热膜耦合海水淡化工艺系统热经济性评价

发布时间：2020-09-05 11:27

　　淡水资源短缺已经成为全球性问题,越来越多的国家和地区面临淡水危机。寻找新水源,解决淡水危机是目前世界各国各地区面临的重要问题。海水淡化作为开辟新水源最有效最直接的途径,引起了人们的广泛关注。海水淡化技术主要包括反渗透法,电渗析法和蒸馏法,蒸馏法又包括多效蒸馏法和多级闪蒸法。目前,应用于大规模生产的海水淡化技术主要是反渗透(RO)膜法海水淡化技术、低温多效蒸馏(MED)和多级闪蒸(MSF)热法海水淡化技术。其中,反渗透海水淡化技术因为投资成本低、设备简单、产水量大等优势,在国内外海水淡化领域中应用最为广泛,占比达到60%以上。但膜法产水含盐量较高,膜通量受海水温度影响较大。热法产水含盐量低,产水品质高,但海水利用效率低,制水成本较高成为其进一步推广的瓶颈。所以,研究开发新的海水淡化工艺对提高海水利用效率和系统经济性具有重要意义。热膜耦合法海水淡化技术是一种将热法海水淡化技术和膜法海水淡化技术有机结合的集成技术,它通过优化工艺系统和合理配置资源,以降低海水淡化的制水成本,从而得到较高的经济性。热膜耦合法海水淡化技术是目前海水淡化领域最为先进的技术,是未来海水淡化研究的主要方向。本文首先对反渗透海水淡化系统进行了工艺系统的设计,建立了反渗透海水淡化系统产水与经济性计算的数学模型,利用MATLAB软件编制了反渗透海水淡化产水特性与经济性评价软件,利用该软件对各卷式反渗透海水淡化膜进行了产水特性及经济性比较,发现卷式反渗透膜SW30XLE-400的性能最佳;对规模为10000t/d的反渗透膜法海水淡化系统进行了产水及经济性分析,结果表明:当淡水产量不变时,进水流量随进水浓度的升高而增加,脱盐率随进水浓度的升高而提升,但回收率下降,制水成本和能耗增加明显。本文详细阐述了低温多效蒸馏海水淡化系统的组成部分及工作原理,并对该热法海水淡化系统进行了工艺系统的设计,建立了低温多效蒸馏海水淡化系统产水及经济性计算模型,根据建立的数学模型对规模为10000t/d的低温多效蒸馏海水淡化系统进行了产水性能分析和经济性评价,计算所得系统造水比为5.532。本文将热法低温多效蒸馏海水淡化系统与膜法反渗透海水淡化系统进行集成得到MED-RO热膜耦合海水淡化系统,并以膜法与热法的产水分配比为优化参数对该耦合系统进行了产水特性及经济性分析与优化,得出结论:耦合海水淡化系统中产水浓度随着产水比的增大而增大,制水成本随着产水比的增大而减小,当产水比为1.2时,产水浓度为297.47mg/L,制水成本为0.7174$/t,热膜耦合法海水淡化系统得到最佳产水特性和最优经济性。
【学位单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：P747
【部分图文】：

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渗透海水淡化系统研究前，国内外反渗透膜法海水淡化技术已经很成熟，适用面非常的能达到 96%以上，占据了全球大部分海水淡化市场，成为了国内的海水淡化技术。反渗透膜法首先利用采水泵抽取进料海水，再行沉淀、过滤等初步处理，除去原水中的悬浮物，降低原水浊度海水进行进一步的预处理使其达到反渗透膜的进水要求，再经高膜系统进行海水淡化，反渗透膜通常具有耐高压、耐腐蚀、抗污特点，经过反渗透膜的产水的含盐量大大降低，脱盐率较高的反TDS 含量从 36000mg/L 降至 400mg/L 左右。在反渗透系统中反系统的回收率及能耗以及经济性至关重要。反渗透海水淡化系统商业、居民及船舶、舰艇使用[30]。反渗透海水淡化原理

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图 2-2 一级反渗透系统流程图（二）预处理系统未经处理的海水中含有大量悬浮物、胶体杂质、有机物、和微生物等，染物均能对反渗透膜组件造成不同程度的污染与损坏。对进料海水进行预够去除原水中的固体杂质、胶体、微生物等大部分污染物，确保反渗透膜长期安全稳定运行。海水淡化系统预处理工艺的设计应满足预处理出水达透膜组件的水质要求。传统的海水淡化预处理方式主要有沉淀、灭菌、过滤、软化等步骤，过，运行成本较高且效率低效果差。现应用较为广泛的预处理步骤主要为澄砂过滤、粗砂过滤、微滤/超滤，与传统方式相比较而言，微滤和超滤技在去除微生物、胶体、悬浮物等污染物方面，还是设备运行维护方面都具优势[32]。（三）高压泵系统高压泵是反渗透海水淡化中的关键设备，在反渗透膜选定的情况下，反水淡化的能耗指标主要取决于高压泵、增压泵和能量回收装置。目前反渗

二级反渗透,海水淡化系统,反渗透装置

35SW30HR-380 0.0554 0.3520 46.19 0.6266TM820F-400 0.0580 0.5122 48.35 0.5954.3 反渗透海水淡化系统模型.3.1 反渗透海水淡化系统数学模型通过对反渗透的传质机理和模型的研究，得出二级反渗透结构相较于一级透系统更加经济。因此，本项目采用的是二级反渗透海水淡化系统，每级反系统并联 3 台反渗透装置，每台反渗透装置配一台高压泵。图 2-5 是该反渗水淡化系统的系统图，TDS 为 Cso的原水由供水泵从地下通道中抽取，经前装置预处理后，进水流量为 Qf1，高压泵将原水压力升至 P1in，进入第一级透系统，流量平均分配给三台反渗透装置，第一级反渗透系统所产浓水进入级反渗透装置；第一级反渗透装置产水出口压力为 P1out，进入第二级的流量f2，经增压泵增压，压力变为 P2in，进入第二级反渗透系统，流量平均分配给级 3 台反渗透装置，两级反渗透海水淡化系统的产水在淡水箱混合。

【参考文献】