1.方案的选取
尽管浅层地下水(井深50~250 m)的供水量能够满足需求,但其质量堪忧,距离生产工艺要求的标准相去甚远。表一所示,该原水含盐量高达12402.25mg/L,为苦咸水,其处理方法可采纳电渗析法、反渗透法和蒸馏法。在考虑到该等恶劣水质时,如采用电渗析脱盐,其耗电指标介于7.0~18.5kW·h之间,比我国岛屿现有实际运行的反渗透海水淡化工程能耗更为巨大,因此不予采用。此外,低温多效蒸馏淡化虽然适用于该项目,但经初步计算得知针对该苦咸水的设备投资高达19000万元,而单位造水成本则达到了67元/m3,这在同规模的反渗透淡化装置中只需2200万元左右,单位造水成本仅为25元/m3,因而决定选用反渗透处理工艺。
工艺设计
21 预处理系统
由于原来的浊度较高,在室内放置4~24 h后浊度达到40 NTU,这可能是由原有的不稳定离子导致环境改变后还原成胶状物所致。因此,我们设置了集洗、澄清沉淀池以使原始液体与大气充分接触,并进行澄清沉淀。为了消灭微生物,加了次氯酸钠(2mg/L)杀菌,同时防止微生物滋生。过滤系统设立了多介质过滤器和细砂过滤器两级过滤系统,以便控制出流污染指数SDI<3、Fe<0.05mg/L、CODMn<1.5mg/L及p值控制在2-11之間。
预处理后的回冲洗使用已经经过多级过滤且防结垢处理的反渗透浓溶,从而减少自用原料液体,使整个系统具有较高回收率。
22 反渗透系统
由于我们采用的是复合膜,对氯耐受程度只有1000mg/(L·h),而出流通常含余氯0.1~1.0 mg/L,所以需要在出流中加入亚硫酸氢钠(3mg/L)来还原余氯,使游离氯含量< 0.l mg/l 满足反渗透装置进口要求。此外,由于Ca²⁺, SO₄²⁻, Mg²⁺, a²⁺ and Sr²⁺等离子含量较高,在脱盐过程中极易形成难溶组分沉积于膜表面造成性能下降。因此,我们使用六偏磷酸钠作为阻垢剂Flocon260(27mg/L),必要时配合30%盐酸有效防止膜内碳酸钙硫酸钙等各种难溶盐类结垢,并防止铁铝氧化物及其他污染物沉积。
最后,将总容量18000m³/d并联运行数台设备,并考虑到操作压力较高,与海洋或普通饮用制品不同,所以选择65%作为目标回收率既保证了充分利用,又避免对膜损害。这通过二段工艺实现,每段间增加能量回收装备减少整体能耗。在此基础上,我们确定每个压力容器安装6组最优;从投资角度看,每个容器内部安装更多组件可以减少单个容器数量降低总投资;综合考察各方面因素,一级、二段均采用6m长压力容器,即每个压力容器内部安装6组膜片。
完全使用海洋膜时操作成本太大,而第一段苦咸膜第二段海洋膜则提供最佳平衡性。此外,由于能量再生泵效率曲线显示越大的泵越好但同时增加投资弹性也随之增加,最终确定并联三台最佳以维持稳定性与效率平衡,最终得到产出的(mg/l): Ca= 1.20; Mg = 2.70; Na = 70.90; K = 0.00; SO₄²⁻=4.40; Cl^-109.00; HCO₃^-15.30;总固溶物203.60;pH=5.60。此后的调整p值调节至7·43以符合循环需求及减少管道腐蚀风险,再加入液氯防微生物污染,最终产品给用户使用。而单位造取成本仅为¥/m³。