1 背景 

地球上水體總量約為13．6×1012rn³，海(hai)(hai)水(shui)約占(zhan)97．2％。在2．8％的(de)(de)淡(dan)(dan)水(shui)中(zhong)，僅有0．23％可以被人類生命活動所利用(yong)。隨(sui)著(zhu)世界各國經濟高速(su)發(fa)展(zhan)和(he)人口的(de)(de)迅速(su)增長與集中(zhong)，對淡(dan)(dan)水(shui)的(de)(de)需(xu)求也日益增加，海(hai)(hai)水(shui)淡(dan)(dan)化(hua)作為未來(lai)沿海(hai)(hai)淡(dan)(dan)水(shui)資(zi)源開發(fa)的(de)(de)首選，將成(cheng)為沿海(hai)(hai)地區解(jie)決(jue)供水(shui)不足的(de)(de)重要途徑之一(yi)[1]。膜(mo)法與其他海(hai)(hai)水(shui)淡(dan)(dan)化(hua)方法相比，具有投(tou)資(zi)少、能耗低、淡(dan)(dan)化(hua)成(cheng)本低、建(jian)設(she)周(zhou)期短等優(you)點，可用(yong)于各種濃度的(de)(de)海(hai)(hai)水(shui)淡(dan)(dan)化(hua)和(he)建(jian)造不同規模的(de)(de)海(hai)(hai)水(shui)淡(dan)(dan)化(hua)工程。隨(sui)著(zhu)膜(mo)技(ji)術的(de)(de)不斷發(fa)展(zhan)，采用(yong)膜(mo)法進(jin)行海(hai)(hai)水(shui)淡(dan)(dan)化(hua)的(de)(de)投(tou)資(zi)和(he)運行成(cheng)本將不斷下(xia)降。

Ashkelon海水反滲(shen)透(tou)廠(chang)(chang)建成(cheng)于(yu)2005年，是當時(shi)世(shi)界最(zui)大的(de)(de)采用膜技術進行海水淡(dan)化的(de)(de)工廠(chang)(chang)，目前該廠(chang)(chang)可提(ti)供(gong)飲用水量為33×104m3／d。該項目作為以色列2000年啟動的(de)(de)海水淡(dan)化規劃的(de)(de)一部分，旨(zhi)在解決該國長期(qi)存在的(de)(de)供(gong)水問(wen)題(ti)。

Ashkelon海水(shui)淡化廠位于以(yi)色(se)列南(nan)部地區，每年(nian)為南(nan)部城(cheng)市提供1×108m3的飲(yin)用(yong)水(shui)，相(xiang)當于以(yi)色(se)列生活用(yong)水(shui)總(zong)量的15％。

Ashkelon海(hai)(hai)水淡(dan)化廠由VID海(hai)(hai)水淡(dan)化有限公司(si)運營(ying)，該公司(si)是(shi)由威立雅水務及其(qi)以(yi)色列(lie)合伙人(IDE技術(shu)有限公司(si)和(he)Elran基礎設施有限公司(si))組成的合資(zi)公司(si)。25年的運營(ying)協議期滿之后，海(hai)(hai)水淡(dan)化廠將移交給以(yi)色列(lie)政府。該項目(mu)造價近2．12億美元，資(zi)金來(lai)源(yuan)包括入股和(he)貸(dai)款(kuan)兩部分(fen)。

海水(shui)(shui)淡化(hua)廠(chang)包括膜海水(shui)(shui)淡化(hua)單元(yuan)和海水(shui)(shui)提升(sheng)、濃鹽水(shui)(shui)排放、原水(shui)(shui)預處理和產(chan)水(shui)(shui)后處理等設施，此外還(huan)建有一個專門的聯合循環燃(ran)氣(qi)輪機(聯合發電)發電廠(chang)，提供(gong)80 MW的電力，其中56 MW供(gong)海水(shui)(shui)淡化(hua)處理使用(yong)。

先進的(de)(de)反滲透技術和一流的(de)(de)能量(liang)回收系統的(de)(de)應用，降低(di)了(le)Ashkelon海(hai)水(shui)淡化廠的(de)(de)運營成(cheng)本，其噸水(shui)處(chu)理成(cheng)本為(wei)0．53美元／m3，為(wei)同類工藝噸水(shui)成(cheng)本最低(di)。

2 工藝設計

運(yun)行(xing)(xing)的(de)連續(xu)性(xing)(xing)和(he)(he)可靠性(xing)(xing)是(shi)工藝設(she)計(ji)的(de)重點。由(you)于該廠設(she)計(ji)的(de)飲用(yong)(yong)水(shui)(shui)(shui)生產能力(li)是(shi)設(she)想中的(de)兩(liang)倍，因此(ci)該廠差不多(duo)(duo)由(you)兩(liang)個(ge)獨(du)(du)立(li)的(de)部分組成(cheng)，每部分提供165000 m3／d的(de)飲用(yong)(yong)水(shui)(shui)(shui)。這兩(liang)部分共用(yong)(yong)海(hai)水(shui)(shui)(shui)取水(shui)(shui)(shui)系統、海(hai)水(shui)(shui)(shui)提升泵(beng)站(zhan)和(he)(he)最終的(de)后(hou)處(chu)(chu)理(li)(再(zai)礦(kuang)化和(he)(he)消毒)設(she)施，這些設(she)施和(he)(he)泵(beng)站(zhan)都具備足夠的(de)能力(li)以(yi)確保(bao)各部分獨(du)(du)立(li)運(yun)行(xing)(xing)。整個(ge)海(hai)水(shui)(shui)(shui)淡化系統平穩的(de)運(yun)行(xing)(xing)和(he)(he)產水(shui)(shui)(shui)水(shui)(shui)(shui)質是(shi)由(you)眾多(duo)(duo)因素所保(bao)證的(de)，包括海(hai)水(shui)(shui)(shui)取水(shui)(shui)(shui)、海(hai)水(shui)(shui)(shui)預處(chu)(chu)理(li)和(he)(he)后(hou)處(chu)(chu)理(li)、連續(xu)的(de)監控、基于多(duo)(duo)年經驗的(de)工藝優化以(yi)及(ji)有效的(de)系統維護。

Ashkelon海(hai)水(shui)淡化項目的處理工藝包括5個主要部(bu)分，工藝流程(cheng)如圖1所示。

2．1海岸取水設施

考慮到工廠(chang)選址的(de)(de)限(xian)制和處理(li)量(liang)的(de)(de)規模效應，選用(yong)了敞開、浸沒(mei)式的(de)(de)取(qu)水(shui)裝置，包括(kuo)3條平行(xing)的(de)(de)高(gao)密度聚(ju)乙烯管道(管徑(jing)為(wei)DN1 600，長(chang)度為(wei)1 km)，以及為(wei)了保(bao)證安全取(qu)水(shui)的(de)(de)特(te)殊構造。聚(ju)乙烯管道便于清潔，對海洋(yang)生物的(de)(de)生長(chang)具有一定(ding)的(de)(de)抑制作用(yong)。

2．2海(hai)水(shui)取水(shui)與(yu)預處(chu)理(li)

進水(shui)泵(beng)站配有(you)5臺流量為(wei)(wei)35000m3／h的立式(shi)泵(beng)，通(tong)過(guo)兩根管線(xian)(xian)將海(hai)水(shui)送(song)到預(yu)處(chu)(chu)理(li)設施，每根管線(xian)(xian)對應著20個雙層濾(lv)料重力(li)濾(lv)池。過(guo)濾(lv)前(qian)添加(jia)化(hua)學(xue)藥劑，并通(tong)過(guo)靜(jing)態(tai)混合(he)(he)器混合(he)(he)。在(zai)預(yu)處(chu)(chu)理(li)階(jie)(jie)段(duan)采用硫酸亞鐵作(zuo)為(wei)(wei)混凝劑、硫酸作(zuo)為(wei)(wei)pH調節(jie)劑，以便在(zai)預(yu)處(chu)(chu)理(li)階(jie)(jie)段(duan)有(you)效(xiao)地(di)降低(di)SDI值。此外，還安裝(zhuang)有(you)其他化(hua)學(xue)藥劑投加(jia)設備(沖擊加(jia)氯、聚合(he)(he)物)以便在(zai)海(hai)水(shui)水(shui)質惡化(hua)時使用。

化學(xue)處理系統(tong)可以(yi)(yi)根據流速進行(xing)實時調節(jie)，并有適當冗余以(yi)(yi)確保(bao)系統(tong)的(de)(de)有效性(xing)。重力濾(lv)(lv)池通(tong)過石英砂(sha)和無煙煤介質實現過濾(lv)(lv)，濾(lv)(lv)速為(wei)8 m／h。這種(zhong)慢(man)濾(lv)(lv)速、長(chang)停留時間以(yi)(yi)及避免形(xing)成短流的(de)(de)配(pei)水和集水系統(tong)保(bao)證了過濾(lv)(lv)的(de)(de)高效率。即使(shi)在暴雨(yu)的(de)(de)濁度情況下，用這種(zhong)方式過濾(lv)(lv)的(de)(de)海水也(ye)滿足后續處理的(de)(de)要求(qiu)。這些濾(lv)(lv)池每兩(liang)天自動反沖洗一次。

微孔過(guo)濾器構成(cheng)第(di)二(er)級過(guo)濾，也是膜(mo)處理之(zhi)前的最后一道安全屏(ping)障(zhang)。

2．3高壓泵和能量(liang)回收系統

反滲透系統所需的(de)進水壓力為(wei)7 MPa，是最為(wei)耗能(neng)的(de)一個部(bu)分(fen)，因此任(ren)何可(ke)以(yi)(yi)減少(shao)能(neng)耗的(de)措施都可(ke)以(yi)(yi)優化產水的(de)成本。ERD(能(neng)量回收裝(zhuang)置)的(de)引入為(wei)降低能(neng)耗提供了(le)可(ke)能(neng)。

在工(gong)廠設計(ji)初期，ERD裝置(zhi)就被引入處理系統，該裝置(zhi)對排(pai)放(fang)濃水(shui)(shui)中(zhong)機械能的回收率可(ke)達(da)96％。ERD裝置(zhi)大大降(jiang)低了噸(dun)水(shui)(shui)能耗(hao)，同傳統工(gong)藝相比(bi)，噸(dun)水(shui)(shui)能耗(hao)可(ke)降(jiang)低35％左右(you)。

2．4反滲透

過(guo)濾后的海水經過(guo)高壓(ya)泵(beng)流向反滲透設備，這些(xie)設備與先進的雙工作交換能量回收(DWEER)設施聯系(xi)在(zai)一起。高壓(ya)泵(beng)和能量回收設備可(ke)以(yi)各自(zi)獨立運行，這有助(zhu)于提高系(xi)統的靈活性和效率。

海水淡化設施由四階(jie)段系統(tong)組成(cheng)，這種設計是在考慮到出水水質的情況下采用(yong)的(氯(lv)化物＜20mg／L，硼＜0．4 mg／L)。

①第一階段(duan)(duan)是傳統的(de)海水反滲(shen)透(tou)系統，回收率約為45％。部分(fen)滲(shen)透(tou)水來(lai)自壓力容(rong)器的(de)進水側(前端透(tou)過水)。這部分(fen)水的(de)鹽濃度(du)(尤其(qi)是硼(peng)的(de)濃度(du))低于整(zheng)個滲(shen)透(tou)水的(de)濃度(du)，可以(yi)直(zhi)接(jie)與其(qi)他階段(duan)(duan)的(de)滲(shen)透(tou)水混合。

②經過(guo)第一階(jie)(jie)(jie)段處理后的(de)滲透(tou)水進入第二階(jie)(jie)(jie)段，采用(yong)高pH值(zhi)，提高膜(mo)對硼的(de)去除率，此(ci)階(jie)(jie)(jie)段的(de)回收率為(wei)85％，在這個(ge)階(jie)(jie)(jie)段處理的(de)滲透(tou)水成(cheng)為(wei)最終水的(de)一部分。

③經過(guo)第(di)二階段處理后(hou)的濃(nong)(nong)鹽(yan)水(shui)進(jin)(jin)入第(di)三處理階段，主要(yao)是(shi)對(dui)第(di)二階段處理的濃(nong)(nong)鹽(yan)水(shui)進(jin)(jin)行軟(ruan)化，在低pH值下回(hui)收率(lv)為85％。由于(yu)處于(yu)酸化環(huan)境，因此在高回(hui)收率(lv)和高濃(nong)(nong)度時(shi)也不(bu)必擔心膜表面上會結垢。但(dan)是(shi)由于(yu)pH值低，硼(peng)去除率(lv)很(hen)低，部分硼(peng)會隨滲透水(shui)進(jin)(jin)入下一階段。因此在這(zhe)個階段形成的滲透水(shui)還不(bu)能被視作成品水(shui)，而(er)必須經過(guo)第(di)四階段的處理。

④第(di)四階(jie)段(duan)(duan)的(de)回(hui)收率達到(dao)90％。在這(zhe)個階(jie)段(duan)(duan)采用高pH值(zhi)，以(yi)便(bian)去除濃水中(zhong)的(de)硼。經過第(di)四階(jie)段(duan)(duan)處理后的(de)水可以(yi)與成(cheng)品(pin)水混合。

在“標準”的(de)兩階段(duan)(duan)法海水處理中，第二(er)階段(duan)(duan)產(chan)生(sheng)的(de)濃水直接(jie)進(jin)(jin)入(ru)第一階段(duan)(duan)的(de)進(jin)(jin)水，由于濃鹽水的(de)硼濃度太高，因此(ci)這種方法未被采(cai)納。

在設(she)計階段還考慮(lv)過(guo)其他方(fang)案，其中有將濃鹽(yan)水直接排放或使用硼選擇(ze)性(xing)離子交換劑等。制水成本是確定最佳工藝和設(she)計的一(yi)個(ge)主要考慮(lv)因素。

海水(shui)淡化設施由第(di)(di)一階(jie)段的32個(ge)反滲透(tou)裝置、第(di)(di)二階(jie)段的8個(ge)裝置、第(di)(di)三階(jie)段的2個(ge)裝置和第(di)(di)四(si)階(jie)段的2個(ge)裝置組成。該設施共采(cai)用25600支海水(shui)膜(mo)和15100支苦咸水(shui)膜(mo)。最(zui)終采(cai)用了DOW(陶氏(shi))公司的Filmtec膜(mo)用于(yu)反滲透(tou)處理。

反滲透膜走廊如圖2所示。

2．5后處理

經過(guo)多個階段(duan)反滲透系(xi)統的(de)處理(li)，從硼和氯化物含量(liang)的(de)角度(du)來看，出(chu)水(shui)(shui)水(shui)(shui)質已經符合要求，而采用(yong)石灰(hui)進行的(de)后處理(li)主要用(yong)于在(zai)將出(chu)水(shui)(shui)送(song)入國(guo)家供水(shui)(shui)系(xi)統之(zhi)前使之(zhi)礦化。這(zhe)個礦化過(guo)程(cheng)以(yi)(yi)及堿度(du)、硬度(du)和pH值(zhi)的(de)調節過(guo)程(cheng)對于滿足飲用(yong)水(shui)(shui)質標(biao)準(zhun)是必不可少(shao)的(de)，可以(yi)(yi)有效(xiao)防止供水(shui)(shui)管(guan)網(wang)的(de)腐蝕。

3 主要創新技術和運(yun)營經驗(yan)

傳(chuan)統的(de)反滲透(tou)(tou)設備主要由(you)高壓泵(beng)、能量回(hui)收輪(lun)機和(he)膜(mo)構(gou)成(cheng)，并不適(shi)合大規模的(de)反滲透(tou)(tou)處理(li)廠。改(gai)進的(de)辦法(fa)之一是從本地(di)模式轉換(huan)成(cheng)中央模式，采用集中泵(beng)輸送海水到高壓系統比傳(chuan)統方法(fa)更(geng)經濟(ji)實惠，能量回(hui)收也同樣(yang)如(ru)此(ci)。

海(hai)水(shui)的(de)供(gong)應通(tong)過建造于海(hai)床的(de)3條管線向海(hai)水(shui)淡化(hua)廠輸送，經過雙(shuang)層(ceng)濾料濾池的(de)預處(chu)理后，海(hai)水(shui)被送入32組反滲透(tou)單元，每個單元具有10000 m3／d的(de)生(sheng)產(chan)能力(li)。

除了去除總鹽度，反滲透系統還去除了細菌、病毒和硼，可以獲得良好的產水水質，具體數據如表1所示。

構(gou)成海水淡化廠的(de)(de)(de)兩個(ge)(ge)(ge)部分中(zhong)(zhong)每個(ge)(ge)(ge)都配有3個(ge)(ge)(ge)高(gao)壓(ya)泵(beng)(beng)(beng)，組(zu)成1個(ge)(ge)(ge)泵(beng)(beng)(beng)送中(zhong)(zhong)心，將海水通過(guo)共(gong)用管(guan)線送往各(ge)(ge)個(ge)(ge)(ge)反(fan)(fan)滲(shen)透(tou)裝置(zhi)，另有1臺泵(beng)(beng)(beng)作為備用。40個(ge)(ge)(ge)DWEER裝置(zhi)構(gou)成一個(ge)(ge)(ge)能(neng)量(liang)回(hui)收中(zhong)(zhong)心，該中(zhong)(zhong)心收集(ji)來(lai)自各(ge)(ge)個(ge)(ge)(ge)反(fan)(fan)滲(shen)透(tou)裝置(zhi)的(de)(de)(de)加壓(ya)濃鹽水，將能(neng)量(liang)傳輸給海水，并(bing)通過(guo)共(gong)用進水管(guan)泵(beng)(beng)(beng)送至各(ge)(ge)個(ge)(ge)(ge)反(fan)(fan)滲(shen)透(tou)裝置(zhi)。這種方法有助于提高(gao)各(ge)(ge)個(ge)(ge)(ge)系統的(de)(de)(de)效(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)。泵(beng)(beng)(beng)的(de)(de)(de)效(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)是速(su)度和(he)流(liu)量(liang)的(de)(de)(de)函數，效(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)高(gao)的(de)(de)(de)泵(beng)(beng)(beng)轉速(su)和(he)流(liu)量(liang)都很高(gao)。Ashkelon高(gao)壓(ya)泵(beng)(beng)(beng)達到了最(zui)(zui)大限度的(de)(de)(de)泵(beng)(beng)(beng)效(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)(最(zui)(zui)佳工況時達到88．5％)。40個(ge)(ge)(ge)DWEER構(gou)成能(neng)量(liang)回(hui)收中(zhong)(zhong)心，分成10組(zu)，每組(zu)4個(ge)(ge)(ge)，其(qi)中(zhong)(zhong)一組(zu)備用。這樣便(bian)于在較(jiao)大范圍(wei)內進行能(neng)量(liang)回(hui)收，并(bing)提高(gao)系統的(de)(de)(de)效(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)和(he)靈活性。

由于Ashkelon項目的(de)規模效應，以(yi)及近年來反滲透膜價格的(de)降(jiang)低、ERD系統(tong)對能量(liang)有(you)效的(de)回收和運(yun)營(ying)者對運(yun)營(ying)成本的(de)合理控制(zhi)，本項目的(de)噸水成本被控制(zhi)在(zai)較低的(de)水平，約為0，53美元(yuan)／m3。

參考文獻：

[1]  陳觀文(wen)，徐平．分離膜應用與工程案(an)例[M]．北京：國防工業出版社，2007．

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