低溫多效與反滲透膜法海水淡化工藝差異分析

趙偉 中節能（保定）環保能源有限公司

一、低溫多效海水淡化技術（MED）

（一）基本原理

根據產品水量需求，配置使用一系列串聯連接的水平管噴淋降膜蒸發器，蒸汽按介質流程進入第一效蒸發器的管路，與蒸發器內噴淋的海水熱交換后，冷凝成淡化水，與此同時，海水與蒸汽換熱后，蒸發產生的蒸汽繼續進入下一效，與噴淋的海水進行熱交換，如是反復，最終達到連續產出淡化水的目的。

（二）低溫多效海水淡化技術的優缺點分析

優點：熱效率高，溫差在30℃左右即可達到10 倍以上的產水比，且運行彈性較大，運行負荷在40%-110%之間變動時，產水比變動不大；海水的預處理工藝簡單，能耗及化學藥劑消耗均不高；系統安全可靠性高，即使在發生傳熱管泄漏的情況下，仍可保持產品水品質；

缺點：系統設備體積較大，初期投資成本較高。

（三）低溫多效海水淡化的工藝特點

1.目前較為常見的低溫多效海水淡化設備配置方案，熱源通常通過合理利用電廠的低參數蒸汽，發電與海水淡化同步進行，整體效率高。

2.低溫多效海水淡化設備在運行中，始終保持蒸汽側壓力高，海水側壓力底，杜絕傳熱管泄漏導致海水污染蒸汽的情況，以達到產品水水質穩定的目的。

3.低溫多效海水淡化設備對海水品質要求不高，在海水中的懸浮物＜300 的情況下，渾濁度、鹽度、溫度、微生物和沉積物等參數的波動一般不會影響產品水水質。即使泥沙短時間超標沖擊時，制水系統仍可正常運行，只需要加強清洗，對設備壽命不會產生影響。

二、反滲透膜法海水淡化技術（SWRO）

（一）基本原理

用一張水分子可以通過但是鹽離子不能通過的半透膜將淡水和鹽水隔開，水分子會自然穿過半透膜而自發地向鹽水側流動，這種現象稱為滲透。當滲透到鹽水一側的液面達到某一高度時，滲透的自然趨勢被這一壓力所抵消從而達到平衡。這一平衡壓力即為該體系的滲透壓，如在鹽水一側加一個大于滲透壓的壓力，鹽水中的水會透過半透膜到淡水處。這種與自然滲透相反的水遷移過程稱為反滲透。

（二）反滲透膜法海水淡化技術的主要優缺點

優點：反滲透過程中不發生介質相變；前期設備投資及運行制水的成本較低；設備布置緊湊，體積小，占地面積小。

缺點：預處理標準高；后期維護成本較高，膜組件需定期更換；對海水品質要求高。

（三）反滲透膜法海水淡化的工藝特點

1.反滲透膜法海水淡化技術可以做到分質供水。成品水水質TDS 可達到300500mg/l，可以根據實際需要，合理確定產品水水質標準。

2.反滲透膜法海水淡化系統設備的制造及安裝耗時短，設備制造及安裝調試可分別在6 個月、2 個月內完成。

3.反滲透膜法海水淡化設備對海水水質變化的適應性較差，預處理工藝流程控制指標要求嚴格，其處理結果對系統的安全運行有直接影響；后期運行和維護成本高，

4.反滲透膜法海水淡化設備適用的海水水溫范圍較窄，溫度高低直接影響產品水水量及水質。

三、低溫多效海水淡化與反滲透膜法海水淡化的性能比較

反滲透法海水淡化和低溫多效海水淡化工藝都是技術成熟、可靠的淡化工藝。兩者相比較差異如下：

（一）預處理工藝

一般來說，低溫多效海水淡化技術只需簡單的預處理，但反滲透膜法海水淡化技術的預處理工藝復雜程度大大提高，通常需要配套絮凝池、層狀澄清池、曝氣浮選、微濾或超濾系統，預處理過程所需的化學品量也大大增加。

常規情況下，低溫多效海水淡化和反滲透膜法海水淡化工藝中均需要使用阻垢劑，但反滲透膜法海水淡化工藝中需要的化學藥劑的種類及用量更大，包括H2SO4、混凝劑和絮凝劑、NaHCl 和Na2SO3等。

（二）能耗

在以制水為單一目的的情況下，較之低溫多效海水淡化技術，反滲透膜法海水淡化的能耗優勢明顯。但在電水聯產的情況下，反滲透膜法海水淡化的能耗優勢較小，且由于反滲透膜的使用壽命有限，后續維護成本較高，也增加了間接能耗。

低溫多效海水淡化技術的直接能耗受各種條件影響，地域區別明顯，需要根據當地情況，進行具體的核算。

（三）產品水水質

低溫多效蒸發采用蒸餾工藝，產品水的TDS 可達到5mg/L,可以滿足絕大多數工業用水需要，再進行脫鹽處理就可作電廠的鍋爐補水水源。反滲透的產品水質TDS 一般在300-500mg/L，可滿足普通工業用水需求，但如作為電廠鍋爐補水，處理成本比低溫多效蒸發工藝較高。

（四）低溫多效海水淡化技術可實現電水聯產和能量的梯級利用

低溫多效海水淡化技術裝置的基本能源是在發電廠容易獲得的低品位蒸汽。

（五）運行維護

與反滲透膜法海水淡化技術水廠相比，低溫多效海水淡化水廠的維護容易，適合于不需人員連續照看、自動化的操作。對操作員的失誤、設備的腐蝕和結垢也不敏感，無風險。

（六）設備運行壽命

與反滲透膜法海水淡化技術水廠相比，低溫多效海水淡化水廠的實際壽命要長得多。海水反滲透膜最好在正常的海水和室溫（35℃以下）下運行，膜通量通常低于15L/m2/h。每列膜組每年約3 次8-10 小時的反沖洗，海水反滲透膜的壽命期通常平均為7-8年。低溫多效海水淡化裝置的在適當的維護下可連續運行25-30 年，這點已被全世界所安裝的裝置所證明。

四、低溫多效海水淡化與反滲透膜法海水淡化經濟成本分析對比

如表1 所示。

表1 低溫多效海水淡化與反滲透膜法海水淡化成本分析(2×1.25 萬噸/天)

五、結論

低溫多效海水淡化與反滲透膜法海水淡化都是目前成熟的淡化工藝，是市場份額最大的技術流派，并且發展速度相當。在沿海電廠，綜合考慮海水的水質、環境條件、能源成本、產品水的用途等因素，結合電水聯產，可選用低溫多效海水淡化技術。