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,青島市政府召開新聞發(fā)布會，據(jù)市城市管理局局長郭繼山介紹，目前島城海水淡 化能力已達到每天23萬立方米，居全國領(lǐng)先水平，并力爭用五年左右的時間，使全市海水淡化 產(chǎn)能達到每天60萬立方米，“作為戰(zhàn)略水源,即使江水河水不來,青島也能照常生活。”郭繼山說。 海水淡化 海水淡化方法 青島青島 建設(shè)建設(shè)1010萬噸萬噸/ /天天 海水淡化海水淡化 項目（項目（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2

2、0 余種，包括反滲 透法、低多效、多級閃蒸、電滲析法、 壓汽蒸餾、露點蒸發(fā)法、水電聯(lián)產(chǎn)、熱 膜聯(lián)產(chǎn)以及利用核能、太陽能、風(fēng)能、 潮汐能海水淡化技術(shù)等等，以及微濾、 超濾、納濾等多項預(yù)處理和后處理工藝。 對沿海苦咸水脫鹽膜法占絕對優(yōu)勢對沿?？嘞趟擕}膜法占絕對優(yōu)勢， 占76.23%，投資和造水成本更低。對廢 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 交換膜進行海水淡化的方法。在外加電場

3、的的作 用下，水溶液中的陰，陽離子會分別向陽極和陰 極移動，中間再加上離子交換膜，就可能達到分 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 和陽離子交換膜，簡稱陰膜和陽膜。陽膜只允許 陽離子通過，陰膜只允許陰離子通過，這就是離 子交換膜的選擇透過性。 電滲析法（原理） 在電滲析槽中把陰離子交換膜和陽離子交換膜交 替排列，隔成寬度僅12mm的小室，在槽的兩 端則分別設(shè)陰、陽電極，接通直流電源。海水從 滲析槽一側(cè)進入，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， 一個變淡，一個變濃，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900ppm應(yīng)要軟化處理 污染指數(shù)SDI5 利用電滲析原理進行脫鹽或處理廢水的裝置，稱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)單元包括陽膜、隔板、陰膜，一個結(jié)構(gòu)單元也叫一個膜對。一臺電滲析器由許多膜對組 成，這些膜對總稱為膜堆。（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 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。 陽極常用石墨、鉛、鐵絲涂釘?shù)炔牧?，陰極可用不銹鋼等材料制成陽極常用石墨、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)備簡單，操作方便。 電滲析法（特點） 反滲透法（仿生原理） 早在1950年美國科學(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：陸地上由肺呼吸的動物是絕對無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)家把海鷗帶回了實驗室，經(jīng)過解剖發(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 簡稱 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，此半透膜只有水分子能夠透過而其他溶質(zhì)不能透過。我們 向鹽水的一側(cè)施加壓力，并且超過它的滲透壓，則溶液中的水就會透過半透膜，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）具有較高機械強度和使用壽命； （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）制膜原料來源容易，加工簡便，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/進水含鹽量）100% 反滲透膜對不同物質(zhì)的脫鹽率主要由物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和分子量決定，對高價離子及復(fù)雜單價離子的脫鹽率可以超過 99%，對單價離子如：鈉離

9、子、鉀離子、氯離子的脫鹽率稍低，但也可超過了98%（膜使用時間越長，化學(xué)清洗 次數(shù)越多，反滲透膜脫鹽率越低。）；對分子量大于100的有機物脫除率也可過到98%，但對分子量小于100的 有機物脫除率較低。 透過速度透過速度 水通量指反滲透系統(tǒng)的產(chǎn)水能力，即單位時間內(nèi)透過膜水量，通常用噸/小時或加侖/天來表示。 鹽透過速度在單位時間、單位膜面積上透過的鹽量，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)水或透過液的百分比。依據(jù)預(yù)處理的進水水質(zhì)及用水要求而定的。膜系統(tǒng) 的回收率在設(shè)計時就已經(jīng)確定， 回收率=（產(chǎn)水流量/進水流量）100% 反滲透法（反滲透膜） 反滲透系統(tǒng)最終是需要

10、進行清洗的，在你的RO系統(tǒng)表現(xiàn)出污染的傾向、長時間停運之前、或按計劃進行 常規(guī)保養(yǎng)時，建議你清洗RO系統(tǒng)。當(dāng)出現(xiàn)下列污染特征（標(biāo)準化后產(chǎn)水量下降1015%，標(biāo)準化后產(chǎn)水 水質(zhì)下降1015%，或者給水與濃水間的壓降增加1015%）時，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的不同而不同，一般習(xí)慣上可接受的清洗頻率是312個 月一次。如果每個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)的運行參數(shù)， 如果每13個月需要清洗一次，則需要在提高當(dāng)前設(shè)備的運行水平上做工作，但是否需要改進預(yù)處理系 統(tǒng)較難判斷。 在RO設(shè)計中通常會忽視使用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 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） 優(yōu)點優(yōu)點 與其他水處理方法相比具有無相態(tài)變化、常溫操作、設(shè)備簡單、效益高、占地少、操作方便、能量消耗 少、適應(yīng)范圍廣、自動化程度高和出水質(zhì)量好等優(yōu)點。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)于我國生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準,對高氟低礦化度苦咸水通過反滲透法淡化,出水水質(zhì)可達到我 國飲用純凈水衛(wèi)生標(biāo)準。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。 采用反滲透法對不同含鹽量的苦咸水進行脫鹽淡化,淡化過程中,系統(tǒng)運行穩(wěn)定。系統(tǒng)的脫鹽率達系統(tǒng)的脫鹽率達96 %以以 上上,淡化水水質(zhì)達到國家生活飲用水標(biāo)準。反滲透系統(tǒng)苦咸水淡化裝置具有較強的適應(yīng)性,可根據(jù)原水的水 質(zhì)情況,調(diào)整運行參數(shù)來實現(xiàn)對不同含鹽量的苦咸水連續(xù)進行處理。該裝置高度集成化,可望成為定型的成 套設(shè)備。 缺點缺點 需要高壓設(shè)備，原水利用率只有75-80%。膜要定期清洗。 中國海水淡化現(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。 中國海水淡化現(xiàn)狀 國內(nèi)（遼寧省大連市）、以色列典型海水淡化項目成本結(jié)構(gòu) 中國海水淡化現(xiàn)狀 國內(nèi)海水淡化發(fā)展現(xiàn)狀：主要用于工業(yè)，發(fā)展相對落后。 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，我國海水淡化工程規(guī)模達到 102.65萬噸/日，5年復(fù)合增長率12.5%。作為水資源缺乏的用水大國，我國海水淡化發(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)國內(nèi)海水淡化水2/3用于工業(yè)，集中在水價較高的沿海省份。海水淡化水用途中，工業(yè)用水占比63.