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    反渗透处理工艺在海水淡化领域的应用

    海水淡化技术种类很多,有蒸馏法(多级闪蒸多效蒸馏、压汽蒸馏等)、膜法(反渗透、电渗析膜蒸发等)、离子交换法、冷冻法等,但适用于大规模淡化海水的方法只有多级闪蒸(MSF)、多效蒸馏(MED)和反渗透法(RO)。

     
    反渗透法海水淡化与蒸馏法对比,膜法海水淡化只能利用电能,蒸馏法海水淡化利用热能和电能。所以反渗透淡化设备适合有电源的场合,蒸馏法适合有热源或电源的各种场合。但是随着反渗透膜性能的提高和能量回收装置的问世,其吨水耗电量逐渐降低。反渗透海水淡化设备经一次脱盐,能生产相当于自来水水质的淡化水。虽然蒸馏法海水淡化水质较高,但反渗透技术仍具有较强的自身优势,如应用范围广,规模可大可小,建设周期短,不但可在陆地上建设,还适于在车辆、舰船、海上石油钻台、岛屿、野外等处使用。 
     
    反渗透系统需要较好的预处理,才能保证出水水质。在海水淡化领域中,预处理是保证反渗透系统长期稳定运行的关键。由于海水中的硬度、总固体溶解物和其他杂质的含量均较高,在运行过程中,反渗透系统对于浊度、pH值、温度、硬度和化学物质等因素较为敏感,所以对进水的要求相对较高,如果进水水质差,产水率就非常低。因此,海水在进入反渗透膜装置之前必须进行预处理。 
     
    海水淡化的常用的工艺概述: 
     
    海水杀菌灭藻 
     
    由于海水中存在大量微生物、细菌和藻类。海水中细菌、藻类的繁殖和微生物的生长不仅会给取水设施带来许多麻烦,而且会直接影响海水淡化设备及工艺管道的正常运转,所以海水淡化工程多采用投加液氯、次氯酸钠和硫酸铜等化学剂来杀菌灭藻。 
     
    混凝过滤 
     
    因为海水具有周期性涨潮、退潮,水中常夹带大量泥沙,浊度变化较大,易造成海水预处理系统运转不稳定,故在预处理中要加入混凝过滤,目的在于去除海水中的胶体、悬浮杂质,降低浊度。在反渗透膜分离工程中通常用污染指数(SDI)来计量,要求进入反渗透设备的给水的SDI<4。由于海水比重较大,pH值较高,且水温季节性变化大,预处理系统常选用三氯化铁作为混凝剂,其具有不受温度影响,矾花大而结实,沉降速度快等优点。 
     
    过滤器过滤 
     
    为了使反渗透的进水水质得到进一步提高,降低进水的浊度,通常在混凝过滤之后加上一个砂滤过滤器,使得水中的微小悬浮物和颗粒物得到进一步的去除,确保了水质的进一步提高。 
     
    阻垢剂和还原剂 
     
    海水的组成非常复杂,硬度和碱度都非常高,为了使得反渗透系统能够更好的运行,保持系统始终在没有结垢的情况下运行,需要根据具体的水质投加相对应的阻垢剂。另外,因为反渗透预处理中投加了氧化剂杀菌,故在反渗透进水时需要投加还原剂来还原,使得反渗透系统的进水余氯小于0.1ppm(或ORP<200mV),满足反渗透系统对进水氧化物质含量的要求。 
     
    保安过滤器 
     
    因为海水的含盐量非常多,故保安过滤器的材质要采用316L滤器,滤芯孔径通常选5μm,过滤进高压泵前的海水,阻挡海水中直径大于5μm颗粒杂质,确保高压泵,能量回收装置和反渗透膜元件安全、长期稳定的运行。 
     
    高压泵和能量回收装置 
     
    高压泵和能量回收装置是为反渗透海水淡化设备提供能量转换和节能的重要设备,按反渗透海水淡化设备所需的流量和压力选型,能量回收装置具有水力透平结构,能利用反渗透排放浓缩海水的压力使反渗透进水压力提升30%,使得浓水的能量得到有效的利用,同时降低能耗,从而有效地减少运行费用。 
     
    反渗透元件与装置 
     
    反渗透膜元件是反渗透海水淡化设备的核心部件,要选用与海水淡化设备系统相对应的海水淡化膜,根据系统的不同设计,可以选择不同的膜元件,反渗透膜元件具有高脱盐率,较好的耐压性、抗氧化和耐污染等性能。海水淡化反渗透设备系统的材质在高压部分要采用316L以上的不锈钢材质,防止海水的高含盐水质对高压管路的腐蚀。 
     
    系统控制 
     
    反渗透海水淡化设备的控制系统通常采用可编程控制器PLC组成一个分散采样控制,集中监视操作的控制系统。按工艺参数设置高低压保护开关,自动切换装置,电导、流量和压力出现异常时,能实现自动切换、自动联锁报警、停机,以保护高压泵和反渗透膜元件。变频控制高压泵的起动和关停,实现高压泵的软操作,节省能耗,防止由于水锤或反压造成高压泵和膜元件损坏。程序设计在反渗透装置开机和停机前后,能实现低压自动冲洗,特别在停运时,浓缩海水的亚稳定状态会转化出现沉淀,污染膜面,低压淡化水自动冲洗能置换出浓缩海水,保护膜面不受污染,延长膜的使用寿命。对系统的温度、流量、水质、产水等相关参数能实现显示、储存、统计、制表和打印。监视操作中的动态工艺流程画面清晰直观,系统控制简化人工操作,确保系统能自动、安全、可靠地运行。 
     
    展望 
     
    随着反渗透膜技术的不断改进和分离工艺的改良, 反渗透海水淡化设备在世界海水淡化产业中所占比例正在不断扩大, 而反渗透海水淡化处理工艺也得到了高度的重视, 并以较快的速度发展。同时,随着新型膜与膜技术的开发, 海水淡化成本有望进一步降低, 必将加快膜法海水淡化技术转化为实际生产力的速度, 使之在解决世界性水资源短缺的难题中发挥更大的作用。

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