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1、2009-04-23,辽 宁 红 沿 河 核 电 有 限 公 司,LHNP,海水淡化,红沿河核电,目 录,世界上淡水资源不足，已成为人们日益关切的问题。有人预言，19世纪争煤，20世纪争油，21世纪可能争水。大连是一个缺水的城市。地球表面2/3的面积被水覆盖，但水储量的97为海水和苦咸水，这些水是很丰富的。但是，要利用海水必须经过淡化。目前，全世界有一百二十多个国家和地区采用海水或苦咸水淡化技术取得淡水。据统计，海水淡化系统与生产量以每年10以上的速度在增加。亚洲国家如日本、新加坡、韩国、印尼与中国等也都积极发展或应用海水淡化做为替代水源，以增加自主水源的数量。海水淡化的技术主要有蒸馏、冻结、
2、反渗透、离子迁移、化学法等办法。海水淡化虽然耗电耗能，成本很高，但是意义重大。有人估计，海水淡化可能是21世纪诞生出的一种新型的生产淡水的未来水产业。作为水资源的开源增量技术，海水淡化已经成为解决全球水资源危机的重要途径。到2006年，世界上已有120多个国家和地区在应用海水淡化技术，全球海水淡化日产量约3775万吨，其中80%用于饮用水，解决了1亿多人的供水问题。就目前经济技术水平而言，海水淡化的成本还是比较高的。最简单的方法，一个是蒸馏法 。另一个海水淡化的方法是冷冻法。1953年，一种新的海水淡化方式问世了，这就是反渗透法。这种方法利用半透膜来达到将淡水与盐分离的目的。海水淡化技术的发展
3、与工业应用，已有半个世纪的历史，在此期间形成了以多级闪蒸、反渗透和多效蒸发为主要代表的工业技术。专家普遍认为，今后三、四十年在工业应用上，仍将是这三项技术“唱主角”，但反渗透的比重将越来越大。中国海水淡化成本逐步下降，已接近5元立方米。,一、海水淡化历史,二、海水淡化应用,水电联产： 水电联产主要是指海水淡化水和电力联产联供。由于海水淡化成本在很大程度上取决于消耗电力和蒸汽的成本，水电联产可以利用电厂的蒸汽和电力为海水淡化装置提供动力，从而实现能源高效利用和降低海水淡化成本。国外大部分海水淡化厂都是和发电厂建在一起的，这是当前大型海水淡化工程的主要建设模式。海水淡化工艺： 实际上，一个大型的海
4、水淡化项目往往是一个非常复杂的系统工程。就主要工艺过程来说，包括海水预处理、淡化（脱盐）、淡化水后处理等。其中预处理是指在海水进入起淡化功能的装置之前对其所作的必要处理，如杀除海生物，降低浊度、除掉悬浮物（对反渗透法），或脱气（对蒸馏法），添加必要的药剂等；脱盐则是通过上列的某一种方法除掉海水中的盐分，是整个淡化系统的核心部分，这一过程除要求高效脱盐外，往往需要解决设备的防腐与防垢问题，有些工艺中还要求有相应的能量回收措施；后处理则是对不同淡化方法的产品水针对不同的用户要求所进行的水质调控和贮运等处理。海水淡化过程无论采用哪种淡化方法，都存在着能量的优化利用与回收，设备防垢和防腐，以及浓盐水的
5、正确排放等问题。,三、工艺流程图,海水预处理,1、水的混凝澄清处理水体系是按分散质颗粒的大小来区分的，分散颗粒最大的，即颗粒半径大于10-7m的分散体系称为悬浮液；颗粒半径在10-7至10-9m之间的称为胶体溶液；颗粒小于10-9m的称为真溶液。天然水中的杂质可分成悬浮物、胶体和溶解物质。悬浮物：绝大多数是砂子和粘土类无机物，密度比水重，依靠静置的方法可以从水中分离出来。胶体：大都是由许多不溶于水的分子所组成的集合体，有些溶于水的高分子化合物，因为分子比较 大，具有与假体相同的性质，也被看作是胶体。胶体颗粒在水中有布朗运动，而且，胶体因 表面带电，同类胶体之间有同性电荷的斥力，不易相互粘合成较
6、大的颗粒，所以胶体的水溶 液不叫稳定，胶体不能依靠静置的方法从水中分离出来。 溶解物质：大都是呈离子或溶解气体状态。水中的几种主要技术指标： 1、悬浮固体与浊度，悬浮固体（一般称悬浮物）表示水中悬浮物质的含量 2、溶解固体：（1）含盐量，（2）溶解固体，（3）灼烧减少固体 ， （4）电导率 ， 3、硬度（H） 4、碱度（B）和酸度（A） 5、有机物,一、海水预处理,水的混凝处理混凝处理包括药剂、水的混和及反应（包括脱稳、凝聚、絮凝）两个阶段。常用的胶体脱稳方法有以下几种： 1、投加带高价反离子的电解质，在含有带负电的黏土胶体颗粒的水中，投加带高价反离子的电解质后，水中反离子浓度增大，胶体颗粒的
7、扩散层受到压缩而变薄，电位降低或消失。投加的电解质的反离子的价数越高，聚凝的效果越好，要使水中带负电荷的胶体颗粒凝聚，所需的正一价、二价、三价离子的投加量之比，大致为1：0.01：0.001。 2、投加带相反电荷的胶体，由于电中和作用，使两种胶体的电位值均降低或消失而发生脱稳，产生凝聚。为使两种胶体凝聚，必须控制适当的投加量，不能不足，也不能过量。 3、投加高分子絮凝剂，高分子絮凝剂是一种水溶性的线型化合物，分子呈链状，由大量的键节组成，是一种聚合电解质，对水中的胶体颗粒产生吸附架桥和网捕的作用，使胶体凝聚沉降。混凝处理原理 在水处理中，从原水投加混凝剂开始，到产生大颗粒的絮凝剂为止，整个过程
8、叫混凝处理过程。它包括两个阶段：首先是胶体颗粒脱稳，这一过程需要的时间很短；第二个阶段是絮凝，它是指脱稳后的胶体颗粒聚合成大颗粒絮凝物的过程，这一过程需要一定的聚合时间。 电中和 吸附架桥 网捕,一、海水预处理,水的过滤处理 水经过混凝澄清处理后，水中悬浮固体通常在1020mg/L。这种水还需要降低水中悬浮固体的浓度到25mg/L甚至更低，才能进入除盐系统。这就需要过滤处理。水的过滤处理就是让水通过一个多孔材料层，将水中悬浮固体截留，水质进一步澄清。 用于过滤的多孔材料称为滤料或过滤介质。过滤设备通常有过滤器或滤池，其中堆积的滤料层称为滤层或滤床。我们选用的是重力式滤池，选用的滤料是粒状石英砂
9、，常用的粒状滤料还有无烟煤和活性炭。滤床特性滤料粒度和滤层厚度：粒度包括滤料的粗细和大小的分散程度两个方面。 孔隙率：滤层的孔隙即滤料之间的空隙，是表示滤料颗粒群堆积特性的指标，以单位堆积体积滤 料层中空隙的体积表示。 滤料颗粒的大小排列方式与过滤性能的关系：均径滤床、普通滤床和多层滤床。 承托层：作用是支承滤料，防止滤料从配水系统流失，以及均匀分布反洗水和收集出水。 滤床的截污机理滤床的截污机理比较复杂，一般认为包括迁移、黏附和剥落三个过程。,一、海水预处理,滤池的过滤流程 滤池的反冲洗过程,一、海水预处理,超滤基本原理 根据微粒在多孔过滤介质中的截留位置，可分为表面截留和内部截留。水中杂质
10、的截留途径主要有以下三种：（1）筛分。指膜拦截比其孔径大或者与其孔径相当的微粒，也称机械截留。（2）吸附。微粒通过物理化学吸附而被膜截获。因此，即使微粒尺寸小于孔径，也能因吸附而被膜截留。（3）架桥。微粒相互推挤导致他们都不能进入膜孔或卡在孔中不能动弹。 超滤膜的孔径一般为0.0020.1um ，水中杂质的尺寸是：悬浮物大于1um；胶体为0.0011um；乳胶大于或等于0.5um；细菌大于或等于0.2um。因此超滤可以滤除水中细菌、胶体、悬浮物和蛋白质等大分子物质。对于超滤膜来讲，由于膜孔径很小，截留机理应该是以机械筛分作用为主。 超滤装置对进水的要求如下：（1）水温为540oC；（2）浊度小
11、于5NTU；（3）残余氯为12mg/L；（4）PH=213。超滤装置的胶体硅去除率大于98%，产品水SDI小于2。超滤出水水质要求：SDI小于2。 SDI又称淤塞指数，它是表示微量固体颗粒的水质指标。它主要是检测水中的胶体和悬浮物等微粒的多少。测定SDI的方法为过滤法。具体步骤是：用直径为47mm，平均孔径为0.45um 的微孔滤膜，在0.21Mpa的压力下过滤水样，记录最初滤过500mL的水样所花费的时间t0；继续过滤15分钟后，再记录过滤500mL水样所花费的时间t15，则SDI15=100（t15-t0）/15t15。由此式可知，SDI的极限值为6.67。,一、海水预处理,超滤运行,一、
12、海水预处理,超滤反洗,二、反渗透除盐,反渗透脱盐必须满足两个基本条件：（1）半透膜具有选择的透水而不透盐的特性。（2）盐水室与淡水室之间的外加压差（p）大于渗透压差，即净推动压力（p-）0。海水渗透压约为2.5MPa，实际操作压力一般为5.58.0MPa。材料:醋酸纤维素聚酰胺：脂肪族聚酰胺和芳香族聚酰胺复合膜：目前市场的大部分复合膜的超 薄膜层为交联全方向族聚酰 胺，支持层为聚砜，基膜为聚 脂不织布（无纺布）。,分类:1、按材料：主要有醋酸纤维素膜和芳香聚酰胺 膜。2、按用途：有苦咸水淡化膜、海水淡化膜、抗 污染膜等。3、按膜结构特点：均相膜和非对称膜，水处理 中常用非均相膜。4、按膜的形状
13、：主要有板式膜、管式膜、卷式 膜和中空纤维素膜。5、按制膜工艺：溶液相转换膜、熔融热相转变 膜、复合膜和动力膜。,二、反渗透除盐,性能1、脱盐率，又称除盐率，反渗透膜的分离度与以下4类因素有关：操作条件，包括压力、浓水流量、回收率、水温和PH值。若降低给水PH值，则CO2分率增加，因为CO2很容易透过膜，所以淡水电导率升高。污染程度，膜被水垢、生物黏泥、铁铝硅化合物污染后，分离性能变差。溶液特性，包括溶质的尺寸、电荷、电离度、极性和支链数，以及溶质的浓度等。膜特性，孔径小、介电常数低的膜分离效果好；膜厚度对分离效果无影响。2、透过速度，主要有水通量、盐透过速度、溶液透过速度。一般，水通量大的膜
14、，盐透过速度也高。3、回收率4、耐氧化能力，膜的耐氧化能力与膜材料有关。芳香聚酰胺膜更易受到水中氧化剂的侵蚀。水中常见的氧化剂有游离氯、次氯酸钠、溶解氧和六价铬等。芳香聚酰胺膜和复合膜允许进水中的游离氯的最高含量为0.1mg/L。5、纯水透过系数，膜的纯水透过能力用纯水透过系数A表示。A值与测定时温度和压力有关。一般情况下，温度每增加1oC，透水速度约增加2%3% 。但是温度太高可能导致膜材料变软而发生压密，透水速度反而下降。,二、反渗透除盐-膜性能,纯水透过系数，膜的纯水透过能力用纯水透过系数A表示。A值与测定时温度和压力有关。一般情况下，温度每增加1oC，透水速度约增加2%3% 。但是温度
15、太高可能导致膜材料变软而发生压密，透水速度反而下降。流量衰减系数，在正常运行条件下，反渗透膜也会在压力的长期作用下，随着运行时间的延长，孔隙率缓慢减少，水通量缓慢下降，膜被压实。实践中发现，溶液的透过速度与运行时间的m(流量衰减系数)此方成反比。提高压力可以增加透水量，但会加重膜的压密，所以生产中应将操作压力控制在允许范围内。抗水解能力，高分子材料在酸或碱的作用下发生水解或降解反应，于是膜被破坏。耐热抗寒能力，耐热抗寒能力与高分子材料的化学结构和介质性质有关。水温增加，有利于提高脱盐率、透水速度以及减轻浓差极化，但膜变软、氧化和水解速度快。反渗透膜本身含有许多水分，结冰时体积增加，造成膜的永久
16、性破坏。一般水处理用RO膜最低使用温度为5oC。机械强度，在压力作用下，膜会被压缩变形，导致透过速度下降。膜的变形可分为弹性变形和非弹性变形。卷式RO膜元件（海水淡化膜除外）的耐压极限一般为4.2Mpa。海水淡化膜元件的最高运行压力一般为6.9Mpa。物质迁移系数，表示反渗透装置运行时的浓差极化的指标。实际生产中是通过保持足够的浓水流量而减轻浓差极化的。该浓水流量的最低限值最小浓水流量。进水浊度，控制进水浊度的目的在于防止浊质颗粒划伤高压泵和膜，以及这些颗粒堵塞膜孔到和膜元件的水流通道。膜元件水流通道越狭窄，对进水浊度的要求越严格，不同膜元件对浊度要求的从严到宽的顺序为：中空纤维膜螺旋卷式膜管
17、式膜板式膜。进水SDI，给水SDI不合格的反渗透系统出现污堵得可能性很大，因此应保证给水SDI合格。,防止结垢盐类浓缩是反渗透装置结垢的主要原因。反渗透装置结垢的物质主要是溶解度较小的盐类和胶体等。防止反渗透膜结垢的方法主要有：（1）加酸降低水中的CO32-及HCO3-的浓度，防止生成CaCO3候；（2）加阻垢剂控制CaCO3、CASO4、BASO4和SrSO4等垢的生成。杀菌处理杀菌必要性水中有机物一般是微生物的饵料，含有微生物和有机物的水进入反渗透装置后，会在膜表面发生浓缩，造成膜的生物污染。生物污染会严重影响膜性能，如：压差升高、膜元件变形和水通量下降。有机物的危害：（1）助长生物繁殖；
18、（2）污染膜，有机物特别是带异号电荷的有机物，牢固地吸附在RO膜表面，且很难清除干净；（3）破坏膜材料，当有机物浓缩到一定程度后，可以溶解有机物材料。有机物污染可引起反渗透装置脱盐率和产水量下降。杀菌方法防止微生物侵蚀的通用方法是对原水进行杀菌处理。常用的杀菌剂是具有氧化能力的氯化物。,二、反渗透除盐,运行方式（单列）,二、反渗透除盐,海水水质,项目单位数值K+ mg/L385Na+ mg/L 10170Ca2+ mg/L400Mg2+ mg/L1246NH4+ mg/L0.41SiO2 mg/L1.6CO2 mg/L59TDS mg/L33895,项目单位数值Cl- mg/L 18522SO42- mg/L2581HCO3- mg/L143CO33- mg/L0.00NO3- mg/L1.73F- mg/L0.64pH 6.698.13,二级出水水质,项目单位数值K+mg/L0.10Na+mg/L2.15Ca2+mg/L0.01Mg2+mg/L0.03NH4+mg/L0.05SiO2mg/L0.00CO2mg/L0.02TDSmg/L10.86,项目单位数值Cl-mg/L3.44SO42-mg/L0.02HCO3-mg/L0.16CO33-mg/L0.00NO3-mg/L0.08F- mg/L0.00硼 mg/L0.85pH7.06,谢 谢！,LHNP,红沿河核电,
