【基金项目】浙江省重点研发计划项目（2021C03172、2018C03034）【作者简介】宋瑞平（1977~），女，河北衡水人，讲师，从事水处理技术
研究。
Design of a Domestic Energy-Saving Reverse Osmosis Seawater
Desalination Project in Cangzhou
宋瑞平1，张建中2，张希建2，何钦雅2，翁晓丹2，陶如钧2
（1.中国农业大学资源与环境学院，北京100193；2.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，杭州311122）
SONG Rui-ping 1,ZHANG Jian-zhong 2,ZHANG Xi-jian 2,HE Qin-ya 2,WENG Xiao-dan 2,TAO Ru-jun 2
(1.College of Resources and Environment,China Agricultural University,Beijing 100193,China;
2.PowerChina Huadong Engineering Corporation Limited,Hangzhou 311122,China)
【摘要】沧州某海水淡化工程采用了国产节能高效的能量回收装置、高压泵等关键设备，同比进口设备总造价下降15%以上，且 工程造水能耗仅为2.98kW ·h/m 3。经过10个月连续运行表明，工艺参数稳定，设备运行正常，产品水符合GB 5749—2006《生活饮用水卫生标准》。工程还通过采用变负荷运行策略，合理利用低谷电价优惠政策，大幅降低电费成本，单位制水成本仅为4.18元/m 3，已达到国内外先进水平。 【Abstract 】A seawater desalination project in Cangzhou adopted domestic energy-saving and efficient energy recovery devices,high-pressure
pumps and other key equipment.Compared with using imported equipment,the total investment cost decreased by more than 15%,and the water production energy consumption of the project is only 2.98kW ·h/m 3.The continuous operation for six months shows that the process parameters are stable,the equipment operates normally,the product water meets GB 5749—2006Standard for Drinking Water Quality .The electricity cost greatly reduce by introducing variable load operation strategyand making use of the peak-valleyelectricity price policy ，and the water production cost is only4.18yuan /m 3,which hasreached thetop level at homeand abroad.
【关键词】国产化；反渗透；海水淡化；能量回收装置；节能高效
【Keywords 】localization;reverseosmosis;seawater desalination;energyrecoverydevice;energysaving and high efficiency 【中图分类号】P747
【文献标志码】A
【文章编号】1007-9467（2022）04-0089-03
法兰轴【DOI 】10.jsysj.2022.04.228
1引言
截至2020年年底，我国已建成海水淡化工程约123个，总规模约1.65×106t/d ，已拥有较强的大型海水淡化工程设计与建设能力，具备规模化发展的产业基础[1]。成本和投资费用过高一直被视为海水淡化难以在国内大规模推广使用的主要问题。本文介绍了沧州某海水淡化工程的工艺设计、设备配置以及运行情况，以期为类似工程提供参考。
2工程概况
沧州某海水淡化工程位于河北省沧州市渤海新区中捷产
业园，占地总面积约为11.62hm 2
（174.29亩），按远期总产水
1×105m 3/d 规模征地，一期一阶段产水规模为2.5×104m 3/d 。公司与上下游企业形成了可持续发展的良性产业链，淡化水直供石化园区，浓盐水供给中捷盐场晒盐。
3工艺流程
沧州某海水淡化工程工艺流程如图1所示，分为海水取水、海水预处理、一级反渗透海水淡化、二级反渗透脱硼和产水后处理五大部分。
4工程设计
4.1海水取水
采用岸边取水方式，建半地下式取水泵房1座，取水泵房按5×104m 3/d 海水淡化规模设计，一阶段先安装3台立式轴流泵流量Q =1500m 3/h ，扬程H =15m ，电机功率P =132kW ，材质为双相钢SS2205。为防止取水管道藻类和贝类的滋生堵塞
管
89
道，采取次氯酸钠间歇式投药。
FeCl 3PAM
海水
格栅
取水泵电脑针织机
絮凝反应池
斜管沉淀池阻垢剂
NaHSO 3
无阀滤池
Y
保安滤器
压力式砂滤器
海水增压泵
海水清水池
Y
浓海水
能量回收装置
压力提升泵
一级海水反渗透
一级产水池
Y
高压泵
CO 2碳酸钙后矿化池二级淡水反渗透装置
淡水增压泵
成品水池
NaClO 成品水供水泵供水管网
图1海水淡化工艺流程图路轨两用消防车
4.2海水预处理
4.2.1絮凝反应斜管沉淀池
设置1座絮凝反应斜管沉淀池，单座设计海水处理量2900m 3/h ，分2格。总絮凝时间20min ，每组反
应池分为3段。沉淀池设计清水区上升流速约2.1mm/s ，斜板沉淀池平面尺寸为L ×B （长×宽）=12.20m ×13.05m ，池高H =7.0m ，表面负荷6.5m 3/（m 2·h ）。经过处理后，产水浊度控制在5FTU 以下。4.2.2无阀滤池
设置2座无阀滤池，单座设计海水处理量1450m 3/h ，每座无阀滤池由4个无阀滤池组成。每个无阀滤池外形尺寸为10.5m ×5.5m ，内部为双室结构，填装ϕ0.6~ϕ1.2mm 石英砂滤料，滤料厚度为700mm ，单室过滤面积为4.7m ×4.7m ，设计滤速7.3m/h ，每套无阀滤池出水量约390m 3/h ，产水浊度控制在1FTU 以下，出水利用高位差直接流入海水清水池。4.2.3压力式砂滤器
配置44台ϕ3200mm 压力式砂滤器，每台设计产水量60m 3/h ，设计流速7.5m/h 。每台滤器配置流量计，进出水压力仪表和手动、气动调节阀门，滤器内填装不同级配的石英砂。出水淤泥密度指数（SDI 值）控制在5以下，达到反渗透膜元件进水水质要求。
4.3一级反渗透海水淡化系统
4.3.1海水反渗透膜装置（SWRO ）
一期一阶段25000m 3/d 海水淡化系统分成5套海水反渗透膜装置，每套装置产水5000m 3/d 。经反渗透专用软件计算，反渗透膜采用一段排列，每套装置配置64根7芯8寸（26.67cm ）玻璃钢压力膜壳，488根海水反渗透膜元件，单支膜元件稳定脱盐率达99.75%。4.3.2
SWRO 高压给水系统
高压泵选用5台国产的多级离心泵进水量Q =220m 3/h ，扬程H =600m ，电机功率P =545kW ，效率为80%，材质为2507SS ，变频驱动。能量回收装置选用压力交换式能量交换
器，其中，3套选择国产IPX-66能量回收装置，每5台IPX-66组成一套能量回收装置，能量回收效率为90%~95%，材质为
超级双相不锈钢和高分子复合材料。压力提升泵选用5台国产的卧式离心泵Q =310m 3/h ，H =38m ，P =55kW ，材质双相钢
2507，变频驱动。
4.4二级反渗透脱硼系统
为了确保淡化水硼离子小于0.5mg/L ，同时最大程度上降低投资和运行成本，本工程将一级海水反渗透装置设计成双端产水，对后端产水（约50%）进行二级反渗透脱硼处理后，与一级前端产水进行勾兑。4.4.1二级反渗透膜装置（BWRO ）
二级反渗透装置共分成2套，每套装置产水量为280m 3/h 。经计算，每套淡水反渗透装置配置32根7
芯膜壳，294根反渗透膜元件，采用2∶1排列。为提高反渗透膜脱硼效果，二级反渗透膜装置进水前投加NaOH ，调节二级进水pH 值约为10.5。4.4.2BWRO 高压泵关闭起重装置
在25℃时，
BWRO 反渗透装置进水量为300m 3/h ，操作压力约为0.8~1.5MPa 。选用2台多级离心泵Q =300m 3/h ，H =150m ，P =185kW ，变频驱动。
4.5产水后处理及供水
4.5.1淡化水后处理
采用溶解矿物质法，设计后矿化池1座，外形尺寸为7m ×20m ，处理水量25000m 3/d ，内部装有5个石灰石池，每个石灰石池有效面积20m 2。经过后处理调质，反渗透产水pH 值提高到7.5±0.3，硬度提高到（80±10）mg/L [2]。4.5.2供水系统
设置3台（2开1备）供水泵，采用单级离心泵Q =420m 3/h ，H =20m ，P =37kW ，材质为316L 不锈钢，变频驱动。在水泵出口投加次氯酸钠杀菌剂。
90弯曲刚度
5设计特点
1）本工程采用国产IPX 外驱动转子式能量回收装置，经现场检测能量回收效率达94.89%，同比进口产品能量回收效率提高2.36%，实现了国产能量回收装置在大型海水淡化工程中的示范应用。
2）本工程采用双端产水高效脱硼工艺，一级反渗透装置采用双端产水，前段产水直接进后处理系统，后端产水经过二级反渗透处理后进入后处理系统。与常规工艺相比，双端产水脱硼工艺可以减少二级系统处理规模约50%，减少二级系统建设投资成本50%，
减少二级系统运行成本约40%[3]。0.472mg/L 产
水0.108mg/L,45%
硼含量
玻璃毛细管
19.1mg/L ，5%
浓淡水硼含量二级淡水脱硼，pH10.5
二级进水
0.8mg/L ，50%前段产水
2.0mg/L,50%
后段产水
硼含量7.10mg/L 浓海水
一级海水淡化
海水
硼含量
4.48mg/L
图2反渗透双端产水脱硼工艺示意
3）本工程采用变负荷运行策略，智能控制系统可根据当日供水需求表进行供水规划，合理利用峰谷电电价不同，在保障供水安全情况下，最大程度上节省电费成本。工程最大供水能力为25000m 3
/d ，实际供水量约15000m 3
/d ，实际运行中，
尖峰和高峰电价时段设备尽量停运，平段电价时间设备尽量处于低负荷运行，低谷电价时段设备满负荷运行。通过合理利用低谷电价优惠政策，节省电费约20%。
6工程效益分析
6.1运行效果
工程于2021年3月1日开始为中捷石化园区连续供水，经过10个月的连续运行表明，设备运行稳定，系统参数正常，自动化程度高。经测算，工程本体制水能耗2.30kW ·h/m 3，总制水能耗为2.98kW ·h/m 3，海水反渗透膜系统脱盐率达99.4%以上，二级淡水反渗透膜系统脱盐率达97%以上，成品水符合GB 5749－2006《生活饮用水标准》的要求。系统运行参数详见表1。
6.2经济性分析
能量回收装置、高压泵是海水淡化关键设备，约占设备总投资的30%。本工程能量回收装置、高压泵由于采用国产化节
能高效设备，造价仅为进口同类设备的50%，使设备总投资下降15%以上。按海水淡化供水量15000m 3/d 计算，海水淡化综合制水成本为4.18元/吨水，其中设备折旧1.5元/吨水，占总成本的35.9%。
表1
系统运行参数
参数数值参数
数值
海水温度/℃17~19
二级进水流量/（m 3·h -1）2×300
海水pH 值7.97~8.32二级产水流量/（m 3·h -1）2×280产品水pH （调质前） 6.5~6.8海水TDS/（mg ·L -1）31141.5
产品水pH （调质后）7.5一级前端淡水TDS/（mg ·L -1）81.45一级产水流量/（m 3·h -1）5×210一级后端淡水TDS/（mg ·L -1）311.50浓海水流量/（m 3·h -1）
5×315
二级淡水TDS/（mg ·L -1）
9.12
7结论与建议
通过对沧州某海水淡化工程10个月连续运行表明，在渤海低温低浊度海域，采用“混凝澄清+无阀滤池+压力式砂滤器+一级海水反渗透+二级反渗透脱硼+后处理”工艺是十分合适的，也是经济可靠的。
该工程采用国产节能高效的能量回收装置、高压泵等关键设备，售价仅为进口同类设备的50%，设备造价同比下降15%以上，且工程总制水能耗2.98kW ·h/m 3，综合制水成本仅为4.18元/t ，达到国内外先进水平。
该工程通过采用变负荷运行策略，合理利用低谷电价优惠政策，节省电费约20%。建议有闲置产能的海水淡化厂，可以充分利用
峰谷电和变负荷运行策略，从而部分弥补设备闲置造成的折旧损失。
【参考文献】
[1]发改环资〔2021〕711号.海水淡化利用发展行动计划（2021—2025年）[Z].
[2]毛加，张建中，张希建，等.溶解矿物质贝壳填料在海水淡化后矿化水处理中的应用研究[J].水处理技术,2016,1(1):128-131.
[3]翁晓丹，张希建，张建中，等.大型反渗透海水淡化系统双端产水脱硼工艺研究[J].中国给水排水,2020,36(7):26-31.
【收稿日期】2022-02-14
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