PDF《海水淡化的发展及应用》

evaporation;

membrane method;

newenergy sources 第28 卷第

5 期2008 年5月工业水处理 Industrial Water Treatment Vol.28 No.5 May,

2008 6 发器的热源都由其上一效的二次蒸汽提供, 热利用 率高.以操作温度90 ℃为分界线, 可分为低温多效 蒸馏( LT- MED) 和高温多效蒸馏( HT- MED) .目前 世界上多采用LT- MED的淡化方式[3〕 , 此方式亦被评 为能耗最低的海水淡化方法之一.但是MED法存在 严重的结垢和腐蚀问题, 其发展速度和市场占有率 因此大受限制. 压汽蒸馏( VC) 是利用机械压缩机使蒸汽升压 升温后作为热源用于海水蒸发.此法不需要另外提 供蒸汽, 不需要冷却水, 且转化效率较高.但是亦存 在严重的腐蚀和结构问题, 常用于中小型海水的淡 化, 但其市场占有率不高, 并且呈逐渐降低趋势.目 前已研究开发出适合于仅可供电能的岛屿和地区的 低温压汽蒸馏技术, 可以长期无故障运行, 人工和维 修费用较低, 可靠性好. 1.2 膜法 膜法主要是利用膜的选择透过性进行盐水分离 达到海水淡化的目的, 主要包括反渗透法( RO) 和电 渗析法( ED) . 1.2.1 反渗透 RO是在盐水侧施加压力迫使水分子通过半透 膜进入纯水侧的过程. 20世纪50年代, C. E. Reid等〔 4〕 首先提出了反渗透海水淡化方案, 并进行了开拓性 研究.近20年来, 随着预处理技术的改进、 能量回收 装置的使用和膜性能的优化等, 使SWRO技术日益 成熟, 进入21世纪后RO法已经取代MSF法成为海水 淡化市场的主导. 反渗透膜不但可用于脱除水中的大量无机盐离 子, 还可用于去除大部分的有机物、 胶体、 病毒和细 菌、 悬浮物等.但是这些大分子物质的存在, 容易造 成膜的污染, 降低膜的使用寿命, 需根据海水水质进 行预处理.表1给出了通用的反渗透海水淡化的进 水水质要求.此外, RO法还存在能量回收问题和浓 盐水的排放问题. ( 1) 预处理技术.采用添加化学品的传统海水 预处理方法, 存在工序复杂、 预处理成本较高和环境 负面影响较大等缺陷.另外, 由于结垢等问题, 水回 收率较低, 仅为30%~35%.而水回收率越高, 结硬垢 可能性越大, 能耗和成本也相对较高, 对预处理要求 也更严格, 装置的清洗也更频繁, 其结果必然是预处 理和清洗费用上升.因此常规预处理方法已成为海 水淡化的主要制约因素. 采用全膜法预处理代替传统的化学品预处理则 可以解决上述缺陷.膜法预处理主要包括微滤(MF) 、 超滤( UF) 和纳滤( NF) 三种.MF在去除悬浮 固体、 降低污染指数SDI上效果明显, 费用较海滩井 ( beachwell) 少, 是传统方法费用的一半.而UF不但 可截留悬浮固体和大的细菌, 还可截留大分子、 胶体 和小细菌. NF是介于UF和RO之间的膜过程, 其对于 一价和二价离子的选择透过性对防止结垢和减少进 料TDS方面有特殊的作用, 并且降低了海水的渗透 压〔 5〕 , 提高了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%. ( 2) 反渗透能量问题.RO中大部分的能量随着 浓盐水的排放而流失. 为了降低能耗, 一般采用能量 回收装置, 但目前反渗透的回收率不高, 一般为40% 左右.这导致了预处理过的海水浪费和高压压缩海 水能量的流失, 也是其淡化成本高的主要原因. ( 3) 浓盐水的处理. 海水淡化对环境的不利影响 主要是浓盐水的排放问题. 浓盐水不仅含盐量高, 而 且还含有海水预处理时引入的化学物质及海水原水 所含的各种有害物质, 若排放不当, 就会对土壤、 地 表水、 海洋环境等造成污染.目前, 常用的浓盐水排 放和利用技术包括直接排放法(排入海洋、 地表水、 污水处理系统等)和浓盐水再利用(灌溉、 制盐、 提取 化工原料)两类. 1.2.2 电渗析 电渗析( ED) 是在外加直流电场的作用下, 利用 具有选择透过性的离子交换膜的反离子迁移原理, 使水中的离子定向迁移, 并有选择性地通过带有不 同电荷的离子交换膜, 从而达到溶质和溶剂分离的 过程.电渗析过程无相变发生, 在一定含盐量条件 下, 能耗较低, 药剂耗量少, 环境污染小, 系统结构简 单, 原水回收率较高, 一般能达到65%~80%, 预处理 简便.但是, ED需要在海水淡化室中加入化学药剂 脱除有机物、 胶体、 细菌和悬浮物等, 不适用于制备 饮用水. 日本虽已废除盐田制盐, 采用电渗析浓缩海水 制盐〔 6〕 , 但是其能耗较高, 为150 kW ・ h/t( 以单位盐量 计) . 在许多国家缺乏市场竞争力, 若考虑同RO法结 王俊红, 等: 海水淡化的发展及应用 工业水处理