海水淡化(膜析法應(yīng)用)何福君

1、膜析法的應(yīng)用 海水淡化 何福君何福君 0514178005141780 水文水文14-114-1班班 膜析法的應(yīng)用 4月19日,青島市政府召開(kāi)新聞發(fā)布會(huì)，據(jù)市城市管理局局長(zhǎng)郭繼山介紹，目前島城海水淡 化能力已達(dá)到每天23萬(wàn)立方米，居全國(guó)領(lǐng)先水平，并力爭(zhēng)用五年左右的時(shí)間，使全市海水淡化 產(chǎn)能達(dá)到每天60萬(wàn)立方米，“作為戰(zhàn)略水源,即使江水河水不來(lái),青島也能照常生活?！惫^山說(shuō)。 海水淡化 海水淡化方法 青島青島 建設(shè)建設(shè)1010萬(wàn)噸萬(wàn)噸/ /天天 海水淡化海水淡化 項(xiàng)目（項(xiàng)目（20082008） 海水淡化技術(shù)是指將35000mg/L的 海水淡化至500mg/L以下的飲用水。全 球海水淡化技術(shù)超過(guò)2

2、0 余種，包括反滲 透法、低多效、多級(jí)閃蒸、電滲析法、 壓汽蒸餾、露點(diǎn)蒸發(fā)法、水電聯(lián)產(chǎn)、熱 膜聯(lián)產(chǎn)以及利用核能、太陽(yáng)能、風(fēng)能、 潮汐能海水淡化技術(shù)等等，以及微濾、 超濾、納濾等多項(xiàng)預(yù)處理和后處理工藝。 對(duì)沿?？嘞趟擕}膜法占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)對(duì)沿?？嘞趟擕}膜法占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)， 占76.23%，投資和造水成本更低。對(duì)廢 水和水凈化膜法也分別占到約65%和 94%。 目前，淡化海水主要使用的膜法分為兩種：電滲析法和反滲透法（更為廣泛） 目錄 CONtants 電滲析法 010203 反滲透法海水淡化現(xiàn)狀 電滲析法電滲析法（electrodialysis【ED】）是利用離子 交換膜進(jìn)行海水淡化的方法。在外加電場(chǎng)

3、的的作 用下，水溶液中的陰，陽(yáng)離子會(huì)分別向陽(yáng)極和陰 極移動(dòng)，中間再加上離子交換膜，就可能達(dá)到分 離濃縮的目的。電滲析法就是利用了這樣的原理。 離子交換膜離子交換膜是一種功能性膜，分為陰離子交換膜 和陽(yáng)離子交換膜，簡(jiǎn)稱(chēng)陰膜和陽(yáng)膜。陽(yáng)膜只允許 陽(yáng)離子通過(guò)，陰膜只允許陰離子通過(guò)，這就是離 子交換膜的選擇透過(guò)性。 電滲析法（原理） 在電滲析槽中把陰離子交換膜和陽(yáng)離子交換膜交 替排列，隔成寬度僅12mm的小室，在槽的兩 端則分別設(shè)陰、陽(yáng)電極，接通直流電源。海水從 滲析槽一側(cè)進(jìn)入，從另一側(cè)流出。由于離子的導(dǎo) 電性和離子交換膜的半透性，相鄰兩室中的海水， 一個(gè)變淡，一個(gè)變濃，故滲析槽的出水管分成兩 路，一路

4、收集淡水，另一路收集濃鹽水。 電滲析法（原理） 電滲析法（裝置） 電滲析器進(jìn)水要求： 濁度0.3ppm 耗氧量2ppm 游離氯0.2ppm 含鐵量0.3ppm 含錳量0.1ppm 水溫540 硬度超過(guò)900ppm應(yīng)要軟化處理 污染指數(shù)SDI5 利用電滲析原理進(jìn)行脫鹽或處理廢水的裝置，稱(chēng)為電滲析器電滲析器。 電滲析器的構(gòu)造它由膜堆、極區(qū)和壓緊裝置三大部分構(gòu)成。 1)1)膜堆膜堆：其結(jié)構(gòu)單元包括陽(yáng)膜、隔板、陰膜，一個(gè)結(jié)構(gòu)單元也叫一個(gè)膜對(duì)。一臺(tái)電滲析器由許多膜對(duì)組 成，這些膜對(duì)總稱(chēng)為膜堆。（隔板常用隔板常用l l2mm2mm的硬聚氯乙烯板制成的硬聚氯乙烯板制成，板上開(kāi)有配水孔、布水槽、流水道、集 水

5、槽和集水孔。隔板的作用是使兩層膜間形成水室，構(gòu)成流水通道，并起配水和集水的作用。） 2)2)極區(qū)極區(qū)：極區(qū)的主要作用是給電滲析器供給直流電直流電，將原水導(dǎo)入膜堆的配水孔，將淡水和濃水排出電滲 析器，并通入和排出極水。極區(qū)由托板、電極、極框和彈性墊板組成。電極托板的作用是加固極板和安裝進(jìn) 出水接管，常用厚的硬聚氯乙烯板制成。電極的作用是接通內(nèi)外電路，在電滲析器內(nèi)造成均勻的直流電場(chǎng)。 陽(yáng)極常用石墨、鉛、鐵絲涂釘?shù)炔牧希帢O可用不銹鋼等材料制成陽(yáng)極常用石墨、鉛、鐵絲涂釘?shù)炔牧?，陰極可用不銹鋼等材料制成。極框用來(lái)在極板和膜堆之間保持一定的 距離，構(gòu)成極室，也是極水的通道。極框常用厚57mm的粗網(wǎng)多水道

6、式塑料板制成。墊板起防止漏水和調(diào)整 厚度不均的作用，常用橡膠或軟聚氯乙烯板制成。 3)3)壓緊裝置壓緊裝置：其作用是把極區(qū)和膜堆組成不漏水的電滲析器整體。可采用壓板和螺栓拉緊，也可采用液 壓壓緊。 電滲析法（裝置） 不需要消耗化學(xué)藥品，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便。 電滲析法（特點(diǎn)） 反滲透法（仿生原理） 早在1950年美國(guó)科學(xué)家DR.S.Sourirajan有一回?zé)o意中發(fā)現(xiàn)海鷗在海上飛行時(shí)從海面啜起一大口海水，隔了幾 秒后吐出一小口的海水。他由此而產(chǎn)生疑問(wèn)：陸地上由肺呼吸的動(dòng)物是絕對(duì)無(wú)法飲用高鹽份的海水，那為什么海鷗 就可以飲用海水呢？這位科學(xué)家把海鷗帶回了實(shí)驗(yàn)室，經(jīng)過(guò)解剖發(fā)現(xiàn)在海鷗囔嗉位置有一層薄膜

7、，該薄膜構(gòu)造非常 精密。海鷗正是利用了這薄膜把海水過(guò)濾為可飲用的淡水，而含有雜質(zhì)及高濃縮鹽份的海水則吐出嘴外。這就是以 后逆滲透法（Reverse Osmosis 簡(jiǎn)稱(chēng) R.O）的基本理論架構(gòu)。 反滲透法（原理） 反滲透法是一種借助壓力促使水分子反向滲透，以濃縮溶液或廢水的方法。 如果將純水和鹽水用半透膜隔開(kāi)，此半透膜只有水分子能夠透過(guò)而其他溶質(zhì)不能透過(guò)。我們 向鹽水的一側(cè)施加壓力，并且超過(guò)它的滲透壓，則溶液中的水就會(huì)透過(guò)半透膜，流向純水一 側(cè)，而溶質(zhì)被截留在溶液一側(cè)，這種方法就是反滲透法(或稱(chēng)逆滲透法)。 反滲透法（海水淡化裝置） 反滲透法（海水淡化裝置） 船用海水淡化器 反滲透法（海水淡化

8、裝置） 反滲透法（反滲透膜） 反滲透膜是實(shí)現(xiàn)反滲透的核心元件，是一種 模擬生物半透膜制成的具有一定特性的人工 半透膜。 反滲透膜應(yīng)具有以下特征： （1）在高流速下應(yīng)具有高效脫鹽率； （2）具有較高機(jī)械強(qiáng)度和使用壽命； （3）能在較低操作壓力下發(fā)揮功能； （4）能耐受化學(xué)或生化作用的影響； （5）受pH值、溫度等因素影響較??； （6）制膜原料來(lái)源容易，加工簡(jiǎn)便，成本 低廉。 反滲透法（反滲透膜） 性能指標(biāo)性能指標(biāo) 脫鹽率脫鹽率 脫鹽率=（1產(chǎn)水含鹽量/進(jìn)水含鹽量）100% 反滲透膜對(duì)不同物質(zhì)的脫鹽率主要由物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和分子量決定，對(duì)高價(jià)離子及復(fù)雜單價(jià)離子的脫鹽率可以超過(guò) 99%，對(duì)單價(jià)離子如：鈉離

9、子、鉀離子、氯離子的脫鹽率稍低，但也可超過(guò)了98%（膜使用時(shí)間越長(zhǎng)，化學(xué)清洗 次數(shù)越多，反滲透膜脫鹽率越低。）；對(duì)分子量大于100的有機(jī)物脫除率也可過(guò)到98%，但對(duì)分子量小于100的 有機(jī)物脫除率較低。 透過(guò)速度透過(guò)速度 水通量指反滲透系統(tǒng)的產(chǎn)水能力，即單位時(shí)間內(nèi)透過(guò)膜水量，通常用噸/小時(shí)或加侖/天來(lái)表示。 鹽透過(guò)速度在單位時(shí)間、單位膜面積上透過(guò)的鹽量，也叫透鹽率、鹽通量。 回收率回收率 回收率指膜系統(tǒng)中給水轉(zhuǎn)化成為產(chǎn)水或透過(guò)液的百分比。依據(jù)預(yù)處理的進(jìn)水水質(zhì)及用水要求而定的。膜系統(tǒng) 的回收率在設(shè)計(jì)時(shí)就已經(jīng)確定， 回收率=（產(chǎn)水流量/進(jìn)水流量）100% 反滲透法（反滲透膜） 反滲透系統(tǒng)最終是需要

10、進(jìn)行清洗的，在你的RO系統(tǒng)表現(xiàn)出污染的傾向、長(zhǎng)時(shí)間停運(yùn)之前、或按計(jì)劃進(jìn)行 常規(guī)保養(yǎng)時(shí)，建議你清洗RO系統(tǒng)。當(dāng)出現(xiàn)下列污染特征（標(biāo)準(zhǔn)化后產(chǎn)水量下降1015%，標(biāo)準(zhǔn)化后產(chǎn)水 水質(zhì)下降1015%，或者給水與濃水間的壓降增加1015%）時(shí)，表明你的RO系統(tǒng)需要清洗了。 由于RO系統(tǒng)出現(xiàn)污垢而需要清洗的頻率隨地點(diǎn)的不同而不同，一般習(xí)慣上可接受的清洗頻率是312個(gè) 月一次。如果每個(gè)月你不得不清洗一次以上，你就應(yīng)該改善RO的預(yù)處理系統(tǒng)，調(diào)整RO系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)， 如果每13個(gè)月需要清洗一次，則需要在提高當(dāng)前設(shè)備的運(yùn)行水平上做工作，但是否需要改進(jìn)預(yù)處理系 統(tǒng)較難判斷。 在RO設(shè)計(jì)中通常會(huì)忽視使用RO產(chǎn)品水沖洗系

11、統(tǒng)中的污垢，采用該法可減少RO的清洗次數(shù)。在設(shè)備停運(yùn) 期間用產(chǎn)品水浸泡RO膜組件有助于溶解垢和松散沉積物，因此降低化學(xué)清洗頻度。 反滲透法（優(yōu)缺點(diǎn)） 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 與其他水處理方法相比具有無(wú)相態(tài)變化、常溫操作、設(shè)備簡(jiǎn)單、效益高、占地少、操作方便、能量消耗 少、適應(yīng)范圍廣、自動(dòng)化程度高和出水質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)。反滲透法脫鹽率及產(chǎn)水純凈程度都比電滲析法高反滲透法脫鹽率及產(chǎn)水純凈程度都比電滲析法高, 出水水質(zhì)優(yōu)于我國(guó)生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn),對(duì)高氟低礦化度苦咸水通過(guò)反滲透法淡化,出水水質(zhì)可達(dá)到我 國(guó)飲用純凈水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。有資料表明,反滲透法淡化苦咸水的能耗反滲透法淡化苦咸水的能耗電耗、水耗均低于電滲析法電耗、水耗均低

12、于電滲析法, 而且反滲透法設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、運(yùn)行效果穩(wěn)定可靠、符合“清潔生產(chǎn)”要求,反滲透法是較其 他方法更為合理、有效的苦咸水淡化方法。 采用反滲透法對(duì)不同含鹽量的苦咸水進(jìn)行脫鹽淡化,淡化過(guò)程中,系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。系統(tǒng)的脫鹽率達(dá)系統(tǒng)的脫鹽率達(dá)96 %以以 上上,淡化水水質(zhì)達(dá)到國(guó)家生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)。反滲透系統(tǒng)苦咸水淡化裝置具有較強(qiáng)的適應(yīng)性,可根據(jù)原水的水 質(zhì)情況,調(diào)整運(yùn)行參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同含鹽量的苦咸水連續(xù)進(jìn)行處理。該裝置高度集成化,可望成為定型的成 套設(shè)備。 缺點(diǎn)缺點(diǎn) 需要高壓設(shè)備，原水利用率只有75-80%。膜要定期清洗。 中國(guó)海水淡化現(xiàn)狀 截止2014年底，天津天津已建成海水淡化工程規(guī)模

13、317245噸/日， 河北河北已建成海水淡化工程規(guī)模167500噸/日，山東山東已建成海水 淡化工程規(guī)模165205噸/日，浙江浙江已建成海水淡化工程規(guī)模 141495噸/日，遼寧遼寧已建成海水淡化工程規(guī)模87664噸/日，廣廣 東東已建成海水淡化工程規(guī)模30820噸/日，福建福建已建成海水淡 化工程規(guī)模10931噸/日，江蘇江蘇已建成海水淡化工程規(guī)模5100 噸/日，海南海南已建成海水淡化工程規(guī)模945噸/日。 中國(guó)海水淡化現(xiàn)狀 國(guó)內(nèi)（遼寧省大連市）、以色列典型海水淡化項(xiàng)目成本結(jié)構(gòu) 中國(guó)海水淡化現(xiàn)狀 國(guó)內(nèi)海水淡化發(fā)展現(xiàn)狀：主要用于工業(yè)，發(fā)展相對(duì)落后。 1)工程規(guī)模5年復(fù)合增速13%，和海外相比仍有較大差距。2015年年底，我國(guó)海水淡化工程規(guī)模達(dá)到 102.65萬(wàn)噸/日，5年復(fù)合增長(zhǎng)率12.5%。作為水資源缺乏的用水大國(guó)，我國(guó)海水淡化發(fā)展規(guī)模與海外相比 有較大差距，僅為世界規(guī)模的1.2%。 2)國(guó)內(nèi)海水淡化水2/3用于工業(yè)，集中在水價(jià)較高的沿海省份。海水淡化水用途中，工業(yè)用水占比63.