海水由于其含盐量非常高,而不能被直接使用,主要采用两种方法淡化海水,即蒸馏法和反渗透法。

蒸馏法

蒸馏法主要被用于特大型海水淡化处理上及热能丰富的地方。反渗透膜法适用面非常的广,且脱盐率很高,因此被广泛使用。反渗透膜法首先是将海水提取上来,进行初步处理,降低海水浊度,防止细菌、藻类等微生物的生长,然后用特种高压泵增压,使海水进入反渗透膜,由于海水含盐量高,因此海水反渗透膜必须具有高脱盐率,耐腐蚀、耐高压、抗污染等特点,经过反渗透膜处理后的海水,其含盐量大大降低,TDS含量从36000毫克/升降至200毫克/升左右。淡化后的水质甚至优于自来水,这样就可供工业、商业、居民及船舶、舰艇使用。

反渗透法

海水含盐量高、硬度高,对设备腐蚀性大,而且水温季节性变化较大 使得反渗透海水淡化系统比常规的苦咸水脱盐系统要复杂得多,工程投资和能耗也高得多。因此 通过精心的工艺设计,合理的设备配置来降低工程投资和能耗,从而降低单位制水成本,并确保系统稳定运行就显得格外重要。

预处理

无论是海水淡化,还是苦咸水脱盐,给水预处理是保证反渗透系统长期稳定运行的关键。在制定海水预处理方案时应充分考虑到:海水中存在大量微生物、细菌和藻类。海水中细菌、藻类的繁殖和微生物的生长不仅会给取水设施带来许多麻烦,而且会直接影响海水淡化设备及工艺管道的正常运转。周期性涨潮、退潮,海水中夹带大量泥沙,浊度变化较大,易造成海水预处理系统运转不稳定。海水具有较大腐蚀性,对系统中所采用的设备、阀门、管道件的材质要作一定筛选,耐腐性能要好。

杀菌灭藻

国外海水淡化工程多采用投加液氯、NaClO和CuSO4等化学试剂来杀菌灭藻。考虑到交通等多方面的因素,投加化学试剂杀菌灭藻有一定难度,在本工程设备研制过程中专门采用海水次氯酸钠发生器。海水取水泵后分出一小股带压海水,进入次氯酸钠发生器,在直流电场作用下产生NaClO,靠位差直接注入海滩沉井,以杀灭海水中的细菌、藻类和微生物。

由于海水硬度高 海水直接电解产生N aC lO必须克服发生电极结垢问题。在研制过程中 ,借鉴了电渗析频繁倒极 (EDR )技术,即每隔 5~ 10m in倒换一次电极极性,有效地解决了次氯酸钠发生器结垢沉淀问题。

混凝过滤

混凝过滤旨在去除海水中胶体、悬浮杂质,降低浊度。在反渗透膜分离工程中通常用污染指数 (FI)来计量,要求进入反渗透设备的给水的FI值<4。由于海水比重较大,pH值较高,且水温季节性变化大,系统选用FeCl3作为混凝剂,其具有不受温度影响,矾花大而结实,沉降速度快等优点。

化学调节

为防止海水淡化过程中因海水浓缩而产生难溶无机盐类,如CaCO3、CaSO4,在反渗透膜表面和系统管道件上结垢沉淀,海水在进入反渗透脱盐系统前要添加防垢剂。

投加H2SO4调节海水pH值分解海水中的HCO-3,以防止CaCO3沉淀,是海水淡化中最常用和最经济的方法。投加 (NAPO3)6(SHMP)是防止CaSO4沉淀的有效方法,但(NaPO3)6在阻垢的同时产生的副产品磷酸盐会助长微生物、细菌和藻类的生长,使用有一定的局限性。而从西方国家进口的专用高分子聚合物阻垢剂价格较高,会直接影响海水淡化工程的运转费用。本工程最终选用H2SO4作为阻垢剂,控制反渗透系统给水的pH值在 6.8~7.0之间,同时控制海水淡化系统水回收率,以防止CaSO4沉淀析出。

考虑到在反渗透海水淡化系统中采用以芳香聚酰胺为膜材料的复合膜元件 其耐氧化性差要求进水中余氯含量在0.1m g/L以下还原剂脱,因此海水在进入膜系统前投加NaHSO3,控制海水进反渗透装置前的氧化还原电位(ORP),使进反渗透装置前的海水氧化还原电位(ORP)在280~320mV.NaHSO3投加量是海水中余氯量的3倍。

除异味

环岛海域的海水受周边环境影响较大,海水化学耗氧量(COD)在 1.7~2.5m g/L,尤其在夏、秋季节有时海水有较大的异臭异味。因此除添加NaClO进行氧化外,增设活性炭过滤器,选用具有较高机械强度的果型颗粒活性炭能有效地吸附有机物和异臭异味,提高反渗透产水水质,同时能减轻对反渗透膜面污染,延长膜使用寿命。

保安过滤

保安过滤采用316L滤器,5µm滤芯,过滤进高压泵前的海水,阻挡海水中直径大于5µm 颗粒杂质,确保高压泵,能量回收装置和反渗透膜元件安全,长期运行。

高压泵和能量回收装置

高压泵和能量回收装置是为反渗透海水淡化提供能量转换和节能的重要设备,按反渗透海水淡化所需的流量和压力选型,我们选用的单级离心泵,具有60m3/h流量,扬程640PSi;能量回收装置为HTC-300型,具有水力透平结构,能利用反渗透排放浓缩海水的压力使反渗透进水压力提升30%,有效地降低能耗。

反渗透膜元件与装置

反渗透膜元件是反渗透海水淡化的核心部件,该元件具有大于99%较好的耐压性和抗氧化耐污染性能。反渗透装置采用6个膜元件串联,6个压力母管并联的一级一段组合结构,并配置低压自动冲洗排放和淡化水低压自动冲洗置换,不合格产水自动切换排放装置。在该系统中还设置高、低压保护和高压泵,清洗泵的联锁。

整个反渗透海水淡化控制系统设计采用国内外先进的计算机程序控制,由工控机操作站可编程控制器PLC组成一个分散采样控制,集中监视操作的控制系统。按工艺参数设置高低压保护开关,自动切换装置,电导、流量和压力出现异常时,能实现自动切换、自动联锁报警、停机,以保护高压泵和反渗透膜元件。变频控制高压泵的起动和关停,实现高压泵的软操作,节省能耗,防止由于水锤或反压造成高压泵和膜元件损坏。程序设计在反渗透装置开机和停机前后,能实现低压自动冲洗,特别在停运时,浓缩海水的亚稳定状态会转化出现沉淀,污染膜面,低压淡化水自动冲洗能置换出浓缩海水,保护膜面不受污染,延长膜的使用寿命。对系统的温度、流量、水质、产量等相关参数能实现显示、储存、统计、制表和打印。监视操作中的动态工艺流程画面清晰直观,系统控制简化人工操作,确保系统能自动、安全、可靠地运行。

2014年12月4日傍晚,马尔代夫首都马累岛唯一的一个海水淡化厂发电机配件因起火损毁,使得海水淡化无法正常进行,马累全城15万居民和外国游客饮用水和生活用水告急。马政府向国际社会提出了援助请求,希望各国能够提供饮用水以解燃眉之急。中国政府立即响应,商务部会同外交部、国防部等部门开展了紧急援助行动。

2014年12月6日,商务部召开例行发布会,通报1-11月份商务运行情况。马尔代夫近期发生海水淡化厂发电机配件起火事件致饮用水和生活用水告急,商务部新闻发言人沈丹阳介绍中国政府紧急援助情况时表示,中方正在研究在专项资金的项下向马尔代夫紧急提供海水淡化设备、备件的可行性。

采取援助行动主要包括三个方面:一是利用民航公司商业航班向马尔代夫紧急空运30吨瓶装饮用水;二是通过军方调派两架军用运输机向马运送约40吨的瓶装饮用水;三是向马方提供50万美元紧急援助资金专项用于采购饮用水和紧急抢险。根据马方请求,中方正在研究在专项资金的项下向马尔代夫紧急提供海水淡化设备、备件的可行性。

2014年12月8日,上述三方面的工作措施进展良好,通过商业航班和军用运输机运送的饮用水已经全部都抵达马累,帮助马尔代夫克服了燃眉之急。

2014年12月9日,马尔代夫总统亚明表示,马累停水后,中国政府第一时间作出反应,迅速调集资源向马尔代夫运送大量淡水,并且向马尔代夫提供紧急资金援助,对中方的大力帮助和深情厚谊,马尔代夫政府人民深表谢意。接下来商务部将会继续和有关部门密切协作,并且对马方的需求继续提供必要的援助。