海水淡化反渗透预处理系统分析

摘 要：本文分析了海水淡化反渗透预处理系统，介绍了取水系统、一级加药系统、过滤系统、二级加药系统等。

关键词：海水淡化；反渗透；预处理

1.系统概述

综合实用的预处理对反渗透装置长期安全运行是十分重要的。有了满足反渗透进水水质要求的预处理系统，就可以确保产品水（渗透水）流量维持稳定；脱盐率维持在某一值上的时间长；产品水回收率可以不变；运行费用做到最低；膜使用寿命较长等。具体来说，反渗透进水预处理是为了做到：

（1）防止膜表面上污染，即防止悬浮杂质、微生物、胶体物质等附着在膜表面上或污堵膜元件水流通道；

（2）防止膜表面上结垢。反渗透装置运行中，由于水的浓缩，有一些难溶盐如CaC03、CaS04、BaS04、SrS04、CaF2等沉积在膜表面上，因此要防止这些难溶盐生成。

（3）确保膜免受机械和化学损伤，以使膜有良好的性能和足够长的使用寿命。

2. 取水系统

海水反渗透的取水方式直接关系到预处理的方法和投资、运行成本，对反渗透膜的防止污染具有极大的影响。

本系统配置两条取水管路，两条取水管路取水进入预处理前调温池，考虑到海水温度随季节而变化和反渗透膜运行的最佳温度为25℃，一条取水管路水源取自2、4号机循环水泵出口母管；一条取水管路水源取自1、3号机循环水排水井，配置4台耐海水腐蚀的取水泵（材质为耐海水腐蚀的合金材料），1、3号机循环水排水井各配置两台。夏季海水水温高时用循环水泵出口的海水；冬季海水水温低时用凝汽器出口的海水。取水流量≥4000m3/h，压力≥0.2MPa。

3. 一级加药系统

预处理加药系统包括加氯（电解海水制氯）、聚合氯化铝（PAC）、聚丙烯酰胺（PAM）三个加药系统。

3.1 加氯

加氯是为了消除预处理海水中的细菌、藻类等微生物，以减少对反渗透膜的污染。加氯可以直接加入10%NaClO药液，也可以通过电解天然海水，使海水中含有一定浓度的NaClO（药液）。电解反应式如下：

阳极 2Na++2e2Na

2Na+2H2O2NaOH+H2

阴极 2Cl―2eCl2

Cl2+H2OHCl+HClO

总反应为 2NaCl+3H2ONaClO+NaCl+2H2O+H2

NaClO在水中发生水解：

NaClO+H2O=HOCl+ NaOH

HOCl较优良的杀菌剂。为了保证杀菌效果，在进水中应保持一定的余氯和维持一定的接触时问。余氯量一般保持在0.5～1.0mg/L，次氯酸钠的投加量一般保持在2.O～4.Omg/L。设计初定3mg/L，浓度的最终确定取决于生产现场水处理的效果。次氯酸钠的投加点设预处理混凝沉淀池入口管道上，通过调节加药量，从而维持预处理滤池出口有效氯浓度为0.5～1.0mg/L左右。

3.2 PAC、PAM加药系统

混凝剂聚合氯化铝（PAC），不但投加量小，絮凝体形成速度快且颗粒大而重，易沉淀，反应沉淀时间短，而且对原水水温及pH的适应范围，“（5～9）。另据文献报道，单独使用无机铝盐作混凝剂时，投药量过大易发生胶体再稳现象。如果在原水中投加无机混凝剂后投加少量的聚丙烯酰胺（PAM）助凝剂，就不会出现上述现象。且助凝剂PAM的投加时间对混凝效果也有一定的影响，一般为快速搅拌时间的1/2～2/3处。采用聚丙烯酰胺（PAM）为助凝剂时，由于复合膜（反渗透膜）表面本身呈负电荷，阳离子型的PAM容易使正、负电荷相互吸附而无法清洗干净，对膜产生不可逆转的破坏。故选用分子量为400～800万的阴离子型或中性的PAM。

对于反渗透海水淡化系统，PAC加药量一般为15～30mg/L，PAM加药量一般为0.2～1.0mg/L之间。本系统PAC、PAM的投加量通过烧杯试验确定。混凝剂和助凝剂采用湿式投加的方式，将PAC配制成10%（质量体积比）的溶液，PAM配制成O.1%（质量体积比）的溶液。试验设备采用深圳市中润水工业技术发展有限公司生产的ZR4.6型六联混凝试验搅拌机；PAM在PAC投加后40s投加；水力条件为300r/min搅拌1min，50r/min搅拌15min，取沉淀15min后的上清液浊度（

4. 过滤系统

为了保证反渗透系统污染指数（SDI）≤5，系统设置8组V型滤池、9组自清洗过滤器及8组超滤装置。

4.1 V型滤池

每组V型滤池进水流量为450t/h.可以滤除经预处理加药后所形成的矾花和原海水带来的颗粒。V型滤池填充石英砂滤料做为滤层。

一般情况下.V型滤池的反洗强度采用经验值。为确保反洗彻底，采用气水反总目洗的反洗方式，V型滤池停止运行时，将V型滤池内的水排放到滤层的上缘，然后送入强度为15 L/ m2・s的空气，吹洗3～5min后，在继续供给空气的情况下，向过滤器内送入反洗水，其强度为3.6～4.1 L/ m2・s，应使滤层膨胀10～15%。反洗水送入2～3min后，停止送入空气，继续用水再反洗l～2min，此时反洗水的强度应能使滤层膨胀率达到45%。最后，用扫洗水扫洗水面漂浮杂质。

本系统中V型滤池反洗气源由罗茨风机提供，本系统设置的两台罗茨风机（一用一备），风量23.23m3/min，风压O.05MPa。反洗周期为5-10h。

4.2 自清洗过滤器

自清洗过滤器为机械式自清洗过滤器，主要目的是防止超滤装置进水含杂质过多造成超滤膜机械损伤。

自清洗过滤器进水流量350m3/h，过滤度≤130μm，反洗周期4h，反洗用水为超滤产水，反洗流量200 m3/h。

4.3 超滤装置

超滤装置的主要作用是进一步降低反渗透进水的浊度和SDI。

超滤装置采用错流过滤，单套处理出力257 m3/h，回水率90%，出水水质SDI≤3，浊度≤0.15NTU。

5. 二级加药系统

二级加药的目的是保护反渗透膜，防止膜结垢和受余氯的氧化。它包括加NaHS03和加阻垢剂。

5.1 NaHS03还原剂

超滤出水中含有一定量的余氯，为防止其进入反渗透装置内氧化反渗透膜，要投加还原剂。本系统采用NaHS03作为还原剂，投入水中后存在下述反应：

NaHS03+ HClO=NaHS04+ HCl

NaHS03的加药量通常为水中余氯量的1.5倍又多lmg/L。系统投加量为2mg/L。NaHS03的加药量控制是根据进水量自动调节加药泵频率的比例调节方式进行。加药泵采用一用一备的方式运行。

5.2 阻垢剂

加阻垢剂的目的是防止海水浓缩后杂质在膜表面沉积产生结垢，污染膜表面。经过进水水质成分分析，本装置推荐使用GE MDC220阻垢剂。GE MDC220阻垢剂能有效控制CaC03、CaS04、BaS04、SrS04、CaF2的结垢，对CaC03的控制达LSI=3.0，进水的PH值从5-9仍属有效范围内均可正常使用条件下，不受氯或其他氧化性杀生剂的影响，具有水解稳定性，不与铁铝氧化物及硅化合物凝聚形成不溶物。可用于加亚硫酸氢钠的系统中。

阻垢剂的添加量一般以维持浓水中阻垢剂含量2-8mg/L为宜。准确的添加量需根据装置的具体操作条件，如给水水质、反渗透膜种类、系统回收率等通过计算确定弘引。一般反渗透膜专用阻垢剂生产厂商都提供专门的计算软件，输入相应的数据即可算出添加量。本装置用厂商的计算软件，算得加药量为3mg/L。

阻垢剂的加药控制是根据进水流量自动调节加药泵频率的比例调节方式进行。