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18000m3/d苦咸水淡化設(shè)計(jì)方案 

    某化學(xué)股份有限公司為保證全國(guó)最大的PVC生產(chǎn)裝置項(xiàng)目的供水及解決企業(yè)長(zhǎng)期發(fā)展免受 水資源的限制，同時(shí)為解決[J]黃驊市部分地區(qū)常年飲用高濃度苦咸水的難題，決定開(kāi)發(fā)儲(chǔ)量豐富、可通過(guò)降雨及海水滲入自然補(bǔ)充的50～250 m地下高濃度苦咸水。

1 方案的選取

　　雖然淺層地下水(井深50～250 m)的供水量能滿足需求，但水質(zhì)惡劣，距生產(chǎn)工藝要求的水 質(zhì)相差甚遠(yuǎn)，其水質(zhì)情況見(jiàn)表1。

　　從表1可見(jiàn)，原水含鹽量為12402.25mg/L，為高濃度苦咸水，其淡化方法可采用電滲析法、反滲透法和蒸餾法。對(duì)于該水質(zhì)而言，如采用電滲析方法脫鹽，其耗電指標(biāo)介于7.0～18.5kW·h之間，比我國(guó)島嶼現(xiàn)有實(shí)際運(yùn)行的反滲透海水淡化工程能耗還要大，故而不予采用。蒸餾法中多級(jí)閃蒸淡化技術(shù)動(dòng)力消耗大、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用高；壓汽蒸餾成熟產(chǎn)品的最大產(chǎn)量為3000m3/d，需6臺(tái)并聯(lián)才能達(dá)到產(chǎn)水要求，缺乏規(guī)模效益；低溫多效蒸餾淡化方法雖適用于該項(xiàng)目的 苦咸水淡化，但經(jīng)初步計(jì)算得知針對(duì)該水質(zhì)的設(shè)備投資高達(dá)19000萬(wàn)元，單位造水成本也達(dá)67元/m3。同樣規(guī)模的反滲透淡化裝置投資則在2200萬(wàn)元左右，單位造水成本25元/m3，遠(yuǎn)比低溫多效蒸餾淡化方法便宜。其原因是：①產(chǎn)品水的水質(zhì)達(dá)到國(guó)家飲用水要求即可，不需要生產(chǎn)高純水；②多效蒸餾設(shè)備還不具備國(guó)產(chǎn)化條件，設(shè)備引進(jìn)的價(jià)格較高；③原料水含鹽量較低，使得反滲透可在較低壓力下操作，達(dá)到了節(jié)能目的。因而決定選用反滲透處理工藝。

2 工藝設(shè)計(jì)

21預(yù)處理系統(tǒng)
　　根據(jù)有關(guān)方面提供的水源地水文地質(zhì)詳查情況，局部水源井的濁度較高，在室內(nèi)放置4～24 h后濁度高達(dá)40 NTU。這可能是原水中存在一些不穩(wěn)定離子，所處環(huán)境改變后還原成膠狀物所致。因此，在原水進(jìn)入淡化裝置之前設(shè)置集水、澄清沉淀池，以使原水與大氣充分接觸， 并得以澄清沉淀。由于原水中含有微生物，在預(yù)處理前加次氯酸鈉(2mg/L)殺滅細(xì)菌，同時(shí)防止和抑制微生物的滋生。殺菌后的水加入絮凝劑(聚合氯化鐵5mg/L)進(jìn)行直流凝聚，以便后續(xù)過(guò)濾去除。過(guò)濾系統(tǒng)分別設(shè)置多介質(zhì)過(guò)濾器和細(xì)砂過(guò)濾器兩級(jí)過(guò)濾系統(tǒng)。參照國(guó)內(nèi)、國(guó)外過(guò)濾器的運(yùn)行情況，多介質(zhì)過(guò)濾器的濾速選用10m/h，細(xì)砂過(guò)濾的濾速選用5m/h,控制出水污染指數(shù)SDI＜3，F(xiàn)e＜0.05mg/L，CODMn＜1.5mg/L，p＝2～11，達(dá)到反滲透淡化系統(tǒng)要求的進(jìn)料指標(biāo)。預(yù)處理反沖洗水采用已經(jīng)過(guò)多級(jí)過(guò)濾和防結(jié)垢處理的反滲透濃水，從而使系統(tǒng)自用原水量降至最低，使系統(tǒng)具有較高的回收率。
22 反滲透系統(tǒng)
　　由于淡化系統(tǒng)采用反滲透復(fù)合膜，對(duì)氯的耐受程度只有1000mg/(L·h)，而過(guò)濾器 出水通常含余氯0.1～1.0 mg/L，故需在過(guò)濾器出水中加入亞硫酸氫鈉(3mg/L)還原水中余氯，使游離氯含量＜0.1mg/L，滿足反滲透裝置的進(jìn)水要求。另外，原水中Ca2+、SO42-、Mg2+、a2+、Sr2+等離子含量較高，在反滲透脫鹽過(guò)程中極易形成難溶組分沉積于反滲透膜表面，造成裝置性能下降。因此采用性能 較傳統(tǒng)阻 垢劑六偏磷酸鈉為好的阻垢分散劑Flocon260(27mg/L)，必要時(shí)配合加入鹽酸(30%鹽酸)可有效防止膜內(nèi)碳酸鈣、硫酸鈣、鋇等各種難溶鹽類的結(jié)垢，并防止鐵鋁氧化物及其他污染物的沉積。
　　淡化裝置的總?cè)萘繛?8000m3/d，選用數(shù)臺(tái)裝置并聯(lián)運(yùn)行?？紤]到原水水質(zhì)的特性，采用介于海水及一般水處理之間的系統(tǒng)回收率65%，既保證水源的充分利用，又防止回收率過(guò)高對(duì)膜的損害。為實(shí)現(xiàn)回收率＞65%的目標(biāo)，需采用二段工藝操作?？紤]到該水質(zhì)的反滲透操作壓力較高，濃水排放較海水處理相對(duì)較少，排放量較大，在一、二段膜中間增設(shè)能量回收裝置，從而減少系統(tǒng)的能量消耗。
　　鑒于該水含鹽量為12400 mg/L，屬于高濃度苦咸水，且不到常規(guī)海水含鹽量的一半，無(wú)法 照搬傳統(tǒng)意義苦咸水及海水的處理方式。因此采用苦咸水和海水反滲透膜一級(jí)一段、一級(jí)二段和二者的混合工藝分別計(jì)算。
　　從計(jì)算結(jié)果可知，無(wú)論采用幾臺(tái)裝置并聯(lián)，從裝置能量消耗的角度看，對(duì)于一級(jí)一段流程，每個(gè)壓力容器內(nèi)安裝6組反滲透膜最佳；對(duì)于一級(jí)二段流程，每個(gè)壓力容器內(nèi)安裝4組膜最佳。從投資的角度看，每個(gè)壓力容器內(nèi)安裝的膜組件數(shù)越多，壓力容器的個(gè)數(shù)越少，同樣膜組 件數(shù)的投資越少；因?yàn)?m長(zhǎng)壓力容器與4m長(zhǎng)壓力器的價(jià)格并不呈比例增長(zhǎng)。綜合考慮各方面因素，一級(jí)二段流程也選用6m長(zhǎng)的壓力容器，即每個(gè)壓力容器內(nèi)安裝6組反滲透膜組件。
　　完全使用海水膜，淡化系統(tǒng)的能量消耗較高，第一段采用苦咸水膜、第二段采用海水膜的能量消耗與兩段均采用苦咸水膜的能量消耗相當(dāng)。完全采用苦咸水膜時(shí)，操作壓力為294N，到第二段的進(jìn)口濃度達(dá)到24000mg/L，雖然從理論計(jì)算上沒(méi)有問(wèn)題，但缺乏工程實(shí)例，風(fēng)險(xiǎn)較大。因而，反滲透膜堆的排布形式采用第一段苦咸水膜，第二段海水膜。
　　從能量回收透平的效率曲線上看，透平的容量越大，回收效率越高。裝置的并聯(lián)數(shù)量越多，其操作彈性越大，但投資也相應(yīng)加大；并聯(lián)數(shù)量太少時(shí)，操作彈性變小。因此，綜合考慮裝置效率、供水穩(wěn)定性等各方面因素，裝置的并聯(lián)數(shù)量以三臺(tái)為佳。最終確定出水水質(zhì)為(mg/L)：鈣＝1.2，鎂＝2.7，鈉＝70.9，鉀＝0.0，硫酸根＝4.4，氯根＝109.0，重碳酸根＝15.3，總?cè)芙夤腆w＝203.6，出水p＝5.60。
　　根據(jù)透過(guò)水的水質(zhì)情況，后處理采用p值調(diào)節(jié)。透過(guò)水加入Na2CO3調(diào)節(jié)p值，加入量為145 mg/L，加入后把p值調(diào)節(jié)到7.43，以符合循環(huán)水的水質(zhì)要求及減少對(duì)管路的腐蝕。由于調(diào)節(jié)p值而加入了純堿，處理后水的總固溶物含量將有所增加，最后加入1mg/L液氯以防止微生物的污染，提供給用戶使用。反滲透裝置主體電力消耗20kW·h/m3(產(chǎn)水)，加入引水及其他附屬設(shè)備用電共計(jì)2.5kW·h/m3，單位造水成本則為2.48元/m3。

3 結(jié)論

　　滄化集團(tuán)18000m3/d苦咸水淡化工程采用一級(jí)二段反滲透處理方式(一段為苦咸水反滲透膜，二段為海水反滲透膜)較為合理。三臺(tái)裝置并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，電力消耗為25kW·h/m3，單位造水成本＜25元/m3。故而采用反滲透淡化工藝提供滄化集團(tuán)的循環(huán)冷卻水是可行的技術(shù)路線。