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海水淡化水场方案湛江东顺石油化工有限公司大型炼油化工一体化项目是湛江经济技术开发区东海岛新区的重点建设项目，根据湛江经济技术开发区管委会的要求，需要公司按照整个园区的工业用水量，设计一套200000m3/d的海水淡化装置，以满足本项目及全区各项目的生产要求。一.综述联合国关于非常规水源的研究报告指出，从1950～1985年的35年间，海水淡化的发展经历了三个阶段，即发现阶段，开发阶段和商业化阶段。在这期间研究开发的精力主要集中在蒸馏、冷冻、电渗析和反渗透。此后二十多年中蒸馏法和反渗透法都发挥了重要作用，形成了当代海水淡化与苦咸水淡化技术与市场的主体。我国现代化含义上的海水淡化技术始于1958年。从电渗析着手；约十年以后开始研究反渗透技术；1975年开始研究大中型陆用蒸馏装置；1986年引进建设日产3000m3的电厂用多级闪蒸海水淡化装置；1997年建成舟山日产500m3海水反渗透淡化装置。2006年，浙江华能玉环电厂日产34600m3的海水反渗透淡化装置投入使用；天津大港正在建设日产淡水15万吨的新泉海水淡化厂项目，其中日处理能力10万吨、投资9000万美元的一期工程和日处理能力5万吨的二期工程分别将于2007年和2008年完工。这表明我国的反渗透技术进入了逐步成熟的时代。现在世界上广泛采用的海水淡化法（SeaWaterDesalination）已达几十种，其原理可分为涉及水的相变化与不涉及水的相变化两大类。在实践中被认为行之有效的方法中：涉及水的相变化的方法可分为蒸馏法与冷冻法。前者利用水的蒸发/冷凝的过程，而与其它成分分离；后者利用水的结晶/融化的过程，而与其它成分分离。它们包括多级闪蒸法（MSF）、多效蒸馏法（MED）、蒸汽压缩法（VC）、太阳能蒸发法、冷冻法等。不涉及水的相变化的方法有海水反渗透淡化法（RO）、海水电渗析淡化法、离子交换淡化法等。二.海水淡化应用现状目前，国际上多级闪蒸法MSF和反渗透法SWRO约各占海水淡化总量的45%，其次为多效蒸馏法MED技术。而电渗析法、压汽蒸馏法、纳滤法、离子交换法以及膜蒸馏法等海水淡化技术在商业化应用上规模还比较小。■反渗透法：无论海水、苦咸水，也无论大中小型都适应，是海水淡化技术中发展最快的。除海湾国家外，美洲、欧洲和亚洲，大中生产规模的装置都以反渗透为首选。■多级闪蒸法：MSF总是与火力电站联合运行，以汽轮机低压抽汽作为热源。MSF法装置主要集中在中东地区的国家。■多效蒸馏法：这包括两种类型，一类是各效分列式，操作温度较高，顶温100~120℃，一般与火电站联运；另一类是低温多效蒸馏，顶温65~70℃。后者非常有竞争力，是蒸馏法中最节能的方法之一。而近年来，反渗透（RO）法发展迅速，淡化成本降的最快，世界上海水淡化总量在90000吨/天以上的项目大多数采用了RO法，见表1。表1.世界部分大型的海水淡化工厂一览表（90000m3/d以上）国家地点制水能力(m3/d)投运时间(year)工程承建商工艺方法1以色列Ashkelon2725202004OTID/IDE/OTV反渗透法Dow2阿联酋Taweelah2273002006－MED法3阿联酋Fujairah1700002003ONDEO反渗透法Hydra4特立尼达&多巴哥PointLisa1360002002Ionics反渗透法Toray5新加坡Tuas1360002004Hyflux反渗透法Toray6沙特阿拉伯Yanbu1280001995Mitsubishi反渗透法Toyobo7西班牙Carponeras1200002001ABENS/ONDEO/PRI反渗透法Hydra8美国Tampa946252003COVANTA反渗透法Hydra9沙特阿拉伯AlJubailIII909092000PWT反渗透法DuPont/Toray三.海水淡化技术简介淡化作为一种水处理技术，其原理是利用能源将盐水分离成两部分，一部分为含盐量极低的淡水，另一部分为高含盐量的卤水，从而达到淡化的目的。海水淡化是将含有纳、钙、镁、氯等物质的海水经淡化设备予以分离处理，以获得纯净的淡化水。目前全球部分缺水地区已广泛应用这种淡化技术开发水源，供给农业及工业所需用水。现行五种商用海水淡化工艺，分别是反渗透法、多级闪蒸法、多效蒸馏法、蒸汽压缩蒸发法及电渗析法，而在10万吨/天以上的海水淡化项目中实现商业化应用的有反渗透法（以色列Ashkelon淡化厂30万t/d为代表）、多级闪蒸法（沙特阿拉伯Shuaiba淡化厂46万t/d为代表）和多效蒸馏法（阿联酋TaweelahA1淡化厂24万t/d为代表）。现将这三种方法依次叙述如下：3.1反渗透法（ReverseOsmosis,RO）反渗透法自1970年代后期发展出第一座海水淡化厂以来，即成为最具竞争力的处理方法之一。渗透：渗透是指稀溶液中的溶剂（水分子）自发地透过半透膜（反渗透膜）进入浓溶液（浓水）侧的溶剂（水分子）流动现象。反渗透原理：在进水（浓溶液）侧施加操作压力以克服自然渗透压，当高于自然渗透压力施加于浓溶液侧时，水分子自然渗透的流动方向就会逆转，进水（浓溶液）中的水分子部分通过膜成为稀溶液侧的净化产水。反渗透膜：允许溶剂分子透过而不允许溶剂分子透过的一种功能性的半透膜称为反渗透膜。在进水通过薄膜之前需先进性预处理，目的为去除可能阻碍薄膜的成分如氧化剂等，常规的预处理过程包括澄清或石灰软化，多介质过滤及UV杀菌等。经预处理的海水由高压泵送至薄膜分离室，藉由半透膜可去除90%至99%的盐类，95%至99%的有机物及将近100%的胶体如细菌、硅胶等。反渗透法与多级闪蒸法相比较，有以下优点：1）耗能小，反渗透法只需电能，不需蒸汽，因此，若电能供应充沛即可装设；2）设备简单，安装简易；3）兴建工期短，占地面积较小；4）腐蚀及结垢均较轻微；5）适应性较好和应用范围较广；6）投资成本低；7）对环境影响较小；8）深海取水的模式一定程度上对于水温、水质的可靠性有保证；9）膜法处理的自动化水平较高，操作、维护比较方便；10）换膜的操作相对比较简单；11）膜法处理技术在国际上运用比较成熟，特别是相对于水质状况较好的海域而言。而其缺点有：1）海洋水质对预处理影响较大；2)需要较复杂的预处理设备；3）薄膜成本高且其使用寿命有限；4）单机产能相对低于MSF和MED。3.2多级闪蒸法（Multi-StageFlash,MSF）多级闪蒸法运用蒸馏（即液体在沸点时将产生蒸汽）的原理，将溶液中的水分转变成蒸汽，而与溶解于溶液中的盐分分离。闪蒸以减压方式来降低沸点，产生蒸汽，在冷凝后即可制得淡水。由于此方法并没有使含盐水真正沸腾（仅是表面沸腾）与热传表面积接触，可以大幅改善因蒸馏产生的积垢问题，于20世纪50年代即已有商业化的应用。多级闪蒸工艺与其它工艺相比较之下，具有下列优点：1）使用范围广、技术成熟；2）并未真正产生沸腾，可以改善一般蒸馏法产生积垢的问题；3）执行效率并不直接与闪蒸级数成比例；4）运行简单可靠；5）单机产能较大；6)维护成本低；而其缺点有：1）最高温度限制在120℃左右；2）传热系数较低，比多效蒸馏法需要较大的传热面积；3）最低操作量为设计值的60%左右；4）就单位淡水产率而言，需要较多的海水量；5）投资成本高；6）对环境影响较大；7）能耗较大；8）设备庞大，占地广，提高了成本；9）单机产能大，出现故障后，难以实现连续生产的平衡；10）主体设备制造商比较少，主要有SIDEM和IDE等，容易形成垄断的局面。3.3多效蒸馏法（Multi-EffectDistillation,MED）多效蒸馏法为海水淡化技术中较早发展成功的方法之一。其原理是利用高温蒸汽与海水之温差进行热交换后，将受热沸腾而蒸发的水蒸汽冷凝并收集而成淡水。但由于沸腾而造成管线容易积垢及其它因素，使得MED法在应用上不如MSF法占有率那么大。多效蒸馏法（MED）的优点：1）热效率很高，节省燃油成本；2）在低温（70℃）和低浓度（1.5）时能够运行，可以避免腐蚀和结垢；4）不需要复杂的海水预处理，能适应各种海水条件的变化；5）运行可靠、简单易行；6）由于全套装置安装在支架上，在简单安装之后，即可交付使用，所以安装简便；7）维护成本低（除了低压泵之外没有转动部件）；8）能连续地生产高纯度蒸馏水；9）同电站的配合极为理想，0.35~40巴压力的蒸汽都可以使用；10）可以适应各种热源，包括热水；11）生产能力高达15MIGD(68000m3/日)。其缺点是：1）投资成本高；2）对环境影响较大；3）能耗大；4）设备庞大，占地广，提高了成本；5）单机产能大，出现故障后，难以实现连续生产平衡；6）国内检修经验少，在大修状况下，比较艰难。四.海水淡化系统简介海水淡化系统包括海水预处理、淡化处理、淡化后处理，如下将分别与以说明。4.1海水预处理4.1.1海水水源水质我国的海域环境按清洁程度分为：1）清洁海域：符合国家海水水质标准中一类海水水质的海域，适用于海洋渔业水域，海上自然保护区和珍稀濒危海洋生物保护区。2）较清洁海域：符合国家海水水质标准中二类海水水质的海域，适用于水产养殖区、海水浴场、人体直接接触海水的海上运动或娱乐区，以及与人类食用直接有关的工业用水区。3）轻度污染海域：符合国家海水水质标准中三类海水水质的海域，适用于一般工业用水区。4）中度污染海域：符合国家海水水质标准中四类海水水质的海域，仅适用于海洋港口水域和海洋开发作业区。5）严重污染海域：劣于国家海水水质标准中四类海水水质的海域。水源水质的取样分析必须考虑到洋流因素，而且必须要覆盖所有的季节和条件。反渗透法对于海水原水水质要求较高，鉴于国外经验，海水淡化水源一般取一类或二类海水为宜，这样可以使预处理海水更清洁，从而提高预处理能力，降低预处理成本，减轻膜污染，延长膜寿命。湛江东海岛近岸海域水质近几年检测结果见表2、3、4。表2.2005年湛江东海岛近岸海域检测结果统计表单位：毫克/升；温度：℃；pH无量纲；盐度：千分之一；大肠菌群：个/升测点编号GD126功能区类别二类项目统计指标样品数最大值最小值年平均超标率水温332.016.225.40.0pH38.218.028.110.0盐度331.228.929.8－悬浮物36921520.0溶解氧37.496.286.760.0化学需氧量32.930.672.010.0生物需氧量31110.0无机氮氨氮30.0700.210.040－亚硝酸盐氮30.0650.0100.029－硝酸盐氮30.2240.0070.123－合计30.2550.0890.1920.0非离子氨30.00790.00050.00350.0活性磷酸盐30.0280.0050.0130.0汞30.000110.000020.000050.0镉30.000050.000050.000050.0铅30.00090.00090.00090.0砷30.00040.00010.00020.0铜30.0020.0020.0020.0石油类30.050.020.030.0大肠菌群335005012600.0表3.2004年湛江东海岛近岸海域检测结果统计表单位：毫克/升；温度：℃；pH无量纲；盐度：千分之一；大肠菌群：个/升功能区类别二类项目统计指标样品数最大值最小值平均值全年平均超标率枯丰平水温329.521.821.829.526.926.10.0pH38.288.098.098.268.288.210.0盐度331.927.831.331.927.830.3－悬浮物341991541220.0溶解氧37.286.277.286.276.546.700.0化学需氧量31.731.221.221.731.611.520.0生物需氧量31.01.01.01.01.01.00.0无机氮氨氮30.0240.0010.0240.0140.0010.013－亚硝酸盐氮30.1090.0040.0360.1090.0040.050－硝酸盐氮30.1400.0190.1400.0190.0910.0