膜法海水淡化集成測試平臺的研制

膜法海水淡化集成測試平臺的研制

1改進(jìn)優(yōu)化,成本降低。在做膜法中海水淡化的發(fā)展體現(xiàn)在膜材料的更新、膜技術(shù)的改進(jìn)和優(yōu)化以及成本的增加上。但我國對海水淡化的研究還不夠深入，系統(tǒng)設(shè)計和集成創(chuàng)新能力較低，淡化裝備的開發(fā)和制造等方面能力與國際先進(jìn)水平仍有很大距離2納濾及反滲透通過全膜法進(jìn)行淡化脫鹽已顯示出很好的前景。一般來說，膜法海水淡化工藝是將原料海水經(jīng)傳統(tǒng)預(yù)處理或膜法預(yù)處理后，用高壓泵打入反滲透膜，經(jīng)反滲透膜處理后分成兩股(濃鹽水和產(chǎn)品淡水)液流。為降低系統(tǒng)能耗，反滲透海水淡化中通常配置能量回收裝置回收濃水能量。典型的海水淡化膜技術(shù)有微濾(MF)技術(shù)、超濾(UF)技術(shù)、納濾(NF)技術(shù)、反滲透(RO)技術(shù)。反滲透是海水淡化脫鹽的核心，而微濾、超濾、納濾常作為反滲透的預(yù)處理技術(shù)，納濾還可作為反滲透或納濾濃水的再濃縮工藝。在這些膜技術(shù)中，MF膜孔徑相對較大，一般0.01μm～10μm，在去除懸浮固體上效果明顯，可有效降低淤泥污染指數(shù)(SDI)值，且運(yùn)行費(fèi)用較低。UF膜孔徑一般0.001μm～0.1μm，不僅對水中懸浮固體有截留作用，對大分子、膠體和部分的細(xì)菌也有一定的去除作用。相比微濾，超濾連續(xù)性好、自動化程度高、顆粒介質(zhì)去除率高，尤其適用于高污染的給水水源，如地表水、廢水或開放式進(jìn)水海水，超濾組件正向大型化、模塊化、高效化發(fā)展，用超濾代替微濾是海水淡化預(yù)處理的發(fā)展趨勢NF膜的作用效果則介于超濾和反滲透之間，NF膜對二價以上的離子及相對分子量較大的有機(jī)物的截留性能較好，對一價離子或者小分子的有機(jī)物的去除率則有限，因此納濾膜通常用于海水軟化，脫除海水中易導(dǎo)致結(jié)垢的二價的鈣鎂離子將納濾技術(shù)集成到分級反滲透過程中，可以解決高鹽度導(dǎo)致高滲透壓和鈣鎂二價離子導(dǎo)致結(jié)垢的問題。采用納濾作為第一級脫鹽，可有效避免RO膜面結(jié)垢，降低進(jìn)水的滲透壓，從而提高水的回收率和產(chǎn)水水質(zhì)。研究表明隨著零排放技術(shù)和高鹽濃鹽水處置技術(shù)的發(fā)展，高壓反滲透用于海水淡化濃鹽水逐級濃縮減量化的技術(shù)成為行業(yè)發(fā)展的新方向，高壓反滲透膜產(chǎn)品的推廣使用也日益增長。尤其是NF+RO+HPRO的組合膜工藝，聯(lián)合蒸發(fā)結(jié)晶的方法，解決了高鹽廢水及分鹽零排放工藝中的難題，大大提升了處理效果。3hpro及反滲透工藝順應(yīng)膜法海水淡化上述前沿發(fā)展方向，傳統(tǒng)反滲透工藝與納濾、高壓反滲透結(jié)合是今后的研究熱點。該測試平臺集成UF、NF、SWRO、HPRO等工藝，采用實際海水，模擬多種預(yù)處理水質(zhì)和工況，從而提供集成工藝、安全供水研究和評價服務(wù)，并能夠?qū)﹃P(guān)鍵設(shè)備、材料進(jìn)行評價服務(wù)。作為海水淡化科研攻關(guān)中試試驗平臺，具有海水淡化主流工藝通用性和可靠性的同時，還具有工藝創(chuàng)新性。膜法海水淡化集成測試平臺主要包括UF模塊、NF模塊、SWRO模塊、HPRO模塊，每個脫鹽模塊又包含一級一段、一級兩段、二級等多個子模塊，子模塊又根據(jù)能量回收的方式有PX、段間增壓泵、段間渦輪增壓的工藝區(qū)分，其具有以下功能和優(yōu)點:(1)兼獨立性與集成性。平臺所建設(shè)的超濾、納濾、反滲透、高壓反滲透工藝分別模塊化，均可單獨與海水淡化常規(guī)預(yù)處理工藝結(jié)合形成單一的膜法海水淡化工藝系統(tǒng)，又可將其中的兩種或三種聯(lián)合組成新的工藝，達(dá)到梯級處理、分質(zhì)產(chǎn)水、減排降耗研究和開發(fā)的目的。(2)兼通用性與創(chuàng)新性。納濾和反滲透常用工藝有單級、單段、一級兩段、二級，其國內(nèi)外常用的海水淡化能量回收方式為正位移式能量回收，一般為美國ERI公司生產(chǎn)的PX系列產(chǎn)品。該平臺在滿足這些常用工藝的基礎(chǔ)上，升級了段間增壓泵、段間渦輪增壓器兩種段間增壓方式;除了將納濾應(yīng)用于反滲透預(yù)處理，還能應(yīng)用于反滲透濃水分鹽處理;采用新型超高壓反滲透對海水淡化濃鹽水進(jìn)行再濃縮處理;上述單一工藝還能形成聯(lián)合工藝，用于模擬大型海水淡化工程工藝鏈過程，應(yīng)用覆蓋面廣。(3)兼完整性與擴(kuò)展性。平臺涵蓋海水淡化預(yù)處理、淡化水分質(zhì)產(chǎn)水、濃鹽水再濃縮、濃鹽水分鹽等工藝，集成了全膜法海水淡化的所有工藝環(huán)節(jié)，每一個模塊又設(shè)有可擴(kuò)展接口和轉(zhuǎn)換工藝接口，切換不同工藝模式，適應(yīng)多種工藝的測試評價。如納濾和反滲透產(chǎn)水預(yù)留接口與蒸餾海水淡化或電滲析相結(jié)合，膜元件可根據(jù)需要安裝不同性能的膜元件擴(kuò)展工藝測試范圍。這些設(shè)計理念有利于與其它新技術(shù)新工藝結(jié)合，適應(yīng)未來發(fā)展需要，有利于今后的推廣應(yīng)用。4平臺設(shè)計4.1工藝模塊及其子模塊的組合該平臺可對多種全膜法海水淡化工藝進(jìn)行測試，由UF、NF、SWRO、BWRO、HPRO模塊組成，其中，超濾模塊作為所有脫鹽模塊的預(yù)處理，常規(guī)工藝均能實現(xiàn)一級一段、一級兩段、二級等工藝子模塊，一級兩段工藝又能形成直接通過式、段間增壓泵式、渦輪增壓器式工藝，這些工藝是膜法海水淡化基本工藝，這里不再贅述。這些工藝模塊及其子模塊可以根據(jù)設(shè)計要求，形成聯(lián)合集成工藝，用以解決工業(yè)生產(chǎn)中的難題。典型工藝如下。(1)UF-NF-SWRO產(chǎn)水梯級工藝(2)UF-NF-HPRO濃縮梯級工藝(3)UF-SWRO-NF濃縮軟化工藝(4)UF-SWRO-NF-HPRO節(jié)能減排工藝4.2產(chǎn)水量分析模型(1)超濾(UF)模塊。最大產(chǎn)水量40m(2)納濾(NF)模塊。共兩級，可獨立運(yùn)行，回收率可在45%～70%之間調(diào)節(jié)。一級采用一級兩段6芯設(shè)計，產(chǎn)水量12m(3)反滲透(SWRO)模塊。一級兩段6芯設(shè)計，產(chǎn)水量6.5m(4)反滲透(BWRO)模塊。一級兩段4芯設(shè)計，1∶1排列，產(chǎn)水量4.75m(5)高壓反滲透(HPRO)模塊。一級一段6芯設(shè)計，采用8寸高壓反滲透膜元件，每只膜可單獨控制，由于設(shè)計處理納濾和反滲透濃水，根據(jù)來水水質(zhì)和水量，回收率可在30%～45%之間處理，處理量7.5m5