能量回收裝置在反滲透法苦咸水處理中的應用

周冬興 孫奇蕾 楊東偉

摘 ?要：文章首先論述苦咸水的性質及特點，論述苦咸水淡化技術，進而論述能量回收裝置在反滲透法苦咸水處理中的應用，從而為反滲透法苦咸水處理及海水淡化處理中能量回收裝置的應用提供借鑒。

關鍵詞：能量回收裝置;苦咸水;反滲透;水處理;應用

中圖分類號：TK02 ? ? ? ? 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）18-0189-02

Abstract： This paper first discusses the properties and characteristics of brackish water， discusses the desalination technology of brackish water， and then discusses the application of energy recovery device in the treatment of brackish water by reverse osmosis. The purpose of this paper is to provide reference for the application of energy recovery device in reverse osmosis brackish water treatment and seawater desalination treatment.

Keywords： energy recovery device; brackish water; reverse osmosis; water treatment; application

1 概述

苦咸水一般指溶解性總固體即各種鹽類總濃度大于1g/L，也稱高礦化水。含鹽量小于5g/L的為低鹽度苦咸水，含鹽量在5-10g/L之間的為中度苦咸水，10g/L以上為高鹽度苦咸水;含鹽量（50-500）g/L的稱之為鹵水[1]。苦咸水含大量中性鹽，且PH值大于7，主要分布在北部和東部沿海地區。淡水資源短缺的問題嚴重影響了這些地區的經濟和社會的發展。

2 苦咸水處理常用技術

目前，已經成熟應用和不斷研發出來的反滲透、超濾、微濾、納濾、電滲析、無機膜等技術，正在廣泛應用于各種行業，海水淡化成為解決沿海地區水危機的重要技術手段，零排放也已成為環境績效的重要指標，環保水處理行業需求旺盛。

反滲透海水淡化中能量損耗在整個成本中占得比重較大，因此降低反滲透海水淡化的能量損耗的技術是反滲透海水淡化系統中的重要部分，能量回收裝置正是基于這個技術而設計的產品，通過能量回收裝置，可以大幅降低反滲透海水淡化的成本，在目前淡水資源日漸緊俏，海水淡化項目大幅發展的時期，能量回收裝置作為高壓反滲透淡化系統的關鍵裝置之一，對大幅降低系統運行能耗和造水成本至關重要，前景無限廣闊，具有很大的開發價值及市場潛力。本文就能量回收裝置在反滲透法苦咸水處理中的應用簡要闡述。

3 案例分析

2011年我公司就濱州沿海某地苦咸水開發應用除鹽系統工程，由于苦咸水含鹽量較高，造成滲透壓較高，運行中需要較高的運行壓力。較高的運行壓力要求配套揚程更大的水泵，相同處理規模的反滲透設備需要配套更大功率電機，因此，反滲透法在苦咸水處理中的應用則會帶來較高的設備投資成本和運行費用。針對這個問題，本工程案例運用了如下解決方案：

（1）在滿足系統出水水質的情況下，選擇抗污染低壓力高通量的優質反滲透膜元件;（2）通過能量回收裝置將

較高壓力的反滲透濃水這部分能量回收再利用。

3.1反滲透苦咸水處理設計方案

（1）原水水質見表1。（2）工藝流程如下：【淺井水】→【原水池】→原水泵→（絮凝劑）→多介質過濾器→一級反滲透保安過濾器→一級反滲透高壓泵→一級反滲透裝置（+能量回收裝置）→【級間水箱】→二級反滲透給水泵→（堿加藥）→二級反滲透保安過濾器→二級反滲透高壓泵→二級反滲透裝置→【中間水箱】→中間水泵→混床→【除鹽水箱】→除鹽水泵→加氨→用水點。（3）多介質過濾器是本水處理系統主要的預處理裝置。它的作用是濾除苦咸水中的部分細小顆粒、懸浮物、膠體、有機物等雜質。其過濾的機理是利用雙介質濾料的比重差和粒徑空隙差，讓比重小粒徑大的濾料位于過濾器濾層的上部過濾較大顆粒的雜質，讓比重大粒徑小的濾料位于過濾器濾池的下部過濾較小顆粒的雜質。通過多介質過濾器的過濾，提高超濾進水的水質，從而能有效保證后級超濾膜使用壽命。本系統多介質出水指標要求SDI≤4，以滿足反滲透進水濁度要求。（4）保安過濾器用于保護反滲透裝置，防止顆粒雜質對反滲透膜的污染。本系統保安過濾器采用碳鋼襯膠材質，保證耐腐蝕性能。（5）一級反滲透裝置單套產水量為150m3/h，回收率70%，共4套。按此水質反滲透膜設計軟件模擬計算一級反滲透裝置水溫20度時的進水壓力（3.214MPa@1年及3.426MPa@3年），按此參數選型高壓泵電機功率超低壓電機規范上限要求，因此配套渦輪能量回收裝置回收反滲透濃水能量以減少高壓泵揚程。（6）二級反滲透裝置運行壓力約為1.4Mpa，經技術經濟比較，不考慮設置能量回收裝置。（7）本系統設置混床進一步去除二級反滲透產水中剩余的部分硬度、堿度及陰陽離子，采用碳鋼襯膠材質，保證耐腐蝕性能。（8）出水調節PH值后外送用水點。

3.2 能量回收裝置在反滲透法苦咸水處理中的應用

（1）設計選型：高壓泵：Q=214.3m3/h，DP=30.8bar，過流部件材質雙向不銹鋼SS 2205。能量回收裝置：Q=644.3m3/h，濃水進水壓力32.4bar，濃水排放壓力0.3bar，過流部件材質雙向不銹鋼SS 2205。（2）國外某品牌能量回收裝置廠家提供的設計資料見圖1。從此表數據分析高壓泵及能量回收裝置總DP為30.8bar，能量回收裝置流量Q=64.3m3/h，濃水側DP=29.4bar，能量回收裝置效率67.2%，計算得進水側△DP=5.93bar，因此高壓泵實際DP=24.87bar。能量回收裝置回收能量比值為35.3kW/242.8kW=14.54%。（3）調試運行：系統于2011年底投入運行，一級反滲透運行參數如下：高壓泵進口3.5bar，膜進口壓力31bar，段間29bar，濃水壓力28bar，產水流量151.3m3/h，濃水流量63.3m3/h。（4）偏差分析：對比設計參數及運行數據，高壓泵及能量回收裝置整體△DP=3.3bar，高壓泵及能量回收裝置為整體組合式，無法單測其各自的實際運行參數。假設高壓泵運行參數與設計參數一致，則能量回收裝置的實際DP=31-3.5-24.87=2.63bar，經計算得能量回收裝置的效率約為35.8%。

4 結論

（1）通過本次能量回收裝置在苦咸水反滲透法水處理中的應用工程，確認了能量回收裝置在山東省沿海地區中度苦咸水淡化系統中應用的可行性。為能量回收裝置推廣使用積累前期經驗。（2）在水利渦輪能量回收裝置中，能量的轉換過程為“壓力能-機械能（軸功）-壓力能”，其能量回收效率約35%-70%[2]。本次能量回收裝置在系統應用中效率約為35.8%-67.2%。（3）本項目使用的能量回收裝置與高壓泵集成一體，無需占用額外的空間，節省土建投資。（4）本項目使用的能量回收裝置無需設置高壓的濃水調節閥，節省高壓的濃水調節閥投資。（5）在含鹽量約6000mg/L，反滲透裝置回收率70%的工況下，能量回收裝置能降低高壓泵14.54%的功率。如運用在含鹽量更高的水質，反滲透回收率更低的系統，能量回收裝置能使高壓泵功率更大幅度的降低，進而大幅降低苦咸水及海水淡化的能耗。

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