反渗透海水淡化能量回收技术的发展及应用

第26卷第16期2010年8月中国给水排水ＣＨＩＮＡＷＡＴＥＲ＆ＷＡＳＴＥＷＡＴＥＲＶｏｌ.26Ｎｏ.16Ａｕｇ.2010反渗透海水淡化能量回收技术的发展及应用潘献辉1,王生辉1,杨守志2,葛云红1,王晓楠1(1.国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所,天津300192;2.石家庄海阔捷能科技有限公司,河北石家庄050031)摘要:能量回收是反渗透海水淡化的关键技术之一,也是近20年促使反渗透海水淡化产水成本大幅下降的主要原因之一。综合介绍了反渗透海水淡化系统中的主要能量回收技术,并对相应的能量回收装置原理、性能以及在国内外海水淡化工程中的应用等进行了综述和比较。关键词:能量回收;功交换;压力交换;海水淡化;反渗透中图分类号:Ｐ747文献标识码:Ｂ文章编号:1000-4602(2010)16-0016-04ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄＵｓｅｏｆＥｎｅｒｇｙＲｅｃｏｖｅｒｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎＲＯＳｅａｗａｔｅｒＤｅｓａｌｉｎａｔｉｏｎＰＡＮＸｉａｎ-ｈｕｉ1,ＷＡＮＧＳｈｅｎｇ-ｈｕｉ1,ＹＡＮＧＳｈｏｕ-ｚｈｉ2,ＧＥＹｕｎ-ｈｏｎｇ1,ＷＡＮＧＸｉａｏ-ｎａｎ1(1.ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｅａｗａｔｅｒＤｅｓａｌｉｎａｔｉｏｎａｎｄＭｕｌｔｉｐｕｒｐｏｓｅＵｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ,ＳＯＡ<Ｔｉａｎｊｉｎ>,Ｔｉａｎｊｉｎ300192,Ｃｈｉｎａ;2.ＳｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇＨａｉｋｕｏｊｉｅｎｅｎｇＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏ.Ｌｔｄ.,Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ050031,Ｃｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｅｎｅｒｇｙｒｅｃｏｖｅｒｙｉｓｏｎｅｏｆｃｒｉｔｉｃａｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｆｏｒｓｅａｗａｔｅｒｒｅｖｅｒｓｅｏｓｍｏｓｉｓ(ＳＷＲＯ)ｄｅｓａｌｉｎａｔｉｏｎ,ａｎｄｉｓａｌｓｏｏｎｅｏｆｐｒｉｎｃｉｐａｌｒｅａｓｏｎｓｆｏｒｄｅｃｒｅａｓｅｉｎｃｏｓｔｏｆｗａｔｅｒｐｒｏｄｕｃｅｄｂｙＳＷＲＯｉｎｒｅ-ｃｅｎｔ20ｙｅａｒｓ.ＭａｉｎｅｎｅｒｇｙｒｅｃｏｖｅｒｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｕｓｅｄｉｎＳＷＲＯｄｅｓａｌｉｎａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ.Ｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅ,ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｅｎｅｒｇｙｒｅｃｏｖｅｒｙｅｑｕｉｐｍｅｎｔｉｎｓｅａｗａｔｅｒｄｅｓａｌｉｎａ-ｔｉｏｎｐｒｏｊｅｃｔｓｉｎｈｏｍｅａｎｄａｂｒｏａｄａｒｅｃｏｍｐａｒｅｄ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｅｎｅｒｇｙｒｅｃｏｖｅｒｙ;ｗｏｒｋｅｘｃｈａｎｇｅ;ｐｒｅｓｓｕｒｅｅｘｃｈａｎｇｅ;ｓｅａｗａｔｅｒｄｅｓａｌｉｎａｔｉｏｎ;ｒｅｖｅｒｓｅｏｓｍｏｓｉｓ基金项目:中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目(Ｋ-ＪＢＹＷＦ-2007-Ｔ01)海水淡化技术发展的一个重要目标是降低运行成本,在运行成本的构成中能耗所占的比重最大,降低能耗是降低海水淡化成本最有效的手段。反渗透海水淡化(ＳＷＲＯ)是目前海水淡化的主流技术之一,反渗透海水淡化过程需消耗大量电能提升进水压力以克服水的渗透压,反渗透膜排出的浓水余压高达5.5～6.5ＭＰａ,按照40%的回收率计算,排放的浓盐水中还蕴含约60%的进料水压力能量,将这一部分能量回收变成进水能量可大幅降低反渗透海水淡化的能耗,而这一目标的实现有赖于能量回收技术的利用。通过能量回收装置的应用大幅降低了淡化水的生产成本,促进了反渗透淡化技术的推广和应用,并使之成为最具竞争力和发展速度最快的海水淡化技术。因此,能量回收与反渗透膜和高压泵并列成为反渗透海水淡化系统中的三大关键技术。·16·ｗｗｗ.ｗａｔｅｒｇａｓｈｅａｔ.ｃｏｍ潘献辉,等:反渗透海水淡化能量回收技术的发展及应用第26卷第16期1国外ＳＷＲＯ能量回收技术的发展20世纪70年代,随着反渗透技术开始用于海水/苦咸水的淡化,各种形式的能量回收装置也相继出现。能量回收装置总体上分为两类,即水力透平式和功交换式。1.1水力透平式能量回收装置最早的能量回收装置是水力透平式,瑞士Ｃａｌ-ｄｅｒ.ＡＧ公司的ＰｅｌｔｏｎＷｈｅｅｌ透平机和ＰｕｍｐＧｉｎａｒｄ公司的Ｆｒａｎｃｉｓ透平机,效率一般为50%～70%。其原理是利用浓盐水驱动涡轮转动,通过轴与泵和电机相连,将能量输送至进料原海水,过程需要经过“水压能※机械能※水压能”两步转换[1]。水力透平机与高压给水泵电机同轴连接,一般是高压给水泵双出轴两侧分置电机和透平机,也可以是电机双出轴两侧分置水泵和透平机。透平机作电机的第二驱动助推电机,通过减小电机转矩,降低电机动力消耗。在上述基础上经过改进出现了一些独特的设计,其中最具代表性的有丹麦Ｇｒｕｎｄｆｏｓ公司生产的ＢＭＥＴ透平直驱泵和美国ＰＥＩ公司生产的Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ