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1、SWC 海水淡化膜应用实例SWC美国海德能公司于 2003 年最新推出高水温、高脱盐率、高脱硼的海水淡化复合膜SWC4，使其海水淡化膜产品系列更加完善。新型海水淡化膜 SWC4 可在提高 RO 系统进水温度、提高脱硼率的同时保持很高的脱盐率。对于利用反渗透海水淡化水(SWRO)做为锅炉补给水的发电厂，采用具有高脱盐率性能的 SWC4 产品是最理想的选择。因为 SWC4可以在高水温下运行，需要相对比较低的操作压力，同时保持相当高的脱盐率，可显著地降低海水淡化的成本。SWC4 的脱盐率为 99.8%，产水量为 5,200gpd(19.7m3/d)。SWC4 膜元件有 40440 和 8 英寸两种规
2、格。 SWC4 既可单独使用，也可作为膜集成技术(IMS)的组成部分之一使用。海德能公司最新采用切流式膜元件，其独特的端板设计既提供了更好的端面接触，又能使水力负荷分布更加均匀，使穿过膜端面的水流分配均衡，并提供了更有效的膜面积。海德能公司 SWC4 膜的推出为其海水淡化膜系列充实了新的实力，在世界范围内，海德能公司海水淡化工程业绩令世界瞩目。凭借这些成功经验和膜产品性能在水处理工业中的优异表现，海德能公司始终居于世界膜制造技术的领先地位，成为全球海水淡化项目首选供应商。SWC 海水淡化膜应用实例实例 1：日本冲绳(40000 吨/ 天) 海水淡化厂简介 岩崛博 日东电工集团 摘要：自从 19
3、96 年以来，开放式取水的反渗透海水淡化厂一直在日本冲绳当地企业局的海水淡化中心运行。根据该地区的生态环境保护设计要求，该厂采用了新的浓水排放系统。它由特殊海底分散装置的浓水排放系统组成。用在预处理中的絮凝剂氯化铁也进行回收以减少对环境的负面影响。自从该厂投入运行以来，没有关于该厂运行破坏环境问题的报道。40000 吨/天的反渗透产水由 8 套 5000 吨/ 天系统构成。整套系统共安装 3024 根 8 寸芳香族聚酰胺卷式复合膜，采用一级反渗透。随着季节不同给水温度在 2030之间变化，通过调节操作压力范围 66.5MPa 来使系统回收率保持在 40%。反渗透产水含盐量一直小于 300mg/
4、L。根据水库存水量的不同，反渗透产水在 5000 40000 吨/天范围内变化以满足城市供水。因为在计算和运行条件下，反渗透产水中只有硼超过饮用水标准，所以将反渗透产水和地表水进行适当混合，以达到饮用水标准。冲绳海水淡化中心日本目前最大产水量40000 吨/天的冲绳海水淡化厂，自 1996 年初建在冲绳的一个主要岛屿Chatan 镇。冲绳岛位于日本的西南部，处于亚热带气候区。由于地理和地质原因，多年来冲绳岛上的饮用水源非常有限。通过建设多用途水坝和水库，水资源得以增加，但还不足以供给。这是因为当地的人口密度非常高而且平均每人每年的降雨量也比全国平均水平低。虽然这里有 300 个左右的河，其中有
5、一个在冲绳本岛，但它们都是小且短的流域。因为河床的陡峭坡度，水流不稳定且很难加以利用。河水也长期缺乏，因为降雨主要集中在夏季和台风季节，因而降雨的利用率也很低。每年的降雨量波动很大。过去 20年中有 13 年，当地居民被严格限制用水，有时还有停水现象，在过去 20 年里曾有 1130 天连续限制用水的记录。因此冲绳决定采用反渗透海水淡化厂作为提供新水源的一个措施。这个由冲绳当地企业局所有的海水淡化厂，即冲绳海水淡化中心，对一起学习海水淡化厂运行和维护技术的普通公众和参观者开放。企业局是一个饮用水最大产量约为 470000 吨/天的商业机构，服务 30 个市政局，总人口数约 190 万。水来自
6、4 个不同水源，其中水坝68.1%、河水 19.4%、地下水 6.4%、淡化海水 6.1%。1海水淡化厂概况a) 40000 吨/天反渗透水厂设计基础位置： 邻近 Chatan 水处理厂，该厂自来水供水量 214,300 m3/天厂区面积： 约 12,000 m2建筑面积： 9,000 m2 地基面积： 17,600 m2 (4 层大楼 )反渗透系统最大产水量：40,000 m 3/天 (40%回收率)日东电工提供 PA 卷式复合膜 NTR-70SWC-S8(同海德能公司的 SWC3)和 TORAY(SU-820).原海水取水： 开放式取水方式 (在离海岸深 9.5 m 处的取水点，通过直径
7、1.2m220m 长海底管道系统输送。最大取水量为 108,000 吨/天) 浓水排放: 在经过直径 0.7m230 m 长管道系统之后，浓水通过快速分散装置排放。排放位置在潮汐下游，离取水点 62 米。最大排放量 67,000 吨/天。总建设费用: 约 347 亿日元，85%由政府资助设计基础和运行结果：主要设备规格 预处理步骤： 在沉淀池加入 NaClO (3mg/L 以 Cl2 计) 进行氯化二级直流过滤系统中在线加入絮凝剂 FeCl3 (1.53.0 mg/L)双介质过滤器：32m 2/单元13 单元设计通量=12m/h (1 单元备用)剖光砂滤器： 33.6m2/单元9 单元设计通量
8、=17m/h (1 单元备用) 化学药品： 用 H2SO4 调节 pH=6.57.0，用亚硫酸氢钠消毒泵：给水泵： 8.94 m3/minH45m1760rpm90kW9 单元 (1 单元备用) 高压泵： 卧式三级螺旋泵 8.91m3/min650m3580rpm1300kW8 单元能量回收涡轮：卧式三级螺旋泵 5.64 m3/min545m3580rpm约 386kW8 单元反渗透系统：出力： 每套 5,131m3/d8 套排列： 每根压力容器装 6 支膜，63 根压力容器 (7 排9 行)/套反渗透膜总数量： 3024 支反渗透水通量： 13m3/d/支膜 (约 11gfd)操作压力范围：
9、 66.5MPa给水温度范围： 2030反渗透产水水质： 反渗透产水水质设计为含盐量 TDS H+ + B(OH)4-pKa = 9.25图 1 所示为 PH 值与分解反应式之间的关系。在 PH=7 中性水中，硼很难分解成离子，因此反渗透膜的脱硼率比无机离子低得多。另一方面当 PH9.5，多数硼以 B(OH)-离子形态存在。因此反渗透给水 PH 越高，脱硼率越高3。然而因为高 PH 值下容易形成垢，如 CaCO3 垢，反渗透系统不能在高 PH 值下稳定运行。因此需要研究其它降低硼浓度的可行方法。2. 实际运行水厂中传统海水淡化反渗透膜的脱硼率日本冲绳海水淡化厂(40,000 吨/天)已经投运,
10、 图 2 是工艺流程图。该厂全部选用卷式芳香族聚酰胺复合膜(日东电工 NTR-70SWC，东丽公司 SU820)。采用一级运行方式，操作压力 6 MPa，回收率为 40%。原海水 TDS(总含盐量) 和硼含量分别为 38,300 mg/l 和 4.59mg/l；在 25时产水中的 TDS 为 154 mg/l，硼含量为 1.08mg/l；在30时，产水中的 TDS 为 194 mg/l，硼含量为 1.34mg/l 4。各项水质见表 2。可见脱硼率非常低，在 7176%之间，而 TDS 脱除率却高达 99.5%99.6%。为满足日本权威机构制定的硼含量为 1.0mg/l 的饮用水标准， 该水厂采
11、用反渗透产水与由源自陆地水的几乎不含硼的净化水进行混合。0 0.5 1 4 5 6 7 8 9 10 1 B(OH) 4 -/(H 3 BO 3 +B(OH) 4 -(H 3 BO 3 /(H 3 BO 3 +B(OH) 4 -B(OH) 4 - /(H 3 BO 3 +B(OH) 4 - or (H 3 BO 3 /(H 3 BO 3 +B(OH) 4 - pH ( - ) ( - ) 图 1 不 同 PH值 时 硼 的 水 分 解 程 度 泥 饼 FeCl 3一 级 过 滤 器first filter 二 级 过 滤 器 （ 调 节 设 施 ) 海 水 浓 缩 海 水 沉 降 池 取 水
12、泵 (原 水 设 施 ) 除 渣 机 水 箱 SB (NaHO 3)H 2SO 4高 压 泵 能 量 回 收 透 平 反 渗 透 膜 系 统 净 水 库 淡 水 箱 排 水 池 清 洗 后 排 放 水 池Cleaned Discharge 浓 缩 池 一 次 稀 释 池 二 次 稀 释 池 脱 水 设 备 处 理 后 水 NaClO NaClO (废水处理设施)图 2 反渗透海水淡化流程图表 2 水质分析表RO 膜项目单位 给水 产水 脱除率%PH - 6.8 5.6 -电导率 s/cm 51800 361 99.3TDS mg/l 38300 176 99.5钠 mg/l 11200 63.
13、5 99.4钾 mg/l 442 2.55 99.4硼 mg/l 4.59 1.17 74.5总硬度 mg/l 6360 4.3 99.9Cl- mg/l 19500 96.6 99.5Br- mg/l 68.1 0.45 99.3SO42- mg/l 2760 2.03 99.93. 两级处理方式虽然混合水方式可以降低硼浓度，如果没有足够可用的陆地水源或经 MSF 多级过滤水时，就无法采用混合水方式。 为解决这一难题，有试验表明利用硼在 PH9.5 时分解为离子态的特性，采用两级反渗透法，以提高膜的脱硼率2。该试验采用 NTR-70SWC/SWC3 海水淡化膜和超低压 ES20/ESPA2
14、膜。在各自的 1*和2*测试条件下，每种膜对 NaCl 溶液的脱除率和产水量分别是 99.5% / (16m3/d)和 99.7% / (30m3/d)。*1 NTR-70SWC/SWC3 主要测试条件： 3.5% NaCl 溶液，压力 5.5 MPa*2 ES20/ESPA2 主要测试条件： 0.5% NaCl 溶液，压力 0.75 MPa含硼 2.3mg/l 的原海水经过絮凝沉淀处理后，调节其 PH=6.5 以防止结垢，然后成为第一级的 NTR-70SWC/SWC3 海水淡化膜的给水。 在第一级反渗透膜的主要运行条件是回收率为 40%，运行压力为 6 MPa。在第一级产水中硼浓度是 0.9
15、5 mg/l。通过投加 NaOH 来调节其 PH 值到 9.5，然后再供给第二级的超低压 ES20/ESPA2 膜上。第二级系统主要运行参数是回收率 33%，运行压力 1 MPa。产水中硼浓度 0.16mg/l，满足 WHO 制定的 0.5 mg/l 临时标准。 但两级反渗透方式使得饮用水工艺成本更高、系统更复杂。还应当指出的是产水中的矿物质如钙含量过低。因此还需要尽可能多的采用高脱硼海水淡化膜的一级海水淡化处理方式。新型高脱硼海水淡化膜的开发日东电工/海德能公司开发了一种新型海水淡化膜，其脱硼率明显比传统海水淡化膜高。表 3 所示为 8新型海水淡化膜与传统海水淡化膜 NTR-70SWC 的脱
16、盐性能比较。两者都是在含硼 5mg/l 的模拟海水条件下测试的。 新型膜产水中硼浓度 0.44mg/l，传统海水淡化膜产水中硼浓度为 0.78mg/l，也就是说相比后者，前者产水中硼浓度低 40%或更多。按脱硼率计，新膜提高到 91%，而传统膜为85%。表 3 8新型高脱硼卷式海水淡化膜的性能(单支膜元件)硼浓度膜元件 NaCl脱除率 % 产水量(m3/d) 给水 产水 脱硼率%新型膜 99.6 15 5.0 0.52 90传统膜 (NTR-70SWC) 99.6 17 5.0 0.78 85测试条件： 5.5 MPa, 3.5% NaCl ，5mg/l 硼, PH6.57.0表 4 所示为 8新型海水淡化膜与传统海水淡化膜
