低溫多效與反滲透膜法海水淡化工藝差異分析

趙偉 中節(jié)能（保定）環(huán)保能源有限公司

一、低溫多效海水淡化技術(shù)（MED）

（一）基本原理

根據(jù)產(chǎn)品水量需求，配置使用一系列串聯(lián)連接的水平管噴淋降膜蒸發(fā)器，蒸汽按介質(zhì)流程進(jìn)入第一效蒸發(fā)器的管路，與蒸發(fā)器內(nèi)噴淋的海水熱交換后，冷凝成淡化水，與此同時(shí)，海水與蒸汽換熱后，蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸汽繼續(xù)進(jìn)入下一效，與噴淋的海水進(jìn)行熱交換，如是反復(fù)，最終達(dá)到連續(xù)產(chǎn)出淡化水的目的。

（二）低溫多效海水淡化技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)分析

優(yōu)點(diǎn)：熱效率高，溫差在30℃左右即可達(dá)到10 倍以上的產(chǎn)水比，且運(yùn)行彈性較大，運(yùn)行負(fù)荷在40%-110%之間變動(dòng)時(shí)，產(chǎn)水比變動(dòng)不大；海水的預(yù)處理工藝簡(jiǎn)單，能耗及化學(xué)藥劑消耗均不高；系統(tǒng)安全可靠性高，即使在發(fā)生傳熱管泄漏的情況下，仍可保持產(chǎn)品水品質(zhì)；

缺點(diǎn)：系統(tǒng)設(shè)備體積較大，初期投資成本較高。

（三）低溫多效海水淡化的工藝特點(diǎn)

1.目前較為常見(jiàn)的低溫多效海水淡化設(shè)備配置方案，熱源通常通過(guò)合理利用電廠的低參數(shù)蒸汽，發(fā)電與海水淡化同步進(jìn)行，整體效率高。

2.低溫多效海水淡化設(shè)備在運(yùn)行中，始終保持蒸汽側(cè)壓力高，海水側(cè)壓力底，杜絕傳熱管泄漏導(dǎo)致海水污染蒸汽的情況，以達(dá)到產(chǎn)品水水質(zhì)穩(wěn)定的目的。

3.低溫多效海水淡化設(shè)備對(duì)海水品質(zhì)要求不高，在海水中的懸浮物＜300 的情況下，渾濁度、鹽度、溫度、微生物和沉積物等參數(shù)的波動(dòng)一般不會(huì)影響產(chǎn)品水水質(zhì)。即使泥沙短時(shí)間超標(biāo)沖擊時(shí)，制水系統(tǒng)仍可正常運(yùn)行，只需要加強(qiáng)清洗，對(duì)設(shè)備壽命不會(huì)產(chǎn)生影響。

二、反滲透膜法海水淡化技術(shù)（SWRO）

（一）基本原理

用一張水分子可以通過(guò)但是鹽離子不能通過(guò)的半透膜將淡水和鹽水隔開(kāi)，水分子會(huì)自然穿過(guò)半透膜而自發(fā)地向鹽水側(cè)流動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為滲透。當(dāng)滲透到鹽水一側(cè)的液面達(dá)到某一高度時(shí)，滲透的自然趨勢(shì)被這一壓力所抵消從而達(dá)到平衡。這一平衡壓力即為該體系的滲透壓，如在鹽水一側(cè)加一個(gè)大于滲透壓的壓力，鹽水中的水會(huì)透過(guò)半透膜到淡水處。這種與自然滲透相反的水遷移過(guò)程稱為反滲透。

（二）反滲透膜法海水淡化技術(shù)的主要優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：反滲透過(guò)程中不發(fā)生介質(zhì)相變；前期設(shè)備投資及運(yùn)行制水的成本較低；設(shè)備布置緊湊，體積小，占地面積小。

缺點(diǎn)：預(yù)處理標(biāo)準(zhǔn)高；后期維護(hù)成本較高，膜組件需定期更換；對(duì)海水品質(zhì)要求高。

（三）反滲透膜法海水淡化的工藝特點(diǎn)

1.反滲透膜法海水淡化技術(shù)可以做到分質(zhì)供水。成品水水質(zhì)TDS 可達(dá)到300500mg/l，可以根據(jù)實(shí)際需要，合理確定產(chǎn)品水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

2.反滲透膜法海水淡化系統(tǒng)設(shè)備的制造及安裝耗時(shí)短，設(shè)備制造及安裝調(diào)試可分別在6 個(gè)月、2 個(gè)月內(nèi)完成。

3.反滲透膜法海水淡化設(shè)備對(duì)海水水質(zhì)變化的適應(yīng)性較差，預(yù)處理工藝流程控制指標(biāo)要求嚴(yán)格，其處理結(jié)果對(duì)系統(tǒng)的安全運(yùn)行有直接影響；后期運(yùn)行和維護(hù)成本高，

4.反滲透膜法海水淡化設(shè)備適用的海水水溫范圍較窄，溫度高低直接影響產(chǎn)品水水量及水質(zhì)。

三、低溫多效海水淡化與反滲透膜法海水淡化的性能比較

反滲透法海水淡化和低溫多效海水淡化工藝都是技術(shù)成熟、可靠的淡化工藝。兩者相比較差異如下：

（一）預(yù)處理工藝

一般來(lái)說(shuō)，低溫多效海水淡化技術(shù)只需簡(jiǎn)單的預(yù)處理，但反滲透膜法海水淡化技術(shù)的預(yù)處理工藝復(fù)雜程度大大提高，通常需要配套絮凝池、層狀澄清池、曝氣浮選、微濾或超濾系統(tǒng)，預(yù)處理過(guò)程所需的化學(xué)品量也大大增加。

常規(guī)情況下，低溫多效海水淡化和反滲透膜法海水淡化工藝中均需要使用阻垢劑，但反滲透膜法海水淡化工藝中需要的化學(xué)藥劑的種類及用量更大，包括H2SO4、混凝劑和絮凝劑、NaHCl 和Na2SO3等。

（二）能耗

在以制水為單一目的的情況下，較之低溫多效海水淡化技術(shù)，反滲透膜法海水淡化的能耗優(yōu)勢(shì)明顯。但在電水聯(lián)產(chǎn)的情況下，反滲透膜法海水淡化的能耗優(yōu)勢(shì)較小，且由于反滲透膜的使用壽命有限，后續(xù)維護(hù)成本較高，也增加了間接能耗。

低溫多效海水淡化技術(shù)的直接能耗受各種條件影響，地域區(qū)別明顯，需要根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r，進(jìn)行具體的核算。

（三）產(chǎn)品水水質(zhì)

低溫多效蒸發(fā)采用蒸餾工藝，產(chǎn)品水的TDS 可達(dá)到5mg/L,可以滿足絕大多數(shù)工業(yè)用水需要，再進(jìn)行脫鹽處理就可作電廠的鍋爐補(bǔ)水水源。反滲透的產(chǎn)品水質(zhì)TDS 一般在300-500mg/L，可滿足普通工業(yè)用水需求，但如作為電廠鍋爐補(bǔ)水，處理成本比低溫多效蒸發(fā)工藝較高。

（四）低溫多效海水淡化技術(shù)可實(shí)現(xiàn)電水聯(lián)產(chǎn)和能量的梯級(jí)利用

低溫多效海水淡化技術(shù)裝置的基本能源是在發(fā)電廠容易獲得的低品位蒸汽。

（五）運(yùn)行維護(hù)

與反滲透膜法海水淡化技術(shù)水廠相比，低溫多效海水淡化水廠的維護(hù)容易，適合于不需人員連續(xù)照看、自動(dòng)化的操作。對(duì)操作員的失誤、設(shè)備的腐蝕和結(jié)垢也不敏感，無(wú)風(fēng)險(xiǎn)。

（六）設(shè)備運(yùn)行壽命

與反滲透膜法海水淡化技術(shù)水廠相比，低溫多效海水淡化水廠的實(shí)際壽命要長(zhǎng)得多。海水反滲透膜最好在正常的海水和室溫（35℃以下）下運(yùn)行，膜通量通常低于15L/m2/h。每列膜組每年約3 次8-10 小時(shí)的反沖洗，海水反滲透膜的壽命期通常平均為7-8年。低溫多效海水淡化裝置的在適當(dāng)?shù)木S護(hù)下可連續(xù)運(yùn)行25-30 年，這點(diǎn)已被全世界所安裝的裝置所證明。

四、低溫多效海水淡化與反滲透膜法海水淡化經(jīng)濟(jì)成本分析對(duì)比

如表1 所示。

表1 低溫多效海水淡化與反滲透膜法海水淡化成本分析(2×1.25 萬(wàn)噸/天)

五、結(jié)論

低溫多效海水淡化與反滲透膜法海水淡化都是目前成熟的淡化工藝，是市場(chǎng)份額最大的技術(shù)流派，并且發(fā)展速度相當(dāng)。在沿海電廠，綜合考慮海水的水質(zhì)、環(huán)境條件、能源成本、產(chǎn)品水的用途等因素，結(jié)合電水聯(lián)產(chǎn)，可選用低溫多效海水淡化技術(shù)。