东丽高脱盐高脱硼反渗透膜技术在海水淡化项目中的应用——北控阿科凌曹妃甸5万吨天海水淡化项目介绍

曹妃甸海水淡化反渗透高压泵控制系统应用和研究作者：李永杰来源：《中国科技纵横》2015年第10期【摘要】国际脱盐协会（InternationalDesalinationAsso2 ciation，IDA）的最新统计资料表明，到2002年初，全世界脱盐装置淡水总产量已达3240万t/d，而且还将以10%～30%的年增长速度攀升，海水淡化技术在解决世界范围淡水短缺问题上发挥着越来越重的作用。

反渗透海水淡化作为一项新型技术，正在得到越来越多的应用。

本文结合曹妃甸5万吨/日海水淡化工程，通过介绍海水淡化系统的原理，研究了高压泵变频控制在反渗透系统中的应用。

对反渗透海水淡化系统具有一定的指导意义。

【关键词】反渗透海水淡化高压泵控制系统目前，反渗透海水淡化在大规模淡化海水项目中越来越多的被应用。

反渗透（RO）法是采用高压泵将海水打入到反渗透膜组中，如果对海水侧施加一大于海水渗透压的外压，那么海水中的纯水通过反渗透膜流向淡水侧，从而实现海水的淡化。

随着反渗透海水淡化技术的发展，工程造价和运行成本将会继续降低，它将成为海水淡化技术发展的重点。

1 工艺流程简介目前曹妃甸5万吨/日海水淡化项目（共有5套系统，单套系统产能1万吨/日）采用的是双膜法海水淡化技术，即超滤膜（UF）+反渗透膜（RO）海水淡化技术，它采用的水处理技术是膜分离法。

其工艺流程是：超滤膜组的产品水通过管道连接至高压泵进入反渗透膜组，由反渗透膜组产出淡化水。

根据RO膜本身的特性，需有一定的推动力去克服渗透压等阻力，才能保证达到设计的产水量。

RO高压泵即是为RO本体装置提供足够的进水压力，保证RO膜的正常运行。

由于水温对RO装置的产水量影响较大，即水温每变化1℃，在进水压力不变的情况下，其产水量大致增减2.7%。

如果进水水温降低，在系统其它条件不变的情况下，将导致产水量的下降。

为了保证在低温情况下RO出水不变，高压泵采用变频调速可以提高进水压力，以保证RO系统足够的推动力，从而保证系统的产水能力。

海水淡化反渗透膜技术的最新进展及其应用朱列平1，沈彬蔚1，赵杰1，边见昌弘2，杨瑜芳3（1.蓝星东丽膜科技(北京)有限公司；2.东丽株式会社地球环境研究所；3.东丽先端材料研究开发（中国）有限公司水处理研究所）摘要：反渗透膜（RO）技术是解决世界水危机问题的最有力的工具之一。

反渗透膜法海水淡化过程中节能和高脱盐是需要满足的二个主题，然而产水特性与去除溶质之间存在背离平衡，同时满足会较为困难。

东丽采用正电子湮灭时间光谱法（PALS）进行膜孔孔径分析，由此得出膜孔大小和RO 膜对硼的去除特性显示出相关性。

采用透视电子显微镜（TEM）进行RO膜表面构造和形态学分析，获得影响膜的透水性的参数。

在上述研究成果的基础上，把分子设计技术应用于海水淡化的高性能RO膜的开发上，在RO膜溶质去除性和透水性相关方面都取得了很大的进展。

同时使用这些研发成果开发了创新性海水反渗透膜，已经在全球最大的海水淡化项目（阿尔及利亚Magtaa，500,000m3/d）和中国最大海水淡化项目（青岛，100,000m3/d）中得到应用。

关键词：反渗透膜，海水淡化，低能耗，高通量，高脱盐，高脱硼1、节约能源和改善水质的需求中国是一个贫水国家，沿海地区的经济发展给水资源带来很大的负荷。

开源节流，向取之不尽的海洋获取淡水已不是一个梦想。

我国的海水淡化技术研究始于上世纪70年代，经过40多年的发展，海水淡化技术已有相当的基础，海水淡化已逐步成为解决沿海地区工业用水和岛屿缺水问题的重要手段。

但还存在着发展慢、规模小、工业基础薄弱、成本相对高的问题（杨，2012；朱，2011）。

人口激增和人类工业活动引起了水资源的大量消耗。

由于膜技术在低能耗条件下能够提供高品质水，因此被认为是解决这些问题的最有力工具之一。

由于海水的可用性，已成为最重要的水资源之一，世界各地有许多大型反渗透海水淡化厂。

然而，高运行压力带来的高能耗一直是造成海水淡化成本居高不下的原因，也是困扰反渗透膜法普及应用的瓶颈。

关键词：电厂海水淡化；反渗透膜法工艺；技术应用1概述2017年初，国家发改委和国家海洋局共同印发了《全国海水利用十三五规划》，提出的目标是：十三五末，全国海水淡化总规模达到220万吨/日以上，新增海水淡化规模119万吨/日以上。

目前全球海水淡化技术超过20余种，包括反渗透法、低温多效、多级闪蒸、电渗析法、压气蒸馏、露点蒸发法、水电联产以及利用核能、太阳能、风能、潮汐能海水淡化技术等等。

从大的分类来看，主要分为蒸馏法（热法）和膜法两大类。

反渗透为国际海水淡化主流技术，《中国海水淡化设备市场调研与投资前景预测报告（2018版）》显示：到2018年全球海水淡化技术中反渗透占总产能的65%，多级闪蒸占21%，电去离子占7%，电渗析占3%，纳滤占2%，其他占2%。

2海水淡化反渗透膜法介绍反渗透法诞生于1953年，又称为膜法。

它使用的薄膜叫“半透膜”，其作用是让淡水通过，不让盐分通过。

反渗透膜是一种用特殊材料制成的、具有半透性能的薄膜。

最常用的是中空纤维和螺旋卷式两种。

根据膜材料或成膜工艺又可分为非对称反渗透膜、复合反渗透膜。

目前反渗透膜组件的使用寿命为3～5年。

反渗透膜组件质量的优劣和水平的高低关键在于膜性能的好坏,反渗透膜法海水淡化过程中节能和高脱盐是两个需要满足的问题[1]。

经过多年来技术研究，反渗透海水淡化设备对膜、泵、能量回收装置等不断研究更新，装置的平均耗能已经减少至原来的五分之一[2]。

反渗透本体部分主要由反渗透组件和高压泵两大部分组成。

反渗透所需能耗主要用于提供反渗透过程所需压力上，为了降低淡化水的操作费用，通常在浓盐水排放管线上安装能量回收装置。

3应用实例山东莱州电厂规划容量6×1000MW超超临界燃煤机组，一期工程现已正式运行2×1000MW国产超超临界燃煤发电机组，本期正在扩建2×1000MW超超临界二次再热燃煤机组。

海水淡化系统是莱州电厂配套项目，利用发电厂的电力以及海水取排水设施生产淡水，以作为电厂锅炉补给水和其它工业用水。

科技成果——海水淡化分离膜外壳制造技术成果简介该技术为国家“十一五”科技支撑计划项目子课题，由哈尔滨乐普实业发展中心独自承担完成，拥有全部知识产权。

该技术产品以环氧树脂为基体材料，以玻璃纤维为增强材料，采用缠绕工艺成型，高温条件下固化的玻璃钢制品。

海水淡化膜外壳是建设膜法海水淡化工程不可或缺的部件，其内部装配膜元件，承担膜元件分离海水时的工作压力，已经成为不可替代的材料。

技术产品按照美国ASME（X）设计计算，利用计算机辅助设计进行应力分析，采用不锈钢预埋件制作剪切槽提高区域可靠性；通过在树脂体系中嵌入柔性链段来提高韧性；研发了内加热模具与内加热装置，在缠绕过程中对模具实施内加热的技术方法，将产品的纤维重量百分含量由75%提升到79%左右；技术产品通过研究专用开孔设备，确保原浓水口间距的加工精度在±1.5mm之内。

技术产品已通过ASME（X）工艺评定，符合各项技术指标要求，技术产品可以在进行大气压至设计压力十万次疲劳试验后，通过6倍设计压力的爆破试验，产品技术国际先进，已替代部分进口产品，并出口到多个国家和地区。

该技术荣获中国化工科学技术特等奖和中国膜工业协会科学技术一等奖。

典型案例案例名称：新加坡大士318500m3/d大泉海水淡化厂项目项目概况：新加坡大泉海水淡化厂位于大士，由凯发集团（Hyflux）设计、建造、拥有及经营。

这家海水淡化厂斥资10亿零500万新元（1新元约合5元）建造，日产量达7000万英制加仑，是亚洲最大的使用反向渗透技术的海水淡化厂。

该项目使用技术产品R8040B1000S-7W膜外壳3672支。

工艺装备：项目分为预处理部分、反渗透部分、产品水后处理三个部分。

预处理部分的目的是将海水处理成为达到反渗透膜进水要求的水。

预处理工艺的设计是基于RO膜的进水水质条件，采用多级过滤型式，能确保反渗透进水浊度污染指数达到要求。

多级过滤的设置提高了预处理过滤效果，保证RO膜的进水水质。

反渗透海水淡化设备脱硼方法淡水资源短缺问题是当今面临的重大难题，海水淡化是有效解决方法之一，去除海水的硼元素，有利于人们饮水健康，下面介绍几种去除硼元素的方法。

一、反渗透海水淡化设备脱硼存在的问题：海水淡化设备中的反渗透膜能够去除海水中 99% 的离子，但对硼的去除率只有 80% 左右。

这主要是因为硼酸的分子直径小于反渗透膜的膜孔径，很容易通过反渗透膜进入产水，导致硼的去除率较低。

其次，因为硼在海水中主要以硼酸的形式存在，它是一种不带电荷的质子酸(电性弱)，能够和膜上的有效部分以氢键的形式结合，与碳酸或水以相同的方式扩散到离子浓度低的溶液中去。

这些因素造成了反渗透系统脱硼效率低于平均水平。

二、反渗透海水淡化设备提高脱硼率的方法：1、提高 pH 值不同材质的反渗透膜和反渗透条件对除硼率的影响试验表明，随着溶液 pH 的升高，反渗透除硼率也随之升高;随着压力的增加，除硼率也随之增加。

这是因为在碱性条件下，硼酸与羟基生成 B(OH )4- ，B(OH )4- 带有负电荷，不能和膜上的有效成分形成氢键，而达到除硼的目的。

但是这种方法会造成钙、镁在高pH 下沉淀、碳酸盐浓度增大，迅速结垢而降低出水量，高pH 对膜的耐受性也会产生不利影响，并且出水的pH 也需要调节，加大了制水成本。

2、多级反渗透法通过使用多级反渗透或纳滤膜、反渗透膜组合的工艺同样可以达到脱硼的目的。

研究认为，当原水中硼含量 > 3.5 mg/L 时需要使用多级反渗透工艺，而不选择使用调节 pH 的方法。

目前，有很多工程还在二级反渗透前通过调节 pH 共同作用脱硼，与单级反渗透相比，这种方法工艺复杂，成本和运行费用都较高。

3、增加后处理法目前后处理多采用硼选择性树脂进行吸附脱硼，对不同型号和不同使用条件下的树脂脱硼进行研究发现，在反复使用、洗脱、再生过程中容易破损，造成树脂的消耗，使生产成本偏高。

将电渗析与反渗透结合进行脱硼，如将电渗析作为后处理用于脱出反渗透产水中的硼，在高 pH 条件下使硼含量降低到0.4mg/L 以下。

反渗透膜元件在海水淡化中的应用
2020.08.08
反渗透膜元件在海水淡化中的应用
反渗透法(reverse osmosis, RO)起源于20世纪50年代，并于20世纪70年代在商业上开始得到应用，之后由于其能耗低的特点，因而得以飞速发展，目前其装机容量在全球海水淡化总装机容量中占主导地位，已成为最成功的海水淡化技术。

RO的基本原理是一个通过压力驱动从而克服自然渗透这一现象的过程。

自然状态下浓度梯度的存在将驱使溶剂(例如水)从稀溶液通过半透膜向浓溶液输运，达到新的化学平衡时半透膜两侧溶液的液位差产生的压力即为渗透压。

当在浓溶液一侧施加大于渗透压的压力时，溶剂将从浓溶液向稀溶液输运，与自然渗透方向相反，因而该海水淡化方法被称为反渗透法。

下图为RO工艺流程的示意图：
经过预处理后的海水在高压泵的作用下，海水中的水通过半透膜而迁移到淡水侧，盐分和其他成分则遗留在海水侧。

而水通过半透膜的机理是水分子通过亲水性半透膜而扩散的能力要远强于盐分和海水中的其他成分，这也是半透膜半透性的本质所在。

由于RO系统中大部分的能量损失来源于排放的海
水的压力，因而商业RO系统通常配置了能量回收装置以回收排放的浓盐水中的机械压缩能，从而提高系统的能量使用效率。

RO技术的主要特点有：
(1) 盐水分离过程中不涉及相变，能耗低；
(2) 工艺流程简单，结构紧凑；
(3) RO系统中的半透膜对海水的pH, 以及海水中含有的氧化剂、有机物、藻类、细菌、颗粒和其他污染物很敏感，因此需要对海水进行严格的预处理；
(4) 半透膜上容易生成水垢和污垢，从而导致脱盐率衰减，水质不稳定，需要定期对半透膜进行清洗和更换。