HY-2型轻便式反渗透海水淡化装置的研制
作者：秦思昌 汤美华 高存印 方义 芮学俊 詹发满 丁冰泉 傅学法 林庆棋 伍俊荣
单位：海军医学研究所，上海市 200433
关键词：反渗透；海水淡化；装置
海军医学杂志990225 摘要 目的：为南沙岛礁部队、小型舰船等提供可移动性的轻便式海水淡化装置，以解决淡水供应不足的困难，并保障战时应急饮用水的供给。方法：采用反渗透海水淡化技术，通过海水预处理、高压反渗透脱盐等程序，从海水中获取可饮用的淡水。结果：研制轻便式反渗透海水淡化装置样机2台，整机自重93kg,经技术性能试验和南沙现场试用考核，各项技术指标均达到了设计要求。结论：该装置结构紧凑，性能可靠，操作简便，体积小，重量轻，便于搬运，可适应南沙恶劣气候环境。
Development of a Portable Reverse
, http://www.100md.com
Osmosis Seawater Desalting Device(Type HY-2)
Qin Sichang, Tang Meihua, Gao Cunyin, et al
Naval Medical Research Institute, Shanghai 200433
Abstract Aim: To provide a portable and practical seawater desalting device which can be used to supply fresh water for daily and wartime emergency use to personnel on Nan Sha islands and on small ships. Methods: Seawater preparatory treatment, high pressure reverse osmosis desalination and other techniques were used to produce fresh water from seawater. Results: Two prototypes of portable RO seawater desalting device were developed, each weighing 93 kg. They passed both the performance test and field test on Nan Sha islands. The results showed that all the technical targets could meet the designed requirements. Conclusion: This device is compact in structure, small in size and light in weight. Besides it is easy to operate and quite reliable. Therefore it can adapt to the vile climate in the area of Nan Sha.
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Key words reverse osmosis; seawater desalting; device
反渗透海水淡化是目前世界上最先进的海水淡化方法，具有装置结构简洁、制淡性能可靠、操作维护方便、能耗低、适应性强等优点。目前，世界各国新开发的海水淡化装置都采用反渗透技术。
美国、德国、日本等发达国家都很重视反渗透海水淡化技术的研究和开发，并不断深化，研究的重点是：(1)反渗透膜的研究。不断提高反渗透膜的脱盐率和透水率，增强其抗氯氧化的性能，改善其对酸碱的适应性，延长其使用寿命。(2)节省能耗。开发节能高效的高压泵和海水输送泵，设计能量回收系统，把浓水排放的液压能量通过液压马达转移到进液高压泵，可大大提高能量利用效率。(3)研究开发抗海水腐蚀、耐磨的新材料。如高级不锈钢、高强度陶瓷等，以提高海水泵和高压泵的使用性能。国内反渗透海水淡化的研究起步较晚，有些关键配套设备的性能和质量尚待进一步改进和提高。
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1 装置结构及技术指标
在研究HY-1型(日产500L)小型海水淡化装置的基础上，我们又研制了HY-2型(日产2000L)轻便式反渗透海水淡化装置。本装置主要结构由海水预处理系统、高压泵、安全阀、压力缓冲器、反渗透膜件、盐量监测报警仪、操作控制系统等组成。其中海水潜水泵、高压泵、反渗透膜件等重要部件选用优质产品，机架采用空心不锈钢管精工制作，既牢固又轻便。设备工艺流程如图1所示。
图1 工艺流程图
主要技术指标：工作压力：5.5～6.0MPa；海水脱盐率：>98.5%；淡水含盐量：<700mg/L；淡水产量：≥2 000L/d；淡水水质：符合 GB5749、GJB651标准；额定电流：AC 380V 50Hz 1.92kW；(实耗约1.4kW)；外形尺寸：570mm×380mm×1 450mm；重量：93kg。
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2 结 果
2.1 性能试验 根据设计要求，用海水或人工配置海水在实验室反复进行不同条件下制淡性能试验，在此基础上由上海同济大学环境工程系国家重点实验室的专家进行现场操作，取样测试分析，试验结果见表1、2。
表1 不同压力下制淡情况 工作压力(MPa)
水温(℃)
原水盐量(mg/L)
淡水盐量(mg/L)
淡水产量(L/d)
脱盐率(%)
回收率(%)
6.0
, 百拇医药
25
39 079
150
3 076
99.6
24.2
5.5
26
39 079
163
2 736
99.6
21.6
, http://www.100md.com
5.0
27
39 079
182
2 312
99.5
18.0
4.0
29
39 079
270
1 450
99.3
, http://www.100md.com
11.3
表2 不同含盐量的制淡情况 工作压力(MPa)
水温(℃)
原水盐量(mg/L)
淡水盐量(mg/L)
淡水产量(L/d)
脱盐率(%)
回收率(%)
6.0
25
32 000
190
, 百拇医药
4 033
99.4
31.8
5.5
26
32 000
204
3 667
99.4
28.0
6.0
25
34 733
, 百拇医药
190
3 768
99.5
29.9
5.5
26
34 733
210
3 365
99.4
26.5
6.0
25
, 百拇医药
39 079
150
3 076
99.6
24.2
5.5
26
39 079
163
2 736
99.6
21.6
2.2 现场试验 本装置于1997年12月～1998年3月在南沙现场试用，并进行了24h昼夜连续运行考核，在南沙高温高湿高盐雾条件下运行正常。各项试验结果如表3～6所示。表3 现场不同压力下制淡情况 工作压力(MPa)
, http://www.100md.com
水温(℃)
淡水产量(L/d)
淡水盐量(mg/L)
脱盐率(%)
回收率(%)
6.0
29
3 873
238
99.3
29.9
5.5
29
, http://www.100md.com
3 326
251
99.3
25.7
5.1
29
2 937
231
99.3
22.7
注：海水含盐量为33 693mg/L表4 现场昼夜制淡结果 时 间
水温(℃)
, 百拇医药
淡水盐量(mg/L)
淡水产量(L/d)
脱盐率(%)
回收率(%)
97.12.29 08：00
28
266
163.8
99.2
30.0
12：00
29
, 百拇医药 242
163.2
99.3
30.0
16：00
29
238
161.4
99.3
29.9
20：00
28
224
, http://www.100md.com
160.8
99.3
29.8
24：00
28.5
222
163.8
99.3
30.0
97.12.30 02：00
28
217
162.6
, 百拇医药
99.4
30.0
04：00
26
210
157.2
99.4
29.1
08：00
28
216
154.8
99.4
, 百拇医药
28.7
注：海水含盐量为33 693mg/L，工作压力6.0MPa，日产淡水约3 800L表5 昼夜运行时设备工作情况 时 间
环境温度(℃)
相对湿度(%)
工作压力(MPa)
高压泵表温(℃)
电机表温(℃)
97.12.19 08：05
28
83
6.0
, 百拇医药
35.3
34.2
12：00
29
81
6.0
44.7
47.5
16：00
29.5
78
6.0
45.5
, http://www.100md.com
48.9
20：00
28.7
84
6.0
46.2
50.0
24：00
28.5
80
6.0
44.9
47.3
, http://www.100md.com
97.12.19 04：00
28.5
80
6.0
45.8
50.0
08：00
28.5
80
6.0
46.8
50.9
表6 现场试验水质分析结果 项 目
, 百拇医药
淡化水
海 水
色 度(度)
0
0
浊 度(NTU)
0
0
pH
6.5
7.9
臭和味
无
, 百拇医药 苦咸涩
电导率(μs/cm)
316
47 200
总盐度(mg/L)
197.5
33 693
总硬度(mg/L)
18.30
6 381.14
化学耗氧量(mg/L)
未检出
, http://www.100md.com
/
氯化物[Cl-](mg/L)
104.4
18 650
硫酸盐[SO42-](mg/L)
3.49
1 329.3
钠(mg/L)
58.3
8 490
钾(mg/L)
, http://www.100md.com
2.90
380.8
镁(mg/L)
4.00
1 100.0
钙(mg/L)
1.51
451.3
铜(mg/L)
未检出
0.011
锌(mg/L)
0.024
, 百拇医药
未检出
铁(mg/L)
0.020
未检出
锰(mg/L)
0.018
0.017
镉(mg/L)
未检出
未检出
银(mg/L)
0.017
0.015
, 百拇医药
铬(mg/L)
未检出
0.019
铅(mg/L)
未检出
0.038
3 讨 论
本装置的海水预处理系统采用两级精滤，滤芯采用质轻价廉、截污力强、阻力小的新型聚丙烯熔喷管状滤芯，两级过滤精度均为1μm，第一级滤芯外面包裹300目尼龙滤布及400g/m丙纶无纺布各两层，作为初滤，可经常取下清洗，反复使用，省去了笨重的砂滤罐。第二精滤芯采用特制的加强型滤芯，以提高截污效率。盐量报警仪的体积约为国内同类产品的1/10。以上两项改革减轻了整机自重，实现了轻便的目标。
本装置经实验室性能试验和部队试用，表明各项技术指标均达到了设计要求，装置结构合理紧凑，制淡效能可靠，操作维修简便，所制淡水水质优良，颇受部队指战员好评。
本装置的研制成功，将为岛礁部队、小型舰船等提供先进的海水淡化新装备，战时可提供应急饮用水，平时可改善一线官兵的生活质量，对保障指战员的身体健康，提高部队战斗力具有重要的现实意义。
作者简介：方义 詹发满 湛江基地军港管理处
(收稿：1999-06-01), 百拇医药
单位：海军医学研究所，上海市 200433
关键词：反渗透；海水淡化；装置
海军医学杂志990225 摘要 目的：为南沙岛礁部队、小型舰船等提供可移动性的轻便式海水淡化装置，以解决淡水供应不足的困难，并保障战时应急饮用水的供给。方法：采用反渗透海水淡化技术，通过海水预处理、高压反渗透脱盐等程序，从海水中获取可饮用的淡水。结果：研制轻便式反渗透海水淡化装置样机2台，整机自重93kg,经技术性能试验和南沙现场试用考核，各项技术指标均达到了设计要求。结论：该装置结构紧凑，性能可靠，操作简便，体积小，重量轻，便于搬运，可适应南沙恶劣气候环境。
Development of a Portable Reverse
, http://www.100md.com
Osmosis Seawater Desalting Device(Type HY-2)
Qin Sichang, Tang Meihua, Gao Cunyin, et al
Naval Medical Research Institute, Shanghai 200433
Abstract Aim: To provide a portable and practical seawater desalting device which can be used to supply fresh water for daily and wartime emergency use to personnel on Nan Sha islands and on small ships. Methods: Seawater preparatory treatment, high pressure reverse osmosis desalination and other techniques were used to produce fresh water from seawater. Results: Two prototypes of portable RO seawater desalting device were developed, each weighing 93 kg. They passed both the performance test and field test on Nan Sha islands. The results showed that all the technical targets could meet the designed requirements. Conclusion: This device is compact in structure, small in size and light in weight. Besides it is easy to operate and quite reliable. Therefore it can adapt to the vile climate in the area of Nan Sha.
, http://www.100md.com
Key words reverse osmosis; seawater desalting; device
反渗透海水淡化是目前世界上最先进的海水淡化方法，具有装置结构简洁、制淡性能可靠、操作维护方便、能耗低、适应性强等优点。目前，世界各国新开发的海水淡化装置都采用反渗透技术。
美国、德国、日本等发达国家都很重视反渗透海水淡化技术的研究和开发，并不断深化，研究的重点是：(1)反渗透膜的研究。不断提高反渗透膜的脱盐率和透水率，增强其抗氯氧化的性能，改善其对酸碱的适应性，延长其使用寿命。(2)节省能耗。开发节能高效的高压泵和海水输送泵，设计能量回收系统，把浓水排放的液压能量通过液压马达转移到进液高压泵，可大大提高能量利用效率。(3)研究开发抗海水腐蚀、耐磨的新材料。如高级不锈钢、高强度陶瓷等，以提高海水泵和高压泵的使用性能。国内反渗透海水淡化的研究起步较晚，有些关键配套设备的性能和质量尚待进一步改进和提高。
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1 装置结构及技术指标
在研究HY-1型(日产500L)小型海水淡化装置的基础上，我们又研制了HY-2型(日产2000L)轻便式反渗透海水淡化装置。本装置主要结构由海水预处理系统、高压泵、安全阀、压力缓冲器、反渗透膜件、盐量监测报警仪、操作控制系统等组成。其中海水潜水泵、高压泵、反渗透膜件等重要部件选用优质产品，机架采用空心不锈钢管精工制作，既牢固又轻便。设备工艺流程如图1所示。
图1 工艺流程图
主要技术指标：工作压力：5.5～6.0MPa；海水脱盐率：>98.5%；淡水含盐量：<700mg/L；淡水产量：≥2 000L/d；淡水水质：符合 GB5749、GJB651标准；额定电流：AC 380V 50Hz 1.92kW；(实耗约1.4kW)；外形尺寸：570mm×380mm×1 450mm；重量：93kg。
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2 结 果
2.1 性能试验 根据设计要求，用海水或人工配置海水在实验室反复进行不同条件下制淡性能试验，在此基础上由上海同济大学环境工程系国家重点实验室的专家进行现场操作，取样测试分析，试验结果见表1、2。
表1 不同压力下制淡情况 工作压力(MPa)
水温(℃)
原水盐量(mg/L)
淡水盐量(mg/L)
淡水产量(L/d)
脱盐率(%)
回收率(%)
6.0
, 百拇医药
25
39 079
150
3 076
99.6
24.2
5.5
26
39 079
163
2 736
99.6
21.6
, http://www.100md.com
5.0
27
39 079
182
2 312
99.5
18.0
4.0
29
39 079
270
1 450
99.3
, http://www.100md.com
11.3
表2 不同含盐量的制淡情况 工作压力(MPa)
水温(℃)
原水盐量(mg/L)
淡水盐量(mg/L)
淡水产量(L/d)
脱盐率(%)
回收率(%)
6.0
25
32 000
190
, 百拇医药
4 033
99.4
31.8
5.5
26
32 000
204
3 667
99.4
28.0
6.0
25
34 733
, 百拇医药
190
3 768
99.5
29.9
5.5
26
34 733
210
3 365
99.4
26.5
6.0
25
, 百拇医药
39 079
150
3 076
99.6
24.2
5.5
26
39 079
163
2 736
99.6
21.6
2.2 现场试验 本装置于1997年12月～1998年3月在南沙现场试用，并进行了24h昼夜连续运行考核，在南沙高温高湿高盐雾条件下运行正常。各项试验结果如表3～6所示。表3 现场不同压力下制淡情况 工作压力(MPa)
, http://www.100md.com
水温(℃)
淡水产量(L/d)
淡水盐量(mg/L)
脱盐率(%)
回收率(%)
6.0
29
3 873
238
99.3
29.9
5.5
29
, http://www.100md.com
3 326
251
99.3
25.7
5.1
29
2 937
231
99.3
22.7
注：海水含盐量为33 693mg/L表4 现场昼夜制淡结果 时 间
水温(℃)
, 百拇医药
淡水盐量(mg/L)
淡水产量(L/d)
脱盐率(%)
回收率(%)
97.12.29 08：00
28
266
163.8
99.2
30.0
12：00
29
, 百拇医药 242
163.2
99.3
30.0
16：00
29
238
161.4
99.3
29.9
20：00
28
224
, http://www.100md.com
160.8
99.3
29.8
24：00
28.5
222
163.8
99.3
30.0
97.12.30 02：00
28
217
162.6
, 百拇医药
99.4
30.0
04：00
26
210
157.2
99.4
29.1
08：00
28
216
154.8
99.4
, 百拇医药
28.7
注：海水含盐量为33 693mg/L，工作压力6.0MPa，日产淡水约3 800L表5 昼夜运行时设备工作情况 时 间
环境温度(℃)
相对湿度(%)
工作压力(MPa)
高压泵表温(℃)
电机表温(℃)
97.12.19 08：05
28
83
6.0
, 百拇医药
35.3
34.2
12：00
29
81
6.0
44.7
47.5
16：00
29.5
78
6.0
45.5
, http://www.100md.com
48.9
20：00
28.7
84
6.0
46.2
50.0
24：00
28.5
80
6.0
44.9
47.3
, http://www.100md.com
97.12.19 04：00
28.5
80
6.0
45.8
50.0
08：00
28.5
80
6.0
46.8
50.9
表6 现场试验水质分析结果 项 目
, 百拇医药
淡化水
海 水
色 度(度)
0
0
浊 度(NTU)
0
0
pH
6.5
7.9
臭和味
无
, 百拇医药 苦咸涩
电导率(μs/cm)
316
47 200
总盐度(mg/L)
197.5
33 693
总硬度(mg/L)
18.30
6 381.14
化学耗氧量(mg/L)
未检出
, http://www.100md.com
/
氯化物[Cl-](mg/L)
104.4
18 650
硫酸盐[SO42-](mg/L)
3.49
1 329.3
钠(mg/L)
58.3
8 490
钾(mg/L)
, http://www.100md.com
2.90
380.8
镁(mg/L)
4.00
1 100.0
钙(mg/L)
1.51
451.3
铜(mg/L)
未检出
0.011
锌(mg/L)
0.024
, 百拇医药
未检出
铁(mg/L)
0.020
未检出
锰(mg/L)
0.018
0.017
镉(mg/L)
未检出
未检出
银(mg/L)
0.017
0.015
, 百拇医药
铬(mg/L)
未检出
0.019
铅(mg/L)
未检出
0.038
3 讨 论
本装置的海水预处理系统采用两级精滤，滤芯采用质轻价廉、截污力强、阻力小的新型聚丙烯熔喷管状滤芯，两级过滤精度均为1μm，第一级滤芯外面包裹300目尼龙滤布及400g/m丙纶无纺布各两层，作为初滤，可经常取下清洗，反复使用，省去了笨重的砂滤罐。第二精滤芯采用特制的加强型滤芯，以提高截污效率。盐量报警仪的体积约为国内同类产品的1/10。以上两项改革减轻了整机自重，实现了轻便的目标。
本装置经实验室性能试验和部队试用，表明各项技术指标均达到了设计要求，装置结构合理紧凑，制淡效能可靠，操作维修简便，所制淡水水质优良，颇受部队指战员好评。
本装置的研制成功，将为岛礁部队、小型舰船等提供先进的海水淡化新装备，战时可提供应急饮用水，平时可改善一线官兵的生活质量，对保障指战员的身体健康，提高部队战斗力具有重要的现实意义。
作者简介：方义 詹发满 湛江基地军港管理处
(收稿：1999-06-01), 百拇医药