能量回收裝置在海水納濾脫鹽系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

劉 輝，王 越*，徐世昌，高建朋，宋代旺

（1.天津大學化工學院化學工程研究所，天津300072；2.天津市膜科學與海水淡化技術(shù)重點實驗室，天津300072；3.天津化學化工協(xié)同創(chuàng)新中心，天津 300072）

納濾膜是20世紀80年代末發(fā)展起來的一種分離膜產(chǎn)品，特殊的孔徑范圍和具有荷電特性的表面特征決定了納濾膜對海水中易結(jié)垢的2價離子具有良好的截留率［1-3］?；诖?，納濾膜分離技術(shù)（NF）既可以作為預(yù)處理單元為現(xiàn)有的膜法（如反滲透）或熱法（如多級閃蒸）海水淡化提供低總固溶物含量（TDS）的優(yōu)質(zhì)進水，形成更具經(jīng)濟性的海水淡化集成技術(shù)［4-6］；又可以作為海水淡化的主體脫鹽工藝，并以較低的能源消耗生產(chǎn)飲用水［7-8］，因而近年來獲得了日益廣泛研究和市場推廣應(yīng)用。

中國海洋大學宋金玲等［7］和 Harrison 等［9］對采用兩級納濾替代反滲透海水淡化工藝生產(chǎn)飲用水的可行性進行了試驗驗證，結(jié)果表明，二級納濾產(chǎn)水的TDS均降至200～300 mg·L-1，達到飲用水水質(zhì)標準［10］。美國長灘市［11］采用兩級海水納濾脫鹽工藝，在一級和二級納濾操作壓力分別為3.79 MPa和1.72 MPa條件下，實現(xiàn)系統(tǒng)產(chǎn)水TDS小于500 mg·L-1的淡化目標，且產(chǎn)水能耗較一級反滲透工藝降低了20%～30%。然而已報道的海水納濾脫鹽工程中，絕大多數(shù)并未采用能量回收裝置（ERD）等節(jié)能措施［12-14］，而是將納濾膜組件產(chǎn)生的富含壓力能并占相當比例的濃水直接排放，造成了較大的能量損失。因此，考慮到海水納濾脫鹽系統(tǒng)在整個運行過程中的能量消耗，若在海水納濾脫鹽系統(tǒng)中耦合能量回收裝置，將納濾膜組件排放的高壓濃水中的壓力能高效率地傳遞給低壓海水，則有望進一步降低納濾脫鹽系統(tǒng)的產(chǎn)水能耗，提升海水納濾脫鹽技術(shù)的優(yōu)勢，而相關(guān)耦合工藝的應(yīng)用狀況及節(jié)能分析卻鮮有報道。……