1、2003年9月中國膜科學號技術報吿會論文第Sept. 2003高回收率反滲透-納濾海水淡化成本(1國家海洋局杭州水處理技術開發屮心，杭州310()12; 2杭州市信達投資咨詢公司，杭州310012)摘 要：采用文狀8提出的代表性費用概念,在相同淡水產童(8.95nF/d)條件下，討論了 反滲透-納激海水淡化工藝的產水成本，并與傳統一級反滲透海水淡化工藝的產水成本進行 了比較.研究結果表明：新工藝(回收率60%)的總設備直接投資費分別比回收率為20%和 40%時的傳統工藝下降20.06%和6.27%.其中，預處理設備投資費分別下降43.41%和 19%;操作孌用中的能源樣分別下降13.33%和7

2、.14%.關鍵詞：高回收率；海水淡化；反滲透-納濾；成本中圖分類號：TQ028.8文獻標識碼：A2003年9月中國膜科學號技術報吿會論文第Sept. 20032003年9月中國膜科學號技術報吿會論文第Sept. 20031994-2013 China Academic Journal Electronic Publishine House. All riehts reserved.1前言決定反滲透水處理成本的關鍵因素是反滲透系 統投資成本和操作費用，對反滲透系統在海水到超 純水范圍內的應用投資成本已有許多良好的分 析T.Rederick介紹種針對確定的反滲透應 用不需要借助丁 業規模設備報價就

3、可以精確地評估 該應用在經濟上的可行性.即對每一應用領域確定 反滲透的枚資成本和操作費用的合理平均值或代表 性費用值，用于修正給定應用的成木費用該評估方 法在大型(380190 000 rr?/d)反滲透梅水談化成 本的評估中廣泛應用小于(0.02-380 n?/d)反滲 透海水淡化裝置的設備費用變化大，比例因子n采 用0.5代替大型裝置的0.95進行系統尺寸修正后, 設備費用與裝置容星間的相關性很好,相關系數 0.97.在反滲透脫鹽中,用于海水淡化的膜組件價格 只略髙丁苦咸水脫鹽的膜組件，但是，海水淡化的噸 水成本明顯髙于苦咸水脫鹽究其原因有以下幾點： 是海水提取設備的成本髙，需采用耐海水腐

4、蝕的 貴重合金鋼;是回收率低，預處理量大，設備費用 髙.在一般情況下，膜組件費用只占反滲透海水淡化 總成本的6%8%.對設備投資費和操作費用影響 最大的過程參數是產水回收率設備的進水量與設 計的回收率成反比，包括取水系統的大小和料液泵 的動力消耗，預處理貯罐、增壓泵、過濾設備和化學 品投加設備的大小，同樣也包鈣進料配管和濃縮液 外排設備的大小.因此，回收率肯接影響整個過程設 備的大小和費用，及取、排水的動力消耗.高回收率反滲透海水淡化新工藝可以在不提高 過程操作圧力條件下，提高產水回收率.采用該 新工藝，筆者設計建造一小型(產水&95品/d)的 反滲透-納濾海水淡化裝置，釆用死端超濾技

5、術代 替傳統的海水預處理工藝.新工藝不僅可以減少海 水高硬度和雜質帶來的系列問題，同時還提高海水 淡化回收率.本文采用文獻8的代表性費用概念，存相同淡 水產量(895 m'/d)條件下，比較小型傳統反滲透海 水一級脫鹽工藝(回收率一般在10%20%)與反 滲透-納濾海水淡化工藝(冋收率可達60%以上) 間的產水成本文獻介紹的梅水反滲透代表性費用 是用美元/(nPd)表示為了便于比較起見，討論中 也用美元作為貨幣單位.2工藝過程簡介2.1海水淡化的工藝流程流程1：褂水 UF »淡水I -濃海水流程2：參見髙回收率反滲透海水淡化工藝.試驗裝置的反滲透膜和納濾膜均為2英寸的卷 式元

6、件，淡水產量為&95品/d.預處理與脫鹽系統組 裝在一活動的機架卜預處理采用死端超濾預處理, ki.nct 論文集陳益棠等：高冋收率反滲透-納濾海水淡化成本143-濃海水直接外排傳統一級反滲透海水淡化的回收率 取20%仮滲透-納濾工藝回收率以60%為代表.2.2移動式小型海水淡化裝置的費用特點小型的可移動式反滲透海水淡化裝置的場地開 發費,公共設施費和占地費可以忽略不計.例如380 m3/d裝置，外型尺寸為13 ftx25 ftX8 ft.因此土地 費用可以忽略.因是移動的小型裝置,不存在場地開 發與公共設施問題，取、排水的費用一起并入預處理 費用中計算.2.2.1設備投資費用主要包括

7、項目(1) 儀器費:小型裝置所需的儀器與大型反滲 透裝置所需的儀器相同因此，設備儀器費是一固定 值對小型反滲透裝置而言，儀器費在總設備費中占 的比重就非常大這也是小型反滲透總生產費用較 高的原因之一.(2) 脫鹽系統設備費:包括泵、管道、電路、膜組 件壓力容器、機架等.(3) 預處理費:包括取水泵、管道、預處理設備、 貯槽等.(4) 膜元件費:包括反滲透膜和納濾膜. 2.2.2操作費用(1) 小型反滲透系統的操作費用明顯高的兩個 主要的原因:小型反滲透裝置一般在偏遠地區安 裝運行或自備發電設備,在這種條件下,能源費用比 工業區要髙;對反滲透海水淡化而言，大型設備的 產水回收率也較低(35%40

8、%),尤其是小型裝置 回收率更低,大多在10%20%.(2) 膜組件更換費:對小型裝置采用最大的RO 元件時，膜更換費用與大型裝置相近采用較小的膜 元件，更換費用可能會增加.3成本費種類及計算基礎3.1成本種類利用代表性成本費概念,在具體的小型海水反 滲透條件下對這一代表性成本進行修正，得到小型 移動式裝置的產水成木，并進行對比.反滲透海水淡 化的成本種類見圖1.3.2計算基礎反比.假設以代表性裝置尺寸除以代表性裝置的產 水回收率后作為代表性裝置的預處理量，即代表性 裝置的預處理尺寸，實際裝置尺寸除以實際裝置產 水回收率后作為預處理尺寸.小型海水反滲透裝矍的產水回收率取20%為 例(通常回收率

9、為10%-20%).而反滲透-納濾海 水淡化回收率60%分別計算得兩者的預處理設備 投資費.(2)裝置及資費： 裝置投資二黔© 1994-2013 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 本文參照大型裝置的計算方法,對小型反滲透 海水淡化裝置的成本進行計算.因小型裝置的特殊 性,某些大型裝置中的成本種類，例如，場地開發費、 公共設施費、占地費、工程建造雜費等在小型裝置 中可以忽略不計.圖1反滲透海水淡化成本種類3.2.1直接投資費設備投資費是直接投資用費的大項，設備費用 包括原水

10、預處理;膜組件;RO系統；設計、 安裝等有關費用(小型裝置的該項費用不計).反滲透海水淡化中，取、排水和預處理系統占總 設備投資40%;膜組件占7%；反滲透系統占 53%，主要包括泵、控制設備、管道閥門、電器、膜 組件承壓管、機架等.大型反滲透裝置的設備投資費采用方程模擬計 算，得到的是冋收率為40%時的設備投資.代表性裝豈規格為3 800品/d,適用于容量為 380190 000 n3/d系統規格時的尺寸修正因子“ 為0.95,對容量為0.02-380 m3/d的小型反滲透 海水淡化系統，尺寸修正因子n釆用0.52.這里，代 表性投資費為882.43美元/(】爪 d)(1)預處理設備:預處理

11、設備費(含取、排水設 備)約點直接設備投資費的40%.因此，由方程仃) 可以算得預處理設備費Y.V = 0.4x代表性投資費X(實際裝置尺寸/設計回收率T(代表性裝置尺寸/40% )式中71值取0.52,預處理實際尺寸與產水回收率成(3) 膜組件費:納濾膜元件的產水量大于反滲 透膜元件的產水量.通過實驗測定,納濾膜(實驗中 1號膜)在81 ()00 mg/L濃海水，操作壓力為35 MPa,25 f時納濾.膜元件產水量是35 000噸/L海水， 5.5 MPa,25 t時的反滲透膜元件產水通量的2.7倍.膜組件費二裝置投資費X7%(3)設計回收率為60%的流程2來說，納濾膜組件 數是流程1的0.

12、19倍.流程2的膜組件費二(1 + 0.19)修正后投資費X7%(4)(4) 反滲透系統設備費:兩種工藝的反滲透系 統投資費基本不變.為裝置投資費的53%.3.2.2間接投資費間接投資費用主要是T程建造雜費，如建造工 的工資、福利、土地監管，臨時設備等費用和意外費 用，這些費用在小型移動式裝置的建造中一般不預 考慮.3 2.3操作費用(1)能源費:在反滲透海水淡化系統中，能源費 是水生產總成本最大的一頊費用支出能源費包括 反滲透脫鹽所需的能量和輸送料液海水所需的能 量前者是主要的，約占總能源費的2/3,料液輸送 所需能耗約占1/3.后者因輸送水量的減少而下降.能源費二 0191a£c

13、FJP；i(W0-EJ1_300(Fr_Fri)式中,Pr為操作壓力,psi; Ec為電費，美元/kWh;Fr為設計的產水回收率,；Fr|為代表性產水回收 率, ;Pe為泵和電機的效率, ；Er為能量回收效率,對小型反滲透而言，冃前尚沒有相應的能量 回收裝置，本文不考慮能量回收率Er.(2) 膜更換費:采用2膜元件價格1 800元人 民幣,美元與人民幣比價以1 ：85計算，膜元件價為 211.76美元役.流程1膜組件更換費(美元/n?)= ()72McMjMj(6)式中,Mc組件費用，美元役元件; =產水 量,Gpd；ML組件壽命，年.組件產水量MP = 540 Gpd,壽命a為3年.流程2膜

14、組件更換費二1.19X流程1膜組件更換費(7)(3) 化學試劑：化學試劑主要是用于海水預處 理部分.在本文的預處理中，采用死端超濾技術處理 海水，化學藥品的用最種類均大大減少這部分的費 用在作兩流程的對比中,所占的費用小.反滲透海水 淡化中代表性費用為0.04美元/品.在20%回收率 下，流程1假設不用投放化學劑.流程2海水預處理 董為代表性回收率40%時的2/3,化學試劑為0.03 美元/品.4結杲與討論傳統反滲透海水淡化工藝與本文新工藝的淡化 成木比較建立在相同裝置產水量的基礎上，即裝置 產水&95 m3/d的小型裝置.因是小型裝置,某些大 型淡化裝置中的成本種類,如場地開發費、公

15、共設施 費、占地費、工程建造雜費等在成本計算時不予考 慮此外，在比較過程屮,忽略勞力費用，勞力費在小 裝置的總淡水成本中相對所占的比例較大，但產水 量相同，勞力費用值也應相等兩種工藝的產水成本費用項目回收率20%回收率40%新工藝回收率60%變動百分率20%40%原水預處理56.3439.3631.88-43.41-19.0直接投資費/(美元膜組件6.896.89&20+ 19.01+ 19.01反滲透系統52.1552.1552.1500總計115.3898.4092.23-20.06-6.27能源費0.450.420.3913.33-7.14操作費用/(美元Tn-3)膜更換費0.0

16、90.090.11+ 22.22+22.22化學試劑費0.040.03-25.00總計0.540.550.53-1.85-3.64投資回收費0.060.050.04-33.33-20.00產水成本/(美元如心)操作費用0.540.550.53-18.53.64總計0.600.6C0.57-5.00-5.00表1傳統反滲透海水淡化工藝與本文新工藝的海水淡化成本比校1994-20T3 China Aciidcmic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 比較結果見表1.裝置回收率在20%左右時，海水不用加藥處理.小型反滲

17、透海水淡化裝置采用傳統反滲透海水 淡化工藝脫鹽時,可分兩種情況一種是采用添加化 學試劑處理，以阻止海水中易成垢組份以堿性軟垢 形式析出沉淀.這樣，反滲透海水淡化裝置的產水冋 收率可以提高到30%40%另一種情況是不加化 學試劑處理,在這種情況下，產水回收率的理論界限 是25% 般情況下，裝置在產水回收率20%條件 下運行是安全的.從表1可以看出,采用本文提到的新工藝海水 淡化可以有以下特點：1）降低裝置的直接投資費，主要是原水的預處 理部分的投資費、新工藝比回收率20%和40%的 傳統工藝的預處理投資費分別下降43.4%和19%.2）新工藝的能源費比回收率20%和40%的傳 統工藝分別下降13

18、.33%和7.14%.新工藝回收率 高,相應輸送的海水量少，化費在輸送海水上的能耗 也相應減少.3）新工藝除釆用反滲透技術外，還采用了其他 膜過程因而膜組件數增加了,相應的膜更換費也提 髙但膜組件費用只占總裝置費用的7%.因而對總 費用影響小,而取水、排水和預處理設備費占總設備 投資費的40%,比重大，影響也大.參考文獻1 Birkett J D. Factors influencing the economics of reverse osmosis Chap. 11 in Reverse Osmosi TechnologyM. Parekh B S,ed New York：Marcel D

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