为了正常的体验网站,请在浏览器设置里面开启Javascript功能!

膜分离技术及其应用 膜分离在海水淡化中的应用

2017-11-25 39页 doc 79KB 47阅读

用户头像

is_842972

暂无简介

举报
膜分离技术及其应用 膜分离在海水淡化中的应用膜分离技术及其应用 膜分离在海水淡化中的应用 膜分离技术在海水淡化中的应用 0901应用化工技术 摘要:水污染和水资源短缺已成为制约社会进步和经济发展的世界性问题。海水淡化是一种解决水资源短缺的重要战略手段,在世界范围内正发挥着越来越重要的作用。针对海水淡化技术在当今世界范围内发展迅速,已经成为应对全球水资源危机的重要手段的现状,介绍了当今海水淡化的工业化技术、海水淡化与新能源结合技术、海水淡化新技术及发展趋势。本文概述了膜分离海水淡化技术机理,介绍了三种目前应用潜力较大的薄膜蒸馏淡化装置。并对膜分离淡化技术的淡化机理、...
膜分离技术及其应用 膜分离在海水淡化中的应用
膜分离技术及其应用 膜分离在海水淡化中的应用 膜分离技术在海水淡化中的应用 0901应用化工技术 摘要:水污染和水资源短缺已成为制约社会进步和经济发展的世界性问题。海水淡化是一种解决水资源短缺的重要战略手段,在世界范围内正发挥着越来越重要的作用。针对海水淡化技术在当今世界范围内发展迅速,已经成为应对全球水资源危机的重要手段的现状,介绍了当今海水淡化的工业化技术、海水淡化与新能源结合技术、海水淡化新技术及发展趋势。本文概述了膜分离海水淡化技术机理,介绍了三种目前应用潜力较大的薄膜蒸馏淡化装置。并对膜分离淡化技术的淡化机理、产水质量和产水量进行比较。并进一步其性能特点及其发展应用前景。 关键字:海水淡化技术,反渗透法、正向渗透法、电渗析法 1 Membrane separation technology in seawater desalination of application Abstract: water pollution and the shortage of water resources has become the main social progress and economic development of the world’s problems. Seawater desalination is a kind of solve the shortage of water resources of the important strategic means, in the world scope is playing a more and more important role. For desalination technology in today’s world wide development is rapid, has become a global water crisis to deal with the present situation of the important means, this paper introduces the seawater desalination industrial technology, sea water desalination and new energy technology, sea water desalination with new technology and development trend. This paper summarizes the membrane separation seawater desalination technology mechanism, this paper introduces three kinds of present application potential film distillation desalination devices. And membrane separation technology of dilution mechanism, desalination water production quality and produce a water yield comparison. And further analyzes the characteristics and the development and application prospect. 2 Key word: seawater desalination technology, the positive method, method, electrodialysis method 目录 二、概 述........................................................................................................................................... 6 2.1海水淡化的概 念 ................................................................................................................. 6 2.2、海水淡化膜分离方 法 ...................................................................................................... 9 2.2.1反渗透 法 .................................................................................................................. 9 2.2.2正向渗透 法 .............................................................................................................. 9 2.2.3电渗析 法 .................................................................................................................. 9 3 2.2.4 薄膜蒸馏淡化技 术 ............................................................................................... 10 三、海水淡化中膜分离技术原 理 ................................................................................................. 10 3.1反渗透法原 理 ................................................................................................................... 10 3.2 反渗透的特 点 .................................................................................................................. 10 3.3反渗透膜材料及其优缺 点 ............................................................................................... 11 3.3.1反渗透膜材 料 ........................................................................................................ 11 3.3.2 不同膜材料的优缺 点 ........................................................................................... 11 3.4 反渗透膜的构 型 ................................................................................................. 4 ............. 11 3.4.1 螺旋卷式膜构 型 ................................................................................................... 12 3.4.2 中空纤维式膜构 型 ............................................................................................... 12 3.5 反渗透膜海水淡化流 程 .......................................................................................... 12 3.5.1 一级海水淡化流 程 ............................................................................................... 13 3.5.2 二级海水淡化流 程 ............................................................................................... 13 3.6 反渗透膜的清 洗 .............................................................................................................. 14 3.6.1清洗设 备 ................................................................................................................ 14 3.6.2 清洗药 5 剂 ............................................................................................................... 14 3.7 影响反渗透海水淡化制水成本的两个重要因 素 .......................................................... 17 3.7.1 能 耗 ....................................................................................................................... 17 3.7.2 产水水 质 ............................................................................................................... 17 3.8 反渗透海水淡化技术的优 点 .......................................................................................... 19 3.8.1 膜与组件性能提 高 ............................................................................................... 19 3.8.2 工程投资 低 ........................................................................................................... 19 3.8.3 能耗降 低 ............................................................................................................... 20 3.9 反渗透海水淡化膜最新进展及其应 6 用 .......................................................................... 20 3.9.1 高通量低能 耗 ....................................................................................................... 20 3.9.2 高脱盐高脱 硼 ....................................................................................................... 21 3.9.3 高膜面积及大直径膜元 件 ................................................................................... 23 3.9.4 反渗透膜技术的应 用 ........................................................................................... 24 3.9.4.1 海水和苦咸水淡 化 ............................................................................................ 24 3.9.4.2 纯水和超纯水的制 备 ........................................................................................ 25 3.9.4.3 废水处 理 ............................................................................................................ 25 四、海水淡化技术的发展趋 势 ..................................................................................................... 26 4(1 加快海水淡化用反渗透复合膜的研 7 制 ....................................................................... 27 4(2 解决反渗透海水淡化配套设备的国产 化 ................................................................... 27 4(3 强强联合,优化工程化技 术 ....................................................................................... 27 4(4 加强管理,资 质 ................................................................................................. .. 28 五、结 论................................................................................................... ...................................... 28 一、前言 地球上淡水量所占比重很小,绝大部分存在于海洋中。海 水占全球水总量的97.47%,其余的2.53%才是淡水,而在 淡水中,69.5%被固存在两极冰盖和高山冰川中,剩余 30.5%存在地下含水层和永久冻土 层中,属于不可再生的,能被人类利用的湖泊、河流、土壤 中所容纳的淡水只占0.3%。因此,淡水资源的总量远远低 于我们的想象。随着经济社会的高速发展和人口的急剧增 加,淡水资源减少的同时污染问题日趋严重,水资源危机已 成为仅次于全球气候变暖的世界第二大环境问题。世界范围 8 的普遍缺水使海水淡化技术从中东的沙漠地区扩展到全球的主要沿海国家,形成了海水淡化水的生产销售和装备制造两大产业。 关于海(盐)水淡化,我国早在2000年多年前就有记载。《山海经》和东汉时孔融的《同岁论》都提到“弊革淡卤”现象,指的是古时人们发现蒸饭的竹席,经长期使用后形成的一层膜具有吸附和离子交换功能,可吸附盐分,“能淡盐味”。宋人还记载了具有淡化海水功能的“海井”器物。我国北方沿海农民多年前就有取海冰保墒的习惯,这是冷冻法淡化海水的直接利用。西方国家海水淡化器的出现与航海的兴起有关,15世纪,曾有人提出海水淡化的问题,航海部门曾以简单蒸馏装置解决海船在长期航行中的淡水供应问题。二战期间由于战争需要,为了供应战舰和岛屿的淡水,蒸馏法海水淡化技术有了较大的发展。20世纪50年代以来,随着社会经济的发展和城市人El的增长,淡水供应逐渐紧张,一些国家设立了专门机构从事海水(或苦咸水)淡化技术的研究开发和应用工作。美国1952年专设盐水局,1974年转为资源技术局,不断推进了水处理和脱盐技术进步;1973年日本通产省下设造水促进中心,专门研究节能的脱盐技术;欧洲在尤里卡等下推动海水淡化的发展。联合国指出,1950—1985年的35年间,海水淡化发展经历了三个阶段:发现阶段、开发阶段和商业化阶段。此期间研究开发的精力 9 主要集中在蒸馏、冷冻、电渗析和反渗透。其后的10多年中蒸馏和反渗透法都发挥了更大作用,形成了当代海水淡化与苦咸水淡化技术的市场主体。海水淡化技术随着水资源危机的加剧得到了快速发展,已成为新兴的高新技术产业。沙特阿拉伯、阿联酋、以色列等中东国家70%的淡水资源来自海水淡化。海水淡化技术,从原理上可分为涉及水的相态变化(主要指热法)和不涉及水 的相态变化(主要指膜分离技术)两大类,热法和膜法是目前世界上较为普遍采用的两种类型的海水淡化工艺,均有相应的大型工业化应用案例。热法主要包括多级闪蒸(Multi(stage flash,MSF)和低温多效蒸馏(Multi(effect distillation,MED),而膜法则主要指反渗透(Reverse osmosis,RO)。近年来,反渗透海水淡化技术发展迅猛,逐渐成为海水淡化的主流技术。 二、概述 2.1海水淡化的概念 海水淡化技术是运用科技手段除去海水中的大部分盐分,使处理后的原水变为符合规定标准的淡水的技术和过程,又称海水脱盐。淡化所用的原水主要是海水,此外还有苦咸水和废水等。此技术具有不受时空和气候影响、水质好、供水稳定等特点。至今海水淡化方法已经出现了数十种,主要包括蒸馏法、膜法、电渗析法和冷冻法等,每种方法都有具体 10 的分类。目前工业上采用的主要有以下几种,即多级闪蒸、反渗透、多效蒸馏、此外便是电渗析。 就全球海水淡化装置而言,多级闪蒸和反渗透的应用最广。多级闪蒸的总容量目前在海水淡化领域仍属第一,而反渗透技术由于具有无相变、节省能源的特点,发展速度最快,淡化成本也降的很快,其在海水淡化和苦咸水除盐领域的总容量已经超过多级闪蒸的容量份额。然而,实际应用过程中选用何种淡化方法,需考虑多方面的因素,淡化装置规模不同、原水水质的差异、使用场所、能源费用及气候条件等的变化最终决定了淡化方法的选取。因此各国家、地区选用的淡化方法不尽相同。多级闪蒸(MSF)是一种在20世纪50年代新发展起来的海水淡化技术,其工艺原理是将原料海水加热到一定温度后进入闪蒸室,由于该闪蒸室中压力控制在低于热盐水温度所对应的饱和蒸汽压的条件下,从而使盐水进入闪蒸室后即成为过热水而急速地部分气化,从而使热盐水自身的温度降低,所产生的蒸汽冷凝后即为所需的淡水。热盐水流过压力逐级降低的若干个闪蒸室,逐级蒸发,得以淡化。 目前多级闪蒸是热法中技术最成熟,应用最广的技术,运行安全性高、弹性大,适合于大型和超大型淡化装置,主要在海湾国家采用。由于它的安全可靠, 发展十分迅速,中东许多产油国所建的海水淡化工厂,大多采用多级闪蒸法,并且与发电厂结合。多级闪蒸法既可用 11 于海水淡化,也可用于处理河水、苦咸水或工业废水,原料水的盐度范围在技术上几乎不受限制,无论原料水的盐度和水质如何,其基本原理使,样的。多级闪蒸单机容量大,出水中盐的质量浓度为3,10 mg/L。主要缺点是工程投资高,动力消耗大,设备的操作弹性小,不适合于造水量要求可变的场合,传热管腐蚀穿孔时将污染水质。经过近五十年的发展,MSF己成为中东地区主要的海水淡化方法。截止到2005年,世界上最大的多级闪蒸海水淡化厂是沙特阿拉伯的Shuaiba海水淡化厂,日产淡水46万立方米。 多效蒸馏海水淡化技术(MED—Multiple Eeffet Distillation) 历史最为悠久,蒸馏过程的技术种类最多,变化也最为激烈。目前,具有商业价值的脱盐技术有竖管蒸馏和水平管蒸馏,其他方法由于结垢严重而被淘汰。以色列的IDE公司在20世纪60年代末开发了低温多效海水淡化技术 (LT-MEDLowerTemperuarte Multiple EeffetDistillation),克服了早期结垢严重的问题,使多效蒸发恢复了在海水淡化领域中的主流技术地位,所以从20世纪八十年代开始,多级闪蒸所占的市场份额有不断缩小的趋势,而低温多效蒸发的市场份额不断扩大。到八十年代中期出现了大型淡化装置,其性能优于多级闪蒸。以色列IDE公司,法国SIDEM公司生产的该类装置均稳定可靠。该装置生产一吨淡水动力设备耗电为5kw时,所得淡水为5ppm。该设备作为热源的加热 12 蒸汽为72?左右,所以结垢更少。由于操作温度低,海水对传热管道及设备本身的腐蚀状况有很大减轻。目前投入工业运行的低温多效装置,单台造水能力达20000ffd,并可根据需要设计生产能力更大的装置。装置的设计使用寿命平均为25年,报价比多级闪蒸要低20,左右,具有很强的竞争能力。 截止到2005年,世界上最大的低温多效海水淡化厂是阿联酋AI Taweelah海水淡化厂,日产淡水24万立方米。膜法海水淡化技术是指用天然或人工合成的高分子薄膜,以外界能量或化学位差为推动力,将海水溶液中盐分和水分离的方法。膜法主要分为反渗透法(Ro)和电渗析法(ED)。膜法近年来以第三届伞国非常规水源利用技术研讨会20 1 0年1 1月惊人的速度在发展。由于过程中不存在相变,能量消耗较少,所以膜法越来越显现出其投资省、能耗低、占地少、建造周期短、易于自动控制、启动运行快、安全可靠等经济和技术优势。膜法以反渗 透技术(RO)为典型代表,反渗透现象是1784年法国的Abble Zelkt发现的,原理为假如用一块半透膜把稀溶液和浓溶液隔开,那么稀溶液能够向另一侧的浓溶液渗透并保持一定压力,反渗透海水淡化就是根据这个原理来工作的。海水的渗透压受温度、含盐量等多个参数的影响,反渗透海水淡化系统中压力是由高压海水泵提供的。据国际脱盐协会(IDA) 13 公布的各种海水淡化方法所占比例统计结果表明,从1998到2002年期间,RO所占的市场份额增加了4.5,。可见,膜法在淡化产业中的应用已经越来越普遍,并且从能源和成本的角度来看,该法被认为是最高效的海水淡化方法,是海水淡化技术中近20年来发展最快的技术。 反渗透海水淡化目前主要在以下几方面开展研究工作:进一步提高反渗透膜的透水率、脱盐率,增加反渗透膜的抗氧化性能,新型能量回收装置的研究,工艺最佳化研究等。近年来,对RO用膜和组件的研究也相当成熟,组件脱盐率可高达99.5%,RO工艺过程经过20多年的经验积累已日趋成熟,已成为海水制取饮用水最廉价的方法。随着RO用膜和组件的价格大幅下降,功交换器和压力交换器的开发成功,能量回收效率已经高达90%以上,使RO的能耗在生产每吨淡水4千瓦时左右,从而进一步增强了竞争力。在此基础上,1998年又提出纳滤(NF)和RO与MSF相结合的研究开发,以及高压和高回收率RO法等,这使海水综合利用率进一步提高。欧洲的海水淡化主要采用的是反渗透法,日本采用的也主要是用反渗透法,我国目前沿海海水淡化工程也是以反渗透法为主。目前,世界上最大的反渗透海水淡化厂,是以色列南部地中海岸工业区的阿什凯隆海水淡化厂,日产淡水33万吨。不久前,韩国斗山公司签约承建了世界上最大的沙特阿拉伯热膜耦合(MSF+RO)海水淡化厂,建成后日产淡水 14 88万立方米。从发展均势分析,RO完全有取代MSF的主导地位的可能。电渗析法是通过电场使带电离子运动透过半透膜的海水淡化方法,最早在20世纪50年代就广泛用于苦咸水脱盐,目前,电渗析技术已经广泛应用于饮用水、工业废水、医药用水处理及食品、化学工业等领域,并取得了较好的效果。此外,冷冻法和太阳能蒸馏法等也有应用,但并非十分广泛。 2.2、海水淡化膜分离方法 2.2.1反渗透法 通常又称超过滤法,是1953年才开始采用的一种膜分离淡化法。该法是利用只允许溶剂透过、不允许溶质透过的半透膜,将海水与淡水分隔开的。在通常情况下,淡水通过半透膜扩散到海水一侧,从而使海水一侧的液面逐升高,直至一定的高度才停止,这个过程为渗透。此时,海水一侧高出的水柱静压称为渗透压。如果对海水一侧施加一大于海水渗透压的外压,那么海水中的纯水将反渗透到淡水中。反渗透法的最大优点是节能。它的能耗仅为电渗析法的1/2,蒸馏法的1/40。因此,从1974年起,美日等发达国家先后把发展重转向反渗透法。 2.2.2正向渗透法 用只能透过溶剂而不能透过溶质分子的半透膜将海水和淡水隔开,水分子将在渗透压的作用下,自发地从淡水侧透过 15 膜进入海水侧,这就是渗透现象,也即所谓的“正向渗透”,渗透过程的驱动力是膜两侧的渗透压差,或理解为膜两侧水的化学势的差异。此时,在海水侧施加一定的外压(?p),可驱使水分子从海水侧透过膜反向流回淡水侧,此即一般反渗透海水淡化的基本原理。 2.2.3电渗析法 该法的技术关键是新型离子交换膜的研制。离子交换膜是0.5-1.0mm厚度的功能性膜片,按其选择透过性区分为正离子交换膜(阳膜)与负离子交换膜(阴膜)。电渗析法是将具有选择透过性的阳膜与阴膜交替排列,组成多个相互独立的隔室海水被淡化,而相邻隔室海水浓缩,淡水与浓缩水得以分离。电渗析法不仅可以淡化海水,也可以作为水质处理的手段,为污水再利用作出贡献。此外,这种方法也越来越多地应用于化工、医药、食品等行业的浓缩、分离与提纯。 2.2.4 薄膜蒸馏淡化技术 薄膜蒸馏是一种将加热的海水遂过多孔性疏水膜(有时也称蒸馏膜)逆行蒸发,蒸发出的蒸汽在膜的另一侧冷凝的过程。疏水膜起到液体与蒸汽间分界面的作用(这种蒸馏方法不同于常规蒸馏器,大大缩小乃至实际上取消了蒸汽空间但疏水膜不能取代换热面,在薄膜蒸馏装置中,还需设计与膜面积相等的换热面。从文献报道来看,目前有空气隙式、直接接触式和扫气式笔三种薄膜蒸馏装置。 16 三、海水淡化中膜分离技术原理 3.1反渗透法原理 渗透是水从稀溶液一侧通过半透膜向浓溶液一侧自发流动的过程。半透膜只允许水通过,而阻止溶解固形物(盐)的通过。浓溶液随着水的流入不断被稀释 当水向浓溶液一侧流动而产生的压力能够阻止水的继续流入时,渗透处于平衡状态。平衡时,水通过半透膜相互流入的数量相等,即处于动态平衡状态,此时的压力称为溶液的渗透压。当向浓溶液一侧施加一个大于渗透压的外压时,浓溶液中的水就会通过半透膜流向稀溶液,使浓溶液的浓度更大,这一过程就是渗透的相反过程,称为反渗透。渗透是自发过程(而反渗透则是非自发过程。水通过膜迁移的速率与膜性能,溶液温度,膜两侧施加的压力差及浓、稀溶液间的渗透压差等有关。渗透压与溶液的浓度和温度成正比,也与溶液中离子的类型有关反渗透膜分离技术就是利用反渗透原理进行分离的技术。即加在溶液上的压力超 过了渗透压,使溶液中的溶剂向纯溶剂方向流动。 3.2 反渗透的特点 反渗透膜可除去0.0001 m的颗粒杂质及相对分子质量大于150,200的有机物。除盐率可达95%以上,是高含盐水采用的主要预脱盐手段之一,运行压力一般为1.4,6.0 MPa。反渗透法与现有的其他分离方法(如蒸发、冷冻等)相比,具 17 有相态不变、无需加热、设备简单、效率高、占地小、操作方便、能量消耗少、 适应性强等显著特点。而且采用反渗透技术不会造成环境的二次污染。排污费用 较低,容易达到环保要求。制水成本可大幅度降低(易于大规模工业化生产。 3.3反渗透膜材料及其优缺点 3.3.1反渗透膜材料 对于反渗透膜,从膜的材质上分类大致包括:醋酸纤维膜,芳香聚酰胺膜, 高分子电解质膜,无机质膜等。在反渗透(RO)技术发展的较早阶段。反渗透膜绝 大多数是基于醋酸纤维素材料。具有不对称结构。迄今为止,研究较为成熟而且 已实现工业化应用的主要是醋酸纤维膜和芳香聚酰胺膜。在20世纪后期,开发了 大量芳香族复合膜材料,复合膜大多带有正电荷或负电荷,具有更高的盐截留率, 可在低压下操作,极大地延长了膜的使用寿命。 3.3.2 不同膜材料的优缺点 常用于水脱盐处理的膜材料有醋酸纤维素膜(CA膜)、聚酰胺膜(PA膜)和复合 18 膜(TFC膜)。尽管CA膜的脱盐率可高达95%以上。但其易受微生物侵蚀而降解,从 而使膜脱盐率降低。此外,CA膜在酸性、碱性环境中易水解,还原成纤维和醋酸, 随着水温的升高。当给水pH超出最佳pH(pH为5,6)时,水解速率加快E2f-213。 因此,通常需加酸维持给水pH在最佳范围内,以延长CA膜使用寿命。PA膜克服了 CA膜的缺点。即该膜不易受微生物侵蚀而降解,不易水解,通常可在pH为4,11 的范围内运行。但该膜如受到氯或其他氧化剂侵蚀,则易降解PA膜的最高运行温 度为40?TFC膜是一种新研制的膜,并已得到应用。该膜与CA膜相比,不易水解, 可在pH为2,11内运行,抗生物侵蚀能力强,且能抗膜的压密。该膜可在较低压 力(1.6 MPa)下运行。节约了能源,且脱盐率稳定。 3.4 反渗透膜的构型 反渗透膜制成一定构型才可用于水处理。目前膜的构型主要有平板式、管式、 卷式和中空纤维式,但常用于水处理的是卷式和中空纤维式2种。无论是卷式还 19 是中空纤维式,均要求膜材料能提供适当的机械支撑。以便承受一定的给水压力, 确保处理过程中给水、浓水和产品水不混合,加压给水在通过膜表面时能均匀分 布并有良好的流动状态,使浓差极化降至最低,膜的构型应能保证最大程度地提 高脱盐率和透水量。 3.4.1 螺旋卷式膜构型 卷式膜元件广泛应用于苦咸水的脱盐。当要求产水量较大时,通常使用直径 为101.6mm 或203.2mm ,长度为1016mm或l524mm的膜元件卷式膜组件由几个膜元 件连接起来,装在圆筒形压力容器内构成。当压力给水进入第1个膜元件,并在该 膜元件的螺旋卷绕之间的通道内流动时,一部分给水渗透过膜,并通过卷式通道 流到膜元件中心的产品水收集管。另一部分给水则沿着膜元件长度方向继续流动 至第2个膜元件,这一过程依次进行。每个膜元件的产品水都通过公共产品水管 排出,给水每通过1个膜元件,其浓度将增大1次,到最后1个膜元件时,给水成 20 为浓水,并排出压力容器。 3.4.2 中空纤维式膜构型 中空纤维比人的头发还细,壁薄,其D外:D内至少为2:l以上,中空纤维有 自支撑作用,其强度足够承受较高的压力而不变形、不损坏。对处理水量较大的 系统,可使用D102mm x l094mm或D203mm x 1219mm 的膜组件空心纤维在压力容器 内呈U形平行排列。纤维中间进水管道的一端用于进加压后的给水,另一端封堵 密封,在其长度方向上有很多孔。纤维束的u形底部一端用环氧树脂固定密封, 另一端通过环氧树脂板固定,并敞开中空纤维孔,进水管道内的水径向流往纤维 束里的许多纤维。一部分水渗透进中空纤维孔内,成为产品水,经环氧树脂圆环 引出,另一部分水则在纤维束外边缘轴向流往压力容器的端部,成为浓水,不断 排走,并依靠密封环防止给水、浓水和产品水的混合。 3.5 反渗透膜海水淡化工艺流程 反渗透膜海水淡化工艺流程,通常分为一级流程和二级流程2种。根据技术 21 水平、装置形式、水源及水质等情况采用合适的流程。 3.5.1 一级海水淡化流程 一级海水淡化只需1套设备,动力消耗少。一级海水淡化流程往往采用多段 操作,其简要流程如图3-1所示。一级海水淡化对膜的性能要求高,普通海水若 通过一级淡化达到饮用水标准(含盐质量浓度在99,以上,操作压力需要超过7.8 MPa,膜的抗压实性必须高。因为若膜的抗 压强度低(则在7.8 MPa以上的压力下,膜性能会迅速衰减。高的压力对反渗透 装置及系统(包括高压泵、管路等)的材质要求也高。 图3-1 一级多段海水淡化流程 3.5.2 二级海水淡化流程 二级海水淡化比一级海水淡化的条件大为降低。膜的脱盐率在90,,95,即 可符合要求,操作压力一般为5.88,7.85MPa 。因此,二级海水淡化对膜的抗压 密性、装置及系统的密封及抗腐蚀性的要求都大大降低。但二级海水淡化的最大 缺点是设备需配备2套,因而投资费用及动力消耗大。二 22 级海水淡化流程如图3-2 所示。 图3-2 二级海水淡化流程 3.6 反渗透膜的清洗 在正常运行过程中,可通过产品水含盐量、RO装置各段压差、出水流量等指 标的波动情况,判断反渗透膜是否被污染,而反渗透膜上常出现的污染物主要来 自于海水(或苦咸水)中的无机物垢、胶体、微生物、金属氧化物等,这些物质沉 积在膜表面,会导致反渗透装置的处理能力下降或脱盐率下降。因此,为了保证 反渗透膜稳定运行。必须定期对膜进行化学清洗。 3.6.1清洗设备 清洗反渗透膜常用的清洗箱应防腐蚀,清洗箱的材料可选用玻璃钢、聚氯乙 烯塑料、钢罐内衬橡胶等,由于RO膜对温度有具体要求。在一些特别寒冷或炽热 的地区,应考虑箱内安装加热或冷却装置。一般要求清洗温度不低于15? ,因 23 为温度太低会影响清洗效果I293 选用的清洗泵应耐腐蚀,如玻璃钢泵。清洗泵 的压力应能克服保安过滤器的压降、膜组件的压降、管道阻力损失等。一般选用 压力为0.3,0.5 MPa 。 3.6.2 清洗药剂 在清洗作业中。除配备耐腐蚀的清洗箱、清洗泵等设备外,还须根据不同材 质的膜及污染物的特点配制化学清洗剂。一般来说,碳酸钙、金属氢氧化物等无 机沉淀物可用酸清洗除去。一般酸性清洗剂的pH控制在2,4;有机物、微生物等 用碱性清洗剂即可除去,碱性清洗剂的pH须控制在10,l2,此pH范围内清洗效果 较佳。当膜发生污染后(清洗剂的选择见表3-1。 表3-1 反渗透膜的污染原因及清洗药剂的选择 目前反渗透膜与组件的生产已经相当成熟,膜的脱盐率高于99.3,,透水通 量大大增加,抗污染和抗氧化能力不断提高,销售价格稳中有降;反渗透的给水 预处理工艺经过多年的摸索基本可保证膜组件的安全运行;高压泵和能量回收装 24 置的效率也在不断提高。以上措施使得反渗透淡化的投资费用不断降低,淡化水 的成本明显下降。反渗透海水淡化的技术进步表现在如下方面: ? 反渗透膜的性能明显提高 1978年成功地开发了海水淡化反渗透复合膜(采用脂肪族聚酰胺复合物为材 料)至今,经过近20年的不断发展,海水淡化反渗透复合膜的性能已经有了较大 的提高,目前的反渗透复合膜系采用芳香族聚酰胺的材料,特征水通量是1978 年的2倍,盐的透过率大约为1978年的四分之一。如此的技术进步使得海水淡 化制取饮用水从原来的二级流程简化为目前的一级流程,且膜的价格稳中有降。 ? 功交换器的研制成功 据报导,一种新型能量回收装置已经成功地用于NCW Providece岛的 13600m/3d和Cayman岛的5000m3/d海水反渗透淡化系统上。这种能量回收装置 称为功交换器,将排放的浓盐水压力传给补给海水,转换效率高达89,,96,。 25 由于浓盐水的能量回收充分,据测算系统的吨水能量消耗仅为2.6kWh-1。这种 功交换器是1998年反渗透海水淡化技术的一个新里程碑,更为意义重大的是该 数据是从商业规模的淡化装置上得来的。 ? 段问能量回收透平的成功应用 1996年6月,佛罗里选水服务公司(FloridaWater Service Corp()在Marco岛 对现有的15000m3/d苦咸水淡化系统进行了工艺改造,使第二段排放的浓盐水通 过段间能量回收透平用于提高该段的进料水压力,从而提高了第二段膜堆的产水 量。通过如此改造,系统的产水量增加3780m3/d,增幅达25,。段问能量回收 透平适合于苦咸水或盐含量较低的海水淡化系统,它可以增加系统的产水量或降 低系统的能量消耗。 ? 徽滤技术用于海水预处理 鉴于传统地加入化学药剂和二级过滤的预处理技术不一定能很好地去除进 料海水中的肢体类物质,提出了利用膜处理作为反渗透预处理工艺流程。该流程 26 的核心是采用大孔径中空纤维超滤或微滤膜,超滤膜的截留分子量为 (10-20)×10u,微滤膜的孔径为0.2 m。经过一定的工业规模运行,膜技术的预处 理工艺已经基本成熟,井具有如下两个新颖性能: a(可自动、频繁脉冲式冲洗中空纤维管(某些型号采用反洗),其特点是通过 短时间的停运来保持稳定的产水通量。 b可在一很低的横流速度下工作,甚至可以在单向流动状态下工作(全流过 滤)。 采用微滤(或超滤)作为海水反渗透的预处理,不需要加入絮凝剂、杀菌剂和 余氯脱除剂等化学药品,同时也省去了保安过滤器,将反渗透的进水水质从传统 处理方法的SDI由于改进了进水水质,不仅延长了反渗透膜的使用寿命,而且有助于提高系统的 回收率、降低运行费用。 ? 纳滤技术在预处理中的应用 沙特阿拉伯的SWCC成功地开发出了纳滤(NF)作为海水的预处理技术,用于 脱除硬度和总溶解固体,从而提高海水反渗透的操作压力 27 和系统的回收率,保证 膜组件的运行安全。基于同样的道理,纳滤也可以用于多级闲蒸和多效蒸馏的给 水预处理,提高设备的运行温度,从而提高造水比 如采用纳滤作为海水预处理, 井将海水反渗透和多级闲蒸结合起来,可以使系统的回收率提高到90%。SWCC 公司已经将纳滤作为海水预处理的技术申请了专利。 ? 淡化成本的明显下降 由于膜的性能不断提高,高压泵和能量回收装置的性能持续进步,各种预处 理新工艺的不断提出,促使设备的运行管理更为简单;更由于国际市场一体化的 倾向,加大了海水淡化工程公司之间的竞争,使得设备的投资费用不断降低,从 而使反渗透海水淡化的造水成本不断下降。其明显例子是塞浦路斯分别于1995 年和1998年对2×104m 3/d的海水淡化工程进行国际招标,淡化水的最低报价从 1995年的1.22美元/m 3下降到1998年的0.782美元/m3,下降幅度高达36%。 3.7 影响反渗透海水淡化制水成本的两个重要因素 28 3.7.1 能耗 海水淡化反渗透系统制水成本主要由预处理、RO系统投资及折旧、系统能耗、 取水及浓水排放、能量回收系统组成,表3-2说明了SWRO(膜法海水淡化系统) 各种成本的大致比例,其中系统能耗就占据了30%的比例,而RO系统的主要驱动 力来源于高压泵,其能耗比例就达到了60%以上。 表3-2 SWRO成本比例 由表3-2可看出,系统能耗确实是海水淡化工厂制水成本中最主要的构成要 素。众所周知,海水由于含盐量高,其渗透压高,所需要的操作压力高,故高压 泵电耗大。因此,降低系统能耗是削减制水成本的重要途径。 3.7.2 产水水质 产水水质不仅影响其用途,而且与投资及运行成本息息相关。比如,在电厂 锅炉补给水中,如果SWRO产水水质较好,可以大大降低后处理(如二级RO、离子 交换、EDI等)的运行负荷。又如,在市政饮用水行业, 29 硼的脱除应该是海水淡 化工艺中需要克服的最重要的课题之一。硼在自然界中以硼酸的形式存在,经实 验室动物口服试验证明硼酸主要表现在雄性生殖系统的痕迹上。然而,在反渗透 海水淡化领域中,硼的去除较难,这是因为海水中含有相当高的硼浓度(4, 7mg/L)。虽然通常的海水淡化膜元件拥有高于90%的脱硼率,但仍然不够,因此, 在脱硼要求的传统海水淡化中,为了使产水中硼浓度满足要求,必须通过 SWRO+BWRO工艺处理,如图3-3显示。 图3-3 传统脱硼SWRO+BWRO工艺流 在如图3-3所示的工艺流程中,虽然在高pH值下脱硼率较高,但是以下几个 问题不容忽视:碱化学品的消耗、高pH值下膜寿命缩短、难溶盐结垢潜在风险等。 在某些海域,如果海水中硼浓度不是很高,采用高脱硼率的膜元件通过一级SWRO 即可以保证产水中的硼浓度达到限制要求,从而大幅度降低投资成本。 30 表3-3 单级SWRO脱硼计算 由表3-3可见,高脱硼膜元件的应用可以最大幅度降低产水中硼的浓度,原水含硼5mg/L时,采用95%的脱硼率的膜元件即可以保证产水中硼浓度小于1mg/L,否则必须采用双级RO或其它后处理工艺。因此,对产水水质的要求也是影响反渗透系统成本的重要因素。中国沿海水质与日本相似,如果产水对硼有1mg/L以下的限制要求,采用高脱硼一级海水淡化系统即可以生产出高品质的产水,从而降低系统投资成本。 3.8 反渗透海水淡化技术的优点 反渗透将成为新世纪的主要海水淡化技术。工程稳定可靠与造水成本低廉是吸引用户的主要原因。 3.8.1 膜与组件性能提高 世界各生产膜组件的公司仍十分重视RO膜与组件的技术创新,目的在于开发抗氧化、耐细菌侵蚀的新膜提高膜与组件的产水量、脱盐率等。这些工作已取得一定的进展,如美国DOW公司推出FILMTEC BW30LE-440膜元件。在约1.05MPa压力下,产水量43.5m3/d,脱盐率大于99%,一个新元件几乎相当换代前的两倍。Fluid Systems公司推出Premium TFC新元件,其苦咸水和海水膜元件的脱盐率分别离达99.7%和99.8%。日本的东丽公司和日东电工公司已 31 开发出可耐9.0MPa的海水淡化膜,并已在西班牙建造了回收率高在60%的两段RO海水淡化装置。 3.8.2 工程投资低 1990年膜组件价格,按消费价格指数折算,仅为1973年的40%。1990年之后又有明显的下降。按从标准海水生产淡水计,目前工程投资为MSF在1800-2000US$/m3.d,低温MED在1100-1600US$/m3.d,RO在700—900 US$/m3.d,且RO海水淡化厂建设快,l万m3的RO海水淡化厂可在7个月交付使用。 3.8.3 能耗降低 采用功交换器(Work Exchange Energy Recovery),将从RO组件排出的高压浓水的压力回收并传递给组件进水,其转达换效率可高达89—96%。Scott A(Shumway报导,一种新型的能量回收装置已成功应用到13600m3/d和5000m3/d的反渗透海水淡化装置上,过程能耗为2.6kwh/m3。Gord F(Leitner指出加上预处理能耗,总能耗为2.83kwh/m3。这是近几年在工艺方面的突出进展。反渗透装置脱盐部分与或级与级之间。可使用能量回收透平,以提高下一段或级的进水压力,提高产水量。Steven J(Duranceau等报道,1996年佛里达水服务公司在Marco岛对现有15000m3/d苦咸水淡化进行改造,通过使用段之间的能量回收透平,使系统的产水量增加3780m3/d,增幅达 32 25%。段之间能量回收透平适用于苦咸水反渗透淡化,含盐囊7500—10500mg/L,淡化能耗降到0(82kwh/m3。在反渗透海水淡化流程中,采用纳滤(NF)作为预处理,良DNF—RO系统,NF脱除部分硬度和TDS,从而提高RO的操作压力和水回收率,可进一步降低能耗25%,造水成本可降低30%。目前各种淡化方法在能耗方面都无法与RO竞争。RO为4-5kwh/m3、ED为14(16 kwh/m3、MED为9-10 kwh/m3、MFS为12-14 kwh/m3。 3.9 反渗透海水淡化膜最新进展及其应用 3.9.1 高通量低能耗 能耗占据了制水成本的30%以上,故其是削减制水成本的主要目标。最近几年,众多的反渗透膜厂家和工程设计者把开发及应用节能型膜元件作为重要的课题。这就需要高效(高渗透性、高脱盐)膜元件的成功开发,并且其兼容性结构设计利于低压操作。 标准海水淡化膜元件在1990年时产水量仅有4000—4500gpd左右,经历近20年的发展,400ft2膜面积的膜元件产水量已经高达9000gpd,增大了一倍多。高通量膜元件不仅具有很高的脱盐率,而且具有非常优异的渗透性,其节能优势尤为明显。产水量为100m3/h的SWRO系统中,日本东丽公司标准海水淡化膜元件TM820C-400的吨水能耗为2.03Kwh/m3,而高通量节能型TM820V-400膜元件的 33 吨水 能耗仅为1.83Kwh/m3,以开工率90%计算,电费按0.65元/度。 计算表明,采用高通量节能型膜元件每一支每年节省的电费高达近550元,见表3-4。项目越大,其能耗节省成本总额尤为突出,比如,针对10000m3/d的SWRO系统,采用TM820V-400比采用TM820C-400每年节省电费高达40万元,每一支膜元件每年节省电费近530元。 表3-4 100m3/h海水淡化系统采用不同膜元件高压泵能耗对比 随着日趋紧张的能源危机,高通量低能耗的海水淡化膜元件将不断得到应用,其将是以后发展的重要方向。东丽公司开发的TM820V系列产品不仅具有高达99.8%的脱盐率,其高通量性能也具有明显的节能效果。 3.9.2 高脱盐高脱硼 从能耗来看,虽然操作压力比较低的大通量反渗透膜最适合,但必须权衡提高水通量和降低盐分及硼去除率的关系。在最近的大型海水淡化反渗透系统设计中,每个项目都针对性地提出了诸如TDS、氯离子、硼等脱除率的要求。因此,针对原水特点,应选择最优化的脱盐率、脱硼率及通量的膜元件以满足制水成本和产水水质。硼酸是反渗透工艺中最难 34 去除的物质。首先,硼酸的分子太小(直径约0.4nm)以至于很难通过膜孔大小去除。其次,硼酸的pKa为9.14,9.25,在pH7.0,8.0的自然海水中为非电离状态,在pH等于9或者更高时处于游离状态,因此在自然条件下,通过反渗透脱硼很难达到预期效果。对于海水淡化反渗透膜来说,硼脱除率的提高难于氯化钠的脱除率。东丽公司科学家使用正电子束法的正电子湮灭时间的光谱分析(PALS)分析了反渗透膜表面构造,研究了硼脱除率和膜结构之间的关系。 PALS分析论证了反渗透膜孔径范围在0.56nm,0.70nm之间。另外,也论证了孔径大小和脱硼率之间的关系,随着膜孔径的增加,脱硼率 降低。 图3-4 膜孔径与脱硼率关系 图3-5 分子动力学模拟进行孔径解析 在图3-4中,孔径依次变小的反渗透膜S1、S2、B1、B2,其硼去除率依次增大。可见孔径越小,硼去除率越高。图3-5通过分子动力学模拟评测了硼酸分子直径约4nm,而大部分反渗透膜孔径在0.5-0.7nm范围内,其结果与PALS分析一致。 在以上研究成果基础上,东丽公司开发了更高脱硼率的新 35 型反渗透膜元件。一方面采用精密分子设计和纳米技术提高了分离层的致密度,把反渗透膜孔径控制在最优的范围,从而提高了硼去除率及脱盐率,同时进行分子结构改性提高了膜表面微孔数量及进行亲水性改性,确保了膜元件具有经济合理的通量。2009年,TM820M及TM820R系列的海水淡化膜应运而生,其突出特点就是拥有95%的脱硼率和99.8%的氯化钠脱除率,且具有较高的通量。正因为这些突出的特点,TM820R系列产品成功地应用在了全球大型的对除硼有一定要求的海水淡化项目中。新型高脱硼高脱盐海水淡化膜元件及系统操作性能预测见表3-5。 表3-5 新型高脱硼膜元件性能一览表 3.9.3 高膜面积及大直径膜元件 为了降低反渗透膜系统的能耗,除了上述膜材料改性外,即在提高脱盐率的同时,还提高了通量;还可以通过增加膜元件有效膜面积,以及采用较厚的给水隔网达到节能的效果。如在原有400ft2和430ft2膜面积的基础上,东丽公司新开发了440ft2的膜元件。如表5所示,这种膜元件采用高脱盐率的反渗透膜片,加上特殊的超薄纯水隔网,形成拥有膜工业界最高的有效膜面积且具有高产水量的新型膜元件。这些膜元件在保持高脱盐率的前提下,实现了高产水量与低能耗的有机结合,降低操作费用,减少膜元件数量,节省初期投资。 36 目前全世界最大规模的海水淡化项目,阿尔及利亚Magtaa海水淡化厂 (50万吨/天)就采用了这种高脱硼、高产水量、高膜面积的膜元件TM820R-440。当前海水淡化的趋势之一是规模越做越大,比如蒸馏法已经由50万吨/天做到了100万吨/天,而膜法刚刚做到50万吨/天,目前众多工程公司、膜厂家、配套设备厂 家正在做100万吨/天海水淡化基础研究工作。斯坦福大学研究表明大型海水淡化系统如果采用16英寸反渗透膜元件将具有如下优势:?占地面积降低10-15%;?节省5-10%系统投资;?系统制水成本降低4-6%。 3.9.4 反渗透膜技术的应用 如上所述,反渗透膜技术具有净化效率高、成本低和环境友好等优点,使得它在近几十年的时间里发展非常迅速,已经广泛应用于海水和苦咸水淡化、纯水和超纯水制备、工业或生活废水处理等领域。 3.9.4.1 海水和苦咸水淡化 膜法脱盐在过去的40年里,已经发展成为一个获取饮用水的重要途径,为人类解决水资源问题提供了一个有效途径。反渗透脱盐技术现在的应用主要有两大分支:海水淡化和苦咸水脱盐。反渗透海水淡化(SWRO)技术自上世纪70年代进入海水淡化市场后,发展十分迅速,现在已经占全世界淡化水总产量的44%,世界上将近80%的海水淡化装置都采用 37 的是反渗透膜技术。21世纪初出现的能量回收技术使得反渗透膜技术的生产成本大大降低,能量回收装置和脱盐,动力混合装置的发展极大地提高了反渗透海水淡化系统的能量使用效率。目前,反渗透海水淡化系统的单位能耗已经降至3 kWh/m3淡水以下。此外,新型反渗透膜组件的设计,例如大直径卷式膜组件以及高通量反渗透膜等,也在一定程度上降低了系统的运行成本。现在世界上最大的反渗透海水淡化装置位于以色列的阿什克伦,其2008年的产水量为1.11×10-8m3,占到以色列全部需求量的13%,产水成本在同行业中最低。未来随着对大型反渗透系统各个阶段(预处理、反渗透、能量回收和后处理等)技术和系统设计方面的研究和优化的不断深入,反渗透脱盐在成本和能量利用效率方面的优势会更加的突出。苦咸水通常指水中总溶解性固体含量在1000mg/L至15000mg/L之间的水源。 由于其较高的含盐量不适合用于人类生产和生活饮用,按照世界卫生组织的规定,含盐量低于500 mg/L的水才适合人类饮用。目前,反渗透苦咸水淡化(BWRO)是利用苦咸水生产淡化水中最具竞争力的方法,有关反渗透苦咸水淡化装置的设计优化已经相对成熟。随着新制膜材料的发展以及成本的降低,反渗透膜技术已 经逐渐成为脱盐产业中的主导,配合特定的预处理工艺以及膜系统设计,被广泛应用于各种含盐水质的淡化过程。 38 3.9.4.2 纯水和超纯水的制备 纯水和超纯水是现代工业中一种十分重要的原材料,已被广泛应用于半导体、微电子、电力、化工和医药等领域。目前,利用反渗透膜技术生产超纯水的工艺已经很成熟,反渗透膜能够有效地降低水的电导率和其中总溶解性固体的含量,对大部分盐类成分的截留率超过95%,并且水通量大。虽然也出现了膜污染问题,但是通过化学清洗的方法可以有效地解决。 另外,伴随着纯水制备工艺的不断进步,传统的阳阴离子交换工艺逐渐被反渗透系统取代,传统的混合离子交换则逐渐被电去离子(EDI)装置取代,最终发展成了反渗透(RO)一电去离子(EDI)脱盐系统,与传统方法相比,该系统具有出水质量高、连续生产、使用方便、无人值守、不用酸碱、不污染环境、占地面积小和运行经济等一系列优点,被称为“绿色”脱盐系统。 3.9.4.3 废水处理 废水资源化具有开发淡水资源与保护环境双重目的。除了脱盐与纯水的制备外,反渗透膜应用最多的就是在废水处理领域,而且绝大多数是对废水的深度处理,所以往往还要结合其他的预处理工艺。最近,科威特建立起17418m3/h规模的超大型反渗透装置用于污水回用。此外,反渗透也开始应用于水中微量无机污染物(主要包括一些重金属离子)和有机 39 污染物的去除,以及一些工业生产废水的处理,例如制药废水、石油化工废水和炼钢废水等领域。反渗透膜在应用到这些领域时,主要是通过电荷斥力和空间排阻作用来移除水中的这些化合物,然而废水中各种杂质含量较多,膜表面容易形成沉积层,造成膜性能的急剧下降,所以膜污染和预处理系统设计将会是反渗透系统在应用到这些领域时应该重点关注的方面。 四、海水淡化技术的发展趋势 多级闪蒸、低温多效蒸发和反渗透是当今海水淡化三大主流技术,引领着海水淡化技术的发展。多级闪蒸技术成熟运行可靠,主要发展趋势为提高装置单机造水能力,实现系统设计最佳化、管理型防垢、抑垢和分散剂,可提升运行温度。开发新兴高级奥氏不锈钢代替镍基合金,可提高运行可靠性、稳定性。 低温多效蒸馏技术由于节能的因素,近年来发展迅速,装置的规模日益扩大,成本日益降低,主要发展趋势为提高装置单机造水能力,扩大产水规模并进一步降低能耗,以减少结垢、腐蚀,降低成本。采用廉价材料降低工程造价,提高操作温度,提高传热效率等。 反渗透海水淡化技术发展很快,工程造价和运行成本持续降低,主要发展趋势为降低反渗透膜的操作压力,提高反渗透系统回收率。近年来此领域的重大进展在于功能交换器和 40 压力交换器的成功开发,能量的回收已经高达90,以上,能耗降至每吨3.8-4.3千瓦时。廉价高效的预处理技术仍需要进一步开发,反渗透海水淡化对预处理的要求很严格,需要更加重视微溶盐结垢和膜污染,增强系统的抗污染能力。 电渗析技术的发展趋势是研制大容量膜堆和新型ED膜,扩大生产规模,在高温电渗析等节能技术的基础上继续开展新技术、新部件、新装置的研制。直接冷冻技术经济可靠,也应尽快在生产中普遍应用。太阳能蒸馏已经天然冷冻技术可因地制宜的推广,作为主流海水淡化技术的有效补充。 水电联产、热膜联产等多种技术集成是海水淡化技术的发展趋势之一。水电联产是利用电厂的廉价电力和废热蒸汽进行海水淡化。热膜联产是采用热法和膜法海水淡化相结合的方式(即MED—RO或MSF—RO方式),满足不同用水需求,降低海水淡化成本。 对我国的海水淡化技术发展而言,由于我国的海水淡化的研究起步较晚,1958年开始电渗析的研究,1956年开始反渗透和蒸馏的研究。经过40多年的发展,技术经济指标已经达到同等容量的世界先进水平。目前我国海水淡化的主要问题在于反渗透所用的膜元件、高压泵和能量回收装置都是来自进口,国产膜元件有待进一步发展。我国自行研发的低温多效蒸馏装置规模较小,也没有长期工程经 验,也需要大力发展。 41 反渗透海水淡化技术的发展对策鉴于我国反渗透海水淡化取得的巨大成就和面临的问题,建议采取如下对策以促进技术的发展和实现产业化 4(1 加快海水淡化用反渗透复合膜的研制 目前,国内海水淡化所用反渗透复台膜均从国外进口,国产反渗透膜与国外产品还存在一定的差距。反渗透膜是反渗透海水淡化的核心,反渗透膜的国产化与产业化不能解决,势必影响我国反渗透海水淡化技术的发展。我国海水反渗透膜的研制已经具有三个五年计划攻关的良好基础,国家应进一步支持海水反渗透膜的研制,使得在“十五”期间形成反渗透海水淡化膜的技术突破,尽快实现国产化和产业化,在促进国内反渗透淡化技术发展的同时,进入国际市场。 4(2 解决反渗透海水淡化配套设备的国产化 选定的情况下,反渗透海水淡化系统的能量消耗等指标主要取决于选用的高压泵和能量回收装置的效率。目前,国内海水淡化所用高压泵和能量回收透平都是从国外进口,其零备件也得从国外进口,在浪费外汇额度的同时也给设备的维护带来许多不便。国内的多级离心泵、柱塞泵制造技术已经十分成熟,并被成功地用于油田注水,经过适当地攻关,完全可以生产用于反渗透海水淡化的高压泵。能量回收透平的技术核心是高速叶轮的制造,国内的三元扭曲叶轮制造技术居国际领先水平,并被广泛地用于进口压缩设备的技术升级 42 和改造,经过科技攻关,完全有可能实现能量回收透平的国产化,达到提高性能、降低造价的目标。只有实现了反渗透膜、高压泵、能量回收透平的国产化和产业化,才有可能实现我国反渗透海水淡化的产业化,在推动技术进步的同时,跻身国际海水淡化市场。 4(3 强强联合,优化工程化技术 膜、高压泵和能量回收装置的国产化只是解决了反渗透淡化工程的器件和设备问题一性能优良的器件和设备组台不一定形成运转良好的淡化工程,因此,反渗透的工程设计技术急需优化。优化的方式可采用强强联合,集合国内的优势力 量攻克海水反渗透的海水取水、海水预处理和反渗透主体设计等技术关键,形成工程设计的优化技术集成,在此基础上建立海水反渗透工程设计的国家标准,指导海水反渗透的工程设计和供货,推动行业的健康发展。 4(4 加强管理,规范资质 渗透淡化工程属于海洋工程。国家有关部门应加强此方面的管理,规范工程设计和设备供货厂商的资质,做到持证上岗,杜绝无证经营,用管理和法律手段保证行业的健康发展。 五、结论 当今,作为水资源的开源增量技术,海水淡化已经成为解决全球水资源危机的重要途径。海水淡化及水再利用产业发 43 展迅猛,截至2009年底,全球共有 1.4万个淡化工厂。全球海水淡化日产淡水量近6000万吨。其中80,用于饮用水,解决了2亿多人的供水问题。全球共有150多个国家和地区在应用海水淡化技术,使用的国家和地区既包括了海湾地区产油国家,也包括美国、西班牙、以色列、新加坡、澳大利亚等发达国家。其中海湾六国海水淡化量均占供水总量的50,以上。2010年投资额近400亿美元,预计到2015年,全球海水淡化市场有700亿,950亿美元的规模。未来20年,国际海水淡化市场增长最快的仍然是中东地区,其次是美国、澳大利亚、阿尔及利亚、西班牙、印度和中国。中国目前海水淡化产能约52.4万吨/日,到2020年达到250万,300万吨/日,未来10年海水淡化投资预计高达120亿,140亿元。海水淡化行业有望进入爆发式增长期。 中国的海水淡化及水再利用市场主要有三类:一是作为国民生活或生产用水的海岛海水淡化项目;二是作为临海I业企业自备水源的工业海水淡化项目;三是将海水淡化作为沿海城市和沿海工业市政供水项。目前,前两类海水淡化项目市场条件已经基本成熟,中国已建海水淡化项目也主要以上述两种类类为主,并且其市场容量还在稳步增加。据悉,王津提出日处理海水60万吨目标。根据已颁布实施的天津市海洋经济和海洋事业“十二五”发展规划,天津市将大力开 44 展海水淡化技术、装备技术和海水中贵重元素提取技术的自主研发,实现每日处理淡化海水6O万吨的生产能力,海水直接利用每年达到40亿吨。同时,天津还将开展年产300万吨海盐生产基地改扩建及海水综合利用项目,有效提取海水中钾、溴、镁等化学资源,研究海水中锂、铷等贵重元素的提取技术;大力发展海水淡化装备制造,推进在海水淡化系统设计、装备结构设计等多方面自主创新。又如,大唐山东发电公司与国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所签署了海水淡化战略合作框架协议。根据协议,双方将共同建设集研发、设计、实验、教育培训、制造于一体的国内海水淡化综合产业同区。双方还将通过努力,积极争取国家海洋局海洋公益项目、科技部“十二五”海水淡化项、目以及相关的国家自主创新和高新技术产业化项目。再如,青岛淡化海水明年进市政管网。由青岛市发改委和市蓝色办编写的《青岛市蓝色经济区发展规划》日前发布。该规划提出,淡化海水从明年起将进入市政管网,流进寻常百姓家。到2014,2015年,淡化水占市区供水的比重将达到25,左有。据悉,青岛百发海水淡化项目的主体工程已经完成,淡化的海水将用于市民用水,日处理达10万吨。今年设备将运送到工厂,年底开始调试,明年市民便可以通过水龙头喝到淡化海水。该规划特别提到,青岛市将扩大海水利用范围和规模,降低海水淡化成本。随着中国沿海城市化进程的加快和 45 人口的急剧增加,第三类项目面临着更大的发展空间,并将 成为中国海水淡化发展的主体。而且只有进入市政供水,海 水淡化才有发展。 参考文献: [1].阮国岭;冯厚军国内外海水淡化技术的进展[期刊论文]- 中国给水排水 2008(20) [2].Frank B S Desalination of sea water 1972 [3].Glew D N Process for liquid recovery and solution concentration 1965 [4].McCutcheon J R;McGirmis R L;Eiimelech M Desalination by a novel ammonia-carbon dioxide forward osmosis process:influence of draw and feed solution concentrations on process performance 2006(278) [5].MeCutoheon J R;MeGinnis R L;Elimelech M A novel ammonia-carbon dioxide forward (direct) osmosis desalination process 2005(174) [6].Me Gin nis R L Osmosis desalination process 2002 [7].Batchelder G W Process for the demineralization of water 1965 [8].CathTY;ChiidressAE;ElimelechMForwardosmosis:pri 46 nciples,applications,and recent development 2006 [9].邹士洋;张建平;伍俊荣新型膜分离技术-正向渗透及其 应用[期刊论文]-中国给水排水 2008(24) [10].Yaeli J Method and apparatus for processing liquid solutions of suspensions particularly useful in the desalination of saline water 1992 [11].Staehe K Apparatus for transforming sea water,brackish water,polluted water or the Like into a nutritious drink by means of osmosis 1989 [12].Kravath R E;Davis J E Desalination of seawater by direct osmosis 1975(16) [13].McCutcheon J R;Elimelech M Modeling water flux in forward osmosis:implications for improved membrane design[外文期刊] 2007(07) [14].Carla T Y;Gormly S;Beaudry E G Membrane contaetor procerises for wastewater reclamation in spaceI:direct osmotic concentration as pretrcatment for reverse osmosis 2005(257) [15].Chien H T;How Y N A novel hybrid forward osmosis-nanofiltration (FO-NF) process for seawater desalination:draw solution selection and system configuration 2009 47 [16].Choi Y J;Choi J S;Oh H J Toward a combined system of forward osmosis and reverse osmosis for seawater desalination 2009 [17]杨钊,王明召(海水淡化原理及方法综述[J](化学教育,2008,(3):1—2( [18]任一峰,刘尔静(海水淡化的热法技术及其应用[J](发电设备,2009,(2):147—150( [19]高从堵,陈国华(海水淡化技术与工程手册[M](北京:化学工业出版社,2004( [20]谢春生,张小平,黄瑞敏(反渗透技术及其在我国电厂的应用和发展趋势[J](热力发电,2006,(7):7—9( [21]薛怀德(反渗透膜法简要介绍(二)[J](膜科学与技术,1990,10(3):68( [22]阮国岭(膜技术进步及其对海水淡化的影响[J](中国给水捧水,2009,25(4):82—86( [23]李崇超,刘庆江,李睿(海水淡化技术浅析[J](锅炉制造,2009,5(3):58—61( 31 百度搜索“就爱阅读”,专业资料,生活学习,尽在就爱阅读网 48 92to.com,您的在线图书馆 49
/
本文档为【膜分离技术及其应用 膜分离在海水淡化中的应用】,请使用软件OFFICE或WPS软件打开。作品中的文字与图均可以修改和编辑, 图片更改请在作品中右键图片并更换,文字修改请直接点击文字进行修改,也可以新增和删除文档中的内容。
[版权声明] 本站所有资料为用户分享产生,若发现您的权利被侵害,请联系客服邮件isharekefu@iask.cn,我们尽快处理。 本作品所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用。 网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽..)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。

历史搜索

    清空历史搜索