10万日反渗透海水淡化工程海水水质净化系统设计

10万日反渗透海水淡化工程海水水质净化系统设计

浙江金石处理海水淡化项目主要为浙江金石4000万吨。该项目坐落于浙江省舟山市岱山县鱼山岛。鱼山岛地处海岛，山峰低矮，水源短缺，水库蓄水量少。随着岛上工业特别是耗水量巨大的石化产业开发，用水需求将持续大幅增长，水资源紧缺状况更加凸显。海水淡化工程作为淡水资源的增量、开源技术，不易受时空和气候等条件影响，规模可控，将为浙石化4000万吨/年炼化一体化项目提供充足可靠的淡水资源保障。该工程由浙江石油化工有限公司出资建设，采用两级海水预处理，海水反渗透和淡水反渗透的组合工艺，由杭州水处理技术研究开发中心有限公司（HWTT）负责设计，采购，施工及调试等工作。1海水水质介绍一期海水淡化工程所需海水来自炼化厂北侧取水口。海水水质参数指标参见表1。2tds工艺路线根据给水水质信息，有以下几个明显的特征：1）海水TDS为28120mg/L，与标准海水盐度的35000mg/L本工程的工艺路线如图1所示。2.1混凝沉淀池和v型滤池该工艺段的主要作用是去除原海水中含有的悬浮物、胶体、藻类等杂质，工艺过程包括混凝沉淀池，V型滤池。按11296.1m³/h海水处理水量，设计8座混凝沉淀池和12座V型滤池。1）混凝沉淀池：混凝沉淀池水力条件好，沉淀效率高、占地面积小2)V型滤池：项目设计单座V型滤池处理水量890m³/h，该处理水量的V型滤池是目前国内已知的最大规模的V型滤池。每座V型滤池分为两个格室，每个格室的过滤面积为57.6m²，正常滤速8～10m/h，强制滤速10～13m/h。通过V型滤池的处理，可达到产水浊度≤2NTU，悬浮物≤3mg/L的指标。2.2分布式滤器设计海水二级预处理工艺是为了进一步去除海水中的杂质，使处理以后的水质条件能够满足反渗透系统的进水要求。本项目选择多介质过滤器作为海水二级预处理，但因为项目体量巨大且占地面积较小，所以在本项目中，首次使用Φ4000，长逾14m的超大型卧式滤器。按9804m³/h进水处理量，供设置28台超大型卧式滤器。单台卧式滤器处理水量430m³/h，过滤面积54m²，滤速7.96m/h。通过超大型卧式滤器的处理，可达到产水浊度≤0.5NTU，悬浮物≤1mg/L,SDI≤4的指标。2.3水反渗透系统海水反渗透淡化系统是本项目的核心系统。根据用户需水量，共计设置5套海水反渗透淡化系统。每套海水反渗透系统由高压给水系统和海水反渗透装置组成。根据项目海水水质条件，海水反渗透装置按系统回收率45%，进水最低水温6.5℃，采用一级一段工艺流程设计。5套海水反渗透装置由4套出力17640m³/d(735m³/h）海水反渗透装置和1套35280m³/d(1470m³/h）海水反渗透装置组成。单台日产水35280m³的海水反渗透装置为目前世界上单机规模最大的海水反渗透装置，由380支压力容器组成，共计装填2660支海水反渗透膜元件。高压给水系统由高压泵、能量回收装置和压力提升泵组成。本项目共计5套能量回收装置，能量回收率高达为90%以上。2.4淡水反渗透系统为实现产水满足项目用水需求，海水反渗透生产的淡水需再一次经过淡水反渗透脱盐。本系统共设置6套淡水反渗透装置。按系统回收率85%，采用一级二段工艺流程设计，每套装置共计65支压力容器（一段与二段压力容器比为45:20），产水15000m³/d(625m³/h）。2.5化学药剂的投加为实现整个水处理系统的稳定运行，本系统中共计投加了絮凝剂、助凝剂、杀菌剂、还原剂、阻垢剂、酸、碱和非氧化性杀菌剂等8种不同功效的化学药剂。3业主方指标考核本项目考察时间为2019年12月21日至2019年12月28日，通过业主方的168性能考核，系统产能、产水水质、吨水电耗和吨水药耗均满足项目技术要求。以下为性能考核期间，所获得的项目运行数据。3.1生产线运行情况项目调试4条海水反渗透生产线，其中3条产能为17640m³/d,1条产能35280m³/d。调试5条淡水反渗透生产线，每条生产线产能15000m³/d。根据现场跟踪检测的数量，自2019年12月21日起至2019年12月28日止，海水反渗透及淡水反渗透生产线累计运行168小时。期间海水反渗透生产线净产能619753m³，系统平均日产能88536.14m³/d。淡水反渗透生产线净产能540411.8m³，系统平均日产能77201.68m³/d。3.2海水反渗透水系统性能考核期间系统的吨水电耗（系包括从混凝沉淀池开始至产品水配送水泵内整条工艺线所有用电设备所产生的电力消耗的总值与淡水反渗透产能的比值）和海水淡化系统的吨水电耗（海水淡化系统吨水电耗：包括从混凝沉淀池开始至产品水配送水泵内整条工艺线所有用电设备所产生的电力消耗的总值与海水反渗透产能的比值）如图2所示。从图2中可以看出，系统吨水电耗峰值为3.314kWh/m³，谷值为3.312kWh/m³，平均吨水电耗为3.313kWh/m³。从图中可得，海水淡化系统吨水电耗峰值为2.897kWh/m³，谷值为2.894kWh/m³，平均吨水电耗为2.895kWh/m³。性能测试中针对，国内外最大单机规模35280m³/d的海水反渗透装置的电耗进行了跟踪。跟踪数据表明，在装置连续运行期间，其平均吨水电耗为2.889kWh/m³，略低于整个海淡系统的吨水电耗2.898kWh/m³。3.3化学品的消耗因性能测试中未进行化学清洗，因此，表2中列出的化学品为主工艺所需的化学品在性能测试期间的消耗明细。3.4淡水反渗透系统回收率1）系统回收率：性能测试期间海水反渗透系统和淡水反渗透系统的回收率如图3所示。其中海水反渗透平均回收率为47.1%，淡水反渗透系统平均回收率为87.3%。2）系统脱盐率：性能测试期间海水反渗透系统和淡水反渗透系统脱盐率如图4和图5所示。其中海水反渗透系统平均脱盐率为99.53%，与系统理论计算值99.6%相近，基本实现了设计初衷。而淡水反渗透系统平均脱盐率为98.97%，与系统理论计算值97.4%相比要更好。3.5经济指标估算根据性能测试期间收集的相关数据，此处对本项目的经济指标进行了估算。其中，膜元件更换周期按3年计，保安滤芯更换周期按3个月计。系统的吨水成本分析见表3。4海水反渗透装置1）通过168小时的不间断性能测试，表明系统在进水条件波动较大的情况下，其抗干扰的能力较好。系统出力均超过了原有设计值；2）项目中投用的目前国内外最大单机规模的海水反渗透装置（35280m³/d）具备了稳定运行的条件，且实现了吨水能耗小于3kWh/m³的技术指标