反滲透技術(shù)在海水淡化中應(yīng)用

PAGE1作者：Abao005淺析反滲透在海水淡化中的應(yīng)用摘要：海水淡化自古以來(lái)就是人們夢(mèng)寐以求的，現(xiàn)在已經(jīng)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，尤其是近幾年來(lái)，反滲透技術(shù)由于其投資少、能耗低、成本便宜、建設(shè)周期短等優(yōu)點(diǎn)。已多次在國(guó)際海水淡化會(huì)化招標(biāo)中勝出。本文主要介紹反滲透技術(shù)的發(fā)展，介紹了膜、組器、設(shè)備以及應(yīng)用工藝的創(chuàng)新性開(kāi)拓，其中包括不對(duì)稱膜、復(fù)合膜。關(guān)鍵詞：海水淡化，滲透，反滲透，膜分離

引言海水的組成很復(fù)雜，已知海水中含有80多種化學(xué)元素，主要以離子形式存在。在海水濃縮、結(jié)晶過(guò)程中，則以鹽的形式析出。其中Cl-，Na+，Mg2+等11種含量超過(guò)1×10-6的元素是海水的主要成份，占海水總含鹽量的99.58%。此外，海水中還存在某些同位素，重要的有氫的同位素氘等。海水中也溶解有多種氣體，含量最多的為二氧化碳、氮和氧?？諝庵械南∮袣怏w氬、氦和氖，在海水中也有微量存在。溶解在海水中的二氧化碳，與淡水中的情況不同，淡水中的二氧化碳主要是以游離狀態(tài)存在，可用煮沸或減壓等方法驅(qū)除。海水中的二氧化碳除少量是游離狀態(tài)外，主要是以碳酸根及碳酸氫根形式存在，需加入強(qiáng)酸方可逐出，用一般的方法難以驅(qū)逐。海水中還含有各種數(shù)量不等的無(wú)機(jī)和有機(jī)懸浮物，因此要從海水中提取淡水并不是一件很容易的事。世界上淡水資源不足，已成為人們?nèi)找骊P(guān)切的問(wèn)題。作為水資源的開(kāi)源增量技術(shù)，海水淡化已經(jīng)成為解決全球水資源危機(jī)的重要途徑。反滲透法于20世紀(jì)70年代起用于海水凈化，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，隨著反滲透膜性能提高、預(yù)處理技術(shù)進(jìn)步、能量回收率的提高等，已成為投資最省、成本最低、應(yīng)用范圍廣泛的海水淡化技術(shù)，也是目前最清潔的方法。一、反滲透簡(jiǎn)介反滲透又稱逆滲透，一種以壓力差為推動(dòng)力，從溶液中分離出溶劑的膜分離操作。對(duì)膜一側(cè)的料液施加壓力，當(dāng)壓力超過(guò)它的滲透壓時(shí)，溶劑會(huì)逆著自然滲透的方向作反向滲透。從而在膜的低壓側(cè)得到透過(guò)的溶劑，即滲透液；高壓側(cè)得到濃縮的溶液，即濃縮液。若用反滲透處理海水，在膜的低壓側(cè)得到淡水，在高壓側(cè)得到鹵水。反滲透時(shí)，溶劑的滲透速率即液流能量N為：N＝Kh(Δp－Δπ)式中Kh為水力滲透系數(shù)，它隨溫度升高稍有增大；Δp為膜兩側(cè)的靜壓差；Δπ為膜兩側(cè)溶液的滲透壓差。稀溶液的滲透壓π為：均相、高選擇性的膜分離過(guò)程，如反滲透和滲透汽化過(guò)程。2、優(yōu)先吸附-毛細(xì)孔流理論當(dāng)溶液中溶有不同物質(zhì)時(shí)，其表面張力將發(fā)生不同的變化。例如當(dāng)水中溶入醇、酸、醛、酯等有機(jī)物質(zhì)時(shí)，可使其表面張力減小；但當(dāng)溶入某些無(wú)機(jī)鹽類(lèi)時(shí)，反而使其表面張力稍有增加。研究發(fā)現(xiàn)，溶質(zhì)的分散是不均勻的，即溶質(zhì)在溶液表面層中的濃度與溶液內(nèi)部的濃度不同，這種溶質(zhì)濃度的改變現(xiàn)象稱為溶液表面的吸附現(xiàn)象。使表面層濃度大于溶液內(nèi)部濃度的作用稱為正吸附作用，反之稱為負(fù)吸附作用。這種由表面張力引起的溶質(zhì)在兩相界面上正的或負(fù)的吸附過(guò)程，形成一個(gè)相當(dāng)陡的濃度梯度，使得溶液中的某一成分優(yōu)先吸附在界面上。這種優(yōu)先吸附的狀態(tài)與界面性質(zhì)（物化作用力）密切相關(guān)。索里拉金等人提出了優(yōu)先吸附-毛細(xì)孔流理論。以氯化鈉水溶液為例，溶質(zhì)是氯化鈉，溶劑是水，膜的表面選擇性地吸收水分子而排斥氯化鈉，鹽是負(fù)吸附，水是正吸附，水優(yōu)先吸附在膜的表面上。在壓力作用下，優(yōu)先吸附的水分子通過(guò)膜，從而形成了脫鹽的過(guò)程。這種理論同時(shí)給出了混合物分離和滲透性的一種臨界孔徑的概念。當(dāng)膜表面毛細(xì)孔直徑為純水層厚的2倍時(shí)，對(duì)一個(gè)毛細(xì)孔而言，將能夠得到最大流量的純水，此時(shí)對(duì)應(yīng)的毛細(xì)孔徑稱為臨界孔徑。理論上講，制膜時(shí)應(yīng)使孔徑為2倍純水厚度的毛細(xì)孔盡可能多地存在，以便膜的純水通量最大。當(dāng)膜毛細(xì)孔的孔徑大于臨界孔徑時(shí)，溶液將從毛細(xì)孔的中心部位通過(guò)而導(dǎo)致溶質(zhì)的泄露。在該理論中，膜被假定為有微孔，分離機(jī)理由膜的表面現(xiàn)象和液體通過(guò)孔的傳質(zhì)所決定。膜層有優(yōu)先吸附水及排斥鹽的化學(xué)性質(zhì)，使膜表面及膜孔內(nèi)形成一幾乎為純?nèi)軇┑娜軇樱搶觾?yōu)先吸附的溶劑在壓力作用下，連續(xù)通過(guò)膜而形成產(chǎn)液，其濃度低于料液。在料液和膜表面層之間形成一濃縮的邊界層。根據(jù)該理論，反滲透過(guò)程是由平衡效應(yīng)和動(dòng)態(tài)效應(yīng)兩個(gè)因素控制的，平衡效應(yīng)是指膜表面附近呈現(xiàn)的排斥力或吸引力有關(guān)；動(dòng)態(tài)效應(yīng)是指溶質(zhì)和溶劑通過(guò)膜孔的流動(dòng)性，既與平衡效應(yīng)有關(guān)，又與溶質(zhì)在膜孔中的位阻效應(yīng)有關(guān)。依據(jù)這一理論，索里拉金等于1960年8月研制出一種具有高脫鹽率和高通量的可用于海水脫鹽的多孔醋酸纖維素反滲透膜。從此，反滲透開(kāi)始作為海水和苦咸水淡化的技術(shù)進(jìn)入實(shí)用裝置的研制階段。3、氫鍵理論Reid等提出，在醋酸纖維素膜中，由于氫鍵和范德華力的作用，大分子之間存在牢固結(jié)合的結(jié)晶區(qū)和完全無(wú)序的非結(jié)晶區(qū)。水和溶質(zhì)不能進(jìn)入晶區(qū)，溶劑水充滿在非晶區(qū)，在接近醋酸纖維素分子的地方，水與醋酸纖維素羰基上的氧原子形成氫鍵，即所謂的“結(jié)合水”。在非晶區(qū)較大的空間里（假定為孔），結(jié)合水的占有率相對(duì)較低，在孔的中央存在普通結(jié)構(gòu)的水，不能與醋酸纖維素形成氫鍵的離子或分子可以通過(guò)孔的中央部分遷移，這種遷移方式稱為孔穴型擴(kuò)散。能和膜形成氫鍵的離子或分子與醋酸纖維素的氧原子形成結(jié)合水，以有序擴(kuò)散的方式進(jìn)行遷移，通過(guò)不斷改變和醋酸纖維素形成氫鍵的位置進(jìn)行傳遞透過(guò)膜。在壓力作用下，溶液中的水分子和醋酸纖維素的活化點(diǎn)羰基上的氧原子形成氫鍵，而原來(lái)結(jié)合水的氫鍵被斷開(kāi)，水分子解離出來(lái)并隨之轉(zhuǎn)移到下一個(gè)活化點(diǎn)形成新的氫鍵，通過(guò)一連串的氫鍵形成與斷開(kāi)，水分子離開(kāi)膜的表面致密層進(jìn)入膜的多孔層，又由于膜的多孔層含有大量的毛細(xì)管水，水分子暢通地流到膜的另一側(cè)。氫鍵理論能夠解釋許多溶質(zhì)的分離現(xiàn)象。該理論認(rèn)為，作為反滲透的膜材料必須是親水性的并能與水形成氫鍵，水在膜中的遷移主要是擴(kuò)散。但是，氫鍵理論將水和溶質(zhì)在膜中的遷移僅歸結(jié)為氫鍵的作用，忽略了溶質(zhì)-溶劑-膜材料之間實(shí)際存在的各種相互作用力。4、擴(kuò)散-細(xì)孔流理論Sherwood等提出了擴(kuò)散-細(xì)孔流理論，該理論是介于溶解擴(kuò)散理論與優(yōu)先吸附-毛細(xì)孔流理論之間的理論。該理論認(rèn)為膜表面存在細(xì)孔，水和溶質(zhì)在細(xì)孔和溶解擴(kuò)散的共同作用下透過(guò)膜，膜的透過(guò)特性既取決于細(xì)孔流，也取決于水和溶質(zhì)在膜表面的擴(kuò)散系數(shù)。當(dāng)通過(guò)細(xì)孔的溶液量與整個(gè)膜的透水量之比越小，水在膜中的擴(kuò)散系數(shù)比溶質(zhì)在膜中的擴(kuò)散系數(shù)越大，則膜的選擇透過(guò)性越好。5、自由體積理論Yasuda等在自由體積的基礎(chǔ)上提出了自由體積理論。該理論認(rèn)為，膜的自由體積包括聚合物的自由體積和水的自由體積。聚合物的自由體積指的是在無(wú)水溶脹的由無(wú)規(guī)則高分子線團(tuán)堆積而成的膜中，未被高分子占據(jù)的空間。水的自由體積指的是在水溶脹的膜中純水所占據(jù)的空間。水可以在整個(gè)膜的自由體積中遷移，而鹽只能在水的自由體積中遷移，從而使得膜具有選擇透過(guò)性能。以上這些理論在解釋反滲透膜的傳質(zhì)機(jī)理時(shí)，都有各自的局限性，反滲透膜的透過(guò)機(jī)理還在不斷地發(fā)展和完善中。三、反滲透在海水中的應(yīng)用（一）反滲透的發(fā)展概況海水淡化是從海水中獲取淡水的技術(shù)和過(guò)程。早在50年代，為解決“水的危機(jī)”，美國(guó)從52年起專(zhuān)設(shè)鹽水局，74年后轉(zhuǎn)為資源技術(shù)局，不斷推進(jìn)水資源和脫鹽的技術(shù)進(jìn)步，其中反滲透法海水淡化（SWRO）就是1953年據(jù)膜和海水界面有一純水層而提出的；73年日本通產(chǎn)省下設(shè)造水促進(jìn)中心，專(zhuān)門(mén)研究節(jié)能的脫鹽技術(shù)，歐洲則在尤里卡等計(jì)劃下推動(dòng)海水淡化的發(fā)展，它們也都以膜法為重點(diǎn)。經(jīng)過(guò)近50年的研究、開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，SWRO自70年代進(jìn)入海水淡化市場(chǎng)之后，發(fā)展十分迅速。RO用膜和組件已相當(dāng)成熟，組件脫鹽率可高達(dá)99.5％以上，有約20年的經(jīng)驗(yàn)積累，SWRO工藝過(guò)程也逐漸成熟，近年來(lái)，功交換器和壓力交換器的開(kāi)發(fā)成功使能量回收效率都高達(dá)90%以上[3]，從而使SWRO的本體能耗在3kWh/m3淡水以下，成為從海水制取引用水最廉價(jià)的方法，進(jìn)一步增強(qiáng)了SWRO的競(jìng)爭(zhēng)力。近幾年來(lái)，在國(guó)際海水淡化招標(biāo)中，SWRO以投資最低，能耗最省，成本最低，建造周期短等優(yōu)勢(shì)而屢屢中標(biāo)。SWRO所以能如此成功，與其在膜、組器、設(shè)備和工藝等方面的創(chuàng)新性開(kāi)拓是分不開(kāi)的。（二）反滲透海水淡化技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀國(guó)外早在20世紀(jì)40年代就開(kāi)始了反滲透技術(shù)的研究，從試驗(yàn)到生產(chǎn)，主要用于海水淡化、純水制備等領(lǐng)域。到80年代，反滲透技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。國(guó)外艦船上也大量采用了反滲透技術(shù)進(jìn)行海水淡化。在國(guó)內(nèi)，雖然反滲透技術(shù)已經(jīng)在某些領(lǐng)域得到了一定的應(yīng)用，但是由于起步較晚，使得反滲透技術(shù)在艦船上的應(yīng)用受到限制，所以，目前艦船上所用的純水絕大多數(shù)還都是蒸餾法生產(chǎn)的，反滲透海水淡化技術(shù)還沒(méi)有得到普遍應(yīng)用，但是由于反滲透海水淡化方法具有其他方法無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)越來(lái)越受到重視，目前已有反滲透海水淡化裝置裝船實(shí)際使用。（三）反滲透技術(shù)的發(fā)展20世紀(jì)50年代，科學(xué)家開(kāi)始利用反滲透作為一種實(shí)驗(yàn)室技術(shù)進(jìn)行溶液中溶質(zhì)和溶劑的有效分離。60年代以來(lái)，先后有醋酸纖維素、醋酸甲基丙烯酸纖維素、醋酸丁酸纖維、芳香族聚酰胺以及多種材料復(fù)合而成的反滲透膜問(wèn)世。膜的形式有板狀膜、管狀膜、卷式膜、中空纖維、盤(pán)式膜等多種。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展和實(shí)踐，國(guó)際上的反滲透海水淡化技術(shù)已趨成熟。目前，反滲透膜的抗壓密、耐水解和抗污染等綜合性能已大為提高，膜的脫鹽率在99%左右，海水經(jīng)一次脫鹽即可滿足生活飲用水的標(biāo)準(zhǔn)，膜的工作壽命已達(dá)4萬(wàn)h左右。（四）反滲透海水淡化技術(shù)的特點(diǎn)反滲透海水淡化技術(shù)相比其他海水淡化方法具有明顯的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：1、在常溫、沒(méi)有發(fā)生相變化的條件下，可對(duì)溶質(zhì)與水進(jìn)行分離。因此可避免由于熱而產(chǎn)生的被處理液中溶質(zhì)的變性、水垢化和材料腐蝕等問(wèn)題。2、水和溶質(zhì)分離過(guò)程沒(méi)有相的變化，所以淡化所需的能量很少。根據(jù)大型海水淡化工程計(jì)算，海水淡化能耗僅為2.6kWh/rn3，再加上預(yù)處理等耗能，海水淡化的總能耗約為2.83kWh/rn3。（3）反滲透技術(shù)是膜分離技術(shù)的一種，它不僅可以脫鹽，使電導(dǎo)率達(dá)到使用要求，而且由于反滲透膜的孔徑很小，只有≤10×10-10m，細(xì)菌、病毒等都很難通過(guò)反滲透膜，可以除去水中的微量有機(jī)物及微粒，因此用反滲透法制得的產(chǎn)品水可達(dá)到宜飲水的品質(zhì)，因而其價(jià)值較高。3、以壓力為分離的原動(dòng)力，設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，單位體積產(chǎn)水量高，占地面積小，同時(shí)操作簡(jiǎn)單，自動(dòng)化程度高。4、反滲透海水淡化裝置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。反滲透海水淡化裝置圖(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）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?。瑵獠顦O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，有的中孔纖維膜組的反滲透裝置的前處理使用了超濾。就艦船設(shè)備來(lái)說(shuō)，單純追求膜堆密度大而復(fù)雜的前處理，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艦船反滲透海水淡化裝置使用。(2）海水供給及預(yù)處理反滲透裝置一般都設(shè)置一臺(tái)海水供水泵。而在艦船上，只要裝置的海水進(jìn)口與船上的海水系統(tǒng)相在應(yīng)用過(guò)程中，影響反滲透海水淡化裝置反滲透接，即可簡(jiǎn)化海水供給，省略海水供水泵。這對(duì)減小性能的裝置的體積、簡(jiǎn)化裝置和操作是很有效的。國(guó)外有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)。反滲透的預(yù)處理主要是滿足反滲透膜組的要求。(3）海水高壓泵海水淡化的膜組滲透工作壓力一般在5.0一6.0MPa，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）壓力調(diào)節(jié)閥、管路及附件、檢測(cè)設(shè)備管路及附件主要用來(lái)連接裝置的各個(gè)部分，監(jiān)控設(shè)備對(duì)裝置進(jìn)行檢測(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。（五）反滲透膜海水淡化技術(shù)流程實(shí)際上，一個(gè)大型的海水淡化項(xiàng)目往往是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程。就主要工藝過(guò)程來(lái)說(shuō)，包括海水預(yù)處理、淡化（脫鹽）、淡化水后處理等。其中預(yù)處理是指在海水進(jìn)入起淡化功能的裝置之前對(duì)其所作的必要處理，如殺除海生物，降低濁度、除掉懸浮物（對(duì)反滲透法），或脫氣（對(duì)蒸餾法），添加必要的藥劑等；脫鹽則是通過(guò)上列的某一種方法除掉海水中的鹽分，是整個(gè)淡化系統(tǒng)的核心部分，這一過(guò)程除要求高效脫鹽外，往往需要解決設(shè)備的防腐與防垢問(wèn)題，有些工藝中還要求有相應(yīng)的能量回收措施；后處理則是對(duì)不同淡化方法的產(chǎn)品水針對(duì)不同的用戶要求所進(jìn)行的水質(zhì)調(diào)控和貯運(yùn)等處理。海水淡化過(guò)程無(wú)論采用哪種淡化方法，都存在著能量的優(yōu)化利用與回收，設(shè)備防垢和防腐，以及濃鹽水的正確排放等問(wèn)題。如下圖所示反滲透膜海水淡化技術(shù)流程圖三、淡化產(chǎn)品水的性質(zhì)（一）淡化水水質(zhì)指標(biāo)分析反滲透淡化由于反滲透膜的脫鹽率可達(dá)99.3％，并且反滲透膜能夠截留糖類(lèi)、氨基酸、細(xì)菌、病毒等物質(zhì)，因此其產(chǎn)品水安全可靠，水質(zhì)純凈，TDS僅為20～500mg／L。一般反滲透淡化水水質(zhì)控制指標(biāo)為細(xì)菌總數(shù)（MNP·100ML或CFU·100mL）、大腸桿菌（CFU·100mL）、色度/度、pH、總?cè)芙庑怨腆w、總硬度、揮發(fā)酚、硅、硼、鈉、鐵、氯離子、硫酸根、氟化物等。一般來(lái)講，反滲透法所產(chǎn)淡化水，具有礦物質(zhì)含量少、輕微腐蝕性和偏酸性(pH值為6.5～7.5)的特點(diǎn)。反滲透法海水淡化產(chǎn)品水除硼外，其他指標(biāo)均達(dá)到國(guó)內(nèi)外生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)(GB5749-2006、世衛(wèi)組織飲用水準(zhǔn)則、歐盟飲用水水質(zhì)指令及EPA822-R-04-005)指標(biāo)限值。（二）淡化水的后處理方法對(duì)淡化水的進(jìn)一步處理通常稱之為海水淡化后處理。國(guó)外的研究認(rèn)為：經(jīng)過(guò)處理后的淡化水水質(zhì)，當(dāng)堿度>80mg/L、80mg/L<Ca2+<120mg/L、3mg/L<CCPP<10mg/L、pH<8.5、Larso比例>5時(shí)，能夠保證管網(wǎng)不受腐蝕，滿足進(jìn)入市政管網(wǎng)的要求。通常的后處理包括下列過(guò)程：①礦化。②防腐蝕。③消毒。④強(qiáng)化脫出特定化學(xué)成分。一般情況下后處理過(guò)程只采取上述一種或幾種措施就能滿足要求。例如，與原水混合或添加必要的礦物質(zhì)(如鈣、鎂)能同時(shí)穩(wěn)定產(chǎn)品水水質(zhì)并保護(hù)供水系統(tǒng)免于腐蝕。再如，通常添加次氯酸鈣是為了殺菌消毒，同時(shí)也能增加一些礦物質(zhì)鈣。通常淡化廠的產(chǎn)品水與原水混合并加入次氯酸鈣消毒后，可達(dá)到衛(wèi)生安全和管網(wǎng)防腐蝕的目的。（三）反滲透水處理工藝在海水淡化領(lǐng)域的應(yīng)用和展望海水淡化技術(shù)種類(lèi)很多，有蒸餾法（多級(jí)閃蒸多效蒸餾、壓汽蒸餾等）、膜法（反滲透、電滲析膜蒸發(fā)等）、離子交換法、冷凍法等，但適用于大規(guī)模淡化海水的方法只有多級(jí)閃蒸（MSF）、多效蒸餾（MED）和反滲透法（RO）。反滲透法海水淡化與蒸餾法相比，膜法海水淡化只能利用電能，蒸餾法海水淡化利用熱能和電能。所以反滲透淡化適合有電源的場(chǎng)合，蒸餾法適合有熱源或電源的各種場(chǎng)合。但是隨著反滲透膜性能的提高和能量回收裝置的問(wèn)世，其噸水耗電量逐漸降低。反滲透海水淡化經(jīng)一次脫鹽，能生產(chǎn)相當(dāng)于自來(lái)水水質(zhì)的淡化水。雖然蒸餾法海水淡化水質(zhì)較高，但反滲透技術(shù)仍具有較強(qiáng)的自身優(yōu)勢(shì)，如應(yīng)用范圍廣，規(guī)?？纱罂尚?，建設(shè)周期短，不但可在陸地上建設(shè)，還適于在車(chē)輛、艦船、海上石油鉆臺(tái)、島嶼、野外等處使用。反滲透系統(tǒng)需要較好的預(yù)處理，才能保證出水水質(zhì)。在海水淡化領(lǐng)域中，預(yù)處理是保證反滲透系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。由于海水中的硬度、總固體溶解物和其他雜質(zhì)的含量均較高，在運(yùn)行過(guò)程中，反滲透系統(tǒng)對(duì)于濁度、pH值、溫度、硬度和化學(xué)物質(zhì)等因素較為敏感，所以對(duì)進(jìn)水的要求相對(duì)較高，如果進(jìn)水水質(zhì)差，產(chǎn)水率就非常低。因此，海水在進(jìn)入反滲透膜裝置之前必須進(jìn)行預(yù)處理。以下是海水淡化的常用的工藝簡(jiǎn)述。1、海水殺菌滅藻由于海水中存在大量微生物、細(xì)菌和藻類(lèi)。海水中細(xì)菌、藻類(lèi)的繁殖和微生物的生長(zhǎng)不僅會(huì)給取水設(shè)施帶來(lái)許多麻煩，而且會(huì)直接影響海水淡化設(shè)備及工藝管道的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，所以海水淡化工程多采用投加液氯、次氯酸鈉和硫酸銅等化學(xué)劑來(lái)殺菌滅藻。2、混凝過(guò)濾因?yàn)楹Ｋ哂兄芷谛詽q潮、退潮，水中常夾帶大量泥沙，濁度變化較大，易造成海水預(yù)處理系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定，故在預(yù)處理中要加入混凝過(guò)濾，目的在于去除海水中的膠體、懸浮雜質(zhì)，降低濁度。在反滲透膜分離工程中通常用污染指數(shù)（SDI）來(lái)計(jì)量，要求進(jìn)入反滲透設(shè)備的給水的SDI＜4。由于海水比重較大，pH值較高，且水溫季節(jié)性變化大，預(yù)處理系統(tǒng)常選用三氯化鐵作為混凝劑，其具有不受溫度影響，礬花大而結(jié)實(shí)，沉降速度快等優(yōu)點(diǎn)。3、過(guò)濾器過(guò)濾為了使反滲透的進(jìn)水水質(zhì)得到進(jìn)一步提高，降低進(jìn)水的濁度，通常在混凝過(guò)濾之后加上一個(gè)砂濾過(guò)濾器，使得水中的微小懸浮物和顆粒物得到進(jìn)一步的去除，確保了水質(zhì)的進(jìn)一步提高。4、阻垢劑和還原劑海水的組成非常復(fù)雜，硬度和堿度都非常高，為了使得反滲透系統(tǒng)能夠更好的運(yùn)行，保持系統(tǒng)始終在沒(méi)有結(jié)垢的情況下運(yùn)行，需要根據(jù)具體的水質(zhì)投加相對(duì)應(yīng)的阻垢劑。另外，因?yàn)榉礉B透預(yù)處理中投加了氧化劑殺菌，故在反滲透進(jìn)水時(shí)需要投加還原劑來(lái)還原，使得反滲透系統(tǒng)的進(jìn)水余氯小于0.1ppm（或ORP<200mV），滿足反滲透系統(tǒng)對(duì)進(jìn)水氧化物質(zhì)含量的要求。5、保安過(guò)濾器因?yàn)楹Ｋ暮}量非常多，故保安過(guò)濾器的材質(zhì)要采用316L濾器，濾芯孔徑通常選5μm，過(guò)濾進(jìn)高壓泵前的海水，阻擋海水中直徑大于5μm顆粒雜質(zhì)，確保高壓泵，能量回收裝置和反滲透膜元件安全、長(zhǎng)期穩(wěn)定的運(yùn)行。6、高壓泵和能量回收裝置高壓泵和能量回收裝置是為反滲透海水淡化提供能量轉(zhuǎn)換和節(jié)能的重要設(shè)備，按反滲透海水淡化所需的流量和壓力選型，能量回收裝置具有水力透平結(jié)構(gòu)，能利用反滲透排放濃縮海水的壓力使反滲透進(jìn)水壓力提升30%，使得濃水的能量得到有效的利用，同時(shí)降低能耗，從而有效地減少運(yùn)行費(fèi)用。7、反滲透元件與裝置反滲透膜元件是反滲透海水淡化的核心部件，要選用與海水淡化系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)的海水淡化膜，根據(jù)系統(tǒng)的不同設(shè)計(jì)，可以選擇VONTRON公司的SW21－8040或者SW22-8040海水淡化膜元件，該海水淡化元件具有高脫鹽率，較好的耐壓性、抗氧化和耐污染等性能。海水淡化系統(tǒng)的設(shè)備材質(zhì)在高壓部分要采用316L以上的不銹鋼材質(zhì)，防止海水的高含鹽水質(zhì)對(duì)高壓管路的腐蝕。8、系統(tǒng)控制反滲透海水淡化控制系統(tǒng)通常采用可編程控制器PLC組成一個(gè)分散采樣控制，集中監(jiān)視操作的控制系統(tǒng)。按工藝參數(shù)設(shè)置高低壓保護(hù)開(kāi)關(guān)，自動(dòng)切換裝置，電導(dǎo)、流量和壓力出現(xiàn)異常時(shí)，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換、自動(dòng)聯(lián)鎖報(bào)警、停機(jī)，以保護(hù)高壓泵和反滲透膜元件。變頻控制高壓泵的起動(dòng)和關(guān)停，實(shí)現(xiàn)高壓泵的軟操作，節(jié)省能耗，防止由于水錘或反壓造成高壓泵和膜元件損壞。程序設(shè)計(jì)在反滲透裝置開(kāi)機(jī)和停機(jī)前后，能實(shí)現(xiàn)低壓自動(dòng)沖洗，特別在停運(yùn)時(shí)，濃縮海水的亞穩(wěn)定狀態(tài)會(huì)轉(zhuǎn)化出現(xiàn)沉淀，污染膜面，低壓淡化水自動(dòng)沖洗能置換出濃縮海水，保護(hù)膜面不受污染，延長(zhǎng)膜的使用壽命。對(duì)系統(tǒng)的溫度、流量、水質(zhì)、產(chǎn)水等相關(guān)參數(shù)能實(shí)現(xiàn)顯示、儲(chǔ)存、統(tǒng)計(jì)、制表和打印。監(jiān)視操作中的動(dòng)態(tài)工藝流程畫(huà)面清晰直觀，系統(tǒng)控制簡(jiǎn)化人工操作，確保系統(tǒng)能自動(dòng)、安全、可靠地運(yùn)行。9、展望隨著反滲透膜技術(shù)的不斷改進(jìn)和分離工藝的改良，反滲透海水淡化在世界海水淡化產(chǎn)業(yè)中所占比例正在不斷擴(kuò)大，而反滲透海水淡化處理工藝也得到了高度的重視，并以較快的速度發(fā)展。同時(shí)，隨著新型膜與膜技術(shù)的開(kāi)發(fā)，海水淡化成本有望進(jìn)一步降低，必將加快膜法海水淡化技術(shù)轉(zhuǎn)化為實(shí)際生產(chǎn)力的速度，使之在解決世界性水資源短缺的難題中發(fā)揮更大的作用。四、結(jié)束語(yǔ)地球上的淡水資源危機(jī)今后將愈加嚴(yán)重，而海水淡化是解決水問(wèn)題的唯一途徑。海水淡化的成本是人們最關(guān)心的問(wèn)題，鑒于自來(lái)水價(jià)格很低，因此淡化成本就不能太高。淡化水的成本是個(gè)很復(fù)雜的問(wèn)題，它不僅與淡化方法有關(guān)，而且與工藝設(shè)計(jì)、選材、給水和淡化的水質(zhì)、比能耗、地理、當(dāng)?shù)啬茉磧r(jià)格、投資來(lái)源、管理體制有密切關(guān)系。比較各種淡化方法，反滲透淡化法的投資費(fèi)和運(yùn)行費(fèi)都是低的。反滲透技術(shù)將是21世紀(jì)海水淡化的主要方法。

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