精编完整版】海水淡化可研报告40电渗析技术41

1、（此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！）lOOOOnVd海水淡化设计方案电渗析姓名：李重阳黄瑞董月仙李林郭嘉良廖成成韩静刘莉孟丽晔欧阳赛宿云海王光春所在学院：土木建筑工程学院专业班级：环境0801日 期： 2010 年11月1. 方案选取 21.1处理对象分析海水成分分析 21.2不同处理方法方案对比分析 2121反渗 析法 2122离 子 交 换法31.2.3蒸馏法4124电渗 析法 5125 方 法对 比及 方案 选取 62. 工艺设计 72.1电渗析进水水质要求 72.2电渗析海水淡化处理过程原理 72.3工艺设计 82.3.1海水预处理 92.3.2电渗析循环淡化9123.电

2、渗析造水成本分析4.电渗析 swot分析 13参考文献 1610000m 3/d海水淡化设计方案针对lOOOOmf/d海水淡化的处理量，我们小组通过对国内外各种海水淡化处理方法的对 比研究，给出海水淡化的处理方法。1. 方案选取1.1. 处理对象分析海水成分分析首先对处理对象海水的主要成分经行分析，通过资料查找，得出海水的主要离子 成分，具体含量见表 1。表1海水的主要离子成分成分含量 /(mg/L)成分含量 /(mg/L)Cl-18980Br-65+Na105602+Sr13SQ2-2560SiQ26Mg+1272NQ-2.52+Ca400B4.6+K380F-1.4HCQ142总含盐量约3

3、4400mg/L从图表中我们可以看出， 海水中Cl-含量最多，占到总含量的55%其次为 2+为31%, SQ2-和Mg+分别为7呀口 4%其他离子仅占占3%因此海水淡化处理主要针对 Cl-、Na+、SQ2-、 Mg+的去除进行方案设计。1.2. 不同处理方法方案对比分析目前，世界上已有120多个国家在运用海水淡化技术获取淡水，全球有海水淡化厂 1.3万多座，海水淡化日产量约5560万立方米，相当于 0.5%的全球用水量，其中以色列拥有世界最大规模的海水淡化运作设施。而我国目前每天海水淡化总产量3万吨，仅为全球总产水量的1 %。左右，关键设备仍依赖进口。1.2.1.反渗透法反渗透以利用用足够的压

4、力使溶液中的溶剂（一般常指水）通过反渗透膜（一种半透 膜）而分离出来的原理，对海水经行分离、提纯和浓缩，从而达到海水淡化的处理效果。 其具体的工艺流程如下图所示：原水预处理系统高压水泵反渗透膜组件净化水反渗透法的具体设备流程如下图所示：图1反渗透法设备流程图海水由设在海边的深水井经深水泵将海水送入淡水厂房，经过化学加药系统投加杀菌剂和混凝剂后进入石英砂和活性炭过滤系统过滤。滤后水经过水质还原、PH调整以及阻垢 剂添加后进入 5卩m的保安过滤系统，过滤后的低压海水一路进入高压泵加压，另一路进入 压力交换式能量回收装置，升压后的海水经过增压泵加压后与高压泵出水混合进入反渗透 膜堆系统。高压海水的膜

5、堆的处理下一部分透过膜成为淡水，经过水质调整后进入淡水水 箱存储。其余的高压浓缩水进入压力交换能量回收装置回收能量后排放。122.离子交换法离子交换法是以圆球形树脂（离子交换树脂）过滤原水，使水中的离子会固定在树脂上以完成离子交换。通常离子交换树脂利用氢离子交换阳离子，而以氢氧根离子交换阴离子，常见的两种离子交换方法分别是硬水软化和去离子法。其工艺流程如下图 所示：将天然矿物海水离子交换剂加入到海水淡化离子交换装置中，将淡化后的海水输入到 天然矿物海水淡化离子交换装置内，海水中的钠和钾离子与天然矿物海水淡化离子交换剂 进行交换，经沉淀澄清后得到一种清澈透明、纯净爽口的弱碱性矿化水。离子交换法的

6、装置设备如下图所示:厂1初步淡化后的海水2 .进水管3 .上盖板6.进水管与离子交换柱的联接支架7.溢水管换柱 11.矿化水12.出水管13 .下盖板图3离子交换装置设备4离子交换柱的上部空间5 上联接螺栓8.溢出水9 .溢出水水流方向10.离子交14.离子交换剂15三通16下联接螺栓 仃.沉淀室18 .废渣排放管123.蒸馏法蒸馏法是指把海水加热使之沸腾蒸发，再把蒸汽冷凝成淡水的过程。蒸馏法是淡化海水的最古老的方法。其采取的工艺流程如下图所示:海水第一个蒸馆莽第六个蒸馆器净化水来自锅炉（或其他设备）的蒸汽，首先进入第一组蒸馏器，使海水中的水蒸发。在第 组蒸馏器内一部分水蒸汽冷凝放出热量，这部

7、分热量再传输到下一组蒸馏器，下一组蒸馏 器内的温度和压力都自动低于上一组。蒸汽的压力和温度随着传输变得越来越低，海水的 浓度变得越来越高，直到最后一个蒸馏器，将含盐浓度较高的海水排出。在整个蒸馏过程 中，回收冷凝下来的水即为高浓度的淡水。蒸馏法进行海水淡化的设备图如下：图4蒸馏法海水淡化设备124.电渗析法分隔成小水室。当原水进入这些小室时,电渗析器中交替排列着许多阳膜和阴膜，在直流电场的作用下，溶液中的离子就作定向迁移。阳膜只允许阳离子通过而把阴离子截留下来； 阴膜只允许阴离子通过而把阳离子截留下来。结果使这些小室的一部分变成含离子很少的淡水室，出水称为淡水。而与淡水室相邻的小室则变成聚集大

8、量离子的浓水室，出水称为浓水。从而使离子得到了分离和浓缩，水便得到了净化。电渗析的具体工艺流程如下：海水3-Ww系统3电渗析器率 化水当海水流经电渗器时，在直流电场的作用下，阴离子透过阴膜向阳极方向迁移，途中 被阳膜挡住去路，被水流冲洗而出；阳离子透过阳膜向阴极方向迁移，途中被阴膜挡住， 也被水流冲出。透过阳膜或阴膜的水为淡水。结果，从大约一半的夹层流出的水为淡水， 从另一半流出的则为浓缩的海水。1.2.5.方法对比及方案选取表2各种处理方法优缺点对比处理方法优点缺点反渗透法可在一般温度下操作，没有相变浓缩分离同时进行；不需投加其他物质，不改变分离物质的性质；有效的去除水中的溶解盐、胶体等大部

9、分有机物等杂质；预处理要求严格；反渗透膜需要定期更换，运行成本高；海水温度低的情况下需加热处理；需要高压设备；离子交换法淡化后的水仍会保留部分人体 所需要的离子，有利于人体健 康；不排放污染环境的气、液、渣，会产生过量的再生废液；周期较长、耗盐量大；有机物的存在会污染离子交换树脂；排出大量含盐废水易引起管道腐蚀；符合环保要求；蒸馏法结构简单、操作容易；所得淡水水质好；一次只能淡化少量的海水，不能连续生产；蒸馏器内壁易结水垢使蒸馏能力降低； 用于蒸馏的热量不能回收重复利用；电渗析法不需要消耗化学药品；设备简单、操作方便；对于不导电的颗粒没有去除能力；可以同时对电解质水溶液起 淡化、浓缩、分离、提

10、纯作 用无相变过程；工作介质不需要再生；方案分析：通过以上对比分析，我们不难看出，采取电渗析法对海水进行淡水处理是最经济的。首先， 从经济效益方面说，电渗析处水水质稳定，投资费用回收时问短，电渗析装置主要为一次性投资，一般保持每年5%;的离子交换膜更换翠就町以维持正常生产。经济效益明显。其次，在设备的实用性和可操作性方面，与其他海水处理方法比较，电渗折工程施工方便，运行周期长，装置设计与系统应用灵活，操作维修方便，具有更好的工程实地应用 性。再次，电渗析装置使用寿命长，其实用的材料的绝缘性与抗腐蚀性都很好，不存在如蒸馏那样的装置严重腐蚀问题。综合以上观点，电渗析是最佳处理方法。2. 工艺设计2

11、.1. 电渗析进水水质要求水温：5-40 C耗氧量3mg/L(高锰酸钾法)、游离氯0.2mg/L、铁0.3mg/L、锰0.1mg/L。浊度:1.5-2.0mm 隔板 0.3mg/L、0.5-0.9mm 隔板 0.3mg/L、污染指数 SDI7(EDR)。2.2. 电渗析海水淡化处理过程原理电渗析是利用离子交换膜在电位差推动力的作用下，从水溶液中脱除离子的一种分离 技术。如图6所示，电渗析器一般由阳离子交换膜和阴离子交换膜交替叠合在阳极和阴极 之间组成，由一张阳膜和一张阴膜组成一个膜对，可组装成一个隔室，当氯化钠水溶液流 过两膜间的隔室时，在电场作用下，溶液中带正电荷的钠离子做定向连续迁移，渗透

12、通过 带负电荷的阳离子交换膜，被阴离子交换膜阻挡；与此同时，溶液中带负电贺的氯例子连 续渗透通过阴离子交换膜。这种反离子的定向迁移结果是每隔一室溶液中的离子浓度增加， 而与其相见的另一隔室内的溶液中离子浓度下降。一般称溶液离子浓度增加的隔室称为浓 缩室，其溶液称为溶液或盐水；溶液离子浓度降低的隔室称为淡化室，其溶液称为稀溶液 或淡水。从而使离子得到了分离和浓缩，海水得到淡化。图6电渗析原理示意图23工艺设计1000m/d海水淡化电渗析法具体工艺流程如下：1海水a过滤器电渗析处 理系统 0成品水2:紫外线杀 菌器 a中空纤维 超滤器 E图7 1000m3/d电渗析海水循环淡化工艺流程简单示意图图

13、8 1000m3/d电渗析海水循环淡化工艺流程系统图2.3.1. 海水预处理为了达到上述进水水质要求，海水预处理部分设计如下： 海水取水部分的主要设备有真空引水箱、海水泵和海水箱。第一次开泵前需将真空引 水箱加满水，启动海水泵后，海水便进入海水箱，海水箱中装有浮球阀以控制水箱水位。 采取上述装置的原因在于：海水中存在一些不稳定离子，若所处环境改变后，这些离子会 还原成胶状物致使原水浊度升高。因此，在原水进入淡化装置之前设置海水箱，海水与大 气充分接触逐步趋于稳定， 并在海水箱中得到初步澄清沉淀。由于原水中含有微生物，在 预处理前加次氯酸钠 （2mg/L） 杀灭细菌，同时防止和抑制微生物的滋生。

14、杀菌后的水加入絮 凝剂（聚合氯化铁 5mg/L） 进行直流凝聚，以便后续过滤去除。预处理部分的主要设备有原水泵，双层滤料砂滤器， 200 目捕捉器和 5 0um 精滤器。 正常运行时，启动原水泵，使海水箱的海水经三级过滤后，达到进水水质要求后分别向淡 化箱、浓缩箱，极水箱供水。2.3.2. 电渗析循环淡化我国海域海水浓度高达 34400mg/L ，而一台电渗析的原水利用率为80%，回收率 （产 1m3的淡水所需的海水量）为45% -75 %，脱盐率为45%-90%为了达到国家标准饮用水（8001000mg/L ） 的水质标准，电渗析淡化工艺采用批量循环法， 一台电渗析的原水利用率为80%，回收

15、率为 45% -75%，回收率按 60%计算则有：水处理量为 10000m3/d ，每小时处理量为：10000/24=417 m3/h原水利用率为 80%，回收率 60% 则每天产水量为：417X 0.8 X 0.6=200.16 m 3/h折算成质量为：200.16 m3/h X1000kg/m3=200.16t/h由电渗析器规格性能表查得，产水量最多的电渗析器产水量为60t/h, 为满足产水量要求，选择产水量 60t/h 的电渗析器四组（产水量可达 240t/h ）并联运行。四个系列可以同 时运行， 在意外情况发生时， 如果某系列出现问题， 其他三组电渗析器的产水量为 180t/h ， 仍

16、然可以保证要求产水量的90%。我国海域海水浓度高达 34400mg/L，如果采用一台电渗析器，脱盐率按85%十算：每台电渗析器脱盐后，水含盐量为：34400mg/LX 0.15=5160 mg/L两台电渗析器脱盐后，水含盐量为：5160mg/LX 0.15=774 mg/L由计算可以看出，一台电渗析器的脱盐量无法达到饮用水水质要求，所以每系列由二 台电渗析器串联组成，以保证出水水质。运转时，电渗析器分别由四台整流器供直流电。 便于检修，本系统共设计四个系列，每系列由二台电渗析器串联，四个系列可以同时运行， 某系列出现问题其他装置仍可保证出水。批量循环淡化当海水预处理部分处于正常工作状态后，其淡

17、化箱，浓缩箱和极水箱都是满水位，这 时调节好各水箱流量、压力，开启整流器，整套机组启动完毕。通入直流电后起动工作， 可把电气旋钮板至自动位置进行自动操作淡化。通直流电后，电渗析器开始脱盐，淡水箱 中的海水所含的盐不断通过电渗析器循环脱盐而迁移到浓缩箱的浓水中去，由于刚通电时 淡化箱中的是海水，含盐最高，其水电阻低，故而每台电渗析器的电流较大，随着脱盐时 间的延续，淡化箱中海水的浓度不断下降，其水电阻不断上升，电渗析器的电流也随之降 低，当盐量计指示该淡化水已符合产品水要求时 (800mg/L) ，这时，每系列直流电流的值 ( 约为 30A) 为合格水电流点，利用电流表这个触点自动调节相关电磁阀

18、。这样，合格的淡 化水不再通过电磁阀回到淡化箱，而直接送到淡水箱。在排放合格水时，电渗析主机仍然 在运行，以保持产品水的水质。当淡化箱的淡化水排至水箱下限位时，调节相关阀门不断 补充新的海水，此时电渗析器又恢复到循环脱盐运行，系统处在一面加水而又在淡化的过 程中，直到淡化箱的水满至上限水位时，关闭阀门不再进入海水。这时由于海水浓度高， 而电渗析器的电流也随之自动加大，接点电流表的电流值很快越过合格水电流点，进入第 二批量运行。值得说明的是在海水淡化中甩电渗析器的台格水电流点来控制批量运行是非 常有效的，但也耍配上盐量计进行监控以便及时校正。批量循环淡化的主要目的是保证进入电渗析器的水浓度始终不

19、变。海水受到降雨或是 其他因素的影响，原水浓度不断变化，批量循环淡化工艺将产品水的一都分返回淡水池， 与补充的原水混合均匀后经淡化泵再 打入电渗析器，始终保持淡化箱的浓度不变。另外， 电渗析产水率及耗电量和原水含盐量密切相关。原水浓度降低，则产水量增加，耗电量低； 原水浓度 升高 ，则产水量下降，耗电量高，所以保证进水浓度不变能保证系统的安全稳 运行，同时也能降低能耗，节约成本。另外，浓水系统一直是在进行半循环运行，从电渗析器出来的浓水分成二路，一路回到浓缩箱，另一路通过阀门和流量计排到极水箱中，浓缩箱则由浮球阀自动补充海水，以 防止浓缩箱的水浓度过高而沉淀，浓缩箱海水的补充量等于排到极水箱的

20、浓水量。极水系 统也是采用半循环式，补充水则是采用部分浓水，极水箱满位时可以溢流多余的极水，这 也防止极水长期运行时产生氯气过高的现象以及及时排出电极沉淀物。将以上设备及相应管路安置到厂房中，具体的平面设计图如下：电渗折海水淡化装置平面设计图图9 1000m3/d电渗析海水循环淡化工艺流程车间平面图各装置规格选取情况如下表所示：表3各装置规格选取情况装置名称型号规格大小（mm备注电渗析器DKD1-H -2 x 2-250长 x 宽(800 X1600 )二级二段式，供250对膜，共8台整流器KGWA140A/100V长 x 宽 x 高(810 x 510 x 1700)立式精滤器直径（1000

21、）、总高（2560）原水泵电机（7.5KW）酸洗泵70-1电机（4KW酸洗水箱长 x 宽 x 高(850 x 850 x 700)聚氯乙烯塑料制流量计LZB-100砂滤器直径（1200）淡化箱容积（4立方米）聚乙烯材质浓缩箱容积（4立方米）聚乙烯材质极水箱容积(2立方米)聚氯乙烯塑料制不论原水浓度如何变化，由于采用批量循环淡化工艺，进入电渗析器的水浓度始终不 变。这就使电渗析器的工作不受水浓度变化的影响，同时提高产量，降低能耗。其次，本 工艺用浓水做极水，浓水泵出口设一分支流入极水流量计，计量后进入电渗析器，从而节 约成本。本工艺中单系列电渗折器上也能够方便地进行产水量与脱盐。电渗柝器并联可以

22、增加 产水量，串联可以提高脱盐率，保证出水水质。循环或部分循环的方式可以缩短工艺流程， 因此电渗柝工程适应性较强。另外，若出现问题，能迅速解体，调换部件，投入正常运行。产品水分成两种，更具科学合理性。因为电渗析过程对不带电荷的物质如有机物、胶体、细菌、悬浮物等无脱出能力。因此，电渗析法直接用于淡化制备饮用水是不适合的。 所以产品水分两种，一种卖给对水质要求不高的用户，另一种在经过超滤和消毒工艺后作 为饮用水。3、电渗析法造水成本分析在进行水的成本分析时，电渗析设备的使用寿命以8年计，工程的折旧年限以I 5年计，银行贷款的还款年限以I 5年、年利率以6 %计，装置的年利用率以 9 5 %计算，

23、其造水成本的各项费用分别为：(1) 热力消耗电渗析装置不需要加热，因此不存在热量消耗；(2) 电力消耗、.3电渗析装置耗电量每吨淡水约0.2 2.0度，电流效率80% -84 %，运行费用5.0kwh/m ,每度电价以0.3元计，海水处理吨水电力成本为2.01元；(3) 职工工资福利费用电渗析装置的预处理部分需要人工维护，装置每班设3人操作。人员的配备采用三班 9人制，人均年工资 20000元，每吨淡化水的劳动力费用为：0.034元。福利费用取为工资额的1 5 %，每吨淡水的福利费用为0.005元。职工工资福利费用为0.04元/1 ;(4) 大修及检修维护费用电渗析淡化工程的年大修及检修维护费

24、用为其固定资产原值的1.6 %，则每吨淡化水的维修费用为0.32元;(5) 管理费管理费取为劳动力费用的 20，每吨淡化水的管理费用为0.008 元；(6) 固定资产折旧费用固定资产的折旧年限为 15 年 ，固定资产残值为 4 ，固定资产原值为 8 0 0 0 万元， 海水电渗析的折旧率为 5%，每吨淡水的固定资产折旧费用为0.98 元，电渗析的单位造水成本 5.231 元 t 。4. 电渗析 swot 分析 以上是电渗析设计方案，针对我们设计的电渗析海水淡化处理方法，我们进行了 swot 分析，准确定位电渗析海水淡化的优势、及发展方向。电渗析海水淡化 swot 分析当前的形式是什么当前全球可

25、利用的淡水资源短缺，海水淡化技术不断更新发展，全世界都在经行海水 淡化方法的研究以缓解用水困难问题。当前的战略是什么 在满足客户要求的基础上，经济效益好，可行性高的产品可迅速占领市场。我们的优势 Strengths1电渗析海水淡化能量消耗少，经济效益显著，尤其对于1000030000mg/1的海水脱盐后可达至含盐量可达 500mg/l ，该方法经济可行，有效降低工程耗资量。2、 电渗析装置主要为一次性投资，一般保持每年5的离子交换膜更换率就可以维持正常 生产，并且装置使用寿命长，大大降低了实际运行中的资金消耗。3、电渗析装置设计与系统应用灵活，操作维修方便，具有较强的工程实地应用性。4、电渗析

26、优于其他海水淡化方法的地方是：它工艺简单、除盐率高、制水成本低、操作方 便、电极可以再生后重复使用、且不污染环境，保证了工艺运行的持续性。劣势 Weaknesses电渗析过程对不带电荷的物质如有机物、胶体、细菌、悬浮物等无脱除能力，不适宜 用于饮用水的海水淡化的处理。机会 Opportunities 当今社会注重经济效益和工程方案可行度，在满足用户要求的情况下，哪个方案投资 最少收效最快，哪个方案最简单易行，操作容易，哪个方案就会迅速的占领市场，成为海水淡化的主导方向。电渗析法最切合当前社会发展形势，其能耗小，装置灵活操作简单的特点刚好符合市 场需求，采用电渗析海水淡化法可以为企业节省资金，减

27、少实地工程的实行困难，带来良 好的经济效益，因此备受大家青睐。新技术或者产品的开发研制，在弥补老技术的同时又新添很多优势，目前应用较好的 有EDR技术、极限电流测试方法、具有我国特色的定时倒换电极和酸洗相结合的操作方法 等。威胁 Threats随着科技的发展，其他海水淡化方法逐步出炉，比如反渗透法、蒸馏法等等带来了强 大的竞争力。尤其是膜技术的不断更新，使得反渗透海水淡化方法逐步显示出优势。 电渗析装置进水要求将结果在SWO分析图上定位参考文献：1 李明膜技术在工业上的应用J. 河北化工，2008, (9): 48- 49,52.2 葛道才.均相离子交换膜在我国若干工业领域的应用J.膜科学与技

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