1、2003年9月中國膜科學(xué)號技術(shù)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(shù)開發(fā)屮心，杭州310()12; 2杭州市信達(dá)投資咨詢公司，杭州310012)摘 要：采用文狀8提出的代表性費(fèi)用概念,在相同淡水產(chǎn)童(8.95nF/d)條件下，討論了 反滲透-納激海水淡化工藝的產(chǎn)水成本，并與傳統(tǒng)一級反滲透海水淡化工藝的產(chǎn)水成本進(jìn)行 了比較.研究結(jié)果表明：新工藝(回收率60%)的總設(shè)備直接投資費(fèi)分別比回收率為20%和 40%時的傳統(tǒng)工藝下降20.06%和6.27%.其中，預(yù)處理設(shè)備投資費(fèi)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(guān)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(xiàn)標(biāo)識碼：A2003年9月中國膜科學(xué)號技術(shù)報吿會論文第Sept. 20032003年9月中國膜科學(xué)號技術(shù)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(guān)鍵因素是反滲透系 統(tǒng)投資成本和操作費(fèi)用，對反滲透系統(tǒng)在海水到超 純水范圍內(nèi)的應(yīng)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(yīng) 用不需要借助丁 業(yè)規(guī)模設(shè)備報價就

3、可以精確地評估 該應(yīng)用在經(jīng)濟(jì)上的可行性.即對每一應(yīng)用領(lǐng)域確定 反滲透的枚資成本和操作費(fèi)用的合理平均值或代表 性費(fèi)用值，用于修正給定應(yīng)用的成木費(fèi)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(yīng)用小于(0.02-380 n?/d)反滲 透海水淡化裝置的設(shè)備費(fèi)用變化大，比例因子n采 用0.5代替大型裝置的0.95進(jìn)行系統(tǒng)尺寸修正后, 設(shè)備費(fèi)用與裝置容星間的相關(guān)性很好,相關(guān)系數(shù) 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(diǎn)： 是海水提取設(shè)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(yù)處理量大，設(shè)備費(fèi)用 髙.在一般情況下，膜組件費(fèi)用只占反滲透海水淡化 總成本的6%8%.對設(shè)備投資費(fèi)和操作費(fèi)用影響 最大的過程參數(shù)是產(chǎn)水回收率設(shè)備的進(jìn)水量與設(shè) 計(jì)的回收率成反比，包括取水系統(tǒng)的大小和料液泵 的動力消耗，預(yù)處理貯罐、增壓泵、過濾設(shè)備和化學(xué) 品投加設(shè)備的大小，同樣也包鈣進(jìn)料配管和濃縮液 外排設(shè)備的大小.因此，回收率肯接影響整個過程設(shè) 備的大小和費(fèi)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(chǎn)水回收率.采用該 新工藝，筆者設(shè)計(jì)建造一小型(產(chǎn)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(shù)代 替?zhèn)鹘y(tǒng)的海水預(yù)處理工藝.新工藝不僅可以減少海 水高硬度和雜質(zhì)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(xiàn)8的代表性費(fèi)用概念，存相同淡 水產(chǎn)量(895 m'/d)條件下，比較小型傳統(tǒng)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(dá)60%以上) 間的產(chǎn)水成本文獻(xiàn)介紹的梅水反滲透代表性費(fèi)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(yàn)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(chǎn)量為&95品/d.預(yù)處理與脫鹽系統(tǒng)組 裝在一活動的機(jī)架卜預(yù)處理采用死端超濾預(yù)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(tǒng)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(fèi)用特點(diǎn)小型的可移動式反滲透海水淡化裝置的場地開 發(fā)費(fèi),公共設(shè)施費(fèi)和占地費(fèi)可以忽略不計(jì).例如380 m3/d裝置，外型尺寸為13 ftx25 ftX8 ft.因此土地 費(fèi)用可以忽略.因是移動的小型裝置,不存在場地開 發(fā)與公共設(shè)施問題，取、排水的費(fèi)用一起并入預(yù)處理 費(fèi)用中計(jì)算.2.2.1設(shè)備投資費(fèi)用主要包括

7、項(xiàng)目(1) 儀器費(fèi):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(shè)備儀器費(fèi)是一固定 值對小型反滲透裝置而言，儀器費(fèi)在總設(shè)備費(fèi)中占 的比重就非常大這也是小型反滲透總生產(chǎn)費(fèi)用較 高的原因之一.(2) 脫鹽系統(tǒng)設(shè)備費(fèi):包括泵、管道、電路、膜組 件壓力容器、機(jī)架等.(3) 預(yù)處理費(fèi):包括取水泵、管道、預(yù)處理設(shè)備、 貯槽等.(4) 膜元件費(fèi):包括反滲透膜和納濾膜. 2.2.2操作費(fèi)用(1) 小型反滲透系統(tǒng)的操作費(fèi)用明顯高的兩個 主要的原因:小型反滲透裝置一般在偏遠(yuǎn)地區(qū)安 裝運(yùn)行或自備發(fā)電設(shè)備,在這種條件下,能源費(fèi)用比 工業(yè)區(qū)要髙;對反滲透海水淡化而言，大型設(shè)備的 產(chǎn)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(fèi):對小型裝置采用最大的RO 元件時，膜更換費(fèi)用與大型裝置相近采用較小的膜 元件，更換費(fèi)用可能會增加.3成本費(fèi)種類及計(jì)算基礎(chǔ)3.1成本種類利用代表性成本費(fèi)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(jìn)行修正，得到小型 移動式裝置的產(chǎn)水成木，并進(jìn)行對比.反滲透海水淡 化的成本種類見圖1.3.2計(jì)算基礎(chǔ)反比.假設(shè)以代表性裝置尺寸除以代表性裝置的產(chǎn) 水回收率后作為代表性裝置的預(yù)處理量，即代表性 裝置的預(yù)處理尺寸，實(shí)際裝置尺寸除以實(shí)際裝置產(chǎn) 水回收率后作為預(yù)處理尺寸.小型海水反滲透裝矍的產(chǎn)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(jì)算得兩者的預(yù)處理設(shè)備 投資費(fèi).(2)裝置及資費(fèi)： 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(jì)算方法,對小型反滲透 海水淡化裝置的成本進(jìn)行計(jì)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(fā)費(fèi)、 公共設(shè)施費(fèi)、占地費(fèi)、工程建造雜費(fèi)等在小型裝置 中可以忽略不計(jì).圖1反滲透海水淡化成本種類3.2.1直接投資費(fèi)設(shè)備投資費(fèi)是直接投資用費(fèi)的大項(xiàng)，設(shè)備費(fèi)用 包括原水

10、預(yù)處理;膜組件;RO系統(tǒng)；設(shè)計(jì)、 安裝等有關(guān)費(fèi)用(小型裝置的該項(xiàng)費(fèi)用不計(jì)).反滲透海水淡化中，取、排水和預(yù)處理系統(tǒng)占總 設(shè)備投資40%;膜組件占7%；反滲透系統(tǒng)占 53%，主要包括泵、控制設(shè)備、管道閥門、電器、膜 組件承壓管、機(jī)架等.大型反滲透裝置的設(shè)備投資費(fèi)采用方程模擬計(jì) 算，得到的是冋收率為40%時的設(shè)備投資.代表性裝豈規(guī)格為3 800品/d,適用于容量為 380190 000 n3/d系統(tǒng)規(guī)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(tǒng)，尺寸修正因子n釆用0.52.這里，代 表性投資費(fèi)為882.43美元/(】爪 d)(1)預(yù)處理設(shè)備:預(yù)處理

11、設(shè)備費(fèi)(含取、排水設(shè) 備)約點(diǎn)直接設(shè)備投資費(fèi)的40%.因此，由方程仃) 可以算得預(yù)處理設(shè)備費(fèi)Y.V = 0.4x代表性投資費(fèi)X(實(shí)際裝置尺寸/設(shè)計(jì)回收率T(代表性裝置尺寸/40% )式中71值取0.52,預(yù)處理實(shí)際尺寸與產(chǎn)水回收率成(3) 膜組件費(fèi):納濾膜元件的產(chǎn)水量大于反滲 透膜元件的產(chǎn)水量.通過實(shí)驗(yàn)測定,納濾膜(實(shí)驗(yàn)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(chǎn)水量是35 000噸/L海水， 5.5 MPa,25 t時的反滲透膜元件產(chǎn)水通量的2.7倍.膜組件費(fèi)二裝置投資費(fèi)X7%(3)設(shè)計(jì)回收率為60%的流程2來說，納濾膜組件 數(shù)是流程1的0.

12、19倍.流程2的膜組件費(fèi)二(1 + 0.19)修正后投資費(fèi)X7%(4)(4) 反滲透系統(tǒng)設(shè)備費(fèi):兩種工藝的反滲透系 統(tǒng)投資費(fèi)基本不變.為裝置投資費(fèi)的53%.3.2.2間接投資費(fèi)間接投資費(fèi)用主要是T程建造雜費(fèi)，如建造工 的工資、福利、土地監(jiān)管，臨時設(shè)備等費(fèi)用和意外費(fèi) 用，這些費(fèi)用在小型移動式裝置的建造中一般不預(yù) 考慮.3 2.3操作費(fèi)用(1)能源費(fèi):在反滲透海水淡化系統(tǒng)中，能源費(fèi) 是水生產(chǎn)總成本最大的一頊費(fèi)用支出能源費(fèi)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(fèi)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(fèi)二 0191a£c

13、FJP；i(W0-EJ1_300(Fr_Fri)式中,Pr為操作壓力,psi; Ec為電費(fèi)，美元/kWh;Fr為設(shè)計(jì)的產(chǎn)水回收率,；Fr|為代表性產(chǎn)水回收 率, ;Pe為泵和電機(jī)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(yīng)的能量 回收裝置，本文不考慮能量回收率Er.(2) 膜更換費(fèi):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(jì)算，膜元件價為 211.76美元役.流程1膜組件更換費(fèi)(美元/n?)= ()72McMjMj(6)式中,Mc組件費(fèi)用，美元役元件; =產(chǎn)水 量,Gpd；ML組件壽命，年.組件產(chǎn)水量MP = 540 Gpd,壽命a為3年.流程2膜

14、組件更換費(fèi)二1.19X流程1膜組件更換費(fèi)(7)(3) 化學(xué)試劑：化學(xué)試劑主要是用于海水預(yù)處 理部分.在本文的預(yù)處理中，采用死端超濾技術(shù)處理 海水，化學(xué)藥品的用最種類均大大減少這部分的費(fèi) 用在作兩流程的對比中,所占的費(fèi)用小.反滲透海水 淡化中代表性費(fèi)用為0.04美元/品.在20%回收率 下，流程1假設(shè)不用投放化學(xué)劑.流程2海水預(yù)處理 董為代表性回收率40%時的2/3,化學(xué)試劑為0.03 美元/品.4結(jié)杲與討論傳統(tǒng)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(chǎn)水量的基礎(chǔ)上，即裝置 產(chǎn)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(fā)費(fèi)、公

15、共設(shè)施 費(fèi)、占地費(fèi)、工程建造雜費(fèi)等在成本計(jì)算時不予考 慮此外，在比較過程屮,忽略勞力費(fèi)用，勞力費(fèi)在小 裝置的總淡水成本中相對所占的比例較大，但產(chǎn)水 量相同，勞力費(fèi)用值也應(yīng)相等兩種工藝的產(chǎn)水成本費(fèi)用項(xiàng)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(yù)處理56.3439.3631.88-43.41-19.0直接投資費(fèi)/(美元膜組件6.896.89&20+ 19.01+ 19.01反滲透系統(tǒng)52.1552.1552.1500總計(jì)115.3898.4092.23-20.06-6.27能源費(fèi)0.450.420.3913.33-7.14操作費(fèi)用/(美元Tn-3)膜更換費(fèi)0.0

16、90.090.11+ 22.22+22.22化學(xué)試劑費(fèi)0.040.03-25.00總計(jì)0.540.550.53-1.85-3.64投資回收費(fèi)0.060.050.04-33.33-20.00產(chǎn)水成本/(美元如心)操作費(fèi)用0.540.550.53-18.53.64總計(jì)0.600.6C0.57-5.00-5.00表1傳統(tǒng)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(jié)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(tǒng)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(xué)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(chǎn)水冋 收率可以提高到30%40%另一種情況是不加化 學(xué)試劑處理,在這種情況下，產(chǎn)水回收率的理論界限 是25% 般情況下，裝置在產(chǎn)水回收率20%條件 下運(yùn)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(diǎn)：1）降低裝置的直接投資費(fèi)，主要是原水的預(yù)處 理部分的投資費(fèi)、新工藝比回收率20%和40%的 傳統(tǒng)工藝的預(yù)處理投資費(fèi)分別下降43.4%和19%.2）新工藝的能源費(fèi)比回收率20%和40%的傳 統(tǒng)工藝分別下降13

18、.33%和7.14%.新工藝回收率 高,相應(yīng)輸送的海水量少，化費(fèi)在輸送海水上的能耗 也相應(yīng)減少.3）新工藝除釆用反滲透技術(shù)外，還采用了其他 膜過程因而膜組件數(shù)增加了,相應(yīng)的膜更換費(fèi)也提 髙但膜組件費(fèi)用只占總裝置費(fèi)用的7%.因而對總 費(fèi)用影響小,而取水、排水和預(yù)處理設(shè)備費(fèi)占總設(shè)備 投資費(fèi)的40%,比重大，影響也大.參考文獻(xiàn)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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22、逆浸透法海水淡化二卜低減方法七課題 J.日本海水學(xué)會志3999,53(6):412-417.論文集陳益棠等：高冋收率反滲透-納濾海水淡化成本#-論文集陳益棠等：高冋收率反滲透-納濾海水淡化成本#-A cost study of the seawater desalination by reverseosmosis 一 nanofiltration processCHEN Yitang, CHEN Lei(Development Center of Water Treatment Technology, SOA, Hangzhou 310012, China)Abstract： In this papar,using mean standard cost in referen