摘要：随着全球工业快速发展，地球的淡水资源迅速枯竭，我国被联合国列为世界极缺水国家，央视新闻曾经报道如果人类不开发出新的淡水资源，到2020年人类将会为水而战，因此如何解决淡水资源，使世界经济健康可持续发展成为各国发展的当务之急。大力发展海水淡化，解决淡水资源危机已成为全球国家认可的可行性方案。其中运用反渗透膜法淡化技术，具有投资成本低，占地面积小，自动化程度高，操作简单，无二次污染等优点，目前得到世界各地广泛认可和应用。本文以卡西姆燃煤电厂2×660MW为例，运用文献资料法、案例分析法通过分析该项目部海水淡化系统，就系统优化操作进行了详细阐述，通过分析对比，大力提高了项目部海水反渗透膜性能。希望本文能够在以后的海水反渗透调试中，提供一些参考意见。
关键词：自动化，操作，膜法淡化，水资源危机
1海水反渗透的优化运行
1.1反渗透海水淡化
1.1.1 反渗透原理
利用半透膜将两种不同溶液隔开时，浓度低的溶液中的溶剂自动地透过半透膜流向浓度较高的溶液，直到化学位平衡为止，这种现象就是自然渗透。
反渗透则是通过施加一定的压力，使溶液中的溶剂与自然渗透相反的方向透过半透膜进入膜的低压侧，从而达到有效的分离的过程。一般来说淡化苦咸水克服的渗透压较低，操作压力为20个大气压左右，而淡化海水的操作压力需达到50个大气压以上。
在反渗透系统中，预处理后的海水经高压泵加压后由管道输送到压力容器进水侧，部分纯水在高压作用下克服渗透压力透过半透膜，而海水中的盐离子则被截留在浓盐水中。海水沿着压力容器的轴线方向流向出水口，随着反渗透作用的持续进行海水浓度越来越高，需要克服的渗透压越来越大。此时，不断增大泵压用以克服渗透压显得很不经济，且浓盐水中的超饱和盐会发生沉淀，加大浓差极化度，导致膜被污染，因此在压力容器的末端应该将浓盐水放掉而使进水侧的海水源源不断的置换压力容器内的浓盐水。
1.1.2反渗透海水淡化工艺流程
反渗透海水淡化法技术的发展有赖于关键设备（反渗透膜、预处理设备、高压泵、能量回收装置等）的快速发展。反渗透系统主要由海水预处理、膜处理部分、能量回收装置、用于稳定作用的后处理四个主要部分构成。
本研究项目背景为巴基斯坦卡西姆燃煤电站2×660MW反渗透海水淡化部分，其组成部分为：
a.海水预处理
1）海水取水部件由海水取水泵和次氯酸钠加药装置构成，海水取水系统由3台取水泵（2台变频，1台工频）组成，二用一备。次氯酸钠加药装置投放次氯酸钠用于防止海水取水口及管道被滋生的藻类和贝类堵塞，降解有机物并杀菌。投药方式采用间歇式投药，这种方式加药小，能有效杀菌，并防止细菌的耐药性，投药点在取水泵入口处。次氯酸钠加药装置由两台次氯酸钠发生器及辅助泵组成。
2）为了保证反渗透膜组件的使用寿命及其他设备运行的安全可靠，从经济性的角度触发，必须对原料海水进行预处理，以保证膜处理单元的进水符合进水要求。预处理系统为6×2000m³斜板絮凝反应沉淀池和加药系统组成。
3）二级预处理系统由6套超滤组成。经过斜板反应絮凝沉淀池处理后的水（NTU＜5）进入海水清水池经输送泵，其流程为自清洗过滤器→超滤装置→超滤水池→超滤出水输送泵→海水反渗透保安过滤器→海水反渗透高压泵→海水反渗透装置→海水反渗透产水池。
b．反渗透膜
1）反渗透膜组件的核心是半透膜，它负责脱除海水中的可溶性盐、胶体、有机物，使水质达到下一级进水要求。反渗透系统采用多组件并联的一级一段式工艺流程。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆反渗透系统采用的膜原件为日本TORAY公司卷式膜，单根膜元件的脱盐率达到了99.7%。
2）从压力容器排出的浓盐水水压一般超过5MPa,使用能量回收装置回收这部分能量将有效地提高能量利用率，降低系统总的能耗。本项目中采用美国ERI公司的PX-300系统，单套水通量达到了360m³/h。
3）设备的维护保养是合理使用设备装置的重要组成部分，为了保障海水反渗透中基础设施、设备的良好状态，保证使用过程效能，需要制定严格的设备维护保养计划。
4）反渗透海水淡化装置停机时，膜内部的海水已经处于浓缩状态，容易造成膜组件的结垢与污染。因此需要用淡水冲洗膜的表面以将膜表面的浓水置换出来，防止污染物在反渗透膜表面的沉积，影响膜的性能。每次停机时，自动冲洗时间约为10分钟，每次用水量为60m³左右。
5）水处理中的沉淀环节能去除80~90%以上的固体，是主要的净水构筑之一。沉淀池流量达到上限值时，由于淤泥的累积，需利用污泥排放系统排放含污泥废水，达到清理沉淀池的目的。
c.海水反渗透系统运行优化
1）海水反渗透过程基本参数计算
渗透压：用半透膜将两种不同浓度的溶液隔离开时会发生渗透现象，当渗透达到平衡时半透膜两侧的溶液存在位能差，这就是渗透压。克服渗透压是反渗透元件工作的关键因素之一，渗透压的大小可用Vant Hoff提出的公式：π＝cRT式中：π为渗透压，KPa；c为离子浓度，mol/L；R为气体常数，8.314（L.KPa）/（mol.k）；T为热力学温度，K。回收率的大小直接影响透盐量和产水量，回收率增加时，浓水测的盐浓度增加更快，致使盐透量增加、渗透压上升以及净驱动力降低、产水量减少。
2）影响系统产水能耗的主要因素
反渗透海水淡化系统的产水能耗主要是海水取水、过滤预处理、海水加压过程中各种泵的电耗，其中高压泵的电耗占整个系统的70%左右。取水口海水水质、过滤工艺以及反渗透过程各个运行参数的选择都会影响系统最终的产水能耗。影响系统能耗的主要因素有原水温度、原水含盐量、回收率以及能量回收装置。本节将假设其他因素不变，分析上述单一因素对系统能耗的影响。原水温度：原水温度对系统的产水量和膜元件脱盐率的影响巨大。对大部分反渗透膜元件来说，当原水温度升高时，水的粘度降低，系统能耗降低，产水量随之增加。系统能耗随着进料原水温度的上升呈现下降趋势，原水温度范围在5~15℃时，系统能耗下降最快，15~35℃时下降速度放缓，到了35~45℃时，系统能耗的下降趋势已经不明显。
能量回收装置：海水反渗透高压泵电耗占了整个系统的70%左右，是影响淡水成本的主要因素，有必要探求合理有效技术来降低高压泵能耗从而降低淡化水成本。目前海水反渗透的操作压力控制在5~8MPa之间，而从压力容器排出的浓盐水压力高达5MPa左右，这部分能量是可以回收利用的。采用能量回收装置回收能量可以很有效的降低高压泵的能耗。随着能量回收装置效率不断的提高，系统能耗呈线性下降。目前能量回收装置的效率已经提高到90%以上，即使用能量回收装置可降低系统近一半能耗。
结论
反渗透海水淡化的优化运行是一个理论性与实践性都很强的课题。本文首先系统地介绍了卡西姆燃煤电厂海水反渗透系统的基本原理，工艺流程。分析设备维护保养涉及到的主要设备，并采用具体的功能图加以描述。而后对膜的清洗问题进行分析，论述了物理冲洗的目的、关键点，详细说明了化学清洗的步骤，对比分析各种清洗工艺的优劣以及各个参数对清洗效果的影响。最后，介绍了反渗透过程各基本参数的计算方法，并分析得出了反渗透过程中影响系统能耗的主要因素,提高了卡西姆项目海水淡化设备性能，缩短了调试时间并为以后的运行中，设备如果出现异常情况，提供了解决思路。
参考文献：
［1］林斯青。国外海水反渗透淡化技术现状及未来[J]。水处理技术，1998，20（1-4）
［2］杨昆，王宇彤。反渗透系统的结垢污染与清洗维护[J]。膜科学与技术，2002，16（2）：5-8
【作者简介】姓名：叶明工作单位：青岛华丰伟业电力科技工程有限公司 职务：化学专业主管。
论文作者:叶明
论文发表刊物:《电力设备》2018年第19期
论文发表时间:2018/10/14
标签：反渗透论文; 海水论文; 系统论文; 渗透压论文; 装置论文; 能量论文; 海水淡化论文; 《电力设备》2018年第19期论文;