透平等。这些技术是在回收主要类型：反转泵型、能量回收透平等。这些技术是在回收高原浓盐水中高原浓盐水中压力能压力能的同时，的同时，通过减少高压泵的输出压力来通过减少高压泵的输出压力来降低淡化系统的能耗，进而降低产水成本。降低淡化系统的能耗，进而降低产水成本。v离心式能量回收器内于其能量回收效率相对较低离心式能量回收器内于其能量回收效率相对较低(50(508080)，目前主要用于中小型淡化装置。目前主要用于中小型淡化装置。2023-1-246v法兰西斯型能量回收透平反转泵法兰西斯型能
33、量回收透平反转泵，属于最早的能量回，属于最早的能量回收装置。通常采用叶片式离心泵反转运行，其结构简收装置。通常采用叶片式离心泵反转运行，其结构简单、成本低廉，但由于水力流动性能不佳，能量回收单、成本低廉，但由于水力流动性能不佳，能量回收效率较低，通常约为效率较低，通常约为3030。v此泵在工作性能上对工况的要求严格和苛刻。目前这此泵在工作性能上对工况的要求严格和苛刻。目前这种能量回收装置在淡化厂较少被采用。种能量回收装置在淡化厂较少被采用。v以上这两种属于第一代能量回收装置。给水高压泵能量回收装置浓水淡化水反渗透装置 高压泵 给水 压力交换器 淡化水 浓水 增压泵压力交换式能量回压力交换式能量
34、回收装置收装置 电耗电耗2.5kw.h/m2.5kw.h/m3 32023-1-250v19901990年第二代能量回收装置进入市场，这种能量回年第二代能量回收装置进入市场，这种能量回收装置将泵和透平两部分通过同一根轴有机地结合为收装置将泵和透平两部分通过同一根轴有机地结合为一个整体，采用耐腐蚀的合金材料制成，较第一代更一个整体，采用耐腐蚀的合金材料制成，较第一代更可靠，需要的维护量更少。膜组件中排放出的高压浓可靠，需要的维护量更少。膜组件中排放出的高压浓盐水在驱动透平旋转的同时带动同轴的泵盐水在驱动透平旋转的同时带动同轴的泵T T作，使得通作，使得通过泵的海水得到进一步增压，从而达到节能的目
35、的。过泵的海水得到进一步增压，从而达到节能的目的。v盐水和海水的压力和流量可以不同该装置全部由盐盐水和海水的压力和流量可以不同该装置全部由盐水来驱动，无须外加能量。核能量回收透平采用新开水来驱动，无须外加能量。核能量回收透平采用新开发的耐海水腐蚀的双相不锈钢材料加工而成，工作性发的耐海水腐蚀的双相不锈钢材料加工而成，工作性能稳定可靠，维护量小。能稳定可靠，维护量小。2023-1-251v正位移原理能量回收装置正位移原理能量回收装置v 2020世纪世纪9090年代后期山现了第三代能量问收浆置，它与前两代年代后期山现了第三代能量问收浆置，它与前两代能量回收器完全不同，既不包括泵部分，也不包括透平部
36、分。能量回收器完全不同，既不包括泵部分，也不包括透平部分。v 这类能量回收装置采用正位移原理的能量回收装置，是利用这类能量回收装置采用正位移原理的能量回收装置，是利用高压浓盐水直接增压进料海水。高压浓盐水直接增压进料海水。v此方法只需经过此方法只需经过“压力能压力能压力能压力能”一次转换过程，能量传递效一次转换过程，能量传递效果可达果可达90909696。这种技术主要是在相同系统产量的情况下通过减少高压泵增压这种技术主要是在相同系统产量的情况下通过减少高压泵增压海水流量的方式降低系统能耗。海水流量的方式降低系统能耗。能量回收效率较高能量回收效率较高(9090)，对装置处理负荷适应性强等优点，对
37、装置处理负荷适应性强等优点，目前应用较多。目前应用较多。余压能量回收技术现已成为海水淡化技术的热门话题之一，正余压能量回收技术现已成为海水淡化技术的热门话题之一，正位移式能量回收器也成为研究的重点。位移式能量回收器也成为研究的重点。2023-1-252v反渗透谈化系统用正位移式能量回收器，通过直接传递的方式将反渗透反渗透谈化系统用正位移式能量回收器，通过直接传递的方式将反渗透系统排放出的高压盐水个的压力能传递给低压进料海水，即用高压盐水系统排放出的高压盐水个的压力能传递给低压进料海水，即用高压盐水来直接增压进料海水，从而达到节能降耗的目的。来直接增压进料海水，从而达到节能降耗的目的。v下图是其
38、工作原理示意图，水压缸下图是其工作原理示意图，水压缸1 1中高压盐水推动活塞及海水向右运中高压盐水推动活塞及海水向右运动，即为增压过程；与此同时，水压缸动，即为增压过程；与此同时，水压缸2 2中低压海水推动活塞及泄压盐中低压海水推动活塞及泄压盐水向左运动，即为泄压过程。水向左运动，即为泄压过程。2023-1-253每个水压缸增压和泄压过程是交替进行的这样才每个水压缸增压和泄压过程是交替进行的这样才能保证进料海水被连续增压，而泄压盐水被连续排放，能保证进料海水被连续增压，而泄压盐水被连续排放，使得反渗透系统能够连续稳定高效地运行。使得反渗透系统能够连续稳定高效地运行。水压缸两端的阀门主要是用来控
39、制增压和泄压过程水压缸两端的阀门主要是用来控制增压和泄压过程的启动和停闭的水压缸中的活塞主要是起隔离作用，的启动和停闭的水压缸中的活塞主要是起隔离作用，防止活塞两侧盐水与海水间的混合，以减少由于两种防止活塞两侧盐水与海水间的混合，以减少由于两种不同浓度液体的混合而对反渗透淡化过程造成不良的不同浓度液体的混合而对反渗透淡化过程造成不良的影响。影响。两种能量回收装置的比较两种能量回收装置的比较透平式能量回收压力交换式能量回收压力交换式能量回收能量回收原理能量回收原理利用浓缩水余压冲击反击式涡轮机驱动多级离心泵柱塞泵原理对浓缩水余柱塞泵原理对浓缩水余压进行置换回收压进行置换回收回收效率回收效率358
40、0%9295%能耗能耗低高高设备投资设备投资低高高 另需配增压泵另需配增压泵安装安装简单，占地空间小简单简单启动启动/运行运行简便，如同普通离心泵复杂，需联动调试复杂，需联动调试2023-1-255反渗透结垢与膜清洗反渗透结垢与膜清洗 反渗透膜仅允许水分子通过，其他盐类或者杂质将很容易反渗透膜仅允许水分子通过，其他盐类或者杂质将很容易导致反渗透膜的结垢污染。导致反渗透膜的结垢污染。导致反渗透组件污染堵塞的因素有五个方面，它们是结垢导致反渗透组件污染堵塞的因素有五个方面，它们是结垢物、金属氧化物、粒状悬浮物、胶体和微生物的污染。物、金属氧化物、粒状悬浮物、胶体和微生物的污染。v (1)(1)碳酸
41、钙、硫酸钙、钡、铝等盐类及硅酸盐结垢的污染碳酸钙、硫酸钙、钡、铝等盐类及硅酸盐结垢的污染v 溶解在给水中的难溶盐在反渗透过程中，在浓水侧浓溶解在给水中的难溶盐在反渗透过程中，在浓水侧浓缩而使浓度剧增，超过溶解度即产生沉淀。缩而使浓度剧增，超过溶解度即产生沉淀。在淡水、咸水和废水处理时，主要是碳酸钙和硫酸钙引在淡水、咸水和废水处理时，主要是碳酸钙和硫酸钙引起的结垢物。内于结垢对膜的污染，渗透液流很快下起的结垢物。内于结垢对膜的污染，渗透液流很快下降设备乐降增加反渗透设备的效率降低。这种现象可降设备乐降增加反渗透设备的效率降低。这种现象可通过相应的水处理方式和用低压或高压水冲洗膜组件来防通过相应的
42、水处理方式和用低压或高压水冲洗膜组件来防止止。2023-1-256实际过程中防止结垢物生成的措施实际过程中防止结垢物生成的措施v钠离子交换法：钠离子交换法：用钠离子交换器作为预处理装置，使硬用钠离子交换器作为预处理装置，使硬度盐类转化为溶解度较大的钠盐，从而防止硬度盐类折度盐类转化为溶解度较大的钠盐，从而防止硬度盐类折出。出。v加入阻垢剂：加入阻垢剂：加磷酸盐或其他种类的阻垢剂主要防止硫加磷酸盐或其他种类的阻垢剂主要防止硫酸钙垢，它能起到稳定钙离子的作用使其不从溶液中酸钙垢，它能起到稳定钙离子的作用使其不从溶液中析出可提高原水的利用率。析出可提高原水的利用率。v采用石灰预处理以降低碳酸盐硬度法
43、：采用石灰预处理以降低碳酸盐硬度法：对于大容量未处对于大容量未处理，特别是地表水作为水源时，可采用石灰凝聚过滤处理，特别是地表水作为水源时，可采用石灰凝聚过滤处理以降低原水中的碳酸盐硬度，同时还可以降低原水中理以降低原水中的碳酸盐硬度，同时还可以降低原水中的铁、锰及有机物的含量，使污染指数降低。的铁、锰及有机物的含量，使污染指数降低。2023-1-257v氢离子交换后喷淋脱碳：氢离子交换后喷淋脱碳：对于碳酸盐硬度非常高的对于碳酸盐硬度非常高的水，可用弱酸离子交换器作为反渗透的预处理，其水，可用弱酸离子交换器作为反渗透的预处理，其出水采用喷淋式脱碳器以除去大量二氧化碳。这样出水采用喷淋式脱碳器以
44、除去大量二氧化碳。这样可以使反渗透组件进水的残留碳酸接硬度降低，而可以使反渗透组件进水的残留碳酸接硬度降低，而且组件是在弱酸范围内运行因此渗透回收率高，且组件是在弱酸范围内运行因此渗透回收率高，而相应渗透液中过剩的阴离子和阳离子含量少。而相应渗透液中过剩的阴离子和阳离子含量少。v加酸：加酸：加酸后可以降低碳酸盐硬度和游离的碳酸。加酸后可以降低碳酸盐硬度和游离的碳酸。加酸量应控制在使水的饱和指数达到零或负数，一加酸量应控制在使水的饱和指数达到零或负数，一般情况下要调整加酸量使溶液的般情况下要调整加酸量使溶液的PHPH值控制在值控制在5.55.56.56.5左右。左右。2023-1-258(2)(
45、2)金属氧化物的污染金属氧化物的污染v海水中溶解性物质铁、锰或硫化氢，遇到空气或氯可能海水中溶解性物质铁、锰或硫化氢，遇到空气或氯可能氧化和沉淀。氧化和沉淀。如氢氧化亚铁、氧化锰等，形成不溶解性如氢氧化亚铁、氧化锰等，形成不溶解性肢体或微细状态时，会导致膜部分或全部地被堵塞。膜肢体或微细状态时，会导致膜部分或全部地被堵塞。膜允许的铁浓度，小于允许的铁浓度，小于PHPH、溶解氧的不同而变化很大。、溶解氧的不同而变化很大。在加酸至在加酸至PHPH为为5.55.5时、一般对膜无污染。因为较低的时、一般对膜无污染。因为较低的PHPH可防止铁氧化成不易溶解的三价铁氧化物。可防止铁氧化成不易溶解的三价铁氧
46、化物。v 金属管道生锈时形成的铁、铜等金属氧化物通过渗金属管道生锈时形成的铁、铜等金属氧化物通过渗透器表面时，将形成一层铁锈而堵塞膜。为防止铁锈形透器表面时，将形成一层铁锈而堵塞膜。为防止铁锈形成，可用曝气的方法处理后，再经砂滤、锰氟石过滤，成，可用曝气的方法处理后，再经砂滤、锰氟石过滤，用酸调用酸调PHPH或用钠氟石软化的方法对进水进行处理。或用钠氟石软化的方法对进水进行处理。2023-1-259v通常为防止渗透器膜结垢而加酸将通常为防止渗透器膜结垢而加酸将PHPH调至小于调至小于6 6，为，为此，加酸以后的设备和管道均应耐腐蚀，低压部分的此，加酸以后的设备和管道均应耐腐蚀，低压部分的管道大
47、多采用硬聚氯乙烯，高压部分的泵和管道可采管道大多采用硬聚氯乙烯，高压部分的泵和管道可采用不锈钢或特种不锈钢，或者采用用不锈钢或特种不锈钢，或者采用PVCPVC衬里、橡胶衬衬里、橡胶衬里的钢管。里的钢管。v 进水中存在的硫化氢如被氧化成硫磺就会污染进水中存在的硫化氢如被氧化成硫磺就会污染膜表面可用强烈的阳光强制地使硫磺单独分开过滤膜表面可用强烈的阳光强制地使硫磺单独分开过滤除去。除去。2023-1-260(3)粒状悬浮物v有些不溶性的物质如有些不溶性的物质如2 2微米以上的砂、粘泥、二氧化硅微米以上的砂、粘泥、二氧化硅等，一般可以过滤出去。但水中最多的悬浮物直径小等，一般可以过滤出去。但水中最多
48、的悬浮物直径小于于2 2微米，当水中有微米，当水中有2 21010微米的悬浮颗粒存在时，常微米的悬浮颗粒存在时，常易被较小的悬浮物完全包围而形成胶态，因此需加凝易被较小的悬浮物完全包围而形成胶态，因此需加凝聚剂使之聚合。聚剂使之聚合。v石灰处理也能将胶体和不溶性物质絮凝。在絮凝石灰处理也能将胶体和不溶性物质絮凝。在絮凝后为了保证无石灰沉淀物或凝聚剂漏过，可采用双后为了保证无石灰沉淀物或凝聚剂漏过，可采用双滤料过滤器以除去不溶物。大于滤料过滤器以除去不溶物。大于1010微米的颗粒不允许微米的颗粒不允许进入反渗透组件，特别对于中空纤维的反渗透器，其进入反渗透组件，特别对于中空纤维的反渗透器，其平均
49、间距约为平均间距约为2525微米，因此要求微米，因此要求5 5微米以上的粒子全部微米以上的粒子全部被除去。为此，在反渗透组件前，均设量被除去。为此，在反渗透组件前，均设量5 5微米的保安微米的保安过滤器。过滤器。2023-1-261(4)胶体v地面水小含胶体较多，主要是铝硅酸盐类的熟土，这种地面水小含胶体较多，主要是铝硅酸盐类的熟土，这种胶体颗粒在胶体颗粒在0.10.10.30.3微米的范围内，带负电。单用过滤微米的范围内，带负电。单用过滤器无法除去，因此广泛采用凝聚、沉淀、过滤或直流凝器无法除去，因此广泛采用凝聚、沉淀、过滤或直流凝聚过滤法，使微小的肢体颗粒在加凝聚剂后增大至聚过滤法，使微小
50、的肢体颗粒在加凝聚剂后增大至10102020微米被过滤除去。当悬浮物和胶体含量多时，还需加微米被过滤除去。当悬浮物和胶体含量多时，还需加澄清沉淀设备。澄清沉淀设备。v反渗透组件的进水，一般规定其污染指数应小于反渗透组件的进水，一般规定其污染指数应小于3 3。v污染指数是指预处理后水中悬浮物和胶体物的数量。如污染指数是指预处理后水中悬浮物和胶体物的数量。如果污染指数大于果污染指数大于3 3，就需要加强预处理以降低污染指数；，就需要加强预处理以降低污染指数；对于螺旋卷式反渗透组件，由于其流道设计合理，可以对于螺旋卷式反渗透组件，由于其流道设计合理，可以使进水的污染指数小于使进水的污染指数小于5 5
