膜分離技術(shù)與海水淡化和水再用——參考資料

1、杭州水處理技術(shù)研發(fā)中心杭州水處理技術(shù)研發(fā)中心膜分離技術(shù)與海水淡化和水再用膜分離技術(shù)與海水淡化和水再用(Membrane separation for seawater desalination and water reuse)O目錄目錄 (content)1 膜分離技術(shù)與海水淡化膜分離技術(shù)與海水淡化 1.1 海水淡化簡(jiǎn)要發(fā)展過程海水淡化簡(jiǎn)要發(fā)展過程 1.2熱法海水淡化熱法海水淡化 1.3反滲透法反滲透法 1.4海水淡化的未來海水淡化的未來2 膜分離技術(shù)與飲用水凈化和純水制備膜分離技術(shù)與飲用水凈化和純水制備 2.1飲用水凈化飲用水凈化 2.2 純凈水的生產(chǎn)純凈水的生產(chǎn) 2.3 軟化水軟化水3 膜

2、分離技術(shù)與水再用膜分離技術(shù)與水再用 3.1 水循環(huán)回用水循環(huán)回用 3.2 廢水處理廢水處理 3.3 污水回用污水回用 4 結(jié)語結(jié)語摘要摘要 (Abstract) 簡(jiǎn)述了海水淡化和水再用在擴(kuò)大水資源和水資簡(jiǎn)述了海水淡化和水再用在擴(kuò)大水資源和水資源保護(hù)中的重要性。對(duì)目前成熟的源保護(hù)中的重要性。對(duì)目前成熟的海水淡化過海水淡化過程，程，如多級(jí)閃蒸和低溫多效進(jìn)行了簡(jiǎn)介，對(duì)反如多級(jí)閃蒸和低溫多效進(jìn)行了簡(jiǎn)介，對(duì)反滲透進(jìn)行了重點(diǎn)介紹。滲透進(jìn)行了重點(diǎn)介紹。 膜分離技術(shù)已成為膜分離技術(shù)已成為純水和軟化水制備純水和軟化水制備的通用技的通用技術(shù)。術(shù)。 水再用包括水再用包括工業(yè)廢水處理和回用以及城市污水工業(yè)廢水處理和回

3、用以及城市污水資源化資源化等。在國(guó)內(nèi)外，膜分離技術(shù)在許多領(lǐng)域等。在國(guó)內(nèi)外，膜分離技術(shù)在許多領(lǐng)域的中的應(yīng)用已廣為普及，有些過程已成為標(biāo)準(zhǔn)的中的應(yīng)用已廣為普及，有些過程已成為標(biāo)準(zhǔn)的單元操作，產(chǎn)生明顯的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益。的單元操作，產(chǎn)生明顯的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益。 隨著膜分離技術(shù)的不斷進(jìn)步，它在海水淡化和隨著膜分離技術(shù)的不斷進(jìn)步，它在海水淡化和水再用中的作用會(huì)越來越大，在水再用中的作用會(huì)越來越大，在擴(kuò)大和保護(hù)水?dāng)U大和保護(hù)水資源資源方面的貢獻(xiàn)會(huì)越來越突出，也會(huì)對(duì)方面的貢獻(xiàn)會(huì)越來越突出，也會(huì)對(duì)節(jié)能、節(jié)能、降耗和減排降耗和減排工作有所促進(jìn)。工作有所促進(jìn)。水分子反滲透，0.1nm-1nm鹽，金屬離子，礦物質(zhì)納濾，0

4、.5nm-5nm糖，染料，表面活性劑，礦物質(zhì)超濾，5nm-50nm乳化油，顏料，膠體微濾，0.1-10um細(xì)菌，懸浮物壓力驅(qū)動(dòng)膜壓力驅(qū)動(dòng)膜(PDM)(PDM)原理圖原理圖 1 1膜分離技術(shù)與海水淡化膜分離技術(shù)與海水淡化 1.1 1.1 海水淡化簡(jiǎn)要發(fā)展過程海水淡化簡(jiǎn)要發(fā)展過程 海水淡化是自古以來人們的夢(mèng)想之一。海水淡化是自古以來人們的夢(mèng)想之一。 1919世紀(jì)世紀(jì)出現(xiàn)了浸沒式蒸發(fā)器；出現(xiàn)了浸沒式蒸發(fā)器； 第二次世界大戰(zhàn)第二次世界大戰(zhàn)促進(jìn)了脫鹽技術(shù)的發(fā)展，但仍限于多效和壓汽促進(jìn)了脫鹽技術(shù)的發(fā)展，但仍限于多效和壓汽蒸餾；蒸餾； 2020世紀(jì)世紀(jì)5050年代年代，美國(guó)意識(shí)到水資源的重要戰(zhàn)略意義，專設(shè)鹽

5、水，美國(guó)意識(shí)到水資源的重要戰(zhàn)略意義，專設(shè)鹽水局，局，3030年內(nèi)撥專款年內(nèi)撥?？?414億美元研發(fā)新的脫鹽技術(shù)。億美元研發(fā)新的脫鹽技術(shù)。 19541954年電滲析（年電滲析（EDED）實(shí)用化，）實(shí)用化，19571957年多級(jí)閃蒸（年多級(jí)閃蒸（MSFMSF）問世，）問世，1 1960960年反滲透（年反滲透（RORO）獲突破性進(jìn)展。）獲突破性進(jìn)展。19751975年低溫多效（年低溫多效（LT-MELT-ME）商品化；商品化； 19901990年后，年后，隨著隨著RORO膜性能的提高，價(jià)格的下降，高壓泵和能量膜性能的提高，價(jià)格的下降，高壓泵和能量回收效率的提高，反滲透法成為投資最省，成本最低的海水

6、淡回收效率的提高，反滲透法成為投資最省，成本最低的海水淡化制備飲用水的過程。化制備飲用水的過程。 20062006年年脫鹽水產(chǎn)量在脫鹽水產(chǎn)量在4.754.7510107 7m3/dm3/d以上，其迅猛增長(zhǎng)的趨勢(shì)以上，其迅猛增長(zhǎng)的趨勢(shì)是少見的；多級(jí)閃蒸技術(shù)占世界海水淡化裝機(jī)容量的是少見的；多級(jí)閃蒸技術(shù)占世界海水淡化裝機(jī)容量的42%42%，反，反滲透技術(shù)占淡化裝機(jī)容量的滲透技術(shù)占淡化裝機(jī)容量的45%45%。1.21.2熱熱法海水淡化法海水淡化 熱法海水淡化主要有熱法海水淡化主要有MSFMSF，LT-MELT-ME和壓氣蒸餾和壓氣蒸餾(VC)(VC)等。等。 1.2.1 .1.2.1 .多級(jí)閃蒸（多

7、級(jí)閃蒸（MSFMSF） 就就MSFMSF技術(shù)本身近年來有所進(jìn)展，但無重大突破。主要技術(shù)本身近年來有所進(jìn)展，但無重大突破。主要進(jìn)展有單機(jī)容量進(jìn)一步擴(kuò)大，最高可達(dá)進(jìn)展有單機(jī)容量進(jìn)一步擴(kuò)大，最高可達(dá)7.97.9萬萬m3/dm3/d；多；多級(jí)閃蒸與水電一體化級(jí)閃蒸與水電一體化；過程集成；過程集成-熱膜耦合熱膜耦合；採(cǎi)用新；採(cǎi)用新的管及蒸發(fā)室材料，試用高級(jí)奧氏不銹鋼代替鎳基合的管及蒸發(fā)室材料，試用高級(jí)奧氏不銹鋼代替鎳基合金；工藝改進(jìn)有采用新型聚羧酸酯防垢劑，該劑兼抑金；工藝改進(jìn)有采用新型聚羧酸酯防垢劑，該劑兼抑垢和分散作用，可使垢和分散作用，可使MSFMSF在在95-11095-110下運(yùn)行，且用量少，

8、下運(yùn)行，且用量少，對(duì)環(huán)境影響??；對(duì)環(huán)境影響??；提高最高鹽水溫度，增加級(jí)數(shù)和比熱提高最高鹽水溫度，增加級(jí)數(shù)和比熱交換面積及鹽水循環(huán)流量；改進(jìn)熱回收和排熱段以提交換面積及鹽水循環(huán)流量；改進(jìn)熱回收和排熱段以提高蒸發(fā)量；提高快速除霧功能和排放冷卻器功能等；高蒸發(fā)量；提高快速除霧功能和排放冷卻器功能等；運(yùn)行管理方面開發(fā)了運(yùn)行管理方面開發(fā)了DROPSDROPS軟件，可協(xié)調(diào)運(yùn)行參數(shù)，使軟件，可協(xié)調(diào)運(yùn)行參數(shù)，使系統(tǒng)最佳化，并降低運(yùn)行費(fèi)用；延長(zhǎng)服務(wù)期限，提高系統(tǒng)最佳化，并降低運(yùn)行費(fèi)用；延長(zhǎng)服務(wù)期限，提高運(yùn)行可靠性，減少停車維修，降低成本等等。目前運(yùn)行可靠性，減少停車維修，降低成本等等。目前MSFMSF的能耗在的

9、能耗在10kWh/m10kWh/m3 3淡水以上。淡水以上。 1.2.2.1.2.2.低溫多效（低溫多效（LT-MEDLT-MED） MEDMED為上世紀(jì)為上世紀(jì)3030年代的淡化方法，由于結(jié)垢和腐蝕等年代的淡化方法，由于結(jié)垢和腐蝕等問題，更由于上世紀(jì)問題，更由于上世紀(jì)5050年代年代MSFMSF的出現(xiàn)，使之停滯不的出現(xiàn)，使之停滯不前。盡管美、日等國(guó)家投入大量資金改進(jìn)提高，但自前。盡管美、日等國(guó)家投入大量資金改進(jìn)提高，但自19751975商品化以來，至今市場(chǎng)占有份額仍不足商品化以來，至今市場(chǎng)占有份額仍不足10%10%。 LT-MEDLT-MED操作溫度在操作溫度在60-7060-70，使結(jié)垢和

10、腐蝕有所減緩，使結(jié)垢和腐蝕有所減緩，可使用較廉價(jià)的材料，以降低成本。一些改進(jìn)工作有：可使用較廉價(jià)的材料，以降低成本。一些改進(jìn)工作有：裝置規(guī)模大型化，使用較廉價(jià)的新材料和新設(shè)備，強(qiáng)裝置規(guī)模大型化，使用較廉價(jià)的新材料和新設(shè)備，強(qiáng)化傳熱管等化傳熱管等，提高最高鹽水溫度和增加效數(shù)，使用高，提高最高鹽水溫度和增加效數(shù)，使用高效的熱泵等可有效提高造水比和利用末效熱，效的熱泵等可有效提高造水比和利用末效熱， 水電水電聯(lián)產(chǎn)和熱膜耦合聯(lián)產(chǎn)有效降低海水淡化的成本；塔式聯(lián)產(chǎn)和熱膜耦合聯(lián)產(chǎn)有效降低海水淡化的成本；塔式設(shè)計(jì)，混凝土外殼等。通常能耗在設(shè)計(jì)，混凝土外殼等。通常能耗在6-8 kWh/m6-8 kWh/m3 3

11、淡水，淡水，該技術(shù)在利用低品位熱能造水方面有一定的市場(chǎng)。該技術(shù)在利用低品位熱能造水方面有一定的市場(chǎng)。 反滲透具有投資省、能耗低（無相變）、建反滲透具有投資省、能耗低（無相變）、建設(shè)期短、占地少的特點(diǎn)，是海水淡化技術(shù)中近設(shè)期短、占地少的特點(diǎn)，是海水淡化技術(shù)中近二十年來發(fā)展最快的。除海灣國(guó)家外，美洲、二十年來發(fā)展最快的。除海灣國(guó)家外，美洲、亞洲和歐洲，大、中生產(chǎn)規(guī)模的裝置多以反滲亞洲和歐洲，大、中生產(chǎn)規(guī)模的裝置多以反滲透法為首選。透法為首選。(SWRO has been accepted widely in America, Asia and Europe, because of its lowe

12、st investment and cost, lowest energy consumption and shorter building period. )1.31.3反滲透法反滲透法(SWRO ) 圖圖1-1 1-1 反滲透（反滲透（SWROSWRO）過過程程取水取水 1.3.11.3.1反滲透膜和組器技術(shù)的進(jìn)步反滲透膜和組器技術(shù)的進(jìn)步 RORO海水淡化所以具有競(jìng)爭(zhēng)力，膜性能的提高是很關(guān)鍵海水淡化所以具有競(jìng)爭(zhēng)力，膜性能的提高是很關(guān)鍵的。的。 2020世紀(jì)世紀(jì)7070年代海水淡化用的主要是年代海水淡化用的主要是DupontDupont公司的公司的B-10B-10芳香族聚酰胺中空纖維組件；芳

13、香族聚酰胺中空纖維組件； 上世紀(jì)上世紀(jì)8080年代日本東洋紡的三醋酸纖維素中空纖維組年代日本東洋紡的三醋酸纖維素中空纖維組件也加入海水淡化陣列；件也加入海水淡化陣列； 而目前最具發(fā)展?jié)摿Φ氖菑?fù)合反滲透膜，自上世紀(jì)而目前最具發(fā)展?jié)摿Φ氖菑?fù)合反滲透膜，自上世紀(jì)8080年代商品化以來，性能不斷改進(jìn)提高，價(jià)格越來越便年代商品化以來，性能不斷改進(jìn)提高，價(jià)格越來越便宜，使反滲透海水淡化成本不斷下降，成為海水淡化宜，使反滲透海水淡化成本不斷下降，成為海水淡化的主要用膜。的主要用膜。如如203mm203mm1016mm1016mm的復(fù)合膜卷式元件，的復(fù)合膜卷式元件，對(duì)對(duì)35000mg/L35000mg/L海水

14、，海水，5.5MPa5.5MPa下，下，2525，8-10%8-10%回收率，回收率，產(chǎn)水量達(dá)產(chǎn)水量達(dá)23m23m3 3/d/d，脫鹽率，脫鹽率99.8%99.8%左右。左右。16161818英寸直徑英寸直徑的海水淡化反滲透膜元件已開始進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用。的海水淡化反滲透膜元件已開始進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用。16”8”（TFC）（Module) CA,CTA 海水和海水和苦咸水膜苦咸水膜PW,BW復(fù)合膜復(fù)合膜（TFC）SW復(fù)合膜復(fù)合膜（TFC）低壓低壓復(fù)合膜復(fù)合膜（TFC） 納濾復(fù)合膜納濾復(fù)合膜（TFC） 超低壓復(fù)合膜超低壓復(fù)合膜（TFC） 高脫鹽復(fù)合膜高脫鹽復(fù)合膜（TFC） 圖圖1-2抗污染復(fù)合膜抗污染復(fù)

15、合膜（TFC） 1.3.2 1.3.2 高效的能量回收技術(shù)高效的能量回收技術(shù) 2020世紀(jì)世紀(jì)8080年代，年代，SWROSWRO初期是用與高壓泵電初期是用與高壓泵電機(jī)主軸聯(lián)動(dòng)的渦輪機(jī)來回收高壓濃海水的機(jī)主軸聯(lián)動(dòng)的渦輪機(jī)來回收高壓濃海水的能量；能量； 上世紀(jì)上世紀(jì)8080年代后期改進(jìn)為年代后期改進(jìn)為水力渦輪換能器水力渦輪換能器，其優(yōu)點(diǎn)是不必與電機(jī)主軸相聯(lián)，可因地置其優(yōu)點(diǎn)是不必與電機(jī)主軸相聯(lián)，可因地置宜，但渦輪機(jī)的效率多在宜，但渦輪機(jī)的效率多在60%-83%60%-83%左右；左右； 上世紀(jì)上世紀(jì)9090年代中期推出了年代中期推出了功交換器功交換器和和壓力壓力交換器交換器，效率提高到，效率提高到

16、90%90%以上，使海水淡化以上，使海水淡化的的RORO本體能耗在本體能耗在3kWh/m3kWh/m3 3以下，總能耗在以下，總能耗在4kW4kWh/mh/m3 3左右。左右。1.3.2 1.3.2 高效的能量回收技高效的能量回收技術(shù)術(shù) high efficiency of energy recoveryhigh efficiency of energy recovery圖圖1 13 3 能量回收裝置能量回收裝置 1.3.3 1.3.3 淡化工藝的不斷改進(jìn)淡化工藝的不斷改進(jìn) （1 1）MFMF和和UFUF用于海水預(yù)處理用于海水預(yù)處理 通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，用通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，用MFMF和和UFUF對(duì)海水預(yù)

17、處理不僅技術(shù)可行，而且也相當(dāng)經(jīng)濟(jì)，對(duì)海水預(yù)處理不僅技術(shù)可行，而且也相當(dāng)經(jīng)濟(jì)，用用MFMF或或UFUF可替代凝聚和過濾，由于供水水質(zhì)好，可替代凝聚和過濾，由于供水水質(zhì)好，RORO比常規(guī)法可多產(chǎn)水比常規(guī)法可多產(chǎn)水20%20%，這樣用膜面積少，壓力容器，這樣用膜面積少，壓力容器少，管路省，占地面積小，從而投資費(fèi)用低；同時(shí)少，管路省，占地面積小，從而投資費(fèi)用低；同時(shí)R RO O膜清洗周期長(zhǎng)，用試劑少，省勞力、運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，膜清洗周期長(zhǎng)，用試劑少，省勞力、運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，其運(yùn)行費(fèi)用也低。其運(yùn)行費(fèi)用也低。 （2 2）提高回收率的新工藝提高回收率的新工藝 對(duì)海水淡化經(jīng)濟(jì)性分析對(duì)海水淡化經(jīng)濟(jì)性分析表明，壓力從表明，

18、壓力從5.5MPa5.5MPa提高到提高到8.0MPa8.0MPa，使回收率從，使回收率從35%35%提高到提高到50%50%以上是經(jīng)濟(jì)的。高回收率下，取海水量減以上是經(jīng)濟(jì)的。高回收率下，取海水量減少，預(yù)處理的設(shè)施和各種藥劑用量相應(yīng)減少，泵和少，預(yù)處理的設(shè)施和各種藥劑用量相應(yīng)減少，泵和高壓泵所用電力也省，操作和維修勞力也省等。當(dāng)高壓泵所用電力也省，操作和維修勞力也省等。當(dāng)然，要求的操作壓力要相應(yīng)提高，這就需要耐高壓然，要求的操作壓力要相應(yīng)提高，這就需要耐高壓的膜元件，另外相應(yīng)的工藝也應(yīng)進(jìn)一步改進(jìn)。的膜元件，另外相應(yīng)的工藝也應(yīng)進(jìn)一步改進(jìn)。 （3 3）集成工藝集成工藝 以納濾作為預(yù)處理，實(shí)際為以納

19、濾作為預(yù)處理，實(shí)際為部分脫鹽（主要是去硬度），通?？沙ズ２糠置擕}（主要是去硬度），通?？沙ズＫ兴蠧aCa2+2+、MgMg2+2+和和HCOHCO3 3在在70%70%以上，除以上，除SOSO4 422在在90%90%以上，與以上，與SWROSWRO和和MSFMSF（LT-MELT-ME）結(jié)合，）結(jié)合，NFNF產(chǎn)產(chǎn)水的水的60%60%經(jīng)經(jīng)RORO轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品水，轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品水，RORO濃水的濃水的80%80%由由M MSFSF轉(zhuǎn)化為淡水，同時(shí)轉(zhuǎn)化為淡水，同時(shí)MSFMSF的余熱可加熱的余熱可加熱NFNF和和RORO的進(jìn)水。的進(jìn)水。 其他集成工藝，水電聯(lián)產(chǎn)中的和熱膜耦合等，其他集成工藝，水電聯(lián)

20、產(chǎn)中的和熱膜耦合等，可有效降低海水淡化的成本。可有效降低海水淡化的成本。 （4 4）生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈 將發(fā)電、海水淡化與鹽、將發(fā)電、海水淡化與鹽、堿聯(lián)產(chǎn)等綜合開發(fā)，是值得提倡和推廣的新堿聯(lián)產(chǎn)等綜合開發(fā)，是值得提倡和推廣的新概念。概念。一級(jí)海水淡化一級(jí)海水淡化工藝工藝高效高效兩段法兩段法高壓一級(jí)海高壓一級(jí)海水淡化工藝水淡化工藝集成工藝集成工藝(膜、膜、熱、電熱、電)新的預(yù)處理新的預(yù)處理（MF/UF）生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈（水、電、鹽、（水、電、鹽、化工化工.圖圖1-4新后處理新后處理系統(tǒng)系統(tǒng)(脫硼脫硼)二級(jí)海水淡二級(jí)海水淡化工藝化工藝淡化工藝的不斷改進(jìn)淡化工藝的不斷改進(jìn)圖圖1-7 海水資源綜合

21、利用與海水資源綜合利用與電、熱、汽和電、熱、汽和其他工業(yè)聯(lián)產(chǎn)其他工業(yè)聯(lián)產(chǎn) 生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈最新最新報(bào)報(bào)道道(New report)(New report) 美美國(guó)國(guó)加州加州Hueneme Hueneme 港的海港的海軍軍海水海水脫鹽脫鹽試驗(yàn)場(chǎng)試驗(yàn)場(chǎng)用用FILMTECFILMTEC的的SW30XLE-400iSW30XLE-400i膜元膜元件件,PX,PX壓壓力交力交換換器器試驗(yàn)試驗(yàn)海水海水脫鹽脫鹽, ,回收率回收率43%,43%,膜通量膜通量6gfd,6gfd,能耗能耗為為6.0kWh/kgal 6.0kWh/kgal (1.58kWh(1.58kWh/m/m3 3) )。對(duì)對(duì)50MGD5

22、0MGD的工的工廠廠, ,設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)地回收率地回收率50%,50%,膜通量膜通量9gfd,9gfd,能耗能耗為為6.93kWh/kgal(1.83kW6.93kWh/kgal(1.83kWh/mh/m3 3).$0.63/m).$0.63/m3 3，該試驗(yàn)該試驗(yàn)由由Affordable DeAffordable Desalination salination Collaboration(ADCCollaboration(ADC) ) 進(jìn)進(jìn)行。行。表表1.1 1.1 海水和苦咸水淡化海水和苦咸水淡化產(chǎn)產(chǎn)量量淡化水淡化水產(chǎn)產(chǎn)量量所占比例（所占比例（%） （m3/d）MSFROLT/MED其他其他全球

23、全球4.710743.5（下降（下降趨勢(shì)趨勢(shì)）(66.3) 43.5（迅速上升（迅速上升趨趨勢(shì)勢(shì))(22.4)（上升（上升趨趨勢(shì)勢(shì))（上升（上升趨趨勢(shì)勢(shì))中中國(guó)國(guó)15.0104 4 8015圖圖1-8 以色列以色列 SWRO plant(33104m3/d)1.4 1.4 海水淡化的未來海水淡化的未來 膜法和熱法兩者，目前中東地區(qū)以熱法為主，膜法和熱法兩者，目前中東地區(qū)以熱法為主，美、日、歐等以美、日、歐等以SWROSWRO為主。近五年來為主。近五年來SWROSWRO由于由于投資能耗、淡化水成本等都最低，建設(shè)周期也投資能耗、淡化水成本等都最低，建設(shè)周期也短，在國(guó)際指標(biāo)中屢屢中標(biāo)，很有競(jìng)爭(zhēng)力。在

24、短，在國(guó)際指標(biāo)中屢屢中標(biāo)，很有競(jìng)爭(zhēng)力。在水熱電聯(lián)產(chǎn)場(chǎng)合（含核能）水熱電聯(lián)產(chǎn)場(chǎng)合（含核能）,RO,RO、MEDMED、集成膜、集成膜法、熱膜耦合海水淡化系統(tǒng)都可考慮；預(yù)期近法、熱膜耦合海水淡化系統(tǒng)都可考慮；預(yù)期近幾年內(nèi)，大型反滲透膜元件將規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)化，幾年內(nèi)，大型反滲透膜元件將規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)化，以標(biāo)準(zhǔn)尺寸以標(biāo)準(zhǔn)尺寸1616或或1818英寸廣泛地應(yīng)用于大規(guī)模反英寸廣泛地應(yīng)用于大規(guī)模反滲透裝置中；其他的方法依靠技術(shù)的創(chuàng)新和突滲透裝置中；其他的方法依靠技術(shù)的創(chuàng)新和突破，如研究中的新海水淡化技術(shù)：膜蒸餾、破，如研究中的新海水淡化技術(shù)：膜蒸餾、正正滲透和噴霧淡化等。滲透和噴霧淡化等。目前全球的海水淡化產(chǎn)量約目

25、前全球的海水淡化產(chǎn)量約4.754.7510107 7 m m3 3/d /d ，占世界飲用水的，占世界飲用水的1%1%，預(yù)計(jì)下，預(yù)計(jì)下2020年的產(chǎn)量將增加一倍，有年的產(chǎn)量將增加一倍，有700700億億$ $ 的市的市場(chǎng)，近場(chǎng)，近5 5年已有約年已有約100100億億$ $ 的訂貨，產(chǎn)的訂貨，產(chǎn)淡水淡水5.35.310106 6m m3 3/d/d。隨著水資源的匱。隨著水資源的匱乏，水源的污染，需求的增加乏，水源的污染，需求的增加.海海水淡化技術(shù)的應(yīng)用（包括物料的預(yù)濃水淡化技術(shù)的應(yīng)用（包括物料的預(yù)濃縮）會(huì)越來越廣?？s）會(huì)越來越廣。Seawater Desalination Plants in

26、China 國(guó)內(nèi)國(guó)內(nèi)的海水淡化的海水淡化廠廠2 15國(guó)內(nèi)已運(yùn)行的淡化廠約達(dá)國(guó)內(nèi)已運(yùn)行的淡化廠約達(dá) 萬噸萬噸/天天1.在建的有在建的有 2020多個(gè)廠多個(gè)廠, , 總產(chǎn)量約總產(chǎn)量約8080萬噸萬噸/天天2.2.醞釀中的醞釀中的個(gè)大淡化廠個(gè)大淡化廠, 2 1M m3/d 3.圖圖1-9 榮成榮成5000噸噸/日海水淡化系統(tǒng)日海水淡化系統(tǒng)5000m3/d RO seawater desalting plant in Rongcheng (2003)2 2 膜分離技術(shù)與飲用水凈化和純水制備膜分離技術(shù)與飲用水凈化和純水制備 2.12.1飲用水凈化飲用水凈化 環(huán)境的污染影響到飲用水的質(zhì)量，而人們生環(huán)境的污

27、染影響到飲用水的質(zhì)量，而人們生活水平的提高，對(duì)飲用水水質(zhì)要求越來越高，活水平的提高，對(duì)飲用水水質(zhì)要求越來越高，世界各國(guó)都在不斷改進(jìn)飲用水的制備技術(shù)，世界各國(guó)都在不斷改進(jìn)飲用水的制備技術(shù)，對(duì)微濾、超濾和納濾在除菌、去濁、去大分對(duì)微濾、超濾和納濾在除菌、去濁、去大分子膠體、農(nóng)藥、異味、激素及部分子膠體、農(nóng)藥、異味、激素及部分SOSO4 42-2-、NONO3 3- -、F F- -和和AsAs等方面的作用進(jìn)行了肯定。等方面的作用進(jìn)行了肯定。 膜技術(shù)作為飲用水的預(yù)處理和深度處理隨著膜技術(shù)作為飲用水的預(yù)處理和深度處理隨著城市化進(jìn)程的加快，其作用也越來越顯著，城市化進(jìn)程的加快，其作用也越來越顯著，已成為

28、保障飲用水安全的主要技術(shù)之一。家已成為保障飲用水安全的主要技術(shù)之一。家用用MFMF、UFUF、NFNF及及RORO凈水器已很普遍，不少自凈水器已很普遍，不少自來水廠也開始采用膜技術(shù)來保證供水質(zhì)量。來水廠也開始采用膜技術(shù)來保證供水質(zhì)量。 膜技術(shù)與飲用水凈化膜技術(shù)與飲用水凈化 (purification of drinking water) MFMF：懸浮物、細(xì)菌懸浮物、細(xì)菌 UFUF：大分子、病毒、膠體大分子、病毒、膠體 NFNF：部分硬度、重金屬、農(nóng)藥、部分硬度、重金屬、農(nóng)藥、激素、 AsAs 、TXMTXM、 SO SO4 42-2- RORO：各種雜質(zhì)各種雜質(zhì) EDED：去氟去氟 MCMC

29、：去揮發(fā)性物質(zhì)去揮發(fā)性物質(zhì)第一代工藝第一代工藝 第二代工藝第二代工藝混凝混凝沉淀沉淀過濾過濾消毒消毒常規(guī)處理常規(guī)處理深度處理深度處理預(yù)處理預(yù)處理預(yù)氧化預(yù)氧化臭氧活性炭臭氧活性炭預(yù)處理預(yù)處理UF/NF后處理后處理消毒消毒第三代工藝第三代工藝圖圖2-1圖圖2-2 飲用水凈化飲用水凈化-巴黎巴黎1414萬噸萬噸/ /日納濾膜飲用水裝置日納濾膜飲用水裝置 2.2 2.2 純水的生產(chǎn)純水的生產(chǎn)(pure water production)(pure water production) 超純水、純水、過程用水和軟化水超純水、純水、過程用水和軟化水這些這些都是工業(yè)生產(chǎn)中每時(shí)每刻都離不開的，現(xiàn)在都是工業(yè)生產(chǎn)中

30、每時(shí)每刻都離不開的，現(xiàn)在大多都用大多都用最經(jīng)濟(jì)的膜法來制備最經(jīng)濟(jì)的膜法來制備。 反滲透可除去天然水中反滲透可除去天然水中98%98%以上的鹽和有機(jī)物，以上的鹽和有機(jī)物，以及以及95%95%以上的可溶性以上的可溶性SiOSiO2 2，大大地改善了后，大大地改善了后續(xù)離子交換的工作條件，使再生用酸堿耗量續(xù)離子交換的工作條件，使再生用酸堿耗量減少減少95%95%左右，制水成本進(jìn)一步下降，且純水左右，制水成本進(jìn)一步下降，且純水質(zhì)量和穩(wěn)定性有保障。近質(zhì)量和穩(wěn)定性有保障。近1010多年來逐漸興起多年來逐漸興起R RO+EDIO+EDI的新工藝，的新工藝，EDIEDI以電再生代替了離子交以電再生代替了離子交

31、換樹脂的酸堿再生，基本上實(shí)現(xiàn)了無酸堿化換樹脂的酸堿再生，基本上實(shí)現(xiàn)了無酸堿化生產(chǎn)。生產(chǎn)。原 水 凝 聚 過 程 活 性 碳 ( 大 孔 樹 脂 ) 反 滲 透 離 子 交 換 ( E D I ) 真 空 脫 氣離 子 交 換 反 滲 透 紫 外 氧 化 拋 光 樹 脂 紫 外 殺 菌 U F ( M F ) 使 用 點(diǎn)再 利 用 紫 外 殺 菌 離 子 交 換 活 性 碳再 循 環(huán)圖圖2-3 純水制備流程純水制備流程Salt Reject 鹽水鹽水High PurityProduct高純產(chǎn)品水高純產(chǎn)品水Salt Reject 鹽水鹽水Na+Na+Cl-Cl-Cl-Cl-Na+Na+Na+Na+

32、Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Na+Na+Na+Na+Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Na+Na+Na+Na+Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Na+Na+Na+Na+Na+Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-H+OH-H+OH-H+OH-H+OH-AEMAEMCEMCEM圖圖2-4 2-4 混床型樹脂填充式混床型樹脂填充式EDIEDI圖圖2-5 2-5 從海水制備鍋爐補(bǔ)給水從海水制備鍋爐補(bǔ)給水Conventional FiltrationThird RO +EDI圖圖2-6 2-6 兗州礦務(wù)局兗州礦務(wù)局48004800電力領(lǐng)域 2.3 2.3 軟化水軟化水 水的

33、軟化最常用的為離子交換法和化學(xué)法水的軟化最常用的為離子交換法和化學(xué)法等，這不僅要消耗大量的鹽或石灰、純堿等，這不僅要消耗大量的鹽或石灰、純堿和燒堿等化學(xué)藥劑，而且對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重和燒堿等化學(xué)藥劑，而且對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，另外操作和控制也不簡(jiǎn)便。污染，另外操作和控制也不簡(jiǎn)便。膜軟化膜軟化是近是近1010多年來發(fā)展起來的新方法，優(yōu)點(diǎn)是多年來發(fā)展起來的新方法，優(yōu)點(diǎn)是不要再生，無污泥產(chǎn)生，可完全除去懸浮不要再生，無污泥產(chǎn)生，可完全除去懸浮物和大部分有機(jī)物，操作簡(jiǎn)便和占地省等。物和大部分有機(jī)物，操作簡(jiǎn)便和占地省等。在相同出水水質(zhì)下，投資費(fèi)用和石灰軟化在相同出水水質(zhì)下，投資費(fèi)用和石灰軟化相當(dāng)，而操作費(fèi)用低。

34、相當(dāng)，而操作費(fèi)用低。進(jìn) 水絮 凝 劑PH調(diào) 節(jié)防 垢 劑膜 清 洗濃 水殺 菌 劑過 濾保 安濾 器泵軟 化 水膜 軟化 器圖圖2-7 膜軟化膜軟化-工藝流程工藝流程 3.1 3.1 循環(huán)回用循環(huán)回用 3.2 3.2 廢水處理，水回用并回收副產(chǎn)物廢水處理，水回用并回收副產(chǎn)物和清潔生產(chǎn)和清潔生產(chǎn) 3.3 3.3 市政污水和廢水處理使水再用市政污水和廢水處理使水再用3 3 膜分離技術(shù)與水再用膜分離技術(shù)與水再用( (Membrane separation for water reuse)3.1 3.1 水循環(huán)回用水循環(huán)回用 作為循環(huán)回用，有專門的工藝控制結(jié)垢、作為循環(huán)回用，有專門的工藝控制結(jié)垢、粘泥

35、、腐蝕等以及殺生，這在工業(yè)冷卻水粘泥、腐蝕等以及殺生，這在工業(yè)冷卻水中普遍采用。中普遍采用。 近些年來有用膜技術(shù)提高回用率的不少研近些年來有用膜技術(shù)提高回用率的不少研究報(bào)道。究報(bào)道。 海水冷卻分海水海水冷卻分海水直流冷卻直流冷卻和海水和海水循循環(huán)環(huán)冷卻冷卻。 直流冷卻直流冷卻是指原海水是指原海水經(jīng)換熱設(shè)備進(jìn)經(jīng)換熱設(shè)備進(jìn)行一次性冷卻后，即排放的行一次性冷卻后，即排放的過過程；程； 循循環(huán)環(huán)冷卻冷卻是指原海水是指原海水經(jīng)換熱設(shè)備經(jīng)換熱設(shè)備完完成一次冷卻、再成一次冷卻、再經(jīng)經(jīng)冷卻塔冷卻后，冷卻塔冷卻后，循循環(huán)環(huán)使用的使用的過過程。程。海水作海水作為為工工業(yè)業(yè)冷卻用水冷卻用水圖圖3-1 3-1 美國(guó)某

36、核電站海水直流和循環(huán)冷卻美國(guó)某核電站海水直流和循環(huán)冷卻系統(tǒng)全景（各系統(tǒng)全景（各152200m152200m3 3/h/h） 經(jīng)近百年的發(fā)展，世界海水冷卻水用經(jīng)近百年的發(fā)展，世界海水冷卻水用量已經(jīng)超過量已經(jīng)超過5000億立方米億立方米/年，廣泛用于年，廣泛用于發(fā)電、煉油、化工、鋼鐵等耗水大的行業(yè)。發(fā)電、煉油、化工、鋼鐵等耗水大的行業(yè)。我國(guó)的海水直流冷卻技術(shù)，已有我國(guó)的海水直流冷卻技術(shù)，已有60余年發(fā)余年發(fā)展歷史，主要用于濱?；痣?、核電、化工展歷史，主要用于濱?；痣?、核電、化工和冶金等企業(yè)。海水冷卻水用量已經(jīng)超過和冶金等企業(yè)。海水冷卻水用量已經(jīng)超過300億立方米億立方米/年。如僅大亞灣核電站年。如

37、僅大亞灣核電站（980MW）年用冷卻海水達(dá)）年用冷卻海水達(dá)35億噸。我億噸。我國(guó)海水循環(huán)冷卻技術(shù)經(jīng)近國(guó)海水循環(huán)冷卻技術(shù)經(jīng)近20年的研究開發(fā)，年的研究開發(fā)，已達(dá)十萬噸已達(dá)十萬噸/時(shí)的示范規(guī)模，具有重要推廣時(shí)的示范規(guī)模，具有重要推廣應(yīng)用價(jià)值應(yīng)用價(jià)值。表表3.1 中中國(guó)海水利用發(fā)展目標(biāo)國(guó)海水利用發(fā)展目標(biāo)Development target for seawater utilization 3.2 3.2 廢水處理廢水處理 作為廢水處理水回用并回收副產(chǎn)物和清作為廢水處理水回用并回收副產(chǎn)物和清潔生產(chǎn)的應(yīng)用例子十分多，早在上世紀(jì)潔生產(chǎn)的應(yīng)用例子十分多，早在上世紀(jì)7 70 0年代就開始了，像超濾回收電泳漆，

38、超年代就開始了，像超濾回收電泳漆，超濾和反滲透處理乳清，濾和反滲透處理乳清，NFNF和和RORO處理電鍍處理電鍍廢水等廢水等都是眾所周知、廣為普及的都是眾所周知、廣為普及的先進(jìn)技術(shù)。下面是幾個(gè)與鋼鐵廠有關(guān)的先進(jìn)技術(shù)。下面是幾個(gè)與鋼鐵廠有關(guān)的應(yīng)用。應(yīng)用。 3.2.13.2.1電泳漆回收電泳漆回收 涂裝行業(yè)（特別是汽車工業(yè)）用的陽極涂裝行業(yè)（特別是汽車工業(yè)）用的陽極或陰極電泳漆由于有超濾，實(shí)現(xiàn)了電泳或陰極電泳漆由于有超濾，實(shí)現(xiàn)了電泳漆濃度，電導(dǎo)的嚴(yán)格控制，并回收了電漆濃度，電導(dǎo)的嚴(yán)格控制，并回收了電泳漆和淋洗水，使整個(gè)生產(chǎn)接近零排放。泳漆和淋洗水，使整個(gè)生產(chǎn)接近零排放。圖圖3-2 3-2 超濾回收

39、電泳漆超濾回收電泳漆超濾超濾電泳槽電泳槽淋洗水淋洗水 3.2.23.2.2電鍍廢水電鍍廢水 電鍍（鍍鎳、鍍鉻、鍍鎘、鍍金等）電鍍（鍍鎳、鍍鉻、鍍鎘、鍍金等）產(chǎn)生大量漂洗水，用反滲透可實(shí)現(xiàn)漂產(chǎn)生大量漂洗水，用反滲透可實(shí)現(xiàn)漂洗水中貴重電鍍藥劑的回收，又可使洗水中貴重電鍍藥劑的回收，又可使漂洗水回用，基本可實(shí)現(xiàn)零排放的閉漂洗水回用，基本可實(shí)現(xiàn)零排放的閉路循環(huán)。路循環(huán)。采用膜分離技術(shù)，以膜的透過液作為生產(chǎn)工藝回用水采用膜分離技術(shù)，以膜的透過液作為生產(chǎn)工藝回用水使用，膜的濃縮液作為電解槽液，可以回收金屬和水使用，膜的濃縮液作為電解槽液，可以回收金屬和水資源，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)，減少污水處理成本。資源，實(shí)現(xiàn)清潔

40、生產(chǎn)，減少污水處理成本。圖圖3-3 3-3 回收金屬與水資源工藝流程框圖回收金屬與水資源工藝流程框圖廢水池廢水池增壓泵增壓泵預(yù)處理裝置預(yù)處理裝置膜分離裝置膜分離裝置回用水回用水電解槽電解槽回收金屬資源回收金屬資源圖圖3-4 1000m3/d電鍍鎳漂洗水膜法資源化工程電鍍鎳漂洗水膜法資源化工程圖圖3-5 3-5 鍍鎳漂洗水膜濃縮鍍鎳漂洗水膜濃縮效果照片效果照片含鎳漂含鎳漂洗水洗水膜透過水膜透過水膜濃縮液膜濃縮液 3.2.3 3.2.3 含油污水處理與回用含油污水處理與回用 含油污水多種多樣，用超濾處理，設(shè)含油污水多種多樣，用超濾處理，設(shè)備緊湊，占地少，不需加藥劑，操作備緊湊，占地少，不需加藥劑，

41、操作方便，能耗低，分離效果好，是值得方便，能耗低，分離效果好，是值得大力推廣的新工藝。鋼鐵廠乳化油的大力推廣的新工藝。鋼鐵廠乳化油的處理現(xiàn)都采用膜技術(shù)。處理現(xiàn)都采用膜技術(shù)。圖圖3-6 鋼廠乳化液凈化處理，鋼廠乳化液凈化處理，300 m3/d 3.2.4 3.2.4 廢酸、堿、廢鹽水的回收再生廢酸、堿、廢鹽水的回收再生 鋼鐵生產(chǎn)中廢酸和廢堿是經(jīng)常遇到的，鋼鐵生產(chǎn)中廢酸和廢堿是經(jīng)常遇到的，用滲析法回收酸是很早就廣泛應(yīng)用的用滲析法回收酸是很早就廣泛應(yīng)用的例子；利用雙極膜可將廢鹽水轉(zhuǎn)化為例子；利用雙極膜可將廢鹽水轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的酸、堿而回用。相應(yīng)的酸、堿而回用。圖圖3-7 3-7 廢酸回收再生示意圖廢酸回

42、收再生示意圖廢酸廢酸（4.5N）再生酸再生酸(4.0N)稀廢酸稀廢酸(0.5N)純水純水滲析膜滲析膜圖圖3-7圖圖3-8 滲析法回收廢酸滲析法回收廢酸3.3 3.3 污水回用污水回用(sewage reuse)(sewage reuse) 用膜技術(shù)可除去生活污水中的懸浮微粒、病原菌，各用膜技術(shù)可除去生活污水中的懸浮微粒、病原菌，各種有機(jī)、無機(jī)物等，不同等級(jí)的再生水可分別用于雜種有機(jī)、無機(jī)物等，不同等級(jí)的再生水可分別用于雜用水，灌溉用水，建筑用水，工業(yè)冷卻水等，以至鍋用水，灌溉用水，建筑用水，工業(yè)冷卻水等，以至鍋爐用水。用膜技術(shù)（集成技術(shù)）使污水再用，近十年?duì)t用水。用膜技術(shù)（集成技術(shù)）使污水再用

43、，近十年來獲得相當(dāng)大的突破，不僅技術(shù)可行，而且經(jīng)濟(jì)上也來獲得相當(dāng)大的突破，不僅技術(shù)可行，而且經(jīng)濟(jì)上也有競(jìng)爭(zhēng)力。有競(jìng)爭(zhēng)力。3.3.1 3.3.1 膜生物反應(yīng)器在污水再用中的作用膜生物反應(yīng)器在污水再用中的作用3.3.2 3.3.2 二級(jí)市政污水處理二級(jí)市政污水處理 3.3.2.1 3.3.2.1 作電廠鍋爐補(bǔ)給水和冷卻用水作電廠鍋爐補(bǔ)給水和冷卻用水 3.3.2.2 3.3.2.2 地下水回灌或貯水于地下，改地下水回灌或貯水于地下，改 進(jìn)流域水質(zhì)進(jìn)流域水質(zhì) 目前，水處理中的膜生物反應(yīng)器多用于污水處理目前，水處理中的膜生物反應(yīng)器多用于污水處理（少量用于表面水），與傳統(tǒng)的活性污泥法（少量用于表面水），與

44、傳統(tǒng)的活性污泥法（CASPCASP）比，由于膜反應(yīng)器取代了二級(jí)澄清池，這可使污泥比，由于膜反應(yīng)器取代了二級(jí)澄清池，這可使污泥停留時(shí)間（停留時(shí)間（SRTSRT）和水力停留時(shí)間（）和水力停留時(shí)間（HRTHRT）分別控制，）分別控制，由于由于SRTSRT大，泥齡長(zhǎng)，污泥濃度高，抗沖擊負(fù)荷能力大，泥齡長(zhǎng)，污泥濃度高，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，降解速率高，降解充分，對(duì)難降解物質(zhì)也可使強(qiáng)，降解速率高，降解充分，對(duì)難降解物質(zhì)也可使之降解，占地省，污泥量少之降解，占地省，污泥量少通常對(duì)通常對(duì)CODCOD和和NHNH3 3NN的的去除率在去除率在90%90%以上，處理后的水可直接作為市政用水以上，處理后的水可直接作為市

45、政用水或進(jìn)一步處理作各種工業(yè)用水。或進(jìn)一步處理作各種工業(yè)用水。3.3.1 3.3.1 膜生物反應(yīng)器在污水再用中的作用膜生物反應(yīng)器在污水再用中的作用(The role of membrane bioreactor in sewage reuse) 膜生物反應(yīng)器膜生物反應(yīng)器(MBR)( Membrane bioreactor)圖圖3.9 45,425 m3/d 處理量處理量,占地僅占地僅22.3 m2 !圖圖3.10 MBR膜堆膜堆超濾集成超濾集成過程過程納濾、納濾、反滲透反滲透膜生物反膜生物反應(yīng)器應(yīng)器純水純水中水中水自來水自來水園林園林 環(huán)衛(wèi)環(huán)衛(wèi) 工業(yè)冷卻水工業(yè)冷卻水生活廢水生活廢水土壤土壤滲透滲透圖圖3.11 3.11 含含MBRMBR的膜集成技術(shù)的膜集成技術(shù)A.常 規(guī) 法 ： 污 水 初 級(jí) 澄 清 活 性 污 泥 二 級(jí) 澄 清 石 灰 軟 化 澄 清 脫 水污 泥 消 化B.常 規(guī) 膜 法 ： 污 水 預(yù) 處 理 初 級(jí) 澄 清 活 性 污 泥 二 級(jí) 澄 清 MF/UF RO 產(chǎn) 水脫 水污 泥 消 化C.浸 沒 式 膜 法 ： 污 水 預(yù) 處 理污 泥 脫 水氣 提 重 碳 酸 化 砂 濾 GAC吸 附 RO 產(chǎn) 水RO浸 沒 式 膜 組 件產(chǎn) 水圖圖3.12 MBR過程比較過程比較3.3.2 3.3.2 二二級(jí)級(jí)市政市政污污水水處處理理 3.3