海水淡化行业分析

海水淡化行业分析1总论目前，海水淡化项目中涉及海水取水方式、海水运输管道、海水预处理方式、海水淡化方法、海水退水方式的工艺选择、设计方案和设备选型等技术。不包括蒸汽系统、产品水陪水系统、海水浓盐水的处置系统（涉及到盐化工）、海水预处理的固体废弃物处理系统等相关的技术。2全流程技术的对比2.1海水取水方式海水取水方式应根据地理环境、地质条件、后续工艺的不同进行选择。海水取水方式主要由海岸边管井取水、海滩渗井取水、铺设海底管道取水河海表面直接取水4种。1）海岸边管井取水。取得原水位经过底层过滤的海水，水质悬浮物、浊度、污染指数（SDI）及有机物含量低，溶氧少，且季节变换对水温度影响小，受潮汐灾害影响小，但这种取水方式工程量较大，且溶解性总固体（TDS）容易高于海表面水，水源供给不稳定。天津泰达海水淡化厂选用该取水工艺。2）海滩渗井取水。通过这种方式取得的原水由于经过天然海滩的过滤，海水中的颗粒物被海滩截留，浊度低、水质好。与海岸管井取水类似，且工程量小于海岸边管井取水，适用于小规模取水。3）铺设海底管道取水。通过海底管道将海水引至深水区。这种取水方式工程量较大，水质较稳定，季节变换对水温影响小。浙江华能玉环电厂采用该取水方式。4）海表面直接取水。这种取水方式工程量小，适用于大规模取水。海岸边管井取水和海滩渗井取水为辐射式取水，铺设海底管道取水和海表面直接取水为直接取水。RO法海水淡化宜于采用辐射式取水，以减轻预处理负担。直接式取水适用于大规模取水，直接取水点的最佳位置为海水中下部。2.2输送海水管道管材应根据地理位置、输送介质和外部荷载等因素确定输送海水管道埋深、管径及管材。如地区土壤含盐量高，对混凝土有中等结晶分解复合类腐蚀，对钢材腐蚀则更为严重。输送海水管道中高速流动的海水中携带的泥沙也会加重对钢材的腐蚀。输送海水管道可大量采用玻璃钢管及预应力钢筋混凝土管内放入钢管，其中，玻璃钢管造价与钢管相近，但其防腐蚀性能远远高于钢管；段与段之间接口为承插式，承口环和插口环与钢筒焊成一体。预应力钢筒混凝土管减少了钢材与海水及土壤的接触，从而减轻了钢材的腐蚀，且管道荷载能力较强，适用于地下管道。2.3海水预处理工艺原水中有害物质包括悬浮物、胶体、铁锰盐、硬度、溶解气体、细菌和藻类等。水中的悬浮物及胶体在海水淡化过程中会沉积在受热面或膜表面,从而降低传热速度,缩短清洗周期,增加电耗或药品加入量,提高运行成本。水中的铁盐和锰盐一方面会降低水的电阻率,另一方面在空气中氧的作用下极易生成氢氧化物沉淀,堵塞水流通道、增加膜电阻、缩短膜的使用寿命。水中钙、镁等离子遇CO32-和SO42-易生成碳酸盐和硫酸盐沉淀,在pH值升高时还会生成氢氧化物沉淀,这些沉淀物同样会堵塞水流通道,降低膜的使用寿命,降低淡化效率。水中气体在海水淡化过程中,在传热面上积累而形成气膜,从而降低传热速度,O2则与金属发生腐蚀反应,损坏金属管道和设备。水中细菌与藻类在适宜的温度下,易在水体中、管道中、膜表面和淡化设备中大量繁殖,与水中悬浮物一起堵塞膜孔和管道,影响出水水质和产水量。因此,海水淡化前要去除原水水体中的悬浮物、胶体等杂质,并将水质软化,去除铁盐和锰盐,去除细菌、藻类等有害物质。预处理工艺的方案包括杀菌灭藻、凝聚澄清、过滤除浊、除气、软化等工艺步骤。1）反渗透淡化原水预处理工艺流程反渗透淡化装置原水预处理的目的是预防生物污染和结垢,主要方法包括加氯杀菌、凝聚沉淀、多介质过滤、加酸调pH值、加阻垢剂、加还原剂、保安过滤等,它要求进水浊度低于1mg/L,污染指数达到2～3。建议的预处理工艺流程有以下几种方案:(1)海水(加杀菌剂、FeCl3、聚电解质)→絮凝槽→重力过滤器(加杀菌剂、还原剂)→活性炭过滤器(加硫酸、阻垢剂)→0.5μmMF筒过滤器→反渗透膜组件；(2)海水→9.5mm隔栅→双介质过滤器(加硫酸)→保安过滤器→软化器(加还原剂)→反渗透膜组件；(3)海水(加杀菌剂)→多介质过滤器(加FeCl3、还原剂)→多介质过滤器(加还原剂)→活性炭过滤器(加硫酸阻垢剂)→保安过滤器→反渗透膜组件；(4)海水(加杀菌剂、FeCl3)→多介质过滤器→自动冲洗过滤器→超(微)滤装置→保安过滤器(加硫酸、阻垢剂)→反渗透膜组件。上述流程可以根据水质情况合理优化。在反渗透膜淡化工程中,通常用污染指数SDI值表征水质好坏,要求反渗透设备给水的SDI值小于5(一般为3～5),一般通过混凝除去海水中的胶体、悬浮杂质、降低浊度；由于海水pH值较高,且水温季节性变化大,选用三氯化铁作为絮凝剂具有温度影响小、矾花大而结实、沉降速度快等优点。海水经管网中投加1.8mg/L的三氯化铁,混凝后采用双层滤料过滤和活性炭过滤,过滤出水的SDI值控制在3～5之间；滤器采用钢衬板,外涂船用漆,过滤器直径2m,内设ABS水帽布水和不锈钢管排布气,滤速在7～8m/h；利用反渗透排放的浓缩海水作为过滤器反冲洗水,反洗周期约180h。海水淡化过程因海水浓缩会产生难溶无机盐,如碳酸钙、硫酸钙等,在反渗透膜表面和系统管道件上结垢沉淀,投加六偏磷酸钠可以有效防止钙、镁沉淀,但磷酸盐是细菌、微生物和藻类生长的营养剂,会加快这些生物的繁殖,比较经济的方法是加硫酸,调节反渗透系统的给水pH值在6.8～8.0之间,投加量约1.2mg/L,分解海水中的重碳酸盐离子,防止碳酸钙沉淀,同时控制海水淡化系统水回收率,以防止硫酸根离子过量产生硫酸钙沉淀。采用纳滤膜软化技术可以有效防止硫酸钙、硫酸镁沉淀影响；过滤器采用滤孔为5μm,过滤进高压泵前的海水,阻挡海水中直径大于5μm的颗粒杂质,确保高压泵、能量回收装置和反渗透膜元件的安全、长期运行。新型的反渗透淡化系统的发展趋势是采用集成膜技术(IMS),即将微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)和反渗透(RO)组合起来,IMS系统具有可靠性高、对原水的水质变化不敏感、操作费用低等优点。2）蒸馏法淡化原水预处理工艺流程蒸馏法不受原水浓度限制,产淡水纯度高,且可充分利用廉价的热源,因此,该方法应用范围广,在现今海水淡化工程中占70%以上。蒸馏法原水预处理的目的是防止海水淡化设备的腐蚀与结垢。有资料表明,当在50℃条件下,海水浓缩倍数大于1.5和在80℃条件下,海水浓缩倍数大于1.1以后,体系浓缩倍数越高,结垢倾向越大。将海水浓缩倍数控制在1.5～2.0条件下,加缓蚀剂、阻垢剂和杀生剂,可以极大减缓设备腐蚀、结垢和生物附着。阻垢剂可选用马来酸酐和聚羧酸酯,后者不仅能抑制结垢,而且具有分散悬浮物体的功能,可使多级闪蒸浓水温度范围达到95℃～110℃。常规的蒸馏法海水淡化预处理系统可采用如下预处理流程:(1)海水(加杀菌剂)→沉沙池(加硫酸)→填料塔脱气(加聚羧酸酯)→多级闪蒸淡化装置；(2)海水(加杀菌剂)→沉沙池(加杀菌剂、FeCl3、聚电解质)→混凝沉淀设备(加阻垢剂)→多效蒸发装置。由于浓缩海水最高操作温度在110℃左右,多级闪蒸淡化装置增加了对传热管及设备本体的腐蚀性,必须采用价格昂贵的铜镍合金特种不锈钢及钛合金材料制作设备。同时,为了减轻传热管的结垢及腐蚀,对进入淡化装置的海水不仅需加酸软化,脱除二氧化碳,而且需脱除氧气。低温多效蒸发淡化装置中浓缩海水的最高操作温度在70℃左右,结垢可能性极小,当海水浓缩倍数为1.8～2.0时,硫酸钙和碳酸钙也不会结晶析出,因此,进入装置的海水只需要加入微量阻垢剂,不需要加酸进行脱除二氧化碳和氧气的处理。海水淡化预处理系统与需处理的原水水质情况、当地的地质与气象条件和海水淡化处理工艺有着密切的关系。因此,应根据具体情况,确定海水淡化预处理工艺,以保证海水淡化设备的正常运行,减少现场运行成本,降低投资成本。必要时可通过试验获得方案选择及设计的依据资料。建议在条件许可的情况下,设置合理的取水方式,以简化预处理工艺,降低预处理及工程投资。反渗透海水淡化系统可根据原水水质情况和淡化装置规模采用混凝、澄清、过滤、膜过滤、混凝与膜过滤联合技术作为预处理除浊工艺。蒸馏法淡化装置原水预处理工艺可根据原水水质及水质的变化情况确定。对于多级闪蒸淡化装置一般不需设置混凝沉淀处理设施,仅加酸脱气即可；对于多效蒸发(MED)工艺,一般采用混凝澄清和直流凝聚过滤工艺作为预处理方案,对于原海水水质满足淡化装置进水水质要求时,也可不进行预处理。2.4海水淡化的技术海水淡化方法中应用较广的有热法和膜法2种。其中，热法包括多级闪蒸（MSF）、低温多效蒸馏（MED）和压汽蒸馏（VC）等；膜法包括反渗透（RO）等。国内项目上采用的技术比较成熟、成本较低的方法是热法中的低温多效蒸馏和膜法中的反渗透。这里，就不再一一详细介绍海水淡化的各种技术，在此想谈谈作为目前国内海水淡化项目，降低投资成本和运营成本的做法就是与当地的热电厂、钢厂联营的方式。水电联合工厂与单项目的海水淡化工程相比，具备的优点：1）生产成本低。蒸汽及用电价格低廉，可大幅度降低海水淡化的成本，对余汽的利用还可获得几乎零价格的能源成本，而高品质的淡化水甚至无需处理就可利用到中低压锅炉中。2）投资费用低。对于热法海水淡化工艺，还省去了蒸汽发生器及乏汽冷凝器。3）节约地表水资源。充分利用余热、余能（或热能消耗低）。4）降低冷却水用量。与热电厂的联运时，淡化水可满足电厂的冷却用水。5）对环境污染小。利用海水淡化浓盐水高温、浓缩和高碱度的特点，可将浓盐水排放到社会盐场制盐，或将其混入电厂烟气脱硫系统，中和烟气脱硫系统的酸性，减少环境的污染。2.5海水淡化作为饮用水所需的后处理1）淡化水对人体健康的影响蒸馏淡化水水质控制指标为细菌总数、大肠肝菌、色度、PH值、总溶解性固体、总硬度、挥发酚、钠、铁、铝、氯离子、硫酸根、硫化物、氟化物等。低温多效的产品水的各项指标均符合国家饮用水标准，是优质纯净水。2）反渗透淡化水水质控制指标为细菌总数、大肠肝菌、色度、PH值、总溶解性固体、总硬度、挥发酚、硅、硼、钠、铁、氯离子、氟化物等。通常的反渗透产品水，除硼含量（0.50mg/L）外，其他各项指标均符合国家饮用水标准，但通过制水工艺的改变，可保证水硼含量符合国家标准。3）蒸馏法海水淡化生产的淡水纯度很高，TDS通常为5-10mg/L；反渗透淡化产品水TDS为200-300mg/L。淡化水的PH值一般小于7.0。为防止或减缓淡化水对输送管网（金属盒混凝土管道等）的侵蚀和腐蚀，通常进行后处理，如PH调节、硬度调节、碳酸钙沉淀势（CCPP）控制等。当碱度﹥80mg/L、80mg/L﹤Ca2+﹤120mg/L、3mg/L﹤CCPP﹤10mg/L、PH﹤8.5、Larson指数﹥5时，能够保证管网不受腐蚀。2.6海水退水方式淡化后的海水为浓盐水，可排放到社会盐厂和盐业企业联运对浓盐水进行处理，也和建设一条排水渠直接排放回海里。3结论1）海水淡化的能耗比较目前MSF约在世界海水淡化产量的42%，但其能耗高，要0.3MPa蒸汽约0.1吨/m3淡水，电耗约4KWh/m3淡水以上。MED操作温度在60-70℃，使结垢和腐蚀有所减缓，约占世界海水淡化产水量的13%。要0.3MPa蒸汽约0.1吨/m3淡水，电耗约1.5KWh/m3淡水。RO有投资最低，能耗最低，成本最低，建设周期短等优势；约占世界海水淡化产水量的45%。电耗约3KWh/m3淡水。2）海水淡化的预处理系统对后续工艺有举足轻重的重要作用。在膜法预处理中可考虑采用超滤工艺对原水进行预处理，以保护反渗透膜的使用寿命。3）海水淡化项目和热电厂或钢厂的联运将是未来国内目前的海水淡化市场的发展趋势。4）目前，世界上浓盐水均采用直接排放的方式。