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海水由于其含鹽量非常高,而不能被直接使用,主要采用兩種方法淡化海水,即蒸餾法和反滲透法。

蒸餾法

蒸餾法主要被用于特大型海水淡化處理上及熱能豐富的地方。反滲透膜法適用面非常的廣,且脫鹽率很高,因此被廣泛使用。反滲透膜法首先是將海水提取上來,進行初步處理,降低海水濁度,防止細(xì)菌、藻類等微生物的生長,然后用特種高壓泵增壓,使海水進入反滲透膜,由于海水含鹽量高,因此海水反滲透膜必須具有高脫鹽率,耐腐蝕、耐高壓、抗污染等特點,經(jīng)過反滲透膜處理后的海水,其含鹽量大大降低,TDS含量從36000毫克/升降至200毫克/升左右。淡化后的水質(zhì)甚至優(yōu)于自來水,這樣就可供工業(yè)、商業(yè)、居民及船舶、艦艇使用。

反滲透法

海水含鹽量高、硬度高,對設(shè)備腐蝕性大,而且水溫季節(jié)性變化較大 使得反滲透海水淡化系統(tǒng)比常規(guī)的苦咸水脫鹽系統(tǒng)要復(fù)雜得多,工程投資和能耗也高得多。因此 通過精心的工藝設(shè)計,合理的設(shè)備配置來降低工程投資和能耗,從而降低單位制水成本,并確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行就顯得格外重要。

預(yù)處理

無論是海水淡化,還是苦咸水脫鹽,給水預(yù)處理是保證反滲透系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行的關(guān)鍵。在制定海水預(yù)處理方案時應(yīng)充分考慮到:海水中存在大量微生物、細(xì)菌和藻類。海水中細(xì)菌、藻類的繁殖和微生物的生長不僅會給取水設(shè)施帶來許多麻煩,而且會直接影響海水淡化設(shè)備及工藝管道的正常運轉(zhuǎn)。周期性漲潮、退潮,海水中夾帶大量泥沙,濁度變化較大,易造成海水預(yù)處理系統(tǒng)運轉(zhuǎn)不穩(wěn)定。海水具有較大腐蝕性,對系統(tǒng)中所采用的設(shè)備、閥門、管道件的材質(zhì)要作一定篩選,耐腐性能要好。

殺菌滅藻

國外海水淡化工程多采用投加液氯、NaClO和CuSO4等化學(xué)試劑來殺菌滅藻。考慮到交通等多方面的因素,投加化學(xué)試劑殺菌滅藻有一定難度,在本工程設(shè)備研制過程中專門采用海水次氯酸鈉發(fā)生器。海水取水泵后分出一小股帶壓海水,進入次氯酸鈉發(fā)生器,在直流電場作用下產(chǎn)生NaClO,靠位差直接注入海灘沉井,以殺滅海水中的細(xì)菌、藻類和微生物。

由于海水硬度高 海水直接電解產(chǎn)生N aC lO必須克服發(fā)生電極結(jié)垢問題。在研制過程中 ,借鑒了電滲析頻繁倒極 (EDR )技術(shù),即每隔 5~ 10m in倒換一次電極極性,有效地解決了次氯酸鈉發(fā)生器結(jié)垢沉淀問題。

混凝過濾

混凝過濾旨在去除海水中膠體、懸浮雜質(zhì),降低濁度。在反滲透膜分離工程中通常用污染指數(shù) (FI)來計量,要求進入反滲透設(shè)備的給水的FI值<4。由于海水比重較大,pH值較高,且水溫季節(jié)性變化大,系統(tǒng)選用FeCl3作為混凝劑,其具有不受溫度影響,礬花大而結(jié)實,沉降速度快等優(yōu)點。

化學(xué)調(diào)節(jié)

為防止海水淡化過程中因海水濃縮而產(chǎn)生難溶無機鹽類,如CaCO3、CaSO4,在反滲透膜表面和系統(tǒng)管道件上結(jié)垢沉淀,海水在進入反滲透脫鹽系統(tǒng)前要添加防垢劑。

投加H2SO4調(diào)節(jié)海水pH值分解海水中的HCO-3,以防止CaCO3沉淀,是海水淡化中最常用和最經(jīng)濟的方法。投加 (NAPO3)6(SHMP)是防止CaSO4沉淀的有效方法,但(NaPO3)6在阻垢的同時產(chǎn)生的副產(chǎn)品磷酸鹽會助長微生物、細(xì)菌和藻類的生長,使用有一定的局限性。而從西方國家進口的專用高分子聚合物阻垢劑價格較高,會直接影響海水淡化工程的運轉(zhuǎn)費用。本工程最終選用H2SO4作為阻垢劑,控制反滲透系統(tǒng)給水的pH值在 6.8~7.0之間,同時控制海水淡化系統(tǒng)水回收率,以防止CaSO4沉淀析出。

考慮到在反滲透海水淡化系統(tǒng)中采用以芳香聚酰胺為膜材料的復(fù)合膜元件 其耐氧化性差要求進水中余氯含量在0.1m g/L以下還原劑脫,因此海水在進入膜系統(tǒng)前投加NaHSO3,控制海水進反滲透裝置前的氧化還原電位(ORP),使進反滲透裝置前的海水氧化還原電位(ORP)在280~320mV.NaHSO3投加量是海水中余氯量的3倍。

除異味

環(huán)島海域的海水受周邊環(huán)境影響較大,海水化學(xué)耗氧量(COD)在 1.7~2.5m g/L,尤其在夏、秋季節(jié)有時海水有較大的異臭異味。因此除添加NaClO進行氧化外,增設(shè)活性炭過濾器,選用具有較高機械強度的果型顆�；钚蕴�能有效地吸附有機物和異臭異味,提高反滲透產(chǎn)水水質(zhì),同時能減輕對反滲透膜面污染,延長膜使用壽命。

保安過濾

保安過濾采用316L濾器,5µm濾芯,過濾進高壓泵前的海水,阻擋海水中直徑大于5µm 顆粒雜質(zhì),確保高壓泵,能量回收裝置和反滲透膜元件安全,長期運行。

高壓泵和能量回收裝置

高壓泵和能量回收裝置是為反滲透海水淡化提供能量轉(zhuǎn)換和節(jié)能的重要設(shè)備,按反滲透海水淡化所需的流量和壓力選型,我們選用的單級離心泵,具有60m3/h流量,揚程640PSi;能量回收裝置為HTC-300型,具有水力透平結(jié)構(gòu),能利用反滲透排放濃縮海水的壓力使反滲透進水壓力提升30%,有效地降低能耗。

反滲透膜元件與裝置

反滲透膜元件是反滲透海水淡化的核心部件,該元件具有大于99%較好的耐壓性和抗氧化耐污染性能。反滲透裝置采用6個膜元件串聯(lián),6個壓力母管并聯(lián)的一級一段組合結(jié)構(gòu),并配置低壓自動沖洗排放和淡化水低壓自動沖洗置換,不合格產(chǎn)水自動切換排放裝置。在該系統(tǒng)中還設(shè)置高、低壓保護和高壓泵,清洗泵的聯(lián)鎖。

整個反滲透海水淡化控制系統(tǒng)設(shè)計采用國內(nèi)外先進的計算機程序控制,由工控機操作站可編程控制器PLC組成一個分散采樣控制,集中監(jiān)視操作的控制系統(tǒng)。按工藝參數(shù)設(shè)置高低壓保護開關(guān),自動切換裝置,電導(dǎo)、流量和壓力出現(xiàn)異常時,能實現(xiàn)自動切換、自動聯(lián)鎖報警、停機,以保護高壓泵和反滲透膜元件。變頻控制高壓泵的起動和關(guān)停,實現(xiàn)高壓泵的軟操作,節(jié)省能耗,防止由于水錘或反壓造成高壓泵和膜元件損壞。程序設(shè)計在反滲透裝置開機和停機前后,能實現(xiàn)低壓自動沖洗,特別在停運時,濃縮海水的亞穩(wěn)定狀態(tài)會轉(zhuǎn)化出現(xiàn)沉淀,污染膜面,低壓淡化水自動沖洗能置換出濃縮海水,保護膜面不受污染,延長膜的使用壽命。對系統(tǒng)的溫度、流量、水質(zhì)、產(chǎn)量等相關(guān)參數(shù)能實現(xiàn)顯示、儲存、統(tǒng)計、制表和打印。監(jiān)視操作中的動態(tài)工藝流程畫面清晰直觀,系統(tǒng)控制簡化人工操作,確保系統(tǒng)能自動、安全、可靠地運行。

2014年12月4日傍晚,馬爾代夫首都馬累島唯一的一個海水淡化廠發(fā)電機配件因起火損毀,使得海水淡化無法正常進行,馬累全城15萬居民和外國游客飲用水和生活用水告急。馬政府向國際社會提出了援助請求,希望各國能夠提供飲用水以解燃眉之急。中國政府立即響應(yīng),商務(wù)部會同外交部、國防部等部門開展了緊急援助行動。

2014年12月6日,商務(wù)部召開例行發(fā)布會,通報1-11月份商務(wù)運行情況。馬爾代夫近期發(fā)生海水淡化廠發(fā)電機配件起火事件致飲用水和生活用水告急,商務(wù)部新聞發(fā)言人沈丹陽介紹中國政府緊急援助情況時表示,中方正在研究在專項資金的項下向馬爾代夫緊急提供海水淡化設(shè)備、備件的可行性。

采取援助行動主要包括三個方面:一是利用民航公司商業(yè)航班向馬爾代夫緊急空運30噸瓶裝飲用水;二是通過軍方調(diào)派兩架軍用運輸機向馬運送約40噸的瓶裝飲用水;三是向馬方提供50萬美元緊急援助資金專項用于采購飲用水和緊急搶險。根據(jù)馬方請求,中方正在研究在專項資金的項下向馬爾代夫緊急提供海水淡化設(shè)備、備件的可行性。

2014年12月8日,上述三方面的工作措施進展良好,通過商業(yè)航班和軍用運輸機運送的飲用水已經(jīng)全部都抵達馬累,幫助馬爾代夫克服了燃眉之急。

2014年12月9日,馬爾代夫總統(tǒng)亞明表示,馬累停水后,中國政府第一時間作出反應(yīng),迅速調(diào)集資源向馬爾代夫運送大量淡水,并且向馬爾代夫提供緊急資金援助,對中方的大力幫助和深情厚誼,馬爾代夫政府人民深表謝意。接下來商務(wù)部將會繼續(xù)和有關(guān)部門密切協(xié)作,并且對馬方的需求繼續(xù)提供必要的援助。