第一篇：反滲透法海水淡化工藝設(shè)計(jì)方案

海水淡化 工藝設(shè)計(jì)方案

姓

名： 董福林 所在班級：海化13-1 學(xué)

號：201338042113

二○一四年十二月

目錄

1.方案方法選擇

2.原理介紹

3取水方式 海水預(yù)處理

5加藥裝置的選擇

6反滲析主機(jī)介紹

7管道選擇

8工藝流程圖

9結(jié)語

方案方法選擇

海水淡化技術(shù)種類很多，有蒸餾法（多級閃蒸、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閃蒸、多效蒸溜和反滲透法

反滲透法與現(xiàn)有其他分離方法（如蒸發(fā)、冷凍等）相比，具有相態(tài)不變、無需加熱、設(shè)備簡單、效率高、占地小、操作方便、能量消耗少、適應(yīng)性強(qiáng)等顯著特點(diǎn)。而且采用反滲透技術(shù)不會(huì)造成環(huán)境的二次污染，排污費(fèi)用較低，容易達(dá)到環(huán)保要求，制水成本可大幅度降低，易于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

原理介紹

當(dāng)向濃溶液一側(cè)施加一個(gè)大于滲透壓的外壓時(shí)，濃溶液中的水就會(huì)通過半透膜流向稀溶液，使?jié)馊芤旱臐舛雀螅@一過程就是滲透的相反過程，稱為反滲透滲。反滲透是非自發(fā)過程

取水方式的確定

在海水淡化系統(tǒng)中，取水方式對海水的預(yù)處理有較大的影響。如果考慮因素不全面，會(huì)嚴(yán)重影響反滲透的效果，給保安過濾器及反滲透膜堆增大工作負(fù)荷。

取水方式應(yīng)考慮如下因素：取水位置的選擇；臺風(fēng)對取水設(shè)施的影響；從取水處輸送至預(yù)處理系統(tǒng)的方式方法；取水泵的選擇（潛水泵或端吸泵等）；海潮對取水水位的影響；海水溫度的變化；海水的腐蝕性；海水中微生物、細(xì)菌、藻類等。

考慮以上因素后，一般有如下四種取水方式：海灘井取水；表層海水取水；海床過濾取水；海灘水平暗渠取水。具體采用何種取水方式，要在綜合考慮各種因素后才可確

海水預(yù)處理

微濾和納濾技術(shù)用于海水預(yù)處理 海水不僅硬度高，且水中的懸浮物、膠體物質(zhì)、微生物、細(xì)菌等會(huì)使膜受到污染、侵蝕，水的溫度、pH值、余氯含量、壓力等參數(shù)的變化也會(huì)影響膜的性能，所以給水預(yù)處理對反滲透安全運(yùn)行是至關(guān)重要的。傳統(tǒng)的常規(guī)海水預(yù)處理包括：滅菌沉降、過濾、軟化、脫氣等，需要多道工序

20世紀(jì)90年代在少數(shù)設(shè)備中出現(xiàn)了采用微濾（MF）和納濾（NF）等膜技術(shù)作為反滲透海水淡化系統(tǒng)的預(yù)處理工藝

微濾膜（孔徑0.2 μm）在保持較大的水通量的前提下，可使海水中的膠體顆粒和細(xì)菌數(shù)量減少幾個(gè)數(shù)量級，不再需要加入絮凝劑、殺菌劑和還原劑等化學(xué)藥品，同時(shí)也省去了保安過濾器，有利于反滲透裝置的長期穩(wěn)定運(yùn)行。納濾膜（孔徑在nm級）用于脫除海水硬度和總?cè)芙夤腆w，從而提高海水反滲透的操作壓力和系統(tǒng)的回收率。

（１）機(jī)械過濾器：機(jī)械過濾器的作用：用于去除原海水中的雜質(zhì)、膠體、微生物及其它懸浮物等，使過濾后的海水污染指數(shù)達(dá)到ＳＤＩ≤５，滿足預(yù)處理的要求

（２）超濾：超濾的作用與機(jī)械過濾器的作用相同

加藥裝置的選擇

海水淡化系統(tǒng)中的加藥處理是不可缺少的重要環(huán)節(jié)，因此，對加藥裝置的配置及加藥種類的選擇、加藥量的計(jì)算就顯得非常重要。首先要在取水井或同類取水管線中加入次氯酸鈉或氯氣，進(jìn)行殺菌滅藻；在機(jī)械過濾器前，在管道中加入絮凝劑，使水中的膠體及雜質(zhì)凝結(jié)，這樣有利于機(jī)械過濾。經(jīng)過濾后的海水，有時(shí)要根據(jù)水質(zhì)的情況，加入阻垢劑，防止水中更小的膠體及雜質(zhì)結(jié)垢而污堵反滲透膜；在海水中加入還原劑，對由于加入殺菌劑而留下的余氯進(jìn)行還原，因?yàn)榉礉B透膜對余氯的要求非常嚴(yán)格，余氯會(huì)對反滲透膜產(chǎn)生極強(qiáng)的氧化作用。

色素，異味，生化有機(jī)物，降低水的余氨值及農(nóng)藥污染 等有害的物質(zhì)。如果原水中鈣鎂離子含量較高時(shí)，還需要增加軟水裝置，主要目的在于保護(hù)后級的反滲透膜不受大顆粒物質(zhì)的破壞，從而延長透膜的使用壽命。

反滲析主機(jī)介紹

反滲透主機(jī)主要由增壓泵，膜殼，反滲透膜，控制電路等組成。是整個(gè)水處理系統(tǒng)中的核心部分，水質(zhì)的好壞最主要也取決該部分。只要膜的型號及增壓泵的型號選取得當(dāng)，反滲透主機(jī)對水中鹽分的過濾能力都達(dá)到99%以上，出水電導(dǎo)率可保證在10us/cm(25d)以內(nèi)。后處理部分主要是對反滲透主機(jī)制取的純水作進(jìn)一步的處理如果后續(xù)工藝接離子交換或去離子交換設(shè)備，則可以制取工業(yè)用超純水，如果是用在民用直飲水工藝上，則常常接后置殺菌裝置

管道選擇

（１）取水與預(yù)處理部分可以采用ＰＶＣ或ＵＰＶＣ管路，或采用碳鋼襯塑管。（２）反滲透主體部分采用雙向不銹鋼。（３）后處理部分采用ＰＶＣ或ＵＰＶＣ管路。

工藝流程圖

近年來，反滲透膜脫鹽裝置得到了迅猛發(fā)展，已成為新的海水淡化的首選水處理裝置。膜技術(shù)的改進(jìn)及反滲透膜性能的不斷提高，使得海水淡化過程的生產(chǎn)成本顯著降低。

面對日趨緊張的水資源及能源危機(jī)，選擇低能耗的海水反滲透膜無疑會(huì)大大降低海水淡化制水成本，促進(jìn)國內(nèi)海水淡化事業(yè)的發(fā)展，并為低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供可靠的保證。展望未來，新型低能耗、大直徑及新材料的反滲透膜元件將使海水淡化變得越來越經(jīng)濟(jì)

第二篇：海水淡化調(diào)研報(bào)告

海水淡化的概念和意義

海水脫鹽生產(chǎn)淡水。是指將水中的多余鹽分和礦物質(zhì)去除得到淡水的工序。是實(shí)現(xiàn)水資源利用的開源增量技海水淡化即利用術(shù)，可以增加淡水總量，且不受時(shí)空和氣候影響，水質(zhì)好、價(jià)格漸趨合理，可以保障沿海居民飲用水、農(nóng)業(yè)用水和工業(yè)鍋爐補(bǔ)水等穩(wěn)定供水。有時(shí)食用鹽也會(huì)作為副產(chǎn)品被生產(chǎn)出來。

地球表面雖然 2/3被水覆蓋，但是97％為無法飲用的海水，只有不到3％是淡水，其中又有2％封存于極地冰川之中。在僅有的1％淡水中，25％為工業(yè)用水，70％為農(nóng)業(yè)用水，只有很少的一部分可供飲用和其它生活用途。然而，在這樣一個(gè)缺水的世界里，水卻被大量濫用、浪費(fèi)和污染。加之，區(qū)域分布不均勻，致使世界上缺水現(xiàn)象十分普遍，全球淡水危機(jī)日趨嚴(yán)重。目前世界上100多個(gè)國家和地區(qū)缺水，其中28個(gè)國家被列為嚴(yán)重缺水的國家和地區(qū)。預(yù)測再過20～30年，嚴(yán)重缺水的國家和地區(qū)將達(dá)46～52 個(gè)，缺水人口將達(dá) 28～33億人。我國廣大的北方和沿海地區(qū)水資源嚴(yán)重不足，據(jù)統(tǒng)計(jì)我國北方缺水區(qū)總面積達(dá)58萬平方公里。全國500多座城市中，有300多座城市缺水，每年缺水量達(dá)58億立方米，這些缺水城市主要集中在華北、沿海和省會(huì)城市、工業(yè)型城市。

隨著地球上人口的激增，生產(chǎn)迅速發(fā)展，淡水已經(jīng)變得比以往任何時(shí)候都要珍貴。淡水資源緊張是全世界面臨的嚴(yán)重問題之一，海水淡化是解決這一問題的根本途徑。

二、將海水進(jìn)行淡化處理的原理

海洋水占全球水總儲(chǔ)量的97 % ,而人類有近七成居住在距大海不到120公里的地方,因此海水淡化成為新水源開發(fā)的必然趨勢。海水淡化就是將海水脫除鹽分變?yōu)榈倪^程。

海水水質(zhì)的主要特點(diǎn)是:

(1)含鹽量高,一般在35g/ L左右

(2)腐蝕性大

(3)海水中動(dòng)、植物多

(4)海水中各種離子組成比例比較穩(wěn)定

(5)

pH變化小,海水表層pH在811～813范圍內(nèi),而在深層pH則為718左右。

圖表 1海水中主要離子成分

海水淡化方法分類及其原理

根據(jù)分離過程,海水淡化主要包括蒸餾法、膜法、冷凍法和溶劑萃取法等。蒸餾法海水淡化是將海水加熱蒸發(fā),再使蒸氣冷凝得到淡水的過程,又可分為多級閃蒸、多效蒸發(fā)和壓氣蒸餾。膜法海水淡化是以外界能量或化學(xué)勢差為推動(dòng)力,利用天然或人工合成的高分子薄膜將海水溶液中鹽分和水分離的方法,由推動(dòng)力的來源可分為電滲析法、反滲透法等。冷凍法海水淡化是將海水冷卻結(jié)晶,再使不含鹽的碎冰晶體分離出并融化得到淡水的過程。溶劑萃取法海水淡化是指利用一種只溶解水而不溶解鹽的溶劑從海水中把水溶解出來,然后把水和溶劑分開從而得到淡水的過程。

海水淡化的歷史可以追溯到公元3世紀(jì),當(dāng)時(shí)的水手用海綿吸收海水蒸發(fā)出的水蒸氣,然后將凝結(jié)的淡水?dāng)D出以供旅途之需。海水淡化真正實(shí)現(xiàn)裝機(jī)應(yīng)用是在18世紀(jì)后期。最早的海水淡化處理廠于1881年在地中海馬耳他島上建成,島上的飲用水大部分來源于海水淡化處理?，F(xiàn)代海水淡化方法的早期研究開發(fā)中,蒸餾法特別是多級閃蒸法應(yīng)用最為廣泛。近二十年來反滲透技術(shù)發(fā)展速度很快,在海水淡化領(lǐng)域的總?cè)萘恳呀?jīng)接近多級閃蒸的容量份額。

第二節(jié) 海水淡化工藝分析

一、海水淡化的方法 多級閃蒸(MSF)

多級閃蒸是多級閃急蒸餾法的簡稱。其原理是將原料海水加熱到一定溫度后引入閃蒸室 ,由于閃蒸室中的壓強(qiáng)控制為低于熱鹽水溫度所對應(yīng)的飽和蒸氣壓,所以熱鹽水進(jìn)入閃蒸室后即成為過熱水而急速地部分汽化,所產(chǎn)生的蒸氣在冷卻水管外壁冷凝為所需淡水,同時(shí)熱鹽水自身的溫度降低。原料海水在進(jìn)入加熱器前作為冷卻水冷凝閃蒸室中的蒸氣,換熱后溫度上升,可以節(jié)約大量能源。多級閃蒸的整個(gè)設(shè)備由多個(gè)閃蒸室構(gòu)成,每一級閃蒸室里面可以完成一個(gè)完整凈化過程。熱鹽水依次流經(jīng)若干個(gè)壓強(qiáng)逐漸降低的閃蒸室逐級蒸發(fā)降溫,濃度逐級增大,直到溫度接近(但高于)天然海水溫度。

多級閃蒸技術(shù)利用熱能和電能 ,適合于可以利用熱源的場合,通常與火力發(fā)電站聯(lián)合建設(shè)與運(yùn)行。由于其技術(shù)最為成熟,海水結(jié)垢傾向小、設(shè)備簡單可靠、易于大型化、操作彈性大、運(yùn)行安全性高以及可利用低位熱能和廢熱等優(yōu)點(diǎn) 領(lǐng)域仍屬第一。

圖表 2 多級閃蒸原理示意圖 ,目前多級閃蒸的總裝機(jī)容量在海水淡化

反滲透(RO)

用膜將含鹽濃度不同的2種水分開,在含鹽的一側(cè)外加一個(gè)壓力,使之大于膜兩側(cè)的滲透壓力差,迫使水從高濃度溶液中析出并透過膜進(jìn)入低鹽濃度溶液,這就是反滲透原理。反滲透海水淡化系統(tǒng)如下圖所示,由4個(gè)主要部分構(gòu)成:(1)預(yù)處理;(2)高壓泵;(3)膜組件;(4)后處理。其中,預(yù)處理是對進(jìn)料海水進(jìn)行處理,通常包括去除懸浮固體,調(diào)節(jié)pH,添加臨界隱蔽劑以控制碳酸鈣和硫酸鈣結(jié)垢等 ,目的都是為了保護(hù)膜。高壓泵用于對進(jìn)料海水加壓,使之達(dá)到適合于所用膜和進(jìn)料海水所需要的壓力。膜組件的核心是半透膜,它截留溶解的鹽類,而允許幾乎所有不含鹽的水通過。后處理主要是進(jìn)行穩(wěn)定處理,包括p H調(diào)節(jié)和脫氣處理等。

圖表 3 反滲透系統(tǒng)流程圖

作為膜組件的核心,半透膜的材料不斷更新以更好地適應(yīng)工業(yè)應(yīng)用。最早使用的膜材料是醋酸纖維素,后來逐漸被其他的醋酸纖維素、聚酰胺和其他聚合物等各種配料或衍生物取代。20世紀(jì)50年代末,勞伯和索里拉金開發(fā)了不對稱醋酸纖維素膜,將膜材料的發(fā)展引入了新的階段。不對稱膜(也稱作薄膜復(fù)合膜)有2 個(gè)連貫的部分:第一部分是與鹽水溶液接觸的表層(截留層),決定膜的性能;另一部分是多孔支撐層,支撐上述表層,同時(shí)允許水通過?，F(xiàn)在生產(chǎn)中使用的膜絕大部分是不對稱膜 ,它允許被復(fù)合的材料具有最佳的表層截留特性,同時(shí)背稱材料具有防壓實(shí)的特性。不對稱膜可分為固態(tài)膜和動(dòng)態(tài)膜2種,前者有4種基本構(gòu)型:板框 式、管式、卷式和中空纖維式。

反滲透工藝中,通過改變膜組件的數(shù)量和組合方式可以達(dá)到不同的效果。目前的工藝主要有單級、并聯(lián)、截留級和產(chǎn)品級。單級是最簡單的組合,只有一個(gè)適當(dāng)容量的膜組件;并聯(lián)是指多個(gè)膜組件并聯(lián)以提高產(chǎn)量,系統(tǒng)的脫鹽率和回收率不改變;截流級也稱多級或串聯(lián),從1級截留的濃縮鹽水作為第2級的進(jìn)料水,可以提高系統(tǒng)的回收率;產(chǎn)品級非常適合海水脫鹽,從第1級出來的淡水作為第2級的進(jìn)料液,可以提高脫鹽率,同時(shí)從第2級出來的截留水還可與原料海水混合進(jìn)行再處理,提高回收率。反滲透技術(shù)只利用電能,適合于有電源的各種場合。由于具有無相變、節(jié)省能源、適用于海水和苦咸水淡化等特點(diǎn),近二十年來反滲透

技術(shù)發(fā)展速度最快,淡化成本也降得最快,其在海水淡化領(lǐng)域的總?cè)萘恳呀?jīng)接近多級閃蒸的容量份額。

冷凍法 冷凍法，即冷凍海水使之結(jié)冰，在液態(tài)淡水變成固態(tài)冰的同時(shí)鹽被分離出去。冷凍法與 蒸餾法都有難以克服的弊端，其中蒸餾法會(huì)消耗大量的能源并在儀器里產(chǎn)生大量的鍋垢，而 所得到的淡水卻并不多；而冷凍法同樣要消耗許多能源，但得到的淡水味道卻不佳，難以使用。

太陽能法

人類早期利用太陽能進(jìn)行海水淡化，主要是利用太陽能進(jìn)行蒸餾，所以早期的太陽能海 水淡化裝置一般都稱為太陽能蒸餾器。餾系統(tǒng)被動(dòng)式太陽能蒸餾系統(tǒng)的例子就是盤式太陽能蒸餾器，人們對它的應(yīng)用有了近150 年的歷史。由于它結(jié)構(gòu)簡單、取材方便，至今仍被廣泛采用。目前對盤式太陽能蒸餾器的研究主要集中于材料的選取、各種熱性能的改善以及將它 與各類太陽能集熱器配合使用上。與傳統(tǒng)動(dòng)力源和熱源相比，太陽能具有安全、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，將太陽能采集與脫鹽工藝兩個(gè)系統(tǒng)結(jié)合是一種可持續(xù)發(fā)展的海水淡化技術(shù)。太陽能海水淡化 技術(shù)由于不消耗常規(guī)能源、無污染、所得淡水純度高等優(yōu)點(diǎn)而逐漸受到人們重視。

低溫多效

多效蒸發(fā)是讓加熱后的海水在多個(gè)串聯(lián)的蒸發(fā)器中蒸發(fā)，前一個(gè)蒸發(fā)器蒸發(fā)出來的蒸汽 作為下一蒸發(fā)器的熱源，并冷凝成為淡水。其中低溫多效蒸餾是蒸餾法中最節(jié)能的方法之一。低溫多效蒸餾技術(shù)由于節(jié)能的因素，近年發(fā)展迅速，裝置的規(guī)模日益擴(kuò)大，成本日益降低，主要發(fā)展趨勢為提高裝置單機(jī)造水能力，采用廉價(jià)材料降低工程造價(jià)，提高操作溫度，提高傳熱效率等。

電滲析法

該法的技術(shù)關(guān)鍵是新型離子交換膜的研制。離子交換膜是0.5-1.0mm

厚度的功能性膜片，按其選擇透過性區(qū)分為正離子交換膜（陽膜）與負(fù)離子交換膜（陰膜）。電滲析法是將 具有選擇透過性的陽膜與陰膜交替排列，組成多個(gè)相互獨(dú)立的隔室海水被淡化，而相鄰隔室 海水濃縮，淡水與濃縮水得以分離。電滲析法不僅可以淡化海水，也可以作為水質(zhì)處理的手 段，為污水再利用作出貢獻(xiàn)。此外，這種方法也越來越多地應(yīng)用于化工、醫(yī)藥、食品等行業(yè)的濃縮、分離與提純。

壓汽蒸餾

壓汽蒸餾海水淡化技術(shù)，是海水預(yù)熱后，進(jìn)入蒸發(fā)器并在蒸發(fā)器內(nèi)部分蒸發(fā)。所產(chǎn)生的 二次蒸汽經(jīng)壓縮機(jī)壓縮提高壓力后引入到蒸發(fā)器的加熱側(cè)。蒸汽冷凝后作為產(chǎn)品水引出，如此實(shí)現(xiàn)熱能的循環(huán)利用。

露點(diǎn)蒸發(fā)法 露點(diǎn)蒸發(fā)淡化技術(shù)是一種新的苦咸水和海水淡化方法。它基于載氣增濕和去濕的原理，同時(shí)回收冷凝去濕的熱量，傳熱效率受混合氣側(cè)的傳熱控制。

水電聯(lián)產(chǎn)

水電聯(lián)產(chǎn)主要是指海水淡化水和電力聯(lián)產(chǎn)聯(lián)供。由于海水淡化成本在很大程度上取決于 消耗電力和蒸汽的成本，水電聯(lián)產(chǎn)可以利用電廠的蒸汽和電力為海水淡化裝置提供動(dòng)力，從 而實(shí)現(xiàn)能源高效利用和降低海水淡化成本。國外大部分海水淡化廠都是和發(fā)電廠建在一起的，這是當(dāng)前大型海水淡化工程的主要建設(shè)模式。

蒸餾法

蒸餾法雖然是一種古老的方法，但由于技術(shù)不斷地改進(jìn)與發(fā)展，該法至今仍占統(tǒng)治地位。蒸餾淡化過程的實(shí)質(zhì)就是水蒸氣的形成過程，其原理如同海水受熱蒸發(fā)形成云，云在一定條 件下遇冷形成雨，而雨是不帶咸味的。根據(jù)所用能源、設(shè)備、流程不同主要可分設(shè)備蒸餾法、蒸汽壓縮蒸餾法、多級閃急蒸餾法等。

圖表 4 海水淡化方法的分類

圖表 5 三種海水淡化工藝關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)對比表

二、影響海水淡化工藝選擇的因素

海水淡化方法比較及其發(fā)展方向海水淡化的方法有十余種。目前主要方法有多效蒸發(fā)（MED）、反滲透（RO）和多級閃蒸（MSF）等，而適用于大型的海水淡化的方法只有MED、MSF和RO。MED方法中低溫多效蒸餾（LT-MED）開發(fā)后在世界范圍內(nèi)迅速得到了較廣泛的應(yīng)用，與RO和MSF一起成為最具發(fā)展前景的海水淡化技術(shù)。究竟哪種方法最適合當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展不是絕對的。本文將世界主要三種淡化方法進(jìn)行比較并結(jié)合實(shí)踐對選擇海水淡化方法的依據(jù)進(jìn)行探討。

目前主要淡化方法的技術(shù)原理及應(yīng)用

近年來世界上海水淡化正向高效化、低能化和規(guī)?；哪繕?biāo)發(fā)展，MSF、LT-MED、RO更成為適用于大型化海水淡化技術(shù)的主流。

MSF方法大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)淡水已有30多年，技術(shù)成熟，運(yùn)行安全性高。

LT-MED其特征是將一系列的水平管降膜蒸發(fā)器串聯(lián)起來并被分成若干效組，用一定量的蒸汽輸入通過多次的蒸發(fā)和冷凝，從而得到多倍于加熱蒸汽量的蒸餾水?？勺鳛殄仩t的補(bǔ)充用水、生產(chǎn)過程的工藝用水或者大規(guī)模的市政飲用水供水。

RO 主要應(yīng)用領(lǐng)域有海水和苦咸水淡化，純水和超純水制備，工業(yè)用水處理，飲用水凈化，醫(yī)藥、化工和食品等工業(yè)料液處理和濃縮，以及廢水處理等。

主要淡化方法的比較及發(fā)展方向

2.1 MSF

MSF具有工藝成熟，維護(hù)量較小，運(yùn)行可靠，對原水預(yù)處理要求低和使用壽命長，出水品質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)。MSF存在的最大問題就是性能比低，一般限制在11 左右，造成更大的能量消耗，即耗電能較大，使得MSF比LT-MED成本高。

MSF海水淡化技術(shù)體現(xiàn)如下的發(fā)展方向：

1）提高最高操作溫度，尋找改進(jìn)熱量交換的新方法。通過薄管壁材料的選制，逐滴冷凝過程的改進(jìn)盡可能減少熱交換面積，提高熱交換量等。2）成功實(shí)現(xiàn)大型MSF裝置。根據(jù)Leon Awerbuch 報(bào)道，位于阿布扎比 的蘇威哈特廠(Shuwaihat)，其單套裝置的設(shè)計(jì)規(guī)模為76000m3/d。

(Abu Dhabi)3）采用新材料和管路優(yōu)化設(shè)計(jì)提高效率。WDI公司采用效率高達(dá) 95%的蒸汽壓縮設(shè)備、帶溝槽的薄鈦管作為傳熱材料、特種混凝土作為蒸發(fā)器的殼體，顯著地降低造水成本。

2.2 LT-MED

LT-MED是 20世紀(jì)80 年代開發(fā)出來的新技術(shù)。它的特點(diǎn)是對原料海水的預(yù)處理要求不高、過程循環(huán)動(dòng)力消耗小、生產(chǎn)的淡水水質(zhì)高(鹽度<5mg/L)。另外，該技術(shù)減少制水成本的潛力很大，其造水比高，可超過15。

LT-MED海水淡化技術(shù)發(fā)展方向如下：

1）裝置規(guī)模的大型化和超大型化。美國的南加州正在計(jì)劃建設(shè)日產(chǎn)淡水28400m3的LT-MED淡化工程，其淡化裝置的總效數(shù)為30，造水比 22，共有535個(gè)相同的管束。

2）采用新工藝和新材料提高性能。對熱過程的改進(jìn)(即新工藝)采用 NF技術(shù)。新材料包括光滑鋁合金管或鋁合金波紋管制成的傳熱管材和特種混凝土等殼體材料。

3）與核能等新能源的結(jié)合。LT-MED能夠使用反應(yīng)堆提供的清潔低品位熱能。

4）若能解決結(jié)垢問題，LT-MED可向高溫多效蒸餾邁進(jìn)，以獲得更高的造水比，達(dá)30。

2.3 RO

具有投資低、能耗低、建設(shè)周期短等優(yōu)點(diǎn)，適用于建造各種規(guī)模的海水淡化工程。其突出優(yōu)點(diǎn)就是成本較低，大約在0.50～0.70美元/m3淡化之間，這還取決于能源成本。

RO膜容易受到污染和結(jié)垢的影響（CaCO3，CaSO4，BaSO4），易被氧化劑（Cl2，HClO）氧化而造成損害，因此對進(jìn)入 RO 裝置的水質(zhì)要求較高，預(yù)處理較為嚴(yán)格。

RO 海水淡化技術(shù)最新研究動(dòng)態(tài)包括以下幾方面：

1）功或壓力交換器和段間能量回收集成技術(shù)的研究。PX或Aqualyng等新型高效能量回收器可使RO 淡化過程本體電耗大約在2.6kWh/m3淡水。

2）新型RO膜的研究。方向分為低壓RO膜和高壓 RO 膜。由于能量回收器效率不斷提高，高壓膜在海水淡化過程中的應(yīng)用相對較多，而低壓膜主要用于苦咸水淡化過程。

3）全膜法預(yù)處理工藝的研究。全膜法預(yù)處理較好地結(jié)合了MF、UF 和NF預(yù)處理方法的優(yōu)點(diǎn)，有效減少化學(xué)品添加量和RO膜組件的清洗次數(shù)，使操作過程更加環(huán)境友好。

4）高回收率工藝的研究。BCS(brine conversion system)系統(tǒng)采用SWRO-級濃縮水作進(jìn)(含鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)5.8%～8.7%)，在8.0～10.0MPa操作壓力下，回收率可以達(dá)到60%。

最佳淡化方法的選擇 究竟選擇哪種淡化方法，還要根據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)境特征和運(yùn)行目標(biāo)，因地制宜，評估這種淡化方法是否最適合當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展。一般選擇海水淡化方法的依據(jù)主要包括以下要素：環(huán)境要素、經(jīng)濟(jì)要素、需求要素、技術(shù)要素等。

3.1 環(huán)境要素

環(huán)境要素主要包括海水因素、地理位置因素、能源儲(chǔ)備因素等。

3.1.1 海水因素

每種淡化方法對海水溫度的適應(yīng)性不同。如RO適宜溫度為15～25℃；蒸餾法適宜溫度為0～35℃。對于RO過程，膜的透水量隨水溫的升高而增高。低溫海水粘度增大使膜孔收縮，產(chǎn)水量大幅度下降；而水溫過高則加快膜的水解速度，使有機(jī)膜變軟，易于壓實(shí)。水溫季節(jié)性節(jié)變化大的海域(如渤海中部，冬、春季均溫為5℃以下，夏季均溫為25℃，顯然不利于RO過程，而選擇蒸餾法比較適合。由于冬季水溫過低，將RO站建造在中國北方的最佳選擇是用發(fā)電廠的冷卻海水作為其供水。

下圖譜反映了進(jìn)料海水鹽濃度對RO MSF的影響?？梢钥闯觯cMSF相比，鹽濃度RO的影響較大，MSF幾乎適用于任何鹽濃度的進(jìn)料海水。RO法適用最大鹽濃度是多少這個(gè)問題很少人研究，據(jù)Karelin報(bào)道，最大鹽濃度不應(yīng)超過100g/L。

圖表 6

反滲透操作壓力、多極閃蒸氣壓與進(jìn)料海水鹽濃度的關(guān)系

海水水質(zhì)的污染程度對蒸餾法不敏感；但對RO 而言，會(huì)使 RO壓力和單位電耗率增大，因此大大增加了RO的海水預(yù)處理難度和成本；對于較小的規(guī)模一般也容易處理，而對大型淡化廠則有可能影響到總體的技術(shù)方案。中東地區(qū)的海灣水有“四高”，即：高溫(夏天高達(dá)40℃)、高菌藻、高石油污染和高鹽度(總含鹽量高達(dá)40000mg/L)，對 RO 是不利的，所以中東地區(qū)海水淡化多以MSF為主。目前也建立了大型的海水RO淡化廠，他們的預(yù)處理經(jīng)驗(yàn)是值得借鑒的。

3.1.2 地理位置因素

在沒有充足汽源火電廠的海島區(qū)，一般采用RO；如存在發(fā)電廠，則RO用發(fā)電廠的冷卻海水作為其供水。在汽源充足的沿海火電廠，鑒于歷史原因一般采用大型蒸餾淡化廠。

3.1.3 能源儲(chǔ)備因素

MSF或MED需要汽和電作為能源；RO只需要電作為能源。蒸餾淡化廠利用汽輪機(jī)低壓抽汽作為熱源，或者與低溫核能供熱站直接連接。如有足夠的可利用電源，而無需自身發(fā)電，那么選擇RO是具有吸引力的，因?yàn)槠涑跏汲杀镜汀⑷菀拙S護(hù)且運(yùn)行方法簡單。如有豐富的天然資源(天然氣、石油等)，能源費(fèi)用很低，則使蒸餾法的運(yùn)行成本降低，具有出口電能的優(yōu)勢。這也是中東地區(qū)對MSF尤其熱衷的原因之一。值得一提的是，中東地區(qū)也是較早試用大型海水 RO 的地區(qū)，但在今后相當(dāng)長的時(shí)期，仍會(huì)以MSF為主。除天然氣、液體燃料和化石燃料外，海水淡化的替代型能源主要包括核能、太陽能、風(fēng) 能、地?zé)崮?、海洋能以及生物能等。其中核能淡化最有競爭力：中小型反?yīng)堆耦合大規(guī)模淡化裝置。反應(yīng)堆的熱量經(jīng)多回路隔離，在MSF鹽水加熱器中加熱鹽水，或?yàn)?MED提供首效加熱蒸汽，即可實(shí)現(xiàn)與 MSF或 ME 的耦合；利用核能發(fā)電為RO提供電能，即可實(shí)現(xiàn)與RO的成功耦合。

3.2 經(jīng)濟(jì)要素

影響海水淡化經(jīng)濟(jì)的因素很多，其中能耗問題是論證經(jīng)濟(jì)可行性最重要的指標(biāo)之一。海 水淡化技術(shù)工藝的不同，需消耗不同形式的能量。下面以總體情況對主要海

水淡化方法能耗

與投資進(jìn)行比較，見下表。通過下表可以得到以下結(jié)論：

圖表 7

主要海水淡化方法能耗與投資比較

1）MSF 和 MED 系統(tǒng)主要消耗熱能，此外還需要少量電能，而 RO 系統(tǒng)只消耗電能。由于熱、電的不等價(jià)性使常規(guī)性能評價(jià)指標(biāo)之間缺乏可比性。為此建立

了以電量為基準(zhǔn)的統(tǒng)一的性能評價(jià)指標(biāo)體系，它將脫鹽系統(tǒng)所消耗的熱能按實(shí)際技術(shù)水平折算等價(jià)的電量 電耗量)，以單位淡水產(chǎn)量的 如表 1

(當(dāng)量

(當(dāng)量)電耗率指標(biāo)進(jìn)行性能評價(jià)，所示。由(當(dāng)量)電耗率

和總電耗率得出耗能大小

2）從主設(shè)備投資來看RO 最低。但 RO 膜的產(chǎn)水率受海水溫度影響，當(dāng)水溫較低時(shí)必 須設(shè)置海水加熱裝置或者利用熱量，這將大大增加其能量消耗。實(shí)際運(yùn)行中，膜的反清洗也

需消耗一定電量。因此，RO 裝置實(shí)際運(yùn)行能量消耗要大于表所示的數(shù)值。

3.3

需求要素

需求要素主要指生產(chǎn)規(guī)模，也就是所需的水量?？芍^是確定最佳淡化方法的重要因素之 一：制成飲用水的量(這種飲用水是建成后的工廠要生產(chǎn)的水)。

蒸餾法海水淡化的技術(shù)指標(biāo)與其裝置規(guī)模密切相關(guān)，裝置容量越大，其經(jīng)濟(jì)性就越強(qiáng)。

主要適合于大型和超大型淡化裝置，目前 MSF

50000m3/d。一般

m3 的海水淡化規(guī)模，的規(guī)模較小，一般在日產(chǎn) 1 萬 m3

3000m3/d 左右。RO 法無論大型、中型或小型都適用。雖然我國目MSF 的最大單機(jī)容量高達(dá)

日產(chǎn)幾千

對其所選甚少。LT-MED 以下，單機(jī)生產(chǎn)力在 前

淡化水的接受程度，需求量和裝置規(guī)模都很小，但建設(shè)大型海水淡化裝置和淡化廠勢在必行。因此在自然水資源極度短缺的地區(qū)，無論建設(shè)海水淡化廠的資金如何，首先選用的是超大規(guī)

模淡化工廠(鑒于歷史原因大多數(shù)采用 源不斷地制造淡水供人們生存、社會(huì)發(fā)展。

MSF)來源

3.4 技術(shù)要素

RO 法為了持續(xù)可靠地進(jìn)行水生產(chǎn)，需要為大量的耗用品（膜）和化學(xué)品制訂大額的運(yùn) 行預(yù)算。歐美日等國家和地區(qū)是膜和膜組件的生產(chǎn)大國，如美國 DuPont、Filmtec、日本東 洋紡、東麗公司、日東電工等膜制造商，使膜分離的海水淡化容量占有較高的比重，處理能 力較大，所以這些國家和地區(qū)可以優(yōu)先考慮 RO 法。

另外，海水淡化迫切需要采用新技術(shù)、新工藝來進(jìn)一步降低淡化成本、使能量和水符合 匹配要求。因此集成技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。能源裝置、蒸餾裝置和膜法 RO 裝置相結(jié)合的集成技術(shù) 在不斷優(yōu)化，淡化與發(fā)電、制鹽、產(chǎn)水和提取海洋元素相結(jié)合的過程，甚至核能淡化，都已 得到高度重視。

低溫多效蒸發(fā)器與反滲透裝置的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

在汽源充足的沿?；鹆Πl(fā)電廠，采用低溫多效蒸發(fā)器與反滲透裝置相比，其主要優(yōu)點(diǎn)是：）進(jìn)料海水過濾加藥預(yù)處理簡單，從而可簡化過濾和加藥系統(tǒng)；）出水水質(zhì)比一級反滲透方式提高了30 倍，若作為電廠的鍋爐補(bǔ)給水可直接進(jìn)入凝結(jié) 水精處理裝置；）由于低溫減壓蒸餾海水濃縮倍率為1.7 左右，仍不會(huì)發(fā)生硫酸鈣結(jié)垢及海水先通過

年清洗一次，檢修周期

離子陷井的良好犧牲陽極保護(hù)作用，設(shè)備可 1.5～5 長達(dá) 20 年；）負(fù)荷從110%到 20%變化，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)而無須操作人員介入，可靠性好；）運(yùn)行費(fèi)用低，其制水成本比反滲透每噸水低1～1.5 元。

三、海水淡化的預(yù)處理及后處理工藝

海水淡化預(yù)處理示范工程實(shí)際運(yùn)行情況，在原有工藝的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，采用“混凝+ 澄清+砂濾 + 微濾”的預(yù)處理工藝。來自自然沉降池的海水經(jīng)海水提升泵提升，與來自加藥

系統(tǒng)的經(jīng)計(jì)量泵計(jì)量的絮凝劑在射流器中混合后進(jìn)入機(jī)械反應(yīng)混合絮凝池，絮凝后海水靠液 位差自然流人斜板沉淀池，沉淀后上清液流人中間儲(chǔ)水罐，中間儲(chǔ)水罐海水經(jīng)泵打人一體化

膜過濾裝置，出水進(jìn)產(chǎn)品水罐。該一體化膜過濾裝置中砂濾出水經(jīng) 濾，再 0．21xm 的中空纖維膜。

1Ixm 的平板膜過

圖表 8 渤海海水預(yù)處理工藝流程

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。就主要工藝過程來說，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 置之前對其所作的必要處理，如殺除海生物，降低濁度、除掉懸浮物（對反滲透法），或脫 氣（對蒸餾法），添加必要的藥劑等；脫鹽則是通過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；后處理則是對不同淡化方法的產(chǎn)品水針 對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。海水淡化過程無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題。

第三章

國內(nèi)外海水淡化技術(shù)及進(jìn)展情況分析

第一節(jié)

一、海水淡化技術(shù)的主要進(jìn)展

中國海水淡化技術(shù)是在政府支持和國家重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)下發(fā)展起來的，電滲析、反滲 透和蒸餾法（多級閃蒸、壓氣蒸餾和低溫多效蒸餾）等海水淡化技術(shù)的研究

國際海水淡化技術(shù)概況

開發(fā)，都取得相

當(dāng)大的進(jìn)展。1958 究，1967－1969 年國家科委和國家海洋

研究，為海水淡化事業(yè)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

1965 反滲透

年代進(jìn)行了中空纖維和卷式

年，山東海洋學(xué)院化學(xué)系在國內(nèi)最先進(jìn)行CA 不對稱膜的研究；上世紀(jì) 70

RO 膜及元件的研究，并初步工業(yè)化。“七五”以來，反滲透海

年首先開展電滲析海水淡化的研局共同組織了全國海水淡化會(huì)戰(zhàn)，同時(shí)開展電滲析、反滲透、蒸餾法等多種海水淡化方法的

水淡化技術(shù)的開發(fā)研究一直列入國家重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目，“七五”期間完成了中、低鹽度反滲透 膜和組件的研制，建立了海島苦咸水淡化示范工程；“八五”期間，在中鹽度反滲透膜的研 制方面取得了很大進(jìn)展；“九五”攻關(guān)使新型的聚酰胺復(fù)合膜中試放大成功，結(jié)合關(guān)鍵技術(shù)

和設(shè)備引進(jìn)，現(xiàn)已生產(chǎn)聚酰胺復(fù)合膜產(chǎn)品。1997 鎮(zhèn)建造了 500 水平。目前我國已建和在建的海水淡化裝置 滲透

海水淡化工程為 浙江玉環(huán)電廠

類工程。

上世紀(jì) 60 年代原船舶工業(yè)部上海 704 研究所開發(fā)了 級的壓汽蒸餾淡化裝置和利

m3/d

5000 m3/d

年在浙江舟山市嵊山立方米/

多個(gè), 以反滲透法為主，已建成最大反

NF-RO 集成海水淡化的研究。日反滲透海水淡化示范工程，噸水耗電 5.5 度以下，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)具有同等容量的世界先進(jìn)

。另外，還開展了

30000噸/日雙膜法海水淡化工程已完成招標(biāo)合同，建成后將成為國內(nèi)最大的海水淡化同

用柴油機(jī)缸套水余熱的閃蒸淡化裝置裝備艦船使用。持了

洋局天津海水淡化與綜合利用研究所進(jìn)行了 30 m3/d 究

內(nèi)容包括 30 m3/d豎管常壓壓汽蒸餾裝置和 管負(fù)壓壓汽蒸餾裝置（操作溫度 72 ℃）以及 題為后期

年代-80 年代初，天津市科委支

年代以后，國家海 日產(chǎn)淡水百噸級的多級閃蒸中試研究，取得一定的設(shè)計(jì)參數(shù)和經(jīng)驗(yàn)。80

規(guī)模的壓汽蒸餾裝置開發(fā)工作，其研

30m3/d 水平

30m3/dOTE/VC 淡化裝置。以上研究工作取得的成果和過程中遇到的問研究積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，對于我國蒸餾法海水淡化技術(shù)的發(fā)展起到了重要的推進(jìn)作用。

1987 年大港電廠從美國 ESCO 公司引進(jìn)兩套 3000 m3/dMSF 海水淡化裝置，與離子交

1994換法結(jié)合，解決鍋爐補(bǔ)給水的供應(yīng)，運(yùn)轉(zhuǎn)至今取得了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，自

年開

始參照引進(jìn)的多級閃蒸海水淡化裝置，開發(fā)生產(chǎn)出日產(chǎn) 1200 m3 淡水的多級閃蒸系統(tǒng)原型中 間試驗(yàn)裝置。1998 s/cm 之間,產(chǎn)水量最大約

年完成安裝，此設(shè)備出水電導(dǎo)率在 2.7～7μ

m3/h，尚需進(jìn)一步進(jìn)行改進(jìn)工作。

國家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所研制的 試

m3/d

低溫雙效壓汽蒸餾工業(yè)驗(yàn)裝置于 2003 年 3 多效

月投入運(yùn)行，并裝瓶銷售。此舉不僅解決了海水淡化裝置從單效變

/冷凝的傳熱系數(shù)和污的效間接口問題，而且在工業(yè)規(guī)模上驗(yàn)證了蒸發(fā) 垢系數(shù)[2，3]，為工業(yè)

規(guī)模的多效蒸餾裝置的設(shè)計(jì)和制造奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

2004 年

津海水淡化與綜合利用研究所設(shè)計(jì)的 月由國家海洋局天3000 m3/d 的低溫多

個(gè)多月的運(yùn)行考驗(yàn)。該裝置

99%。該裝置

10000 效蒸餾海水淡化工程在山東黃島發(fā)電廠一次試車成功并通過 9 系

國內(nèi)第一臺完全自主知識產(chǎn)權(quán)的多效蒸餾海水淡化裝置，裝置的國產(chǎn)化率達(dá) 的建設(shè)完成表明我國已初步掌握大型低溫多效蒸餾海水淡化的成套技術(shù)。另外，m3/d

的多效蒸餾示范工程已完成設(shè)計(jì)，近期將開工建設(shè)。

除了自主設(shè)計(jì)建造的蒸餾淡化工程外，2003 約從法國 Sidem

年河北黃驊發(fā)電廠簽

公司

熱壓縮多效蒸餾海水淡化裝置，將于2004 年，10000

m3/d引進(jìn) 2 10000 m3/d 2006 年下半年投入運(yùn)行。天津經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)簽約從美國 WEIR 熱能公司引進(jìn)

低溫多效裝置，計(jì)劃于 2005

年底投入運(yùn)行。

二、美國研制薄膜蒸餾法淡化海水技術(shù)

美國新澤西理工學(xué)院薄膜分離技術(shù)領(lǐng)域的一位化學(xué)工程師兼杰出教授研發(fā)出一種突破 性的海水淡化的方法。這位化學(xué)工程師在薄膜分離領(lǐng)域已經(jīng)擁有了 務(wù)局提供資金支持的。

研究人員表示，目前利用反滲透技術(shù)能夠處理海水的含鹽濃度最高為 5.5%，這種淡化 海水新技術(shù)能出色地處理含鹽濃度超過 5.5%的海水，而且這種新方法只需廉價(jià)的低等燃料 提供熱能，并且效能極高。多項(xiàng)專利，他表示，利用這種海水淡化新技術(shù)，可以將含鹽濃度高的海水進(jìn)行淡化。這項(xiàng)研究是由美國內(nèi)政部墾

這種淡化海水新技術(shù)利用的是薄膜蒸餾法，處理過程也很簡單，即利用廉價(jià)的燃料對鹽 水溶液加熱，迫使水從鹽溶液中蒸發(fā)，純凈的水蒸氣從薄膜上一個(gè)納米級的小孔中穿過，然 后在薄膜另一側(cè)的冷卻中凝結(jié)。研究人員表示，薄膜分離技術(shù)的基本原理已經(jīng)是眾所周知。人和動(dòng)物體內(nèi)的腸道就可以被視為半滲透的薄膜，科學(xué)家對薄膜分離技術(shù)的早期研究就是利

用動(dòng)物的這些組織來進(jìn)行的。

薄膜分離技術(shù)大多應(yīng)用在生物醫(yī)學(xué)、生物工藝學(xué)、化學(xué)、食品、石化、制藥和水處理工 業(yè)領(lǐng)域，來進(jìn)行分離、凈化和濃縮液體溶液或是氣體。目前的薄膜分離技術(shù)主要依賴于對薄 膜和薄膜組件的設(shè)計(jì)能力。其中薄膜上小孔的尺寸是重點(diǎn)考慮的因素，它將決定液體或氣體 中的哪種分子能夠穿過薄膜，特別是在分子從一個(gè)高濃度的環(huán)境流向一個(gè)低濃度的環(huán)境時(shí)。

薄膜兩邊壓力和濃度的不同就會(huì)引起分離現(xiàn)象的發(fā)生，而且當(dāng)薄膜上小孔的尺寸縮小時(shí)，薄

膜的有效性和選擇性都會(huì)增加，如這種海水淡化技術(shù)中分離薄膜小孔的尺寸還不足幾納米。

研究人員表示，這種淡化海水的新技術(shù)在未來有廣闊的應(yīng)用前景，如通過淡化海水來凈 化出適合飲用的水有廣大的用戶，并刺激經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

三、日本積極研發(fā)合成纖維膜海水淡化技術(shù)

日本《FujiSankeiBusinessi.》2008 年 5 外海

月 23 日報(bào)道，化學(xué)纖維生產(chǎn)廠家致力于海水淡化和排水處理等水處理業(yè)務(wù)。在經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長的新興國家，許多因?yàn)樗Y源不足而苦惱，加上生活水平的提高和環(huán)境意識的高漲，預(yù)測相關(guān)市場急劇擴(kuò)大。日本廠家的優(yōu)勢是以合成 纖維等開發(fā)培育的“膜”技術(shù)應(yīng)用。跳出“只有水”意識留傳的日本，在世界尋求業(yè)務(wù)機(jī)會(huì)。

在位于地中海沿岸另一方的內(nèi)陸部幾乎沒有水資源的阿爾及利亞，非洲最大的海水淡水 月開始運(yùn)轉(zhuǎn)。制造能力高達(dá)每天 20 萬立方米。在中東的萬立方米 化裝置 沙特阿拉伯，的裝置也將從來年開始運(yùn)行。

兩個(gè)裝置訂貨了東麗從使用的海水除去鹽分和雜質(zhì)的“反滲透（中精力使“水處理事業(yè)的銷售額從 2007 的

1000 億日

RO）膜”。該公司正集

420 億日元，在 2015 增長到

元以上”。

在所謂“水比油貴”的中東各國，迄今，是燃燒豐富的石油使海水蒸發(fā)分離鹽分的“蒸 發(fā)法”為主流，但是，由于原油價(jià)格的高漲等費(fèi)用上升，RO 法在急劇擴(kuò)大。在沙特阿拉伯，2005 RO 微小到

年的造水量中，已增長到占 15％。

膜以將類似于尼龍的合成物質(zhì)可以伸展到0.2 微米薄度的超微細(xì)孔除去離子

等分子級的雜質(zhì)。與滌綸非織造布等粘貼使用，以提高強(qiáng)度，是對將膜在內(nèi)部卷成傘狀的管 子用高壓通水，分離成超純水和含雜質(zhì)水的結(jié)構(gòu)。是比由將膜重疊過濾器的“過濾法”進(jìn)展

最高度的水處理技術(shù)。而且，設(shè)備費(fèi)用是蒸發(fā)法的大約一半，而淡水化率為4 倍，能源消費(fèi) 量為五分之一。每單位的淡水化費(fèi)用便宜 2 日本廠家自豪在 份額。原來，RO 膜的開發(fā)在

RO

成左右，由于原油貴，其差正在擴(kuò)大。

膜的世界市場占約 7 年代

成的壓倒

美國作為國策先行，杜邦公司等一直在進(jìn)行。受水資源恩惠的日本雖然開始晚了，但在 80

年代使用超純水的半導(dǎo)體制造用的需求擴(kuò)大，使生產(chǎn)正式化，積蓄了技術(shù)。

在海外，不僅是海水，處理生活排水確保飲用水的動(dòng)向活躍化。除去比海水鹽分更大的

病毒和雜菌的“納米過濾（NF）膜”和“限外過濾（UF）膜”等的需求也正在擴(kuò)大，日本 產(chǎn)品很受歡迎。

進(jìn)而，在日本生產(chǎn)廠家之間，以合作的相乘效果對技術(shù)精益求精，增強(qiáng)優(yōu)

勢的動(dòng)向活躍

化。

可樂麗

野村 microscience 月與親手培育工業(yè)用超純水設(shè)備的合作，開始組合可樂麗膜

年銷技術(shù)和野村設(shè)備技術(shù)的排水回收再生事業(yè)?？蓸符惖囊撂傥拇笊玳L期待“預(yù)定 2015 售

額從 150 億日元提高到

200 億日元，以最快的增長實(shí)現(xiàn)”。

三菱人造絲與日東電工也在去年攜手，以“膜”合作的互相補(bǔ)充等尋求競爭力的強(qiáng)化。

三菱將水處理事業(yè)置于與采用碳纖維的汽車相關(guān)事業(yè)等并駕齊驅(qū)的下一代核心事

業(yè)，鐮原正

直社長稱，努力“推進(jìn)合作，擴(kuò)大向亞洲和歐洲等的事業(yè)展開”。

支撐日本制造業(yè)的生產(chǎn)廠家的高技術(shù)能力隨著貢獻(xiàn)消除水不足，正在席卷世界市場。

世界嚴(yán)重的水不足正在進(jìn)行，2007 年

個(gè)國家和地區(qū)的代 月，亞洲太平洋地區(qū)約 40表集中在日本大分縣別府市，在首次召開的“亞洲太平洋水首腦會(huì)議”上，提出了在該地區(qū)

得不到安全水的人超過 7 億以上的嚴(yán)重問題。

億人中，以赤道為中24 億人，得 億人。據(jù)世界衛(wèi)生組織（進(jìn)而，全世界人口

心沒有下排水等衛(wèi)生設(shè)備的人為

不到含生活用水在內(nèi)的飲料水的人超過 11

WTO）等介紹，為了得

1天必要的 20 水的疾病而死亡

升水，11 億人要強(qiáng)行 30 分鐘以上的徒步跋涉。因?yàn)殛P(guān)于

340

萬人，其幾乎都是兒童。

97％是海水，淡水只有3％。而且其多數(shù)以冰河

0.01％。海水淡水化是消除水

的人數(shù)每年達(dá)

另一方面，地球上的水約 等形式存在，人類能夠使用的淡水僅僅是 不足的王牌。

聯(lián)合國提出了到 2015 飲料水的人的比例控制在半數(shù)的方針。橫濱市召開的第 4 的飲料水將成為主要議題，政府表明了技術(shù)合作援助的方針。

年將不能利用安全28 日在

屆非洲開發(fā)會(huì)議（TICADIV）上也預(yù)測，確保為提高貧困階層生活水平

所謂受水恩惠國家的日本，但由于澳洲的干旱陷入了飼料用谷物不足，世界的乳制品的 價(jià)格高漲。國內(nèi)也產(chǎn)生了黃油缺乏等，世界的水不足對于日本人的生活來說也不是沒有關(guān)系。

要求日本在技術(shù)和資金方面做出進(jìn)一步的貢獻(xiàn)。

四、德國海水淡化技術(shù)取得新成就

世界著名的泵閥制造商德國 KSB

集團(tuán)，最近推出了一種用于逆滲透海水淡化過程的新

”的新技術(shù)

技術(shù)。這一被稱為“ SalTec 解決方案，能夠有效降低海水淡化過程中的能源消耗。

在海水淡化工程方面，使用純機(jī)械脫鹽方式、無需依賴發(fā)電廠及其廢熱資源的逆滲透加工廠，在全世界正變得越來越重要。KSB 研制的新技術(shù)，能夠使?jié)饪s鹽水的能量直接轉(zhuǎn)移

到尚未處理的海水那里，而不需要再經(jīng)過機(jī)械變換，由此避免了損耗，達(dá)到降低每立方米淡

化海水的單位能源消耗目的。

德國 KSB 三大泵閥制造公司之一，目前在我國上海和大連也建有生產(chǎn)基地

集團(tuán)是全球，已成為中國泵閥市場的一個(gè)主要廠家。在海水淡化方面，它是世界上第一家為逆滲透海水淡

化處理提供這種全套解決方案的廠商，并已在埃及和馬耳他等國安裝使用，有著極佳的表現(xiàn)。

第二節(jié)

一、關(guān)于滲透、反滲透的相關(guān)概念、滲透(osmosis)

反滲透膜法海水淡化技術(shù)

是指水分子以及溶劑通過半透性膜的擴(kuò)散。水的擴(kuò)散同樣是從自由能高的地方向自由能 低的地方移動(dòng)，如果考慮到溶質(zhì)的話，水是從溶質(zhì)濃度低的地方向溶質(zhì)濃度

高的地方流動(dòng)。

更準(zhǔn)確一點(diǎn)說，是從蒸汽壓高的地方擴(kuò)散到蒸汽壓低的地方。

被半透膜所隔開的 象，種液體,當(dāng)處于相同的壓強(qiáng)時(shí)純?nèi)軇┩ㄟ^半透膜而進(jìn)入溶液的現(xiàn)稱參透。參透作用不僅發(fā)生于純?nèi)軇┖腿芤褐g，而且還可以在同種不同濃度溶液之間發(fā)生，低濃度的溶液通過半透膜進(jìn)入高濃度的溶液中。砂糖，食鹽等結(jié)晶體之水溶液，易通過半透

膜，而糊狀，膠狀等非結(jié)晶體則不能通過。、反滲透

當(dāng)純水和鹽水被理想半透膜隔開，理想半透膜只允許水通過而阻止鹽通過，此時(shí)膜純水 側(cè)的水會(huì)自發(fā)地通過半透膜流入鹽水一側(cè)，這種現(xiàn)象稱為滲透，若在膜的鹽水側(cè)施加壓力，那么水的自發(fā)流動(dòng)將受到抑制而減慢，當(dāng)施加的壓力達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，水通過膜的凈流量等 于零，這個(gè)壓力稱為滲透壓力，當(dāng)施加在膜鹽水側(cè)的壓力大于滲透壓力時(shí)，水的流向就會(huì)逆

轉(zhuǎn)，此時(shí)，鹽水中的水將流入純水側(cè)，上述現(xiàn)象就是水的反滲透（RO）處理的基本原理。

RO（Reverse Osmosis）反滲透技術(shù)是利用壓力表差為動(dòng)力的膜分離過濾技術(shù)，源于美 國二十世紀(jì)六十年代宇航科技的研究，后逐漸轉(zhuǎn)化為民用，目前已廣泛運(yùn)用于科研、醫(yī)藥、食品、飲料、海水淡化等領(lǐng)域。

RO 下，反滲透膜孔徑小至納米級（1 H2O 分子可以通過

納米 =10-9 米），在一定的壓力

RO 膜，而源水中的無機(jī)鹽、重金屬離子、有機(jī)物、膠體、細(xì)菌、病毒等雜質(zhì)無法通過 RO 膜，從而使可以透過的純水和無法透過的濃縮水嚴(yán)格區(qū)分開來。

一般性的自來水經(jīng)過 RO 膜過濾后的純水電導(dǎo)率 5μs/cm（RO 膜過濾后出水電導(dǎo)=進(jìn)水 電導(dǎo) 除鹽率，一般進(jìn)口反滲透膜脫鹽率都能達(dá)到 99%以上，5

97%以上。

年內(nèi)運(yùn)行能保證2 ，級反滲透，對出水電導(dǎo)要求比較高的，可以采用 再經(jīng)過簡單的處理，水電導(dǎo)能小于 1μs/cm）

18.2M.cm，超過國家實(shí)驗(yàn)室一級用水標(biāo)準(zhǔn)（GB 6682 —92）。

符合國家實(shí)驗(yàn)室三級用水標(biāo)準(zhǔn)。再經(jīng)過原子級離子交換柱循環(huán)過濾，出水電阻率可以達(dá)到

目前的主要困難是研制價(jià)格便宜、穩(wěn)定、長期受壓無損的反滲透膜

。中國從

世紀(jì)初

21開始掌握自主反滲透膜生產(chǎn)技術(shù)，在國家的大力支持下，將該計(jì)劃列入國家計(jì)委高新技術(shù)產(chǎn) 業(yè)化重點(diǎn)發(fā)展專項(xiàng)計(jì)劃，由國家海洋局下的杭州水處理研究開發(fā)中心的子公司——杭州北斗

星膜制品有限公司承擔(dān)并研發(fā)成功。目前反滲透膜市場 膜，國產(chǎn)膜只占據(jù)了 5%

95％為進(jìn)口

左右的市場，中國的反滲透技術(shù)還有很長的路要走。

二、反滲透膜法海水淡化技術(shù)的發(fā)展歷程

海水淡化是從海水中獲取淡水的技術(shù)和過程。早在 50 年代，為解決“水的危機(jī)”，美國

52年起專設(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

1953 年據(jù)膜和

術(shù)進(jìn)步，其中

反滲透法海水淡化（SWRO）就是

海水界面有一純水層而提出的；73 年日本 化的發(fā)展，它們也都以膜法為重點(diǎn)。經(jīng)過近和產(chǎn)業(yè)化，SWRO 自 70 代進(jìn)入海水淡化市場之后，發(fā)展十分迅速。RO 件已相當(dāng)成熟，組件脫鹽率可高達(dá)

99.5％以上，有約 來，功交換器和壓 通產(chǎn)省下設(shè)造水促進(jìn)中心，專門研究節(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

年的研究、開發(fā)年

用膜和組

年的經(jīng)驗(yàn)積累，SWRO 工藝過程也逐漸成熟，近年

90%以上

[3]，從而使 SWRO 的本淡水以下，成為從海水制取SWRO 的競爭力。

以投資最低，能耗最省，成本最低，建造周期

所以能如此成功，與其在膜、組器、設(shè)備和工藝等方面的力交換器的開發(fā)成功使能量回收效率都高達(dá) 體能耗在

3kWh/m3 引用水最廉價(jià)的方法，進(jìn)一步增強(qiáng)了

近幾年來，在國際海水淡化招標(biāo)中，SWRO 短等優(yōu)勢而屢屢中標(biāo)。SWRO 創(chuàng)

新性開拓是分不開的。

三、反滲透膜法海水淡化技術(shù)的主要?jiǎng)?chuàng)新進(jìn)展

（一）反滲透膜的進(jìn)步

在反滲透膜發(fā)展的歷史中，不對稱膜和復(fù)合股的研發(fā)是創(chuàng)新的兩個(gè)范例。

不對稱膜

Loeb 酸纖維素 和 Sotrirajan 于 1960

年制得了世界上第一高股鹽率，高通量，不對稱醋

lmrn

厚），傳質(zhì)速度CA）反滲透膜，其創(chuàng)新在于，以往的膜皆為均相致密膜（約 0．

極底，無實(shí)用價(jià)值，而不對稱膜僅表皮層是致密的（約 0.2m 厚）就這一點(diǎn)，是傳質(zhì)速度提高了近

個(gè)數(shù)量級，表1 給出了 1968 年研制的 CA－CTA 膜的性能。目前通用的CA 反滲透膜多用

于表面水處理，表 2 給出了其基本的膜性能。

復(fù)合膜

不對稱膜在高壓下中間過渡層有壓密現(xiàn)象，使水通量下降，為此在1963年提出了復(fù)合膜的概念，其創(chuàng)新點(diǎn)在子膜的脫鹽層和支撐層分別由優(yōu)選的材料來制備，如脫鹽層（約0.2m厚）是芳香族聚酰胺，支撐層是聚砜，這是膜的性能進(jìn)一步提高，表3給出了復(fù)合膜的典型性能。

2、膜組器技術(shù)的不斷發(fā)展

反滲透膜組器技術(shù)的創(chuàng)新，伸膜的性能得以充分的發(fā)揮，這里特別提出的是中空纖維反滲透器和卷式反滲透元件。

中空纖維反滲透器

經(jīng)過多年的研究開發(fā)，1970年美國 DuPont 公司推出B－9型苦咸水脫鹽用中空纖維反滲透器，作為重大化工進(jìn)展而獲得1971年美國化工學(xué)會(huì)獎(jiǎng)。其特點(diǎn)是：一支直徑4英寸的反滲透器可內(nèi)含90萬條φ084μm，φ142μm的中空纖維，表面積達(dá)150m2，在2.6MPa下苦咸水脫鹽可達(dá)8m3/d以上。

卷式反滲透元件

同樣地，自1964年提出卷式元件概念，經(jīng)十多年的多次更新?lián)Q代，卷式元件也于1970年代中商品化，其構(gòu)思是數(shù)個(gè)膜對繞中心多孔產(chǎn)品水管卷起來，呈筒狀，其中，膜對是由兩張膜（脫鹽層向外）和置于中間的產(chǎn)水流道布組成，除靠中心多孔產(chǎn)品水管的一邊外，其他三邊都用粘合劑密封；使用時(shí)，將其放入壓力容器中，這一構(gòu)型使膜片的使用和生產(chǎn)（特別是復(fù)合膜）得以急劇擴(kuò)展。

目前廣泛使用的組件就是上述的這兩種，中空纖維組件堆砌密度達(dá)10000m2/m3，卷式元件的達(dá)1000m2/m3，雖然后者堆砌密度低些，但對進(jìn)水預(yù)處理的要求不像中空纖維組件那么嚴(yán)。目前廣泛應(yīng)用的中空纖維組件有DuPont 公司的芳族聚酸胺的（如B－10 型6845TR，產(chǎn)水量約26m3／d）和日本東洋紡的三醋酸纖維素的（如 HR8355，產(chǎn)水量約 12m3／d）。卷式元件多由美、日的數(shù)家公司生產(chǎn)如美國的Filmtec 和Hydranautics，日本的Nitto和Toray等，現(xiàn)多用復(fù)合膜制作，且以直徑為8英寸的居多（一般產(chǎn)水量約20m3／d）。

3、關(guān)鍵設(shè)備的不斷改進(jìn)

與此同時(shí)，膜脫鹽用的關(guān)鍵設(shè)備，如高壓泵和能量回收裝置也得到快速的發(fā)展。除高壓 泵的品種和型號不斷增多，容量不斷增大，以及效率不斷提高之外，特別應(yīng)提及的是能量回收裝置，反滲透海水淡化所以能成為有競爭力的過程，能量回收裝置的作用功不可沒。

第一代能量回收裝置是與高壓泵電機(jī)主軸相連的渦輪機(jī)，用脫鹽后的高壓濃海水沖擊來回收能量，效率約50％；第二代產(chǎn)品是水力渦輪增壓器，其優(yōu)點(diǎn)是不必與泵的主軸相連，安裝方面，效率也在50％左右；第三代產(chǎn)品為功或壓力交換器，互接將壓力由濃海水傳給新進(jìn)的海水，效率大于90％，這樣反滲透海水淡化的本體耗電降到3kwh／m3以上。

工藝過程的持續(xù)開發(fā)

據(jù)反滲透膜和組器技術(shù)的進(jìn)步，SWRO 工藝也不斷地發(fā)展，主要工藝過程如下：

二級海水淡化工藝 1970年代商用RO膜脫鹽率僅在95 一98％時(shí)，為了從海水中制取飲用水而采用此工藝，第一級的產(chǎn)水（約 2000mg/L）,再經(jīng)第二級進(jìn)一步淡化為飲用水，第二級的濃水返回第一級作為部分進(jìn)水，顯然該過程能耗是高的，約10kwh/rn3以上。一級海水淡化工藝 1970年代末，特別是1980年代中期以后，RO膜的脫鹽率達(dá)99.2%以上，這為一級SWRO創(chuàng)造了條件。海水經(jīng)一級RO后，產(chǎn)水即為飲用水（300－400mg/1），水回收率30—35%。

高壓一級海水淡化工藝這是近年來，為了進(jìn)一步提高回收率而提出的新工藝之一。通常一級SWRO的操作壓力在 5.5MPa，而若提高到8.4 MPa下操作，則可達(dá)60％的回收率，這樣海水預(yù)處理省了，試劑用量少了，能耗也低了，新建的SWRO廠可采用該工藝。

高效兩段法這也是提高回收率的新工藝，這是一級兩段工藝的改進(jìn)，在兩段間設(shè)增壓部 分，第一段的濃海水經(jīng)增壓和最終的能量回收部分相結(jié)合進(jìn)入第二段，這也可使回收率達(dá)60％。該工藝不僅適合于新建的研件SWRO廠，且可將以前的一級SWRO廠增設(shè)第二段，變其產(chǎn)量增加一半。

另外沙特海水轉(zhuǎn)化公司的研發(fā)中心提出納濾（NF）－RO）一蒸餾的新工藝；也有人提出利用深海的靜壓力進(jìn)行SWRO淡化，相似地，上海一環(huán)境公司提出用人造水柱的靜壓力進(jìn)行SWRO淡化等。

四、反滲透膜法海水淡化技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展、RO 脫鹽技術(shù)

除SWRO淡化，解決沿海地區(qū)和島嶼用水緊張狀況之外，RO廣泛用于苦咸水淡化以及純水和超純水的制備，并成為最經(jīng)濟(jì)的工藝過程。其中，純水和超純水的制備約占RO市場70—80％，涉及電子、電力、化工、石化、醫(yī)藥、飲料、食品、冶金等各行業(yè)；苦咸水淡化將在西部大開發(fā)中進(jìn)一步發(fā)揮作用。

RO 預(yù)濃縮技術(shù)

在膜下游獲得淡水的同時(shí)，上游料液被濃縮，由于滲透壓的限制，將無機(jī)鹽和小分子物質(zhì)濃縮到10％左右是經(jīng)濟(jì)的，這已在化工、醫(yī)藥、食品和中草藥等領(lǐng)域得以應(yīng)用，在環(huán)保方面，RO也用于電鍍、礦山、放射、垃圾滲濾等廢水的濃縮處理，水回用或達(dá)標(biāo)排放。RO集成工藝

RO 膜過程有其特點(diǎn)也有其限度和使用要求，為了發(fā)揮RO的優(yōu)勢，采用集成膜過程是十分重要的。如上述的純水和超純水制備、物料的濃縮、海水的全利用等基本上都是RO與其他技術(shù)集成的。RO發(fā)揮了其脫鹽和預(yù)濃縮的作用。

納濾（NF）

納濾膜和工藝都是在RO膜和工藝研發(fā)的基礎(chǔ)上形成的，NF膜的孔徑在納米級，其對單價(jià)鹽類易透過，而對多價(jià)鹽和分子量1000以下的物質(zhì)截留率很高，這一特點(diǎn)，決定了其在飲用水凈化、水軟化及生物、醫(yī)藥、化工等行業(yè)的分離、凈化和濃縮中的廣泛應(yīng)用，成為改造傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝，開發(fā)新工藝過程方面的一項(xiàng)重要技術(shù)。

五、膜性能的優(yōu)化對海水淡化系統(tǒng)的影響

商業(yè)反滲透復(fù)合膜的評定指標(biāo)為鹽透過率及特征水通量?？嘞趟擕}用反滲透的發(fā)展方向?yàn)榻档望}的透過率及提高特征水通量。在1995年初，一種新的用于處理苦咸水的芳香聚酰胺復(fù)合膜投入商業(yè)使用[1]，膜的性能取得了顯著的提高。這種新的膜材料被命為ESPA，該膜具有非常高的特征水通量（0.24gfd/psi-nct）,大約是前一代芳香聚酰胺復(fù)合膜的兩倍，同時(shí)保持低的鹽透過率。這種新膜的標(biāo)稱脫鹽率與傳統(tǒng)的苦咸水用芳香聚酰胺復(fù)合膜相似，為99%。較高的特征水通量使RO系統(tǒng)要求的給水壓力更低，同時(shí)能耗也更低，但是為了完全發(fā)揮新技術(shù)的節(jié)能潛力，在某些進(jìn)水含鹽量、溫度操作參數(shù)條件下，與使用傳統(tǒng)膜元件的RO 系統(tǒng)相比，必須對裝有新型膜元件的RO系統(tǒng)設(shè)計(jì)作一些修改。

RO 工藝對給水壓力的要求

為了達(dá)到RO系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量所需的給水壓力與許多工藝參數(shù)有關(guān)，其中有一些是相互關(guān)聯(lián)的。這些參數(shù)可分為3種基本類別。頭兩類分別為特定參數(shù)類和系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)類。特定參數(shù)類包括給水含量和給水溫度。系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)類包括平均水通量，回收率和系統(tǒng)壓降。膜的特征水通量屬于另一類別，是RO膜材料的內(nèi)在特性。特征水通量常以單位壓力下的產(chǎn)水量來表示，其定義為在RO系統(tǒng)中生產(chǎn)出給定的平均水通量所要求的凈驅(qū)動(dòng)壓力（NDP）。在給定的設(shè)計(jì)條件和運(yùn)行條件下，給水壓力由設(shè)計(jì)平均水通量所要求的NDP決定。NDP與RO系統(tǒng)的平均水通量（APF）設(shè)計(jì)值和所選膜型的特征水通量（SPF）有下列關(guān)系式：

NDF=APF/SPF(1)

設(shè)計(jì)給水壓力（Pf）等于設(shè)計(jì)平均水通量所需要的NDP、給水/濃水平均滲透壓（P0）、RO 系統(tǒng)的平均壓降（Pd）和產(chǎn)水壓力（Pp）之和：

Pf=NDP+P0+Pd+Pp(2)

在公式（2）中，假設(shè)產(chǎn)品水滲透壓可以忽略不計(jì)。因?yàn)閷τ谀壳暗母呙擕}率膜元件來說其產(chǎn)水含鹽量大約是給水/濃水平均含鹽量的1-2%；因此產(chǎn)品水滲透壓可以忽略。根據(jù)公式（1）和（2）可以看出，NDP值和所要求的給水壓力值直接與RO系統(tǒng)的設(shè)計(jì)平均水通量成正比，與所選膜類型的特征水通量成反比。在傳統(tǒng)的RO系統(tǒng)中，隨著給水/濃水側(cè)滲透壓增加和給水壓力降低，NDP 沿系統(tǒng)下降。給水壓力下降主要是由于在膜元件給水通道中產(chǎn)生摩擦損失（壓力降）所致。在這種渦卷式膜元件中壓力降是平均給水流量（Qfb）的函數(shù)，并與功率因子（b）和給定組件的特征常數(shù)（A）有關(guān)。

Pd=A*（Qfb）b

為了有效地利用系統(tǒng)中的膜面積，RO系統(tǒng)的給水壓力應(yīng)該足夠高，從而保證在系統(tǒng)后部的膜元件（該部位滲透壓最高）仍有足夠的 NDP。圖1 給出了一個(gè)二段RO 系統(tǒng)的壓力與膜元件位置的關(guān)系，該系統(tǒng)中每個(gè)壓力容器裝有7根膜元件，整個(gè)流程為14根膜元件。用于計(jì)算給水-濃水側(cè)滲透壓的參數(shù)是給水含鹽量1500ppm、給水溫度25℃、系統(tǒng)回率85%、平均水通量為 15gfd(24.8m2/hr)。傳統(tǒng)膜（CPA2）和新型號膜（ESPA）所需的給水壓力根據(jù)公式（1）-（3）計(jì)算，并以壓力1277Kpa(185psi)和996Kpa（140psi）的兩條平行的水平直線表示。使用ESPA膜元件的RO系統(tǒng)所要求的給水壓力比用 CPA2膜元件的RO 系統(tǒng)所需要的給水壓力低22%。但是在裝ESPA膜的系統(tǒng)中如按這些系數(shù)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)尾部位置的膜元件的NDP非常低且產(chǎn)水量也極低。為使用CPA2膜元件的 RO 系統(tǒng)中水通量分布數(shù)據(jù)。水通量分布斜率隨給水溫度變化，溫度越高曲線變得越陡。即使按照35℃的最高給水溫度計(jì)算時(shí)，CPA2系統(tǒng)中的尾部膜元件仍有足夠的產(chǎn)水量。對于使用ESPA膜元件的RO系統(tǒng)，在同樣的設(shè)計(jì)條件下，產(chǎn)水通量的分布與使用CPA2膜元件的RO系統(tǒng)有明顯不同，由于有較高的特征水通量，沿RO系統(tǒng)的產(chǎn)水量分布曲線會(huì)更陡，位于系統(tǒng)尾部的ESPA膜元件在給水溫度為25℃以上時(shí)產(chǎn)水通量非常低。

給水溫度越高，前級膜元件的產(chǎn)水量就越大。這種操作條件將導(dǎo)致前級膜元件發(fā)生過度的濃差極化，且容易受到污堵。不均衡的通量分布也影響產(chǎn)水質(zhì)量，特別是在水溫度高的條件下，在給水到達(dá)系統(tǒng)的尾端之前就已達(dá)到設(shè)計(jì)回收率，這時(shí)大部分膜表面與給水中高濃度鹽溶液接觸，使大量鹽離子透過膜元件，從而造成產(chǎn)水中含鹽量增加。

改進(jìn)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

裝有超低壓膜元件的RO系統(tǒng)的產(chǎn)水通量分布可通過改進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)而獲得改善。一種方 法是調(diào)節(jié)前段膜元件的產(chǎn)水量，這可以通過在第一段的產(chǎn)水管路上安裝一個(gè)調(diào)節(jié)閥來實(shí)現(xiàn)。

部分關(guān)閉調(diào)節(jié)閥，會(huì)提高第一段產(chǎn)水管中的壓力，而產(chǎn)水壓力增加將降低。

NDP[ 公式（2）]，導(dǎo)致第一段產(chǎn)水量降低。為了保證系統(tǒng)產(chǎn)水量，這就需要提高給壓力，并進(jìn)而提高以后各段的水通量。另一種可提供類似效果的方法是在系統(tǒng)中加入增壓泵，增壓泵通常裝在最后一段的給水管上，就水通量分布而論，這種方法與產(chǎn)品水節(jié)流的方法相比，其實(shí)際結(jié)果是相同的。第2種設(shè)計(jì)的主要優(yōu)點(diǎn)是避免了因產(chǎn)品水節(jié)流而造成的能量損失。第3種設(shè)計(jì)方法是在同一系統(tǒng)中使用兩種不同膜元件，將具有較低特征水通量的CPA2膜元件安裝在系統(tǒng)前段位置，這里NDP值最大，在系統(tǒng)后部使用ESPA膜元件以補(bǔ)償NDP的降低。與CPA2膜元件相比，ESPA膜元件有對高的脫鹽率，所以ESPA膜元件可以裝在這種混合系統(tǒng)的末端，而不會(huì)明顯提高產(chǎn)品水含鹽量。

RO 裝置的能耗

RO 系統(tǒng)的能耗為生水泵能耗、預(yù)處理系統(tǒng)因壓力損失所導(dǎo)致的能耗、輔助設(shè)備能耗、高壓泵能耗及產(chǎn)品水輸送泵能耗之和。高壓泵馬達(dá)能耗占 RO 系統(tǒng)能耗的絕大部份。RO系統(tǒng)所要求的給水壓力受所使用的膜元件類型（即特征水通量值）和系統(tǒng)排列的影響。高壓泵的比能耗（SPC）是給水壓力（Pf）、回收率（R）、泵和馬達(dá)（Ep、Em）效率的函數(shù)。

膜產(chǎn)水通量與膜元件所在序位的關(guān)系產(chǎn)水通量與膜元件所在序位的關(guān)系 圖表10

在平均產(chǎn)水通量為15

和20gfd時(shí)，不同RO系統(tǒng)中的能耗

注：給水含鹽量1500ppm；回收率85%；給水溫度（℃）；5、15、25和35，產(chǎn)水通量為15和20fd

SPC=K*Pf/(R*Ep*Em)(4)K是單位轉(zhuǎn)換常數(shù)

上述關(guān)系式僅適用于只有單個(gè)給水泵的系統(tǒng)。對于使用段間加壓泵的系統(tǒng)，所需功率為 主給水泵功率及段間加壓泵功率之和。上表為不同系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)比能耗計(jì)算結(jié)果。為計(jì)算能耗，假設(shè)泵效率為 82%，馬達(dá)效率為93%，在對使用傳統(tǒng)的CPA2膜元件和使用低壓ESPA膜元件的RO 裝置的能耗進(jìn)行對比時(shí)，很明顯給水溫度影響能耗。

隨著水溫度上升，這兩類膜元件的能耗差的絕對值和百分?jǐn)?shù)都減少，采用段間加壓泵來改善裝有ESPA膜元件的系統(tǒng)的水通量分布，不會(huì)導(dǎo)致能耗產(chǎn)生明顯變化，采用混合膜元件的系統(tǒng)的能耗，即在一個(gè)裝置中同時(shí)使用ESPA膜元件和CPA2膜元件的能耗位于單獨(dú)使用這兩種膜的裝置的能耗之間，與帶段間加壓泵的系統(tǒng)相比，這種使用混合膜元的設(shè)計(jì)為水通量分布不均勻的場合提供一種間單的、低費(fèi)用的解決方案，但能耗相對較高。

改進(jìn)的系統(tǒng)排列

在傳統(tǒng) RO 系統(tǒng)中壓力容器采用多段排列的方式[2]，前后兩段中壓力容器的數(shù)量比大約為 2：1。這種排列是為了使膜元件給水通道中保持高流，以使膜表面產(chǎn)生紊流并減少溶解鹽在膜表面的過份濃縮，基于系統(tǒng)成本的考慮，系統(tǒng)設(shè)計(jì)正轉(zhuǎn)向數(shù)量更少、但長度更長的壓力容器，這樣可更多的膜組件串聯(lián)起來，這種設(shè)計(jì)趨勢導(dǎo)致系統(tǒng)壓力損失更高。

在裝有傳統(tǒng)膜元件的RO系統(tǒng)中，給水通道中的壓力損失僅占總給水壓力的一部分。新的ESPA型膜元件有更高的特征水通量，因而在相同較低的給水壓力下工作，對于采用ESPA膜元件的系統(tǒng)，其給水-濃水側(cè)壓力損失限制了采用新型膜元件所帶來的潛在節(jié)能可能性。通過改變設(shè)計(jì)以減少流長度、壓力溶器段數(shù)可減少壓力損失，在圖8 中給出了對應(yīng)不同系統(tǒng)排列給水壓力也不同的一個(gè)例子。給水壓絕對值取決于給水成份和系統(tǒng)參數(shù)，水流長度越短，能耗越低。但是系統(tǒng)中水流長度越短將就需要有更多的壓力容器并聯(lián)連接，從而導(dǎo)致給水通道中流速較低。在 RO 系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)膜元件制造高建議了濃水的最小流速。對于8直徑的膜組件，最小濃水流速大約為2.7m3 /h(12gpm)。只有少數(shù)排列方式能夠保證這一設(shè)計(jì)值。特別是在比較常用的15gfd水通量時(shí)更是如此，增加設(shè)計(jì)平均水通量將提高每個(gè)壓力容器中的濃水流量，因而可使系統(tǒng)中水流長度縮短在設(shè)計(jì)水流長度較短的反滲透系統(tǒng)時(shí)，另外一個(gè)限制參數(shù)是濃差極化因子（CPF）。CPF表示在膜表面過量的溶解離子濃度，CPF與產(chǎn)水流量（Qp）和平均給水量的比成正比。

CPF=exp(A*Qp/Qn)(5)

公式（5）中的流量比為膜表面垂直的流量與膜表面平行的橫向流量之間的比值。CPF還可根據(jù)單個(gè)膜元件的回收率表示為：

CPF=exp[A*2R/(2-R)](6)

通常對 40（100cm）長的膜元件限制值是1.2，此時(shí)對應(yīng)回收率大約為18%。

使用氯化鈉溶液進(jìn)行的短期測試結(jié)果顯示，在相對較高的回收率時(shí)膜性能比很穩(wěn)定。但是在實(shí)際的現(xiàn)場操作中，這會(huì)使膜結(jié)垢速度加快。

第三節(jié) 國外海水淡化技術(shù)發(fā)展分析

一、核能海水淡化技術(shù)取得進(jìn)展

核能海水淡化是以反應(yīng)堆提供能源的海水蒸餾技術(shù)，目前世界上已有11個(gè)核電站安裝了海水淡化裝置，提供飲水和核電站補(bǔ)給水。在國外內(nèi)核反應(yīng)堆技術(shù)成熟的條件下，核能海水淡化在技術(shù)上已經(jīng)不存在障礙。

作為一種新技術(shù),核能海水淡化利用核反應(yīng)堆,在綜合性設(shè)備中將再生電能和海水淡化所用的熱能結(jié)合起來。核能海水淡化有兩項(xiàng)獨(dú)特的優(yōu)勢:1.海水淡化耗費(fèi)電能,而來自核反應(yīng)堆的電能不會(huì)產(chǎn)生溫室氣體;2.由于石油和天然氣價(jià)格上漲,以核能淡化海水同以化石燃料能源淡化海水相比具有競爭力。

按照慣例,核反應(yīng)堆產(chǎn)生的大部分熱能都浪費(fèi)了,將其用在海水淡化上將是最佳選擇。沿海小城市的小型和中型核反應(yīng)堆也是海水淡化的好選擇,它們可使用熱電聯(lián)產(chǎn)中的渦輪產(chǎn)生的低壓蒸汽和最終冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生的高溫海水。

國際原子能機(jī)構(gòu)(IAEA)已在多個(gè)國家進(jìn)行了大量研究和數(shù)據(jù)匯編。在法國為突尼斯進(jìn)行的一項(xiàng)研究中,將循環(huán)式燃?xì)廨啓C(jī)和4種核能利用方式進(jìn)行對比,發(fā)現(xiàn)核能海水淡化的成本約為燃?xì)廨啓C(jī)的一半。

綜合性核能海水淡化裝置的可行性已經(jīng)得到了超過150反應(yīng)堆年的實(shí)驗(yàn)證實(shí)——這主要是在哈薩克斯坦、印度和日本開展的。目前,世界范圍內(nèi)處于計(jì)劃階段的新設(shè)備還有50個(gè),分布于韓國、俄羅斯、巴基斯坦、突尼斯、摩洛哥、埃及、阿爾及利亞、利比亞、伊朗、卡塔爾、約旦和阿根廷。這些設(shè)備在不同國家有不同的用途,例如日本將淡化后的海水用于冷卻反應(yīng)堆。

另一個(gè)利用熱電聯(lián)產(chǎn)的策略是使反應(yīng)堆最大限度運(yùn)行以滿足輸電網(wǎng)需要 ,但當(dāng)需求降低,將其中的一部分用于啟動(dòng)反滲透技術(shù)海水淡化。

二、CECO 水電聯(lián)產(chǎn)海水淡化處理技術(shù)

由于全球氣候變暖，干旱、缺水已經(jīng)嚴(yán)重影響到世紀(jì)大多數(shù)地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，水資源的 嚴(yán)重匱乏更給一些發(fā)展中國家的穩(wěn)定構(gòu)成了潛在的威脅。根據(jù)國際水資源管理學(xué)會(huì)的研究，2025年，生活在干旱地區(qū)的10多億人將面臨極度缺水的狀態(tài)。

一直以來，大家都知道這樣一個(gè)常識：海水不能喝。因?yàn)槠渲泻写罅康拟c鹽、鉀鹽、鹵化劑等物質(zhì)，口味相當(dāng)咸澀。海洋面積占地球總表面積 3/4，但淡水僅占其3%，且大部分被封在冰帽中，可飲用的淡水資源幾近枯竭。許多國家和地區(qū)處于嚴(yán)重缺水狀態(tài)，我國更是一個(gè)淡水奇缺的國家，為了解決天津的飲水問題，政府斥資引灤濟(jì)津，引黃濟(jì)津。面對汪洋大海，人類卻只能望洋興嘆：如果海水淡化，該有多好呀！

現(xiàn)在，這一夢想已成現(xiàn)實(shí)，海水不僅能喝了，還能用來發(fā)電。北京中宜環(huán)能環(huán)保技術(shù)有限公司（CECO）已成功地研究開發(fā)了海水淡化處理發(fā)電系統(tǒng)。此項(xiàng)發(fā)明系CECO自行研制開發(fā)的純國產(chǎn)化技術(shù)設(shè)備，擁有獨(dú)立的知識產(chǎn)權(quán)，獲國家發(fā)明專利。

CECO 海水淡化處理發(fā)電綜合系統(tǒng)是利用海水在淡化處理中產(chǎn)生的勢能帶動(dòng)防碳酸鹽抗腐水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生電能，而產(chǎn)生的電能主要用于海水淡化蒸餾和反滲透膜淡化過程所需的能耗及海水淡化處理廠自身所需的電能，是一種低成本、高效率的處理技術(shù)。該系統(tǒng)包括海水加溫反滲透膜技術(shù)、海水淡化發(fā)電技術(shù)、海水淡化計(jì)算機(jī)控制技術(shù)。采用光纖數(shù)據(jù)高速公路，使用環(huán)形拓展結(jié)構(gòu)，能夠滿足系統(tǒng)的分布式實(shí)時(shí)控制要求。與以前的膜分離法和蒸餾法處理海水相比，實(shí)現(xiàn)了海水淡化處理的能量綜合利用和轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)電能自給，大大降低了處理成本，使處理后的海水成本僅為0.85元/噸。如今，干旱已給許多國家政府增加了沉重的財(cái)政負(fù)擔(dān)，為解決缺水問題，高昂的專項(xiàng)財(cái) 政支出使政府背上了沉重的包袱。有統(tǒng)計(jì)顯示，僅巴基斯坦一國，用于緩解干旱的費(fèi)用每年就需要 2.5 億美元。我國用于抗旱的財(cái)政支出也是巨額的。CECO的這項(xiàng)發(fā)明具有實(shí)用性和可行性，用海水發(fā)電的同時(shí)生產(chǎn)淡水，無疑是解決人類缺水困擾的良策。

三、CDI 海水淡化技術(shù)簡析

CDI(Capacitive deionization)(即電容靜電脫鹽)，是利用一種流過式電容器(Flow-through capacitor, FTC)及電容充放電原理,開發(fā)的海水淡化技術(shù)。以低電壓直流電對FTC充電,海水流過電極表面，鹽分即以正負(fù)離子被吸附于負(fù)正電極上,使海水變成淡水。

當(dāng)飽和的FTC放電時(shí),電極所儲(chǔ)存的電能與離子均可回收,大大降低了能耗，使電極表面變干凈可重復(fù)使用。資源的回收與FTC的無污染快速再生,是CDI海水淡化技術(shù)的最大特點(diǎn)。

1.耗能低，產(chǎn)水率高；（海水淡化每噸成本約4元）2.前處理與電極再生均不用化學(xué)品；3.90%以上的水回收率； 4.30%以上的電能回收率； 5.海鹽分類回收。

圖表 11

與傳統(tǒng)幾種海水淡化工藝比較表

蒸 餾 法

圖表 12

全新 CDI 海水淡化技術(shù)

第四節(jié) 中國海水淡化技術(shù)的進(jìn)展

一、海水淡化技術(shù)在廢水、污水處理中的應(yīng)用

海水淡化為高食鹽水的深度脫鹽技術(shù)，為提高原水回收率，對排放濃水的濃度也有一定要術(shù)這與超濾、微濾處理污染或微污染水的技術(shù)特性大不相同，與高濃度廢水處理，特別是無機(jī)系廢水處理存有較多共性技術(shù)，但要特別注意膜對料液環(huán)境的適用程度。

反滲透處理電鍍廢水、放射性廢水己很成熟。上世紀(jì)七十年代開始用于鍍鎳漂洗廢水處理，爾后又用于鍍鉻、鍍銅、鍍鋅、鍍鎘等廢水處理。美國芝加哥API工藝公司采用B－9芳香族聚酰胺中空纖維膜組件處理Watt Ni 漂洗水，廢水含Ni2+650mg/L，經(jīng)RO濃縮20倍達(dá)至13000mg/L、Ni2+的分離率為92％。北京廣播器材廠用醋酸纖維素膜處理亮鎳和暗鎳的漂洗廢水，廢水中Ni2+為1510——2400mg/L。系統(tǒng)Ni2+的回收率＞99％。

由于ED海水淡化的耗電為 RO 的3倍，ED在海水淡化中的應(yīng)用愈來愈少，其在苦咸水脫鹽中仍有較大競爭優(yōu)勢。離子交換膜具有很強(qiáng)的耐酸、堿性，耐氧化性，在含酸、堿、鹽高的廢水處理中應(yīng)用十分廣泛。

我國ED、RO用于廢水處理，以膜集成技術(shù)發(fā)展零排放工程為開發(fā)方向，不僅回收有效成分，真回收的淡水可做工藝或生活用水。如Al2O3生產(chǎn)零排放工程。將Al2O3生產(chǎn)廢渣赤泥上的結(jié)合堿和附液堿，通過加石灰乳和通入蒸汽，從固相轉(zhuǎn)移到液相，形成約含8g/LNaOH的復(fù)雜溶液，微孔過濾后進(jìn)入電滲析，制取含堿＜500mg/L的生產(chǎn)用水和工藝用2NaOH。我國西部天然氣井涌出的含10000－30000的鹵水，可用BD－RO流程脫鹽并濃縮，RO制得＜400mg/L的優(yōu)質(zhì)生活用水，BD可濃縮鹵水達(dá)140g／L左右，提取Br、I或蒸發(fā)制鹽。

據(jù)聯(lián)合國提供資料分析，中國水資源總量為28124億m3，居世界第6位，中國人均水資源量為2340m3，全球排在109位。到本世紀(jì)中葉，中國人口預(yù)測16億時(shí)，人均水資源為1600m3，成為嚴(yán)重缺水的國家。中國設(shè)立668個(gè)城市中，缺水城市約400個(gè)，嚴(yán)重缺水的城市約108個(gè)。這些城市日缺水量為1600萬m3，全年缺水量為200億m3。中國每年工業(yè)、生活污水排放量已達(dá)約600億m3，90％的城市水域受到不同程度的污染，尤其南方城市由于采用地表水做水源而地面水又受到不同程度的污染。因此又導(dǎo)致水質(zhì)性缺水。水是我國經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展的戰(zhàn)略性資源。我國政府對水資源的開發(fā)、利用、保護(hù)十分重視。在海水淡化、苦咸水脫鹽、廢水回用中，RO和ED脫鹽技術(shù)將發(fā)揮重要作用。

二、中國海水淡化零排放技術(shù)有望推動(dòng)產(chǎn)業(yè)變革

一項(xiàng)解決我國沿海城市水荒、科學(xué)高效的海水淡化創(chuàng)新發(fā)明專利，以變革的思維，整合運(yùn)用了已有的成熟技術(shù)，不但能解決“水荒”難題，而且還能夠?qū)⒑Ｋ兂梢粋€(gè)低價(jià)格、零污染、高回報(bào)的產(chǎn)業(yè)。這項(xiàng)稱為“高效益零排放海水淡化綜合利用的組合生產(chǎn)工藝”發(fā)明，最近已經(jīng)申報(bào)了國家專利，正在進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段。

海水淡化領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)變革

傳統(tǒng)的海水淡化技術(shù)，經(jīng)歷半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，其中被應(yīng)用較多比較成熟的淡化技術(shù)有多級閃蒸、低溫多效、反滲透膜、電滲析技術(shù)等四種；前三種方法是淡化法，是從海水中取水的，第四種方法是濃縮法，是從海水中取鹽的。

應(yīng)用上述四種海水淡化技術(shù)，目前世界上還存在兩個(gè)難以解決的問題。一是海水淡化生 產(chǎn)成本偏高，平均每獲取1噸淡化潔凈水需要人民幣6至10元；二是經(jīng)淡化后產(chǎn)生的大量濃鹽水（含鹽濃度高達(dá)4.5％至6％）又重新被排放回海里，造成局部海域范圍內(nèi)海水含鹽量增高，破壞了海域的生態(tài)平衡。零排放海水淡化專利技術(shù)發(fā)明，可圓滿地解決上述兩個(gè)難題。他的發(fā)明設(shè)計(jì)思維是：整合和運(yùn)用多專業(yè)已有的成熟技術(shù)，在提取加工多元素的海洋產(chǎn)品的前提下，兼得淡水。

傳統(tǒng)的海水淡化發(fā)明忽略了海水是“多元素液態(tài)礦”的本來面目，海水中富含氯、鈉、鎂、硫、鈣、鉀、溴、碳、鍶、硼、硅、氟、鈾等物質(zhì)，還有各種有機(jī)生物如海藻等。葛文宇的海水淡化發(fā)明使海水淡化過程中形成的海洋高科技產(chǎn)品都是市場熱銷產(chǎn)品。如某種海洋生物提取物摻配到潔凈食鹽中，可生產(chǎn)出高檔次的保健營養(yǎng)食鹽；在國外，這種食鹽的市場銷價(jià)達(dá)每公斤20元。以日淡化1萬噸淡水的產(chǎn)業(yè)規(guī)模算，每天綜合生產(chǎn)成本不超過10萬元，收益可高達(dá)100萬元。什么產(chǎn)業(yè)能獲取如此大的利潤？這項(xiàng)技術(shù)發(fā)明可以利用飽和鹽水加工各種鹽化工產(chǎn)品，如氯化鉀、氯化鎂、硫酸鎂、硫酸鈉、碳酸鈉等；整個(gè)海水淡化工藝技術(shù)新發(fā)明體現(xiàn)了和諧產(chǎn)業(yè)的特點(diǎn)，能夠最大限度地降低成本，全方位進(jìn)行能源、熱量循環(huán)回收。

發(fā)展海水淡化產(chǎn)業(yè)前程無量

中國沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，國民生產(chǎn)總值約占全國的 60％，在國民經(jīng)濟(jì)中一向占有舉足輕重的地位；但是沿海地區(qū)缺水形勢十分嚴(yán)峻，沿海城市人均水資源量大部分低于500立方米，其中大連、天津、青島、連云港、上海等地的人均水資源量低于200立方米，屬于嚴(yán)重缺水區(qū)；每年沿海地區(qū)因缺水而造成直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)2000多億元人民幣。目前我國沿海地區(qū)可利用海水淡化水的人口至少有2億，按年人均生活用水100噸，年人均工業(yè)用水400噸計(jì)算，合計(jì)年人均用水 500 噸，年總需求量1000億噸。全面推廣應(yīng)用這項(xiàng)專利技術(shù)，可以從根本上徹底解決沿海地區(qū)缺水問題，提高國民經(jīng)濟(jì)競爭實(shí)力。

有人做過計(jì)算，我國沿海城市每立方米水的生產(chǎn)成本高達(dá)10至15元左右，幾乎每個(gè)城市的自來水公司都在虧本運(yùn)營，政府每年都給予定向補(bǔ)貼。

傳統(tǒng)的海水淡化工藝生產(chǎn)出來的淡水，口味略重。而據(jù)葛文宇介紹，采用他發(fā)明的海水淡化專利技術(shù)生產(chǎn)的淡水，先后經(jīng)過沉淀除濁、殺菌除藻、消除膠體、溶解氣體、軟化水質(zhì)，并經(jīng)過微濾、超濾、納濾和反滲透膜等嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝過程，各種細(xì)菌和雜質(zhì)均被處理的干干凈凈，不論是濁度、色度、大腸菌群、氯化物、氰化物、砷、汞、鉛等有害物質(zhì)的含量均可達(dá)到國家生活飲用水一級標(biāo)準(zhǔn)。

三、中電科技海水淡化技術(shù)踏出國門

中國電力工程顧問集團(tuán)科技開發(fā)股份有限公司眾和海水淡化工程有限公司在國際市場開發(fā)上頻傳捷報(bào)，先后成功取得印尼英德拉瑪尤燃煤電站24500T/D海水淡化系統(tǒng)、印尼巴齊丹23000T/D海水淡化系統(tǒng)以及龍灣燃煤電站23000T/D海水淡化系統(tǒng)三個(gè)國際項(xiàng)目合同，總合同額2.6億元人民幣。這是眾和公司首次承接的海外項(xiàng)目，工作涵蓋了系統(tǒng)及設(shè)備設(shè)計(jì)、加工制造、現(xiàn)場指導(dǎo)、安裝調(diào)試及售后服務(wù)等一系列內(nèi)容。此合同的簽訂標(biāo)志著我國大型海水淡化技術(shù)漸趨成熟并走出國門，也標(biāo)志著中電科技公司在繼空冷技術(shù)產(chǎn)業(yè)化后，又一科技成果形成產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的良好勢頭。

眾和海水談化工程有限公司是由中電科技公司控股的一家具有自主知識產(chǎn)權(quán)的專業(yè)化海水淡化裝備設(shè)計(jì)制造公司。公司坐落于天津?yàn)I海新區(qū)的臨港工業(yè)區(qū)，注冊資本金8000萬元人民幣，擁有著一支高素質(zhì)、多層次、結(jié)構(gòu)合理的員工隊(duì)伍。近年來，該公司牢牢把握中電科技公司高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展戰(zhàn)略，充分利用企業(yè)技術(shù)集成與創(chuàng)新平臺，積極發(fā)揮股東方強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合的資源優(yōu)勢作用，大力推動(dòng)節(jié)水技術(shù)在工業(yè)項(xiàng)目中的運(yùn)用，已逐漸成長為國內(nèi)海水淡化產(chǎn)業(yè)中的一支生力軍。此次眾和公司實(shí)施的三個(gè)國際項(xiàng)目，不但可提高我國大型海水淡化工程技術(shù)水平，而且可為當(dāng)?shù)毓?jié)約大量工業(yè)用水，受到廣泛好評。

第四章

海水淡化裝置

第一節(jié)、海水淡化裝置發(fā)展概況

一、中國鼓勵(lì)海水淡化裝置制造業(yè)發(fā)展

截止2006年上半年，我國已建成海水淡化裝置40套，日產(chǎn)水總量12萬噸。我國沿海發(fā)達(dá)地區(qū)正在大規(guī)模推廣應(yīng)用海水淡化，給海水淡化先進(jìn)制造產(chǎn)業(yè)帶來發(fā)展的機(jī)遇。海水淡化是建立在一系列高新技術(shù)集成基礎(chǔ)上的先進(jìn)制造業(yè)，海水淡化裝置部分關(guān)鍵設(shè)備需從國外進(jìn)口外，大部分設(shè)備和器件均可在國內(nèi)加工制造。浙江在反滲透海水淡化、技術(shù)研發(fā)、設(shè)備制造、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展方面，具有綜合優(yōu)勢，建議國家有關(guān)部門批準(zhǔn)在杭州建立國家級膜法海水淡化技術(shù)與裝備生產(chǎn)基地。以此提高海水淡化設(shè)備國產(chǎn)化率。

海水淡化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶動(dòng)材料、化工、自動(dòng)化等發(fā)展，還延伸到電子、電力、生物工程、醫(yī)藥、化工、供水、旅游和環(huán)保等領(lǐng)域。將太陽能采集設(shè)備和海水淡化裝置進(jìn)行配套，用太陽能作為海水淡化的能源。力爭把電廠發(fā)電的余熱、原油開采伴生的天然氣能源、核電站發(fā)電用過的核燃料堆剩余熱能作為海水淡化能源。據(jù)測算中國現(xiàn)有核廢料可建10座20 萬千瓦的低溫核供熱堆。發(fā)展新型海洋生物制造業(yè)，延長海水淡化的產(chǎn)業(yè)鏈，開發(fā)以鹽化工為代表的化工產(chǎn)品。發(fā)展海水淡化旅游。利用海水淡化后的濃海水建造浴場，形成“人工死海”。

發(fā)展風(fēng)能海水淡化工程，形成風(fēng)能景觀。開發(fā)“海水空調(diào)”，達(dá)到節(jié)能高效。

二、新類型海水淡化能量回收裝置研制成功

中科院廣州能源研究所海洋能量實(shí)驗(yàn)室研制出用于反滲透海水淡化技術(shù)的新型能量回收裝置，并制造出10 t／天反滲透海水淡化裝置樣機(jī)。該樣機(jī)由于安裝了新型能量回收裝置，能耗較低，產(chǎn)出淡水總的能耗低于5 kWh／m(包括取水能耗)，藎中高壓能耗為2.3～2.7kW h／m。海水淡化作為淡水資源的替代與增量技術(shù)，對于解決沿海地區(qū)淡水資源短缺、保障沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)可持續(xù)發(fā)展具有重大的現(xiàn)實(shí)意義和戰(zhàn)略意義。用于反滲透海水淡化技術(shù)的新型能量回收裝置的研制成功，對中小型反滲透海水淡化裝置的大范圍推廣應(yīng)用，將起到較大推動(dòng)作用。

三、中國新材料制成海水淡化裝置問世

成本居高不下和出水量不高一直制約著海水淡化產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。近日，記者在采訪中 發(fā)現(xiàn)，一種名為超細(xì)鈦粉燒結(jié)基復(fù)合膜海水淡化系統(tǒng)的裝置(見左圖)已在天津?yàn)I海大道諾恩 科研示范基地成功運(yùn)行10個(gè)月。有關(guān)人士認(rèn)為，這一裝置有望在這方面取得突破。個(gè)月的數(shù)據(jù)顯示，使用安裝

新技術(shù)

非加壓滲透吸附

非加壓吸附滲透海水淡化法，或稱為“正向滲透法”，讓水通過多孔膜進(jìn)入一種超強(qiáng)吸水的吸附劑的鹽濃度甚至超過海水的溶液或固態(tài)物，但溶液里的特殊鹽分很容易蒸發(fā)。分固態(tài)鹽、液態(tài)鹽方向。固態(tài)鹽解吸附耗能更小。

另外兩種方法都在薄膜結(jié)構(gòu)上有了創(chuàng)新和改進(jìn)

碳納米管薄膜

一種用碳納米管來做薄膜的小孔，另一種

蛋白質(zhì)膜

薄膜的孔用引導(dǎo)水分子通過活細(xì)胞的細(xì)胞膜的蛋白質(zhì)來構(gòu)成。

第三篇：淺析我國海水淡化技術(shù)發(fā)展歷程

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淺析我國海水淡化技術(shù)發(fā)展歷程

由于我國早期的**，是我國的科技一度落后在國際水平之后，早在1958年，石松等元老級研究員首先在我國開展膜電滲析海水淡化工藝研究。早在五年前，美國C.E.Reid建議美國將反滲透海水淡化技術(shù)研究列入國家計(jì)劃。起步上已早于我國。

緊隨起后1967年，我國國家科委組織全國在水處理等領(lǐng)域的各類精英會(huì)戰(zhàn)海水淡化。

1970年，會(huì)戰(zhàn)主力匯集我國的浙江省杭州市，組織了全國第一個(gè)淡化研究室。這期間，他們一直用電滲析技術(shù)進(jìn)行研制海洋監(jiān)測專用微孔濾膜，建成了世界最大的電滲析淡化站—西沙永興島淡化站。一度在海水淡化方面成為世界領(lǐng)軍人物，值得所有國人驕傲。

1982年，中國海水再利用協(xié)會(huì)批準(zhǔn)在杭州成立。但是，因?yàn)榻?jīng)歷了十年浩劫，還是衰弱下去了。此時(shí)，遠(yuǎn)在大洋彼岸的美國新型淡化技術(shù)已經(jīng)赫然問世。領(lǐng)先世界各國。成為海水淡化領(lǐng)域的霸主。

1984年，中國開始對膜技術(shù)重視了，但是，美國的復(fù)合膜已經(jīng)大面積商業(yè)化并投入到國家和民用中去了。

1992年，國家為了追趕膜方面技術(shù)與世界的差距，國家科委組建國家液體分離膜工程技術(shù)研究中心，開始悄悄研制國產(chǎn)反滲透膜。

關(guān)于海水淡化成本，目前主流的海水淡化技術(shù)主要是反滲透、多級閃蒸和低溫多效，其中反滲透運(yùn)行成本最低，耗電4度左右，再加上化學(xué)品費(fèi)。直接運(yùn)行成本就是這兩種，如電費(fèi)按0.6元/度計(jì)，如再考慮人工、維修、反滲透膜更換等費(fèi)用，運(yùn)行成本一般在3-4元/噸淡水。由此算來海水淡化成本還是比較低的，但是盡管如此，節(jié)水意識還是不可少的。

世界上淡水資源不足，已成為人們?nèi)找骊P(guān)注的問題。有人預(yù)言，19世紀(jì)爭煤，20世紀(jì)爭油，21世紀(jì)可能爭水。

中國有關(guān)海水的淡化產(chǎn)業(yè)雖基本具備了產(chǎn)業(yè)化發(fā)展條件，但創(chuàng)新能力、裝備的研發(fā)能力、等方面與國外仍有較大的差距。當(dāng)前最重要的是盡快形成中國淡化水設(shè)備市場的完整產(chǎn)業(yè)鏈條。海水淡化成本降低，發(fā)展膜與膜材料、等核心技術(shù)，研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新工藝、新裝備和新產(chǎn)品，提高關(guān)鍵材料和核心設(shè)備的國產(chǎn)化，增強(qiáng)自主建設(shè)大型工程的能力。

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第四篇：海水淡化的方法及優(yōu)缺點(diǎn)分析

海水淡化的方法及優(yōu)缺點(diǎn)分析

摘 要：海水淡化技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用始于干旱的中東地區(qū)，但并不局限于該地區(qū)。由于世界上70％以上的人口都居住在離海洋120公里以內(nèi)的區(qū)域，因而海水淡化技術(shù)近20多年迅速在中東以外的許多國家和地區(qū)得到應(yīng)用。最新資料表明，到2003年止，世界上已建成和已簽約建設(shè)的海水和苦咸水淡化廠，其生產(chǎn)能力達(dá)到日產(chǎn)淡水3600萬噸。目前海水淡化已遍及全世界125個(gè)國家和地區(qū)，淡化水大約養(yǎng)活世界5％的人口。海水淡化，事實(shí)上已經(jīng)成為世界許多國家解決缺水問題，普遍采用的一種戰(zhàn)略選擇，其有效性和可靠性已經(jīng)得到越來越廣泛的認(rèn)同。當(dāng)然，海水淡化是解決我國沿海地區(qū)淡水緊缺的有效途徑。海水淡化是解決全球水資源短缺的重要戰(zhàn)略手段之一，有著廣闊的開發(fā)前景。

關(guān)鍵詞：海水淡化

蒸餾法

反滲透法

優(yōu)缺點(diǎn)

發(fā)展趨勢和方向

引 言：介紹了我國水資源現(xiàn)狀、海水淡化發(fā)展概況和各種淡化方法及工作原理、工藝流程，并對各種淡化方法的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍進(jìn)行了評述，對海水淡化的方法進(jìn)行了分析比較，指出了海水淡化今后發(fā)展的趨勢和方向。我國水資源現(xiàn)狀

我國是一個(gè)水資源嚴(yán)重短缺的國家，人均水資源占有量為2840m3，只有世界平均水平的1/4。因此我國是一個(gè)嚴(yán)重缺水的國家。同時(shí)，我國的淡水資源時(shí)空分布極不均勻，并且水體污染加劇了我國可利用淡水資源的匱乏程度。在資源性缺水的同時(shí)，我國經(jīng)濟(jì)增長快，人口數(shù)量大，城市化水平不斷提高，使得水資源缺口越來越大，這已經(jīng)成為阻礙我國社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。目前水荒覆蓋面幾乎遍及全國。尤其是北方地區(qū)缺水問題相當(dāng)嚴(yán)重，水荒已成為困擾工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展的一個(gè)重要問題。而沿海地區(qū)有１．８萬多km長的海岸線，充分發(fā)揮這些地區(qū)瀕臨海洋的優(yōu)勢，走海水淡化之路是解決缺水問題的一條重要途徑。解決城市水資源可持續(xù)利用的戰(zhàn)略原則是堅(jiān)持“開源與節(jié)流并重，節(jié)流優(yōu)先、治污為本、科學(xué)開源、綜合利用”，海水淡化是解決沿海地區(qū)淡水緊缺的有效途徑。我國海水淡化發(fā)展概況

我國的海水淡化技術(shù)研究始于１９５８年，起步技術(shù)為電滲析，１９６５年開始反滲透技術(shù)的研究；１９７５年開始研究大中型蒸餾技術(shù)；１９８１年在西沙的永興島建成２００ｔ/ｄ的電滲析海水淡化裝置；１９８６年建成６０００ ｔ/ｄ的電廠多級閃蒸海水淡化裝置；１９９４年大連長?？h１０００ｔ/ｄ海水反滲透淡化工程投產(chǎn)；１９９７年天津大港電廠調(diào)試成功１２００ｔ/ｄ多級閃蒸海水淡化裝置；１９９７年浙江嵊山５００ｔ/ｄ反滲透海水淡化裝置投入運(yùn)行；２０００年１０月，山東長島縣１０００ｔ/ｄ反滲透海水淡化示范工程建成投產(chǎn)；２０００年底，滄州化學(xué)工業(yè)公司１．８萬ｔ/ｄ高濃度苦咸水淡化工程投產(chǎn)；２００１ 年華能威海電廠反滲透海水淡化裝置投產(chǎn)；２００２年天津海滋食品有限公司從美國引進(jìn)多級閃蒸海水淡化裝置投產(chǎn)。海水淡化的方法簡述

海水淡化是指從海水中獲取淡水的技術(shù)和過程，通過脫除海水中的大部分鹽類，使處理后的海水達(dá)到生活和生產(chǎn)用水標(biāo)準(zhǔn)的水處理技術(shù)。最初是航海的興起推動(dòng)了海水淡化技術(shù)的發(fā)展，至今淡化方法已出現(xiàn)了數(shù)十種，技術(shù)種類雖然很多，但達(dá)到商業(yè)規(guī)模的主要有反滲透法和蒸餾法，也就是常說的“膜法”和“熱法”，蒸餾淡化技術(shù)又分成多級閃蒸、多效蒸餾和壓汽蒸餾三種。

反滲透法是海水淡化技術(shù)中近20年來發(fā)展最快的，無論是大型、中型或小型項(xiàng)目都適用，除海灣國家外，反滲透技術(shù)是其它地區(qū)大、中型海水淡化項(xiàng)目的首選。多級閃蒸，目前在世界海水淡化總產(chǎn)量中仍占第一位，技術(shù)成熟、安全性高、運(yùn)行彈性大，適合大型或超大型項(xiàng)目，主要安裝在海灣國家。多效蒸餾根據(jù)操作溫度的高低，頂溫在65-70℃是低溫多效蒸餾，簡稱低溫多效，是目前具有競爭力的熱法海水淡化技術(shù)。壓汽蒸餾，是指利用電或蒸汽對二次蒸汽進(jìn)行絕熱壓縮后重新利用，能耗較低，但是規(guī)模一般不大，多為日產(chǎn)千噸級。

3.1 蒸餾法

蒸餾法又稱蒸發(fā)法，是最早采用的淡化技術(shù)。早期主要用于少量蒸餾水的生產(chǎn)和制糖工業(yè)的料液濃縮，近代工業(yè)逐漸用于電廠和大型工業(yè)鍋爐供水。

蒸餾法與膜法不同，一經(jīng)蒸發(fā)所得的水就是蒸餾水，水質(zhì)較高，產(chǎn)品水的含鹽量（總固溶物）可以降到5ppm以下。另一方面，蒸餾法所能處理的原料水比其它方法廣泛，原水含鹽量從幾百毫克/升到幾萬毫克/升都可適應(yīng)。另外可以利用電廠的余熱，因此蒸餾法的應(yīng)用場合較廣。

蒸餾法海水淡化的裝置類型較多，主要的有：多級閃蒸海水淡化、多效蒸發(fā)海水淡化和壓汽蒸餾海水淡化。以下對各種方法進(jìn)行簡介: 3.1.1 多級閃蒸技術(shù)(MSF)（1）基本原理： 多級閃蒸是將海水加熱到一定溫度后，引入到一個(gè)閃蒸室，其室內(nèi)的壓力低于海水所對應(yīng)的飽和蒸汽壓，部分海水迅速汽化，冷凝后即為所需淡水；另一部分海水溫度降低，流入另一個(gè)壓力較低的閃蒸室，又重復(fù)蒸發(fā)和降溫的過程。將多個(gè)閃蒸室串聯(lián)起來，室內(nèi)壓力逐級降低，海水逐級降溫，連續(xù)產(chǎn)出淡化水。（2）工藝流程：

經(jīng)過澄清和加氯消毒處理的海水，首先送入排熱段作為冷卻水。離開排熱段的大部分冷卻海水又排回海中，小部分作為進(jìn)料海水（補(bǔ)給海水），經(jīng)預(yù)處理后，從排熱段末級閃蒸室流入第一級閃蒸室，如技術(shù)原理所說明的那樣，逐級降壓，海水逐級降溫，連續(xù)產(chǎn)出淡化水。見圖1。(3)主要優(yōu)缺點(diǎn)：

單機(jī)容量大，最大的可達(dá)到5萬噸/天；產(chǎn)品水鹽度一般為3－10毫克/升。但是，其工程投資高，為反滲透法的2倍；動(dòng)力消耗大；設(shè)備的操作彈性小，是設(shè)計(jì)值的80％～110％，不適應(yīng)于造水量要求可變的場合；當(dāng)其傳熱管腐蝕穿孔將污染水質(zhì)。

圖1 多級閃蒸流程圖

(4)適用范圍：

可用于以火電廠或核電廠的背壓或抽汽式透平的低位蒸汽為熱源的大型海水淡化工程，為高中壓鍋爐提供優(yōu)質(zhì)脫鹽水，也可是生活用淡水。

3.1.2 多效蒸餾技術(shù)(MED)（1）基本原理：

將一系列的水平管噴淋降膜蒸發(fā)器串聯(lián)起來，蒸汽進(jìn)入第一效蒸發(fā)器，與進(jìn)料海水熱交換后，冷凝成淡化水；海水蒸發(fā)，蒸汽進(jìn)入第二效蒸發(fā)器，并使幾乎同量的海水以比第一效更低的溫度蒸發(fā)，自身又被冷凝。這一過程一直重復(fù)到最后一效。連續(xù)產(chǎn)出談化水。（2）工藝流程：

海水在冷凝器中預(yù)熱、脫氣之后分成兩股，一股排回大海，另外一股為進(jìn)料液。料液加入阻垢劑，引入到蒸發(fā)器溫度最低的效組中。噴淋系統(tǒng)把料液分布到頂排管上，自上向下的降膜過程中，一部分海水吸收了管束內(nèi)冷凝蒸汽的潛熱而汽化；冷凝液以淡化水導(dǎo)出，蒸汽進(jìn)下一效組，剩余料液也泵入下一效組中，該效組的操作溫度高于上一效組。在新的效組中又重復(fù)了蒸發(fā)和噴淋過程，直到料液在溫度最高的效組中以濃縮液的形式排出。詳見圖2。（3）主要優(yōu)缺點(diǎn)：

熱效率比多級閃蒸高，30余度的溫差可達(dá)到10左右的造水比；操作負(fù)荷可從40％到110％變化，造水比不會(huì)下降，彈性較大；能耗較低；前處理較簡單，化學(xué)藥劑消耗較低；系統(tǒng)的操作安全可靠，即便發(fā)生傳熱管泄漏，僅僅降低產(chǎn)量而不會(huì)影響水質(zhì)。但低溫多效蒸餾設(shè)備體積較大，裝置費(fèi)用較高。（4）適用范圍：

多效蒸餾與多級閃蒸的適應(yīng)條件基本相同。

圖2 低溫多效蒸餾工藝流程圖

3.1.3 壓汽蒸餾技術(shù)(VC)（1）基本原理： 海水蒸發(fā)過程所產(chǎn)生的二次蒸汽，經(jīng)壓縮機(jī)增壓，蒸汽飽和溫度相應(yīng)提高，再輸入到蒸發(fā)器管束內(nèi)，作為進(jìn)料海水蒸發(fā)的熱源，并自身冷凝為淡化水。上述過程周而復(fù)始，連續(xù)生產(chǎn)。（2）工藝流程：

進(jìn)料海水用極少量阻垢劑預(yù)處理后，進(jìn)入一個(gè)板式換熱器，回收自蒸發(fā)器排放出的濃鹽水和淡化水的熱量。之后，與循環(huán)的濃鹽水混合，進(jìn)入到蒸發(fā)器中，噴淋到水平傳熱管束的外表面上，噴淋量需剛好在管子表面形成連續(xù)的液膜，與管束內(nèi)經(jīng)壓縮機(jī)增壓的蒸汽（略低于濃鹽水蒸發(fā)平衡壓力）熱交換。管內(nèi)蒸汽冷凝成淡水導(dǎo)出，管外一部分鹽水產(chǎn)生蒸發(fā)，通過汽液分離器除去夾帶的液滴之后，蒸汽進(jìn)壓縮機(jī)壓縮并導(dǎo)入傳熱管束內(nèi)。工藝流程見圖3。（3）主要優(yōu)缺點(diǎn)：

壓汽蒸餾與多效蒸餾的技術(shù)十分類似，差別在于前者使用壓縮機(jī)，而后者用蒸汽驅(qū)動(dòng)。

圖3 壓汽蒸餾工藝流程圖

（4）適用范圍：

適用于僅有電能的地方，主要建造中小型裝置。

總結(jié)：蒸餾法的優(yōu)點(diǎn)是工藝簡單易于實(shí)現(xiàn)，并不受水中含鹽量的限制，適用于余廢熱可利用的項(xiàng)目，設(shè)備容量大，所產(chǎn)淡水水質(zhì)純度較高，產(chǎn)品水含鹽量為 ２～１０ｍｇ／Ｌ，裝置進(jìn)水可不經(jīng)預(yù)處理直接由海水提供。故該裝置多用于沿 5 海的火力發(fā)電廠、核電站。其缺點(diǎn)是能耗多、設(shè)備費(fèi)用高，存在設(shè)備、管

路結(jié)垢與腐蝕問題。

2.2 膜法

2.2.1 電滲析技術(shù)(ED)（4）基本原理：

電滲析以直流電為推動(dòng)力，利用陰、陽離子交換膜對溶液中陰、陽離子的選擇透過性，使一個(gè)水體中的離子通過膜遷移到另一個(gè)水體中的物質(zhì)分離過程。

（4）主要優(yōu)缺點(diǎn)：

電滲析過程工藝簡單，除鹽率高，操作方便。但是水回收率低，而且對不帶電荷的物質(zhì)如有機(jī)物、膠體、微生物、懸浮物等無脫除能力，存在對水質(zhì)要求較嚴(yán)格，需對原水進(jìn)行預(yù)處理，電滲析技術(shù)用于海水淡化時(shí)能耗大，大規(guī)模的海水淡化工程基本上不采用等缺點(diǎn)。這使其在苦咸水淡化工程中的應(yīng)用受到局限。

（4）適用范圍：

原水含鹽量低于3000毫克/升的苦咸水淡化裝置。

2.2.2 反滲透技術(shù)(RO)（1）基本原理：

用一張只透過水而不能透過鹽的半透膜將淡水和鹽水隔開，淡水會(huì)自然地透過半透膜至鹽水一側(cè)，這種現(xiàn)象稱為滲透。當(dāng)滲透到鹽水一側(cè)的液面達(dá)到某一高度時(shí)，滲透的自然趨勢被這一壓力所抵消從而達(dá)到平衡。這一平衡壓力即為該體系的滲透壓，如在鹽水一側(cè)加一個(gè)大于滲透壓的壓力，鹽水中的水會(huì)透過半透膜到淡水處。這種與自然滲透相反的水遷移過程稱為反滲透。（2）工藝流程：

進(jìn)料海水經(jīng)預(yù)處理，去除懸浮固體及其它有害物。然后經(jīng)高壓泵增壓后，進(jìn)入膜脫鹽設(shè)備，產(chǎn)出的中間淡水產(chǎn)品進(jìn)入后處理設(shè)施（按淡水不同用途選擇，如作飲用水，需pH調(diào)節(jié)和加氯殺菌設(shè)備），精制成終產(chǎn)品淡水。濃鹽水自膜脫鹽設(shè)備排出。見圖4：

反滲透膜是一種用特殊材料和加工方法制成的、具有半透性能的薄膜。它能夠在外加壓力作用下使水溶液中的某 些組分選擇性透過，從而達(dá)到淡化、凈化或濃縮分離的目的。

反滲透預(yù)處理的作用是防止膜被污染和污堵，其出水水質(zhì)應(yīng)滿足反滲透裝置 的進(jìn)水水質(zhì)要求：污染指數(shù)(SDI)<3；海水反滲透預(yù)處理系統(tǒng)由于受取水方式以

圖4 反滲透工藝流程圖

及各地海水水質(zhì)（物理指標(biāo)）的變化而出入較大，一般情況下要采用加氯消毒、凝聚過濾、加酸調(diào)節(jié)pH值、加阻垢劑、消除余氯以及過濾等措施才能進(jìn)入反滲透系統(tǒng)。所以，水質(zhì)是選擇系統(tǒng)的重要依據(jù)。目前，隨著超濾技術(shù)的不斷成熟，超濾設(shè)備費(fèi)用的降低，超濾作為海水淡化反滲透的預(yù)處理設(shè)備，因其具有出水穩(wěn)定，占地面積小，能夠保證反滲透穩(wěn)定運(yùn)行等突出優(yōu)點(diǎn)，已越來越多的應(yīng)用于海水淡化系統(tǒng)的反滲透預(yù)處理中。

（3）主要優(yōu)缺點(diǎn)：

反滲透裝置投資省、能耗低、建設(shè)周期短、易于自動(dòng)控制，適用于海水、苦咸水大中型規(guī)模的淡化工程，裝置體積小，設(shè)備及操作簡單，維修方便且在常溫下操作，設(shè)備的腐蝕和結(jié)垢程度較輕。存在的問題是膜的壽命和抗污染，反滲透膜、高壓泵、能量回收裝置需定期更換。（4）適用范圍：

適合大、中、小型海水及苦咸水淡化。

1.3 海水淡化的其他方法 3.3.1冷凍法

冷凍法，即冷凍海水使之結(jié)冰，在液態(tài)淡水變成固態(tài)冰的同時(shí)鹽被分離出去。冷凍法與蒸餾法都有難以克服的弊端，其中蒸餾法會(huì)消耗大量的能源并在儀器里產(chǎn)生大量的鍋垢，而所得到的淡水卻并不多；而冷凍法同樣要消耗許多能源，但得到的淡水味道卻不佳，難以使用。

3.3.2太陽能法 人類早期利用太陽能進(jìn)行海水淡化，主要是利用太陽能進(jìn)行蒸餾，所以早期的太陽能海水淡化裝置一般都稱為太陽能蒸餾器。餾系統(tǒng)被動(dòng)式太陽能蒸餾系統(tǒng)的例子就是盤式太陽能蒸餾器，人們對它的應(yīng)用有了近150年的歷史。由于它結(jié)構(gòu)簡單、取材方便，至今仍被廣泛采用。目前對盤式太陽能蒸餾器的研究主要集中于材料的選取、各種熱性能的改善以及將它與各類太陽能集熱器配合使用上。與傳統(tǒng)動(dòng)力源和熱源相比,太陽能具有安全、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，將太陽能采集與脫鹽工藝兩個(gè)系統(tǒng)結(jié)合是一種可持續(xù)發(fā)展的海水淡化技術(shù)。太陽能海水淡化技術(shù)由于不消耗常規(guī)能源、無污染、所得淡水純度高等優(yōu)點(diǎn)而逐漸受到人們重視。幾種海水淡化系統(tǒng)的技術(shù)比較

近十年來，反滲透法海水淡化發(fā)展趨勢較快，而且出現(xiàn)了日產(chǎn)萬噸級的大型海水淡化裝置。但目前國際上，蒸餾法用于海水淡化方面所占的比例仍是較高的。蒸餾法和反滲透法相比較：

1)能耗：從脫鹽的直接能耗來說，反滲透法明顯優(yōu)于單目的的蒸餾法，但不明顯優(yōu)于雙目的(熱電造水)的蒸餾法。而且由于反滲透膜的壽命短，換膜費(fèi)用高，膜本身就反映了能耗。對蒸餾法來說，過程的直接能耗，不同地區(qū)差別很大，需要進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。

2）海水淡化的制水總成本：由于膜的壽命和膜裝置的限制，使得膜法在大規(guī)模處理海水中仍處于不利地位。因?yàn)榉礉B透法的制水成本，受膜壽命和裝置規(guī)模的不利影響超過了低能耗所帶來的好處，一般認(rèn)為海水淡化裝置容量超過日產(chǎn)6000t淡水時(shí)，雙目的蒸餾法比反滲透法更經(jīng)濟(jì)。

3）海水的預(yù)處理：進(jìn)入蒸餾裝置的海水無需進(jìn)行預(yù)處理，僅設(shè)置海水過濾網(wǎng)即可。而進(jìn)入海水反滲透裝置的海水需進(jìn)行絮凝澄清、過濾和加氯等預(yù)處理。并且由于反滲透的水利用率低，所以預(yù)處理系統(tǒng)龐大，投資也較高，占地面積也大。

4)其他配套設(shè)施：對于新建電廠，蒸餾法需要啟動(dòng)蒸汽，因此啟動(dòng)鍋爐的容量應(yīng)該考慮滿足淡化設(shè)施的需要，啟動(dòng)鍋爐的補(bǔ)充水應(yīng)考慮一套單獨(dú)的水處理設(shè)施用于啟動(dòng)；另外，由于沒有備用設(shè)備，需要淡水水源作為工業(yè)用水的備用水源。而膜法不需要啟動(dòng)蒸汽，機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，給水水溫較低，對淡化設(shè)備出力稍有影響，并不影響機(jī)組的啟動(dòng)用水，不需要考慮額外的啟動(dòng)設(shè)施；淡化設(shè)備考慮有足夠的備用出力，可以滿足設(shè)備檢修時(shí)的用水的需要。海水淡化發(fā)展趨勢近年來世界上海水淡化正向高效化、低能化和規(guī)模化的目標(biāo)發(fā)展，反滲透（SWRO）、多級閃蒸（MSF）和多效蒸發(fā)（MED）更成為適用于大型海水淡化技術(shù)的主流。

MSF近年主要進(jìn)展在：單機(jī)容量進(jìn)一步擴(kuò)大，系統(tǒng)設(shè)計(jì)最佳化、管理軟件化、操作自動(dòng)化；采用聚羧酸酯等新型防垢、抑垢和分散劑，可提升運(yùn)行溫度；開發(fā)新興高級奧氏不銹鋼代替鎳基合金，提高運(yùn)行可靠性、穩(wěn)定性；工藝改進(jìn)，有利降低能耗使目前總體水平處于10—14kwh/m淡水狀態(tài)。

MED方法的主要進(jìn)展在低溫多效操作技術(shù)的開發(fā)，以減少結(jié)垢、腐蝕，降低成本，通常能夠在6.0—8.0kwh/m3。

SWRD技術(shù)從膜、組件和工藝已日趨成熟，近年來重大進(jìn)展在于功能交換器和壓力交換器的成功開發(fā)，可使能量回收高達(dá)90%以上，從而使其能耗降至3.8～4.3kwh/m3淡水。

近年國際海水淡化項(xiàng)目招標(biāo)中，總以工程投資最低、造水能耗最低、運(yùn)行成本最低，以及建設(shè)周期最短和占地面積最少等優(yōu)勢為基本條件和要求。

總之，海水淡化既是水資源開發(fā)的重要途徑，而且夢已成真、可望可即?？梢钥隙?，隨著陸用水資源的日漸枯竭，海洋必將成為海水淡化技術(shù)大有用武的主戰(zhàn)場。

第五篇：海水淡化對環(huán)境的影響

大規(guī)模海水淡化的生態(tài)研究還不夠

除了技術(shù)需要提升，大規(guī)模海水淡化對生態(tài)的影響也需深入研究。海水淡化從海水中提取原水，產(chǎn)生淡水之后將濃鹽水排放回大海。它對于環(huán)境的影響通常表現(xiàn)在以下方面：其一是取水的影響。海水淡化工程取水會(huì)吸入部分海洋生物，不可避免會(huì)對生物數(shù)量造成破壞，如魚類和較小的海洋物種。解決的辦法通常是水電聯(lián)產(chǎn)，利用電廠現(xiàn)有的取水和排水管路，乃至于用電廠排水作為淡化的進(jìn)水，以避免額外從海洋汲取海水及海洋生物（如青島的黃島電廠海水淡化）。

其二是濃水排放的影響。海水淡化后排入海洋中的污物包括10種成分，分別是：金屬腐蝕物、阻垢劑、殺生劑（主要是氯和次氯酸鹽）、氯化后形成的有機(jī)化合物、脫氧劑、酸、濃縮液、消泡劑、防腐劑、熱（主要是熱法海水淡化）。由于環(huán)境友好型藥劑的開發(fā)應(yīng)用，藥劑對海洋環(huán)境的影響可望控制在一定范圍內(nèi)。但濃縮液和熱污染的處置辦法目前還局限于用海水稀釋，再進(jìn)一步利用海洋的擴(kuò)散能力進(jìn)行消除。從長遠(yuǎn)看，避免排放污染的根本途徑在于進(jìn)行綜合利用、實(shí)現(xiàn)零排放。

其三是工程建設(shè)和運(yùn)行的影響。海水淡化廠的項(xiàng)目選址和優(yōu)化設(shè)計(jì)十分重要，好的選址和設(shè)計(jì)可降低運(yùn)行成本、減少藥劑使用，充分利用自然條件減輕對海洋的污染。