海水反渗透系统的设计要点
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第 29 卷第 8 期 2009 年 8 月
工业水处理 Industrial Water Treatment
Vol．29 No．8 Aug．，2009
海水反渗透系统的设计要点
李宏秀，范晓鹏，潘 旗
(中国华电工程（集团）有限公司，北京 100044)
［摘 要 ］ 在 淡 水 资 源 紧 缺 的 状 况 下 ， 通 过 反 渗 透 法 进 行 海 水 淡 化 可 以 制 得 符 合 《生 活 饮 用 水 卫 生 标 准 》GB 5749—2006 的淡水。 海水反渗透系统的设计主要考虑以下要点：取水源需要根据海水淡化规模和现场情况确定采用 开放式取水或海边挖井等； 预处理系统需要根据海水水质确定悬浮物的去除、 防止结垢和控制活性生物的处理工 艺，采用混凝澄清、多介质过滤或超滤等；海水反渗透装置主要考虑膜元件的选择、回收率、排列方式、污染指数、配 套的能量回收装置和自动冲洗及化学清洗系统等。
Li Hongxiu，Fan Xiaopeng，Pan Qi （China Huadian Engineering Co., Ltd., Beijing 100044，China）
Abstract： Facing the challenge of fresh water shortage, the reverse osmosis system is chosen to make potable water complied with the Standards for Drinking Water Quality GB 5749—2006. The design points of SWRO are discussed. Water intake methods need to be selected between open intake or beach well according to the project capacity and site conditions. The selection of the proper pretreatment（multi-media filter or ultrafiltration）depends on the seawater quality， so as to decide the treatment process which can remove the suspended solid， minimize biological fouling and prevent scaling. The SWRO system has mainly to choose the suitable reverse osmosis membrane， recovery rate， RO array， pollution index， corresponding energy recovery device， automatically flushing and chemical cleaning system etc.， in place. Key words：seawater desalination；water intake method；reverse osmosis
无 机 盐 六 偏 磷 酸 钠 （SHMP） 是 一 种 普 遍 使 用 的 阻垢剂，可用于防止 CaCO3 和 CaSO4 的沉积。 很多 新型复合阻垢剂，可以防止无机盐的沉积，需要根据 各阻垢剂厂商的计算软件来选择。 2.2.3 酸和阻垢剂同时使用
酸和阻垢剂同时使用包括两种情况：当产水 pH
李宏秀，等：海水反渗透系统的设计要点
［关键词］ 海水淡化；取水方式；反渗透 ［中图分类号］ P747+.5；TU991.26 ［文献标识码］ B ［文章编号］ 1005-829X（2009）08-0098-03
Design essentials of the seawater reverse osmosis (SWRO) system
回收率是海水反渗透装置设计的主要参数。 由 于海水系统回收率相对低， 回收率的变化明显影响 进水量，也影响进水压力，进而影响到能耗。 SWRO 系统的运行费用中能耗占很大的比例。
通常，大规模海水系统以 35%～50%的回收率运 行，小型系统（如船只）以 7%～25%的回收率运行。海 水系统的回收率受两个因素的影响：（1）渗透压。 回 收率增加，浓水的浓度随着增加，渗透压增加，末端 膜元件产水减少。 当回收率高于 50%会导致终端膜 元件没有产品水。（2）产水水质。增大回收率，浓水浓 度增加，膜的盐透过率是通过膜浓度差的一个指数， 高回收率导致更高的盐透过率，因此 SWRO 产水会 有高含盐量。若要求的产水水质限制回收率，产水含 盐量可通过降低回收率而减小。 回收率与产水 TDS 的对应关系见图 1。
（2） 预 处 理 系 统 根 据 海 水 水 质 （ 悬 浮 物 的 去 除 、
3.4 污染指数和膜寿命
防止无机盐垢的形成、活性生物的控制）确定采用多
膜寿命和污染指数是影响系统运行压力的重要 介质过滤或超滤。若是开放式取水源，需要增加前处
因素。
理系统，即混凝澄清工艺。
当膜达到一定寿命时，SWRO 系统的性能会有
如果原水中活性生物相当严重，除加氯外，可采 用冲击式投加非氧化性杀菌剂的方法降低生物活性。 3 海水反渗透系统的设计 3.1 膜元件选择
产水量＜34 m3/d 的小规模系统通常选用直径为 4 英寸的高脱盐率海水膜元件。
产水量＞34 m3/d 的系统选用直径为 8 英寸的海 水膜元件。 3.2 回收率
图 2 一段式排列示意
方式，对于大规模海水淡化系统，多采用开放式取
经过 SWRO 系统，若进水 TDS（总溶解固体）含 水 ；对 于 中 、小 规 模 海 水 淡 化 系 统 ， 多 采 用 海 边 挖
量 为 35 000 mg/L，产 水 TDS＜350 mg/L，符 合 《生 活 井。
饮用水卫生标准》GB 5749—2006。
图 1 回收率与产水 TDS 的关系
— 99 —
经验交流
工业水处理 2009 － 08，29（8）
图 1 中 ， 进 水 TDS 为 33 747 mg/L， 水 温 为 器，可以达到 90%以上[2]。
15 ℃ ， 平 均 通 量 为 13.7 L/（m2·h），SWRO 产 水 的 3.6 自动冲洗和化学清洗系统
速不能太低的限制，压力容器一般装填 6~8 芯膜元 上升 15%时， 需要对膜元件进行化学清洗。 通常 4
件。 “一段式排列”示意见图 2。
英寸和 8 英寸单支压力容器建议的清洗流量分别为
2.7～3.2 m3/h 和 8～10.2 m3/h， 清 洗 压 力 为 0.15～0.4
MPa。
4 结论
（1）根据海水淡化的规模及现场状况确定取水
（1）开放式取水。 大规模的海水淡化系统，通常 采用开放式取水。 取水口位置至少在海底 1.5 m 以 上和低潮位 3 m 以下为最好。 开放式取水，水质变动 幅度大，如水温、悬浮物、藻类细菌及含盐量，引起水 质变化的主要原因是受河流径流产生的地表水、市 政污水排放、暴雨、海上船只交通、潮汐及季节变化 等的影响，特别要考虑高浓度悬浮物的处理。
水为 14～20 L/（m2·h），海边挖井 17～24 L/（m2·h）。 通 低压下进行。 若超过 24 h，需要投加 NaHSO3 或专用
常海水反渗透系统膜元件采用“一段式排列”，特别 杀菌剂到反渗透系统中以抑制生物生长。
Байду номын сангаас
是对于开放式取水，受海水水质的影响，末端浓水流
当 SWRO 系 统 的 产 水 量 降 低 10%或 段 间 压 差
（2）海边挖井。 海边挖井的设计和设施取决于
工业水处理 2009 － 08，29（8）
现场的地质状况。 通常，海边挖井水质好，悬浮物含 量和微生物含量低，这样可降低预处理要求和操作 费用。 对于小规模、中等规模的系统一般建议采用 海边挖井。 2 预处理 2.1 悬浮物的去除
对于大规模的海水淡化系统，采用开放式取水， 一般选用多介质过滤或超滤工艺去除悬浮物。
加酸是控制 CaCO3 结垢的有效方法。 根据计算 软件可知，浓水中 Stiff-Davis 指数为正数，则表明存 在 CaCO3 结垢倾向；Stiff-Davis 指数为负数，则不存 在结垢倾向。 朗格利尔指数对海水浓水而言，不能 判断其结垢倾向。
酸化作用不会阻止其他分散性溶解盐 （CaSO4、 BaSO4 等）的沉积。 在大多数情况中，当需要调节反 渗透给水的 pH 时，建议采用专用或食品级 H2SO4。 2.2.2 阻垢剂/分散剂的投加
海 水 反 渗 透 系 统 （SWRO） 主 要 包 括 ： 取 水 源 、 预 处理系统、反渗透系统，笔者介绍了海水反渗透系 统的设计要点。
— 98 —
1 取水源 对于新建的海水反渗透系统，取水源的选择非
常重要，直接关系到系统的性能和运行费用。 取水 方式通常分两种：开放式取水和海边挖井。 开放式 取水和岸边挖井的费用取决于现场状况，重要的因 素包括海岸线的可利用性， 影响取水管位置的因 素，海底的地形及海岸的地质情况。
地球上的水资源总量，淡水仅占 2.5%，海水占 97.5%。 目前中国的淡水资源状况有 16 个省 (区、 市)人均水资源量(不包括过境水)低于严重缺水线， 有 6 个省、区(宁夏、河北、山东、河南、山西、江苏) 人均水资源量＜500 m3。 按照国际公认的标准，人均 水资源＜500 m3 为极度缺水。 面对这样的淡水资源 严重匮乏的状况， 急需借助海水淡化来解决淡水 资源短缺问题。 海水淡化的方法主要有两种：热法 和膜法 （即反渗透系统）。 据调查， 全世界淡化市 场 （含苦咸水淡化）， 反渗透法占了市场份额的 88%[1]。 通过反渗透法， 可以制得满足生活饮用的 淡水。
TDS 含量随着回收率的增加而增加。当然，SWRO 系
当 SWRO 系统需要短期停机时，需要用 SWRO
统的运行压力也相应增加。
产水冲洗系统，以置换膜元件中的浓盐水，防止长时
3.3 反渗透系统膜元件排列方式的选择
间在膜表面结垢。 膜系统不作任何防止微生物生长
典型的 SWRO 系统平均水通量范围：开放式取 保护措施的最长停运时间为 24 h， 冲洗在 0.3 MPa
如果悬浮物质量浓度＜5 mg/L，选用多介质过滤 器，通常滤速为 6～9 m3/（m2·h）。 要慎重选用合适的 絮凝剂，通常选用无机絮凝剂 （如 FeCl3），如果投加 FeCl3，要有 足 够 的 絮 凝 时 间 ，然 后 送 入 多 介 质 过 滤 器。 一些现场经验表明，采用 FeCl3，需要 20 min 的 絮凝时间。 絮凝时间太短，会导致 Fe3+穿透过滤器， 从而污染膜元件。 若选用聚合物药剂（特别是阳离 子聚合物）， 过量的聚合物会导致膜元件不可逆污 堵。
符合预期要求，而且根据水质需要投加阻垢剂时；当 CaCO3 结垢倾向严重存在时（由于给水中钙镁离 子 含量高或回收率较高）。 2.3 生物活性的控制
一般开放式取水的原水， 要控制细菌和藻类的 繁殖，可通过加氯来解决。 但是聚酰胺复合膜对氯有 一定的耐受度，约为 1 000 mg/（L·h）。 所以要对海水 反渗透系统进水脱氯， 投加还原剂亚硫酸氢钠 （NaHSO3）。 通常 NaHSO3 与余氯的对应关系为 3∶1。 如 果采用分析方法鉴定余氯， 最有效的办法是测量剩余 亚硫酸盐含量或还原电位，而不是测量“零”氯量。
如果悬浮物质量浓度＞5 mg/L，则采用混凝澄清 作为前处理， 然后再选用多介质过滤或超滤工艺。 超滤比多介质过滤器有更好的预处理效果，可以去 除悬浮物、胶体、细菌等，超滤产水的 SDI<2。 起始运 行时，调节给水的混凝/过滤工艺，以达到满足反渗 透给水的水质要求。 2.2 防止垢的形成
大 多 数 海 水 应 用 中 ， 特 别 是 回 收 率 ＜40% 的 情 况 下，可采用新型阻垢剂/分散剂来预防结垢。 这也存 在投加酸、阻垢剂或两者都投加的一个问题。 2.2.1 酸的投加
工业水处理 Industrial Water Treatment
Vol．29 No．8 Aug．，2009
海水反渗透系统的设计要点
李宏秀，范晓鹏，潘 旗
(中国华电工程（集团）有限公司，北京 100044)
［摘 要 ］ 在 淡 水 资 源 紧 缺 的 状 况 下 ， 通 过 反 渗 透 法 进 行 海 水 淡 化 可 以 制 得 符 合 《生 活 饮 用 水 卫 生 标 准 》GB 5749—2006 的淡水。 海水反渗透系统的设计主要考虑以下要点：取水源需要根据海水淡化规模和现场情况确定采用 开放式取水或海边挖井等； 预处理系统需要根据海水水质确定悬浮物的去除、 防止结垢和控制活性生物的处理工 艺，采用混凝澄清、多介质过滤或超滤等；海水反渗透装置主要考虑膜元件的选择、回收率、排列方式、污染指数、配 套的能量回收装置和自动冲洗及化学清洗系统等。
Li Hongxiu，Fan Xiaopeng，Pan Qi （China Huadian Engineering Co., Ltd., Beijing 100044，China）
Abstract： Facing the challenge of fresh water shortage, the reverse osmosis system is chosen to make potable water complied with the Standards for Drinking Water Quality GB 5749—2006. The design points of SWRO are discussed. Water intake methods need to be selected between open intake or beach well according to the project capacity and site conditions. The selection of the proper pretreatment（multi-media filter or ultrafiltration）depends on the seawater quality， so as to decide the treatment process which can remove the suspended solid， minimize biological fouling and prevent scaling. The SWRO system has mainly to choose the suitable reverse osmosis membrane， recovery rate， RO array， pollution index， corresponding energy recovery device， automatically flushing and chemical cleaning system etc.， in place. Key words：seawater desalination；water intake method；reverse osmosis
无 机 盐 六 偏 磷 酸 钠 （SHMP） 是 一 种 普 遍 使 用 的 阻垢剂，可用于防止 CaCO3 和 CaSO4 的沉积。 很多 新型复合阻垢剂，可以防止无机盐的沉积，需要根据 各阻垢剂厂商的计算软件来选择。 2.2.3 酸和阻垢剂同时使用
酸和阻垢剂同时使用包括两种情况：当产水 pH
李宏秀，等：海水反渗透系统的设计要点
［关键词］ 海水淡化；取水方式；反渗透 ［中图分类号］ P747+.5；TU991.26 ［文献标识码］ B ［文章编号］ 1005-829X（2009）08-0098-03
Design essentials of the seawater reverse osmosis (SWRO) system
回收率是海水反渗透装置设计的主要参数。 由 于海水系统回收率相对低， 回收率的变化明显影响 进水量，也影响进水压力，进而影响到能耗。 SWRO 系统的运行费用中能耗占很大的比例。
通常，大规模海水系统以 35%～50%的回收率运 行，小型系统（如船只）以 7%～25%的回收率运行。海 水系统的回收率受两个因素的影响：（1）渗透压。 回 收率增加，浓水的浓度随着增加，渗透压增加，末端 膜元件产水减少。 当回收率高于 50%会导致终端膜 元件没有产品水。（2）产水水质。增大回收率，浓水浓 度增加，膜的盐透过率是通过膜浓度差的一个指数， 高回收率导致更高的盐透过率，因此 SWRO 产水会 有高含盐量。若要求的产水水质限制回收率，产水含 盐量可通过降低回收率而减小。 回收率与产水 TDS 的对应关系见图 1。
（2） 预 处 理 系 统 根 据 海 水 水 质 （ 悬 浮 物 的 去 除 、
3.4 污染指数和膜寿命
防止无机盐垢的形成、活性生物的控制）确定采用多
膜寿命和污染指数是影响系统运行压力的重要 介质过滤或超滤。若是开放式取水源，需要增加前处
因素。
理系统，即混凝澄清工艺。
当膜达到一定寿命时，SWRO 系统的性能会有
如果原水中活性生物相当严重，除加氯外，可采 用冲击式投加非氧化性杀菌剂的方法降低生物活性。 3 海水反渗透系统的设计 3.1 膜元件选择
产水量＜34 m3/d 的小规模系统通常选用直径为 4 英寸的高脱盐率海水膜元件。
产水量＞34 m3/d 的系统选用直径为 8 英寸的海 水膜元件。 3.2 回收率
图 2 一段式排列示意
方式，对于大规模海水淡化系统，多采用开放式取
经过 SWRO 系统，若进水 TDS（总溶解固体）含 水 ；对 于 中 、小 规 模 海 水 淡 化 系 统 ， 多 采 用 海 边 挖
量 为 35 000 mg/L，产 水 TDS＜350 mg/L，符 合 《生 活 井。
饮用水卫生标准》GB 5749—2006。
图 1 回收率与产水 TDS 的关系
— 99 —
经验交流
工业水处理 2009 － 08，29（8）
图 1 中 ， 进 水 TDS 为 33 747 mg/L， 水 温 为 器，可以达到 90%以上[2]。
15 ℃ ， 平 均 通 量 为 13.7 L/（m2·h），SWRO 产 水 的 3.6 自动冲洗和化学清洗系统
速不能太低的限制，压力容器一般装填 6~8 芯膜元 上升 15%时， 需要对膜元件进行化学清洗。 通常 4
件。 “一段式排列”示意见图 2。
英寸和 8 英寸单支压力容器建议的清洗流量分别为
2.7～3.2 m3/h 和 8～10.2 m3/h， 清 洗 压 力 为 0.15～0.4
MPa。
4 结论
（1）根据海水淡化的规模及现场状况确定取水
（1）开放式取水。 大规模的海水淡化系统，通常 采用开放式取水。 取水口位置至少在海底 1.5 m 以 上和低潮位 3 m 以下为最好。 开放式取水，水质变动 幅度大，如水温、悬浮物、藻类细菌及含盐量，引起水 质变化的主要原因是受河流径流产生的地表水、市 政污水排放、暴雨、海上船只交通、潮汐及季节变化 等的影响，特别要考虑高浓度悬浮物的处理。
水为 14～20 L/（m2·h），海边挖井 17～24 L/（m2·h）。 通 低压下进行。 若超过 24 h，需要投加 NaHSO3 或专用
常海水反渗透系统膜元件采用“一段式排列”，特别 杀菌剂到反渗透系统中以抑制生物生长。
Байду номын сангаас
是对于开放式取水，受海水水质的影响，末端浓水流
当 SWRO 系 统 的 产 水 量 降 低 10%或 段 间 压 差
（2）海边挖井。 海边挖井的设计和设施取决于
工业水处理 2009 － 08，29（8）
现场的地质状况。 通常，海边挖井水质好，悬浮物含 量和微生物含量低，这样可降低预处理要求和操作 费用。 对于小规模、中等规模的系统一般建议采用 海边挖井。 2 预处理 2.1 悬浮物的去除
对于大规模的海水淡化系统，采用开放式取水， 一般选用多介质过滤或超滤工艺去除悬浮物。
加酸是控制 CaCO3 结垢的有效方法。 根据计算 软件可知，浓水中 Stiff-Davis 指数为正数，则表明存 在 CaCO3 结垢倾向；Stiff-Davis 指数为负数，则不存 在结垢倾向。 朗格利尔指数对海水浓水而言，不能 判断其结垢倾向。
酸化作用不会阻止其他分散性溶解盐 （CaSO4、 BaSO4 等）的沉积。 在大多数情况中，当需要调节反 渗透给水的 pH 时，建议采用专用或食品级 H2SO4。 2.2.2 阻垢剂/分散剂的投加
海 水 反 渗 透 系 统 （SWRO） 主 要 包 括 ： 取 水 源 、 预 处理系统、反渗透系统，笔者介绍了海水反渗透系 统的设计要点。
— 98 —
1 取水源 对于新建的海水反渗透系统，取水源的选择非
常重要，直接关系到系统的性能和运行费用。 取水 方式通常分两种：开放式取水和海边挖井。 开放式 取水和岸边挖井的费用取决于现场状况，重要的因 素包括海岸线的可利用性， 影响取水管位置的因 素，海底的地形及海岸的地质情况。
地球上的水资源总量，淡水仅占 2.5%，海水占 97.5%。 目前中国的淡水资源状况有 16 个省 (区、 市)人均水资源量(不包括过境水)低于严重缺水线， 有 6 个省、区(宁夏、河北、山东、河南、山西、江苏) 人均水资源量＜500 m3。 按照国际公认的标准，人均 水资源＜500 m3 为极度缺水。 面对这样的淡水资源 严重匮乏的状况， 急需借助海水淡化来解决淡水 资源短缺问题。 海水淡化的方法主要有两种：热法 和膜法 （即反渗透系统）。 据调查， 全世界淡化市 场 （含苦咸水淡化）， 反渗透法占了市场份额的 88%[1]。 通过反渗透法， 可以制得满足生活饮用的 淡水。
TDS 含量随着回收率的增加而增加。当然，SWRO 系
当 SWRO 系统需要短期停机时，需要用 SWRO
统的运行压力也相应增加。
产水冲洗系统，以置换膜元件中的浓盐水，防止长时
3.3 反渗透系统膜元件排列方式的选择
间在膜表面结垢。 膜系统不作任何防止微生物生长
典型的 SWRO 系统平均水通量范围：开放式取 保护措施的最长停运时间为 24 h， 冲洗在 0.3 MPa
如果悬浮物质量浓度＜5 mg/L，选用多介质过滤 器，通常滤速为 6～9 m3/（m2·h）。 要慎重选用合适的 絮凝剂，通常选用无机絮凝剂 （如 FeCl3），如果投加 FeCl3，要有 足 够 的 絮 凝 时 间 ，然 后 送 入 多 介 质 过 滤 器。 一些现场经验表明，采用 FeCl3，需要 20 min 的 絮凝时间。 絮凝时间太短，会导致 Fe3+穿透过滤器， 从而污染膜元件。 若选用聚合物药剂（特别是阳离 子聚合物）， 过量的聚合物会导致膜元件不可逆污 堵。
符合预期要求，而且根据水质需要投加阻垢剂时；当 CaCO3 结垢倾向严重存在时（由于给水中钙镁离 子 含量高或回收率较高）。 2.3 生物活性的控制
一般开放式取水的原水， 要控制细菌和藻类的 繁殖，可通过加氯来解决。 但是聚酰胺复合膜对氯有 一定的耐受度，约为 1 000 mg/（L·h）。 所以要对海水 反渗透系统进水脱氯， 投加还原剂亚硫酸氢钠 （NaHSO3）。 通常 NaHSO3 与余氯的对应关系为 3∶1。 如 果采用分析方法鉴定余氯， 最有效的办法是测量剩余 亚硫酸盐含量或还原电位，而不是测量“零”氯量。
如果悬浮物质量浓度＞5 mg/L，则采用混凝澄清 作为前处理， 然后再选用多介质过滤或超滤工艺。 超滤比多介质过滤器有更好的预处理效果，可以去 除悬浮物、胶体、细菌等，超滤产水的 SDI<2。 起始运 行时，调节给水的混凝/过滤工艺，以达到满足反渗 透给水的水质要求。 2.2 防止垢的形成
大 多 数 海 水 应 用 中 ， 特 别 是 回 收 率 ＜40% 的 情 况 下，可采用新型阻垢剂/分散剂来预防结垢。 这也存 在投加酸、阻垢剂或两者都投加的一个问题。 2.2.1 酸的投加