反滲透在海水和苦咸水淡化技術(shù)的應(yīng)用

1、反滲透在海水和苦咸水淡化技術(shù)的應(yīng)用摘要：簡(jiǎn)要的了解反滲透技術(shù)的發(fā)展過(guò)程、工藝、設(shè)備及技術(shù)特點(diǎn)， 并介紹存在的問(wèn)題。關(guān)鍵字：反滲透；海水；淡化；反滲透技術(shù)的發(fā)展過(guò)程：為了從海水和苦咸水中獲得廉價(jià)的淡水，50年代開(kāi)始了反滲透技 術(shù)的研究。1953年，首先由美國(guó)佛羅里達(dá)大學(xué)的CharlesReid教授 提出了反滲透法海水淡化方案，并在美國(guó)鹽水局的資助下進(jìn)行了開(kāi)拓 性研究，結(jié)果證明利用醋酸纖維素商品膜可以從鹽水中制取淡水。 1960年成功研制出了第一張高鹽截留率、高水通量的不對(duì)稱(chēng)二醋酸 纖維素海水反滲透膜，使反滲透法逐漸達(dá)到實(shí)用化的水平，開(kāi)啟了反 滲透技術(shù)的應(yīng)用大門(mén)。60年代末期，出現(xiàn)了反滲透的商業(yè)時(shí)

2、代，研制出了一尼龍-66為 莫材料的工業(yè)規(guī)模應(yīng)用的中空纖維膜組件，1970年應(yīng)用于苦咸水淡 化，1973年末又推出了用于海水淡化的發(fā)布身體中空纖維組件。70 年代中期，又推出了三醋酸纖維素中空纖維膜組件和卷式聚酰胺復(fù)合 膜。經(jīng)過(guò)近20年的不斷發(fā)展，海水淡化反滲透復(fù)合膜的性能已經(jīng)有 了較大的提高，目前的反滲透復(fù)合膜系采用芳香族聚酰胺為材料，特 征水通量是1978年的2倍，鹽的透過(guò)率大約為1978年的四分之一， 膜的脫鹽率高于99.3%，抗污染和抗氧化能力大大提高。技術(shù)的進(jìn)步 使得海水淡化制取飲用水由原來(lái)的二級(jí)流程簡(jiǎn)化為一級(jí)流程成為現(xiàn) 實(shí)。反滲透淡化的基本原理：海水中含高濃度鹽，其總?cè)芙夤腆w含量（

3、TDS）高達(dá)35000mg/L以 上?？嘞趟òǖ乇硭偷叵滤┑腡DS常高于1000mg/L，一般 飲用水要求TDS500*10。反滲透膜具有透過(guò)水、截留這些鹽的能力。 若將反滲透膜作成中空纖維形狀，當(dāng)含鹽水在加壓下從管外流過(guò)時(shí)， 水透過(guò)膜進(jìn)入纖維內(nèi)，鹽及其他溶解在水中的雜質(zhì)被膜截留，從中空 纖維開(kāi)口端即可得到脫鹽的淡化水。對(duì)反滲透膜選擇性透過(guò)水而截留膜的分離過(guò)程，曾提出過(guò)一些傳 質(zhì)機(jī)理，并建立了傳質(zhì)模型，如優(yōu)先吸附傳質(zhì)模型、溶解擴(kuò)散模型和 不可逆熱力學(xué)模型。進(jìn)行反滲透有兩個(gè)必要條件，一是有一張適合的膜（決定于膜材 料及膜結(jié)構(gòu)）能優(yōu)先吸附和溶解水而截留鹽；二是提供水透過(guò)膜所需 的推動(dòng)力，即

4、在料液側(cè)加壓，以克服膜二側(cè)因鹽濃度差而形成的滲透 壓差、水透過(guò)膜的阻力以及料液流經(jīng)膜組件的流動(dòng)阻力。反滲透鹽中的主要性能指標(biāo)是脫鹽率（截留率）、膜的滲透通量和 水的回收率。海水淡化工藝流程：流程包括：井水供水體系、預(yù)處理、RO及產(chǎn)水后處理3.1 先將料液送入充氮的密閉儲(chǔ)槽，以防止水中硫化氫氧化，生成膠狀硫而污染膜和預(yù)處理裝置。3.2預(yù)處理：（1）在進(jìn)水管線上加入聚電解質(zhì)絮凝劑后，經(jīng)10個(gè)雙介質(zhì)（砂和無(wú) 煙煤）過(guò)濾器，以保證與你密度指數(shù)SDI小于3.0.（2）經(jīng)18個(gè)活性炭過(guò)濾器脫除痕量烴類(lèi)，同時(shí)SDI進(jìn)一步降至 0.3-0.5，廢活性炭在一個(gè)碳再生其中再生。（3）化學(xué)處理包括：加硫酸，調(diào)PH值

5、至6.0，以控制碳酸鈣成垢； 加SHMP防止硫酸鈣沉淀，用SBS （亞硫酸氫鈉）進(jìn)行間歇沖擊 式滅菌處理。經(jīng)以上預(yù)處理的水進(jìn)入微保安過(guò)濾器（MGF），這是防止RO膜污 染的最后防線，對(duì)出水的流速和SDI必須嚴(yán)格控制。在RAJJ，通過(guò) 每個(gè)MGF的流速是380立方米每小時(shí)，SDI1.0，共有8個(gè)MGF殼體， 每個(gè)內(nèi)裝96個(gè)5微米的濾芯，經(jīng)MGF過(guò)濾的水進(jìn)入與能量回收汽輪 機(jī)耦合的高壓泵，送入7個(gè)RO機(jī)組。當(dāng)RO工廠停工前，產(chǎn)水自動(dòng)經(jīng)清洗泵進(jìn)入高壓泵的上游，對(duì) 組件進(jìn)行清洗，防止高鹽度廢水停滯在系統(tǒng)中產(chǎn)生腐蝕。后處理包括加硫酸，調(diào)PH值至4.4，在送到解析塔，用空氣 吹出硫化氫和二氧化碳，解析出來(lái)

6、的硫化氫通過(guò)一吸收塔后經(jīng)煙囪排 入大氣。吸收塔內(nèi)一苛性蘇打作吸收劑。從解析塔出來(lái)的水加氯（余 氯為0.5-1.0mg/L）滅菌，并將亞硫酸氫鈉氧化成硫酸鹽。在脫硫化 氫的同時(shí)，二氧化碳也被脫除。產(chǎn)水進(jìn)入儲(chǔ)水槽錢(qián)還需經(jīng)石灰和二氧 化碳處理，以調(diào)節(jié)PH值和LSI。海水淡化設(shè)備：反滲透海水淡化裝置主要包括海水供給及預(yù)處理設(shè)備、海水高壓泵、 反滲透膜組、壓力調(diào)節(jié)閥、管路及附件、監(jiān)控設(shè)備等。4.1反滲透膜組裝置中最重要的部件是反滲透膜及膜的組件形式選擇。近年來(lái)，國(guó)際 上反滲透膜的性能已有長(zhǎng)足發(fā)展，膜組的形式也多種多樣。主要的膜組形式有3種：板框式（平板式） 膜組、中孔纖維膜組和盤(pán)式膜組。板框式（平板式）

7、膜組是反滲透早期的一種形式，一般認(rèn)為它的工 藝簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，對(duì)海水的前處理要求低。缺點(diǎn)是海水流動(dòng)狀態(tài)不 良，易造成濃差極化，膜堆密度小等。中孔纖維膜組的最大優(yōu)點(diǎn)在于 膜堆密度大（同產(chǎn)水量情況下它的體積最?。?，濃差極化小。最大 的缺點(diǎn)是對(duì)海水的前處理要求高，不易清洗。卷式膜膜堆密度間對(duì)海 水前處理的要求比板框式（平板式）膜組高，但比中孔纖維膜組要 低，海水流動(dòng)狀態(tài)也比較好。作為艦船用裝置，一般都希望結(jié)構(gòu)緊湊、 體積小，膜堆密度大的膜組相對(duì)體積肯定要小些。但對(duì)海水前處理要 求過(guò)高，勢(shì)必使海水過(guò)濾部分復(fù)雜化，的中孔纖維膜組的反滲透裝置 的前處理使用了超濾。就設(shè)備來(lái)說(shuō)，單純追求膜堆密度大而復(fù)雜的前

8、處理，對(duì)整臺(tái)反滲透裝置并沒(méi)有好處。對(duì)海水前處理要求低是板框式（平板式）膜組的最大優(yōu)點(diǎn)，國(guó)外公司在充分利用這個(gè)優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ) 上對(duì)板框式（平板式）膜組結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，改善了海水流動(dòng)狀態(tài)。改進(jìn)后的板框式（平板式）膜組稱(chēng)為盤(pán)式膜組，可以更好地滿足船 用裝置的要求。目前盤(pán)式膜組和卷式膜組比較適用于反滲透海水淡化 裝置使用。4.2海水供給及預(yù)處理設(shè)備反滲透裝置一般都設(shè)置1臺(tái)海水供水泵。只要裝置的海水進(jìn)口與船上 的海水系統(tǒng)相接，即可簡(jiǎn)化海水供給，省略海水供水泵。這對(duì)減小裝 置的體積、簡(jiǎn)化裝置和操作是很有效的。國(guó)外有的艦船用反滲透裝置 就是借用船上的海水系統(tǒng)，裝置本身不裝海水供水泵，實(shí)際應(yīng)用效果 也很不錯(cuò)。反滲透

9、的預(yù)處理主要是滿足反滲透膜組的要求，可采用常 規(guī)過(guò)濾方法，主要考慮相應(yīng)膜組的處理要求。4.3海水高壓泵海水淡化的膜組滲透工作壓力一般在5. 06. 0MPa，必須通過(guò)高 壓泵工作達(dá)到工作壓力要求，因此，高壓泵是反滲透裝置中的重要部 件。4.4壓力調(diào)節(jié)閥、管路及附件、監(jiān)控設(shè)備管路及附件主要用來(lái)連接裝置的各個(gè)部件，監(jiān)控設(shè)備對(duì)裝置進(jìn)行監(jiān) 測(cè)、控制、報(bào)警等，實(shí)現(xiàn)裝置的自動(dòng)化運(yùn)行。壓力調(diào)節(jié)閥用來(lái)調(diào)節(jié)膜 組工作壓力，保證膜組工作壓力的穩(wěn)定。海水淡化技術(shù)特點(diǎn)：通常又稱(chēng)超過(guò)濾法，是1953年才開(kāi)始采用的一種膜分離淡化法。 該法是利用只允許溶劑透過(guò)、不允許溶質(zhì)透過(guò)的半透膜，將海水與淡 水分隔開(kāi)的。在通常情況下，

10、淡水通過(guò)半透膜擴(kuò)散到海水一側(cè)，從而 使海水一側(cè)的液面逐漸升高，直至一定的高度才停止，這個(gè)過(guò)程為滲 透。此時(shí)，海水一側(cè)高出的水柱靜壓稱(chēng)為滲透壓。如果對(duì)海水一側(cè)施 加一大于海水滲透壓的外壓，那么海水中的純水將反滲透到淡水中。 反滲透法的最大優(yōu)點(diǎn)是節(jié)能。它的能耗僅為電滲析法的1/2，蒸餾法 的1/40。因此，從1974年起，美日等發(fā)達(dá)國(guó)家先后把發(fā)展重心轉(zhuǎn)向 反滲透法。反滲透海水淡化技術(shù)發(fā)展很快，工程造價(jià)和運(yùn)行成本持續(xù)降低， 主要發(fā)展趨勢(shì)為降低反滲透膜的操作壓力，提高反滲透系統(tǒng)回收率， 廉價(jià)高效預(yù)處理技術(shù)，增強(qiáng)系統(tǒng)抗污染能力等。與傳統(tǒng)的蒸餾法相比，反滲透海水淡化過(guò)程不發(fā)生相的變化。根 據(jù)熱力學(xué)計(jì)算，常

11、溫下用反滲透法淡化海水的最低能耗僅為 0.7KW.h/m3左右。所以，從理論上講，它是最節(jié)能的海水淡化方法。海水淡化技術(shù)存在的問(wèn)題：為了保證反滲透海水淡化裝置冬季的正常運(yùn)行，在一期裝置上馬上興 建了燃燒鍋爐用于冬季加熱海水提高溫度。我國(guó)北方興建的其他反滲 透海水淡化裝置也都存在由于冬季就、海水溫度過(guò)低需加熱所以海 水，或?yàn)楸苊夂Ｋ訜嵯妮^多能量而采用冬季停止運(yùn)行的措施。如 何以最低的能源消耗來(lái)保證冬季反滲透海水淡化裝置正常運(yùn)行將是 反滲透海水淡化在我國(guó)大規(guī)模推廣的研究方向之一。參考文獻(xiàn)：林肯青.水處理技術(shù).1998,24（1）:1-6國(guó)家海洋局第二研究所.水處理技術(shù).1982,1:3高從增.膜技術(shù)手冊(cè).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000周少祥，胡三高，陳景山.水處理技術(shù)，1998,24 (2)： 63-66王學(xué)松.分離信息薈萃.第十集，P55.中科院大連化物所.1995朱長(zhǎng)樂(lè)，劉