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1、 环境工程 10000m3/d海水淡化设计方案 电渗析 l 目 录1.方案选取 21.1处理对象分析海水成分分析 21.2不同处理方法方案对比分析 21.2.1反渗析法 21.2.2 离子交换法31.2.3蒸馏法 41.2.4电渗析法 51.2.5方法对比及方案选取 62.工艺设计 72.1电渗析进水水质要求 72.2电渗析海水淡化处理过程原理 72.3工艺设计 82.3.1海水预处理92.3.2电渗析循环淡化93. 电渗析造水成本分析 124. 电渗析swot 分析 13参考文献1610000m3/d海水淡化设计方案针对10000m3/d海水淡化的处理量，我们小组通过对国内外各种海水淡化处理
2、方法的对比研究，给出海水淡化的处理方法。1. 方案选取1.1. 处理对象分析海水成分分析首先对处理对象海水的主要成分经行分析，通过资料查找，得出海水的主要离子成分，具体含量见表1。表1 海水的主要离子成分成分含量/(mg/L)成分含量/(mg/L)Cl-18980Br-65Na+10560Sr2+13SO42-2560SiO26Mg2+1272NO3-2.5Ca2+400B4.6K+380F-1.4HCO3-142总含盐量约34400mg/L从图表中我们可以看出，海水中Cl- 含量最多，占到总含量的55%，其次为Na+为 31%，SO42- 和Mg2+分别为7%和4%，其他离子仅占占3%。因此
3、海水淡化处理主要针对Cl-、Na+ 、SO42-、Mg2+的去除进行方案设计。1.2. 不同处理方法方案对比分析目前，世界上已有120多个国家在运用海水淡化技术获取淡水，全球有海水淡化厂1.3万多座，海水淡化日产量约5560万立方米，相当于0.5%的全球用水量，其中以色列拥有世界最大规模的海水淡化运作设施。而我国目前每天海水淡化总产量3万吨，仅为全球总产水量的1左右，关键设备仍依赖进口。就当前海水淡化处理技术而言，10000m3/d处理量海水淡化可采用以下几种方法：1.2.1. 反渗透法反渗透以利用用足够的压力使溶液中的溶剂（一般常指水）通过反渗透膜（一种半透膜）而分离出来的原理，对海水经行分
4、离、提纯和浓缩，从而达到海水淡化的处理效果。其具体的工艺流程如下图所示：反渗透法的具体设备流程如下图所示：图1 反渗透法设备流程图图2 反渗透流程实图 海水由设在海边的深水井经深水泵将海水送入淡水厂房，经过化学加药系统投加杀菌剂和混凝剂后进入石英砂和活性炭过滤系统过滤。滤后水经过水质还原、PH调整以及阻垢剂添加后进入5m的保安过滤系统，过滤后的低压海水一路进入高压泵加压，另一路进入压力交换式能量回收装置，升压后的海水经过增压泵加压后与高压泵出水混合进入反渗透膜堆系统。高压海水的膜堆的处理下一部分透过膜成为淡水，经过水质调整后进入淡水水箱存储。其余的高压浓缩水进入压力交换能量回收装置回收能量后排
5、放。1.2.2. 离子交换法离子交换法是以圆球形树脂(离子交换树脂)过滤原水，使水中的离子会固定在树脂上以完成离子交换。通常离子交换树脂利用氢离子交换阳离子，而以氢氧根离子交换阴离子，常见的两种离子交换方法分别是硬水软化和去离子法。其工艺流程如下图所示： 将天然矿物海水离子交换剂加入到海水淡化离子交换装置中，将淡化后的海水输入到天然矿物海水淡化离子交换装置内，海水中的钠和钾离子与天然矿物海水淡化离子交换剂进行交换，经沉淀澄清后得到一种清澈透明、纯净爽口的弱碱性矿化水。离子交换法的装置设备如下图所示： 图3 离子交换装置设备1初步淡化后的海水 2进水管 3上盖板 4离子交换柱的上部空间 5上联接
6、螺栓 6进水管与离子交换柱的联接支架 7溢水管 8溢出水 9溢出水水流方向 10离子交换柱 11矿化水 12出水管 13下盖板 14离子交换剂 15三通 16下联接螺栓 17沉淀室 18废渣排放管1.2.3. 蒸馏法蒸馏法是指把海水加热使之沸腾蒸发，再把蒸汽冷凝成淡水的过程。蒸馏法是淡化海水的最古老的方法。其采取的工艺流程如下图所示：来自锅炉(或其他设备)的蒸汽，首先进入第一组蒸馏器，使海水中的水蒸发。在第一组蒸馏器内一部分水蒸汽冷凝放出热量，这部分热量再传输到下一组蒸馏器，下一组蒸馏器内的温度和压力都自动低于上一组。蒸汽的压力和温度随着传输变得越来越低，海水的浓度变得越来越高，直到最后一个蒸
7、馏器，将含盐浓度较高的海水排出。在整个蒸馏过程中，回收冷凝下来的水即为高浓度的淡水。蒸馏法进行海水淡化的设备图如下：图4 蒸馏法海水淡化设备1.2.4. 电渗析法电渗析器中交替排列着许多阳膜和阴膜，分隔成小水室。当原水进入这些小室时，在直流电场的作用下，溶液中的离子就作定向迁移。阳膜只允许阳离子通过而把阴离子截留下来；阴膜只允许阴离子通过而把阳离子截留下来。结果使这些小室的一部分变成含离子很少的淡水室，出水称为淡水。而与淡水室相邻的小室则变成聚集大量离子的浓水室，出水称为浓水。从而使离子得到了分离和浓缩，水便得到了净化。 电渗析的具体工艺流程如下：图5 电渗析进行海水淡化设备图当海水流经电渗器
8、时，在直流电场的作用下，阴离子透过阴膜向阳极方向迁移，途中被阳膜挡住去路，被水流冲洗而出；阳离子透过阳膜向阴极方向迁移，途中被阴膜挡住，也被水流冲出。透过阳膜或阴膜的水为淡水。结果，从大约一半的夹层流出的水为淡水，从另一半流出的则为浓缩的海水。 1.2.5. 方法对比及方案选取表2 各种处理方法优缺点对比处理方法优点缺点反渗透法可在一般温度下操作，没有相变 浓缩分离同时进行；不需投加其他物质，不改变分离物质的性质；有效的去除水中的溶解盐、胶体等大部分有机物等杂质；预处理要求严格；反渗透膜需要定期更换，运行成本高；海水温度低的情况下需加热处理；需要高压设备；离子交换法淡化后的水仍会保留部分人体所
9、需要的离子，有利于人体健康；不排放污染环境的气、液、渣，符合环保要求；会产生过量的再生废液；周期较长、耗盐量大；有机物的存在会污染离子交换树脂；排出大量含盐废水易引起管道腐蚀；蒸馏法结构简单、操作容易；所得淡水水质好；一次只能淡化少量的海水，不能连续生产； 蒸馏器内壁易结水垢使蒸馏能力降低；用于蒸馏的热量不能回收重复利用；电渗析法不需要消耗化学药品；设备简单、操作方便；可以同时对电解质水溶液起淡化、浓缩、分离、提纯作用无相变过程；工作介质不需要再生；对于不导电的颗粒没有去除能力；方案分析：通过以上对比分析，我们不难看出，采取电渗析法对海水进行淡水处理是最经济的。首先， 从经济效益方面说，电渗析
10、处水水质稳定，投资费用回收时问短，电渗析装置主要为一次性投资， 一般保持每年5；的离子交换膜更换翠就町以维持正常生产。经济效益明显。其次，在设备的实用性和可操作性方面，与其他海水处理方法比较，电渗折工程施工方便，运行周期长，装置设计与系统应用灵活，操作维修方便，具有更好的工程实地应用性。再次，电渗析装置使用寿命长，其实用的材料的绝缘性与抗腐蚀性都很好，不存在如蒸馏那样的装置严重腐蚀问题。综合以上观点，电渗析是最佳处理方法。2. 工艺设计2.1. 电渗析进水水质要求水温：5-40 OC 耗氧量3mg/L(高锰酸钾法)、游离氯0.2mg/L、铁0.3mg/L、锰0.1mg/L。浊度:1.5-2.0
11、mm隔板0.3mg/L、0.5-0.9mm隔板0.3mg/L、污染指数SDI7(EDR)。2.2. 电渗析海水淡化处理过程原理电渗析是利用离子交换膜在电位差推动力的作用下，从水溶液中脱除离子的一种分离技术。如图6所示，电渗析器一般由阳离子交换膜和阴离子交换膜交替叠合在阳极和阴极之间组成，由一张阳膜和一张阴膜组成一个膜对，可组装成一个隔室，当氯化钠水溶液流过两膜间的隔室时，在电场作用下，溶液中带正电荷的钠离子做定向连续迁移，渗透通过带负电荷的阳离子交换膜，被阴离子交换膜阻挡；与此同时，溶液中带负电贺的氯例子连续渗透通过阴离子交换膜。这种反离子的定向迁移结果是每隔一室溶液中的离子浓度增加，而与其相
12、见的另一隔室内的溶液中离子浓度下降。一般称溶液离子浓度增加的隔室称为浓缩室，其溶液称为溶液或盐水；溶液离子浓度降低的隔室称为淡化室，其溶液称为稀溶液或淡水。从而使离子得到了分离和浓缩，海水得到淡化。图6 电渗析原理示意图2.3. 工艺设计1000m3/d 海水淡化电渗析法具体工艺流程如下： 图7 1000m3/d电渗析海水循环淡化工艺流程简单示意图图8 1000m3/d电渗析海水循环淡化工艺流程系统图2.3.1. 海水预处理 为了达到上述进水水质要求，海水预处理部分设计如下：海水取水部分的主要设备有真空引水箱、海水泵和海水箱。第一次开泵前需将真空引水箱加满水，启动海水泵后，海水便进入海水箱，海水箱中装有浮球阀以控制水箱水位。采取上述装置的原因在于：海水中存在一些不稳定离子，若所处环境改变
