海水淡化工程技术方案

海水淡化工程技术方案
海水淡化是目前解决水资源短缺的有效途径之一，海水淡化是把海水中的盐分脱离，使咸水变成淡水的过程。

常用的海水淡水方法可以细分为蒸馏法、冷冻法、反渗透法、水合物法和溶剂萃取法，还包括电渗析法和离子交换法。

目前最常用的方法为反渗透法和蒸馏法。

一、海水淡化技术简介
1、反渗透海水淡化技术
对透过的物质具有选择性的薄膜称为半透膜，一般将只能透过溶剂而不能透过溶液的薄膜称之为理想的半透膜。

当半透膜把不同浓度的溶液隔开后，在自然情况下，水流是从低浓度盐水侧往高浓度盐水侧流动;当在高浓度盐水侧加上一个适当的压力后，也会将水从高浓度侧压到低浓度侧，见图 1。

反渗透海水淡化就是利用该原理，用高压泵将海水增压后，借助半透膜的选择截留作用来除去水中的无机离子得到淡水。

由于反渗透膜的截留粒度小于10×10-10 m，所以反渗透海水淡化同时能滤除各种细菌、病毒，获得高质量的纯水。

图 1. 反渗透海水淡化技术原理
一般说来，反渗透海水淡化工艺包括四部分：预处理、反渗透、后处理及清洗系统，图 2是一种反渗透海水淡化系统的典型工艺流程。

图 2. 反渗透系统典型工艺流程图
预处理系统的目的是为了充分发挥反渗透淡化系统的技术优越性，保障良好的设计性能和长时间的安全运行，特别是为了保证膜的使用寿命(一般情况下，自来水和苦咸水反渗透膜的使用寿命为 5年，而海水膜的使用寿命为 3年)而设置。

由于供给的源水不同，其水质组成与杂质成分千差万别，预处理系统也有
很大的区别，在决定预处理系统时需要丰富的基础理论知识和工程实际经验。

反渗透装置的主体由反渗透膜堆和高压泵两部分组成，反渗透组件是整个系统的心脏部分，而高压泵是系统的关键部件。

高压泵把进水升压至不同的压力进入膜堆，透过膜的水作为产品水，而未透过膜的作为浓盐水排放。

其设计的核心在于根据不同的原水水质安排不同的回收率，以及通过流程及设备的选用使系统尽可能的节能。

一般情况下自来水及苦咸水回收率可以做到45%~75%，有些系统的回收率甚至做到 90%以上，而对于海水反渗透系统，大中型装置可以做到 30%~50%。

后处理系统的目的是调节产品淡水的水质，使之符合使用的要求。

当需要产品水进入自来水管道时，一般也要增加后处理工艺。

通常，反渗透的产品水呈弱酸性，不是最佳的饮用水，直接进入供水管网时会对铁制的管网系统产生腐蚀，产生红水现象等。

后处理的常用方法是投加石灰、苏打或火碱以提高碱度或硬度，另外，也需要投加少量的次氯酸钠以防止细菌的滋生。

二、蒸馏海水淡化技术
蒸馏法海水淡化技术有：多级闪蒸、多效蒸馏和压汽蒸馏等。

其中，多级闪蒸主要采用给原料水加热升温、然后分多级分步降压的方法使海水中的水份逐渐蒸发，然后冷却其水蒸汽达到收集
水的方法;多效蒸馏采用较高温度的水，随着其水份的蒸发和水温的降低，不断供应其热能的办法。

压汽蒸馏法和多效蒸馏的原理相似，只是其热源是电能通过压缩机(机械能)压缩蒸发出来的蒸汽冷凝所释放出来的热(水的蒸汽-液体水的相变产生的热)。

图 3. 低温多效海水淡化原理图
低温多效蒸馏的热源为70 ℃的蒸汽，操作温度低，大大改善了海水对传热管及设备本体的腐蚀状况，降低了装置的材料成本，水泵的动力消耗也大幅度下降，图3是低温多效海水淡化流程示意图，其特征是将一系列的水平管喷淋降膜蒸发器串联起来，用一定量蒸汽输入通过多次的蒸发和冷凝，后面一效的蒸发温度均低于前面一效，从而得到多倍于蒸汽量的蒸馏水。

经过多年发展，海水淡化应用地区和范围日益广泛，已成为部分沿海国家和地区的主要水源。

据国际脱盐协会统计，截止到
2008年底，全球共有14100个淡化工程，总产量约6348万立方米/日，为2亿多人供水。

海水淡化技术不断进步，发展速度提升，产水成本已接近常规水源的供水价格;单厂和单机规模不断扩大，新建工程产量接近百万吨/日，可一次性解决百万人口的供水问题，受到国际社会日益广泛的重视。

三、典型规模的海水淡化设备造价
由于采用的工艺不同，海水淡化设备的造价有较大差异。

一般来说，反渗透法海水淡化项目的投资在7000~10000元/吨水;低温多效蒸馏法海水淡化项目的投资在8000~12000元/吨水。

目前海水淡化所用的设备除了部分关键设备未实现国产化外，大多已有国产，而国产和进口设备的价格差别较大，同时工程建设、安装、管理水平的差异，实际工程的投资差别也会较大。

四、淡化水的品质以及与自来水管网的连接问题
海水淡化的工艺特点决定了淡化水具有良好的品质。

不管是反渗透法海水淡化还是热法海水淡化，其产品水均能满足我国《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)，其中使用一级反渗透海水淡化的产水总含盐量(TDS)不大于 300mg/L，二级反渗透海水淡化的产水总含盐量不大于 30mg/L，低温多效蒸馏海水淡化的产水总含盐量不大于 5mg/L。

目前，国内外有很多关于淡化水进入自来水管网的研究正在进行中，但一般认为，在充分考虑淡化水对管网腐蚀及结垢的影响，并进行适当预处理后可以进入自来水管网。

五、淡化水的制水成本
反渗透法海水淡化和低温多效法海水淡化的制水成本有较
大差异。

下面分别对两种海水淡化方法的制水成本进行叙述。

1、反渗透法海水淡化成本
反渗透法海水淡化成本一般包括几部分：化学药品、电力、膜更换费用、职工工资福利、固定资产折旧、设备检修维护费用、管理费、贷款利息等几部分。

就目前的海水淡化技术，就10000吨/天反渗透海水淡化厂来说，一般化学药品消耗在0.3~0.5元/吨水;电力消耗约2.2~2.5元/吨水;膜更换费用0.3~0.5元/吨水;职工工资福利约0.2元/吨水;固定资产折旧费0.9~1.2元/吨水;设备检修维护费用为0.2~0.4元/吨水;管理费小于0.1元/吨水。

这样在不考虑贷款利息情况下，一般膜法海水淡化工程的制水成本为4.2~5.4元/吨水，其中电力成本及折旧是造水成本中最大的两部分。

2、低温多效法海水淡化成本
低温多效海水淡化成本一般包括：化学药品、热力、电力、职工工资福利、固定资产折旧、设备检修维护费用、管理费、贷款利息等几部分。

对于热法海水淡化来说，热力成本对制水成本影响很大，一般万吨级 MED海水淡化的造水比可以达到10，如果蒸汽价格按市场价(80~90元/吨蒸汽或更贵)计算，制水成本中单蒸汽费用一项即达到8~9元/吨水，而将 MED与电厂等有废热蒸汽资源合建时，蒸汽的成本可望降到20元/吨以下，这样，制水成本中蒸汽的费用则不足2元/吨。

对于10000吨/天 MED 海水淡化厂来说，除蒸汽外的成本构成一般为：化学药品消耗0.2~0.5元/吨水;电力消耗约0.6元/吨水;职工工资福利约0.2元/吨水;固定资产折旧费1.1~1.7元/吨水;设备检修维护费用为0.3~0.6元/吨水;管理费小于0.1元/吨水。

这样，对于万吨级 MED海水淡化项目来说，如果能够与电厂合建，用到廉价的蒸汽资源时，造水成本在4.5~5.7元/吨水;而不具备使用廉价的蒸汽的条件时，制水成本则达到10元/吨水以上，这时一般认为项目不可行。

六、海水淡化项目的建设周期
一般来说，万吨级反渗透海水淡化工程的建设周期为2年左右，百吨级至一千吨海水淡化工程的建设周期为3~12个月。

而低温多效海水淡化工程的时间稍长，万吨级海水淡化工程的建设
周期为3年左右，百吨级至一千吨淡化工程的建设周期为6~18个月。

七、厂房、用地情况说明
对于大型海水淡化工程(1000吨/以上)项目，反渗透的设备一般建设在固定厂房内，低温多效设备可以露天建设。

对厂房无特殊要求，一般工业用厂房即可。

一般情况下，10000吨/日规模海水淡化厂占地7000m2即可;1000吨/日海水淡化厂需占地1500 m2左右;500吨/日海水淡化厂需占地1000 m2左右;100吨/日海水淡化车间需占地200 m2左右。