海水淡化方法研究

海水淡化方法研究（精选十篇）

海水淡化方法研究 篇1

我国沿海地区人口稠密, 经济发达, 水资源需求大, 供需矛盾尤为突出, 有的城市人均水资源量占有量不足200 m3。沿海地区濒临海洋, 海水资源丰富, 因此走海水淡化之路, 是解决缺水问题的重要途径之一。

海水淡化是解决全球水资源短缺的重要战略手段之一, 有着广阔的开发前景。截至2003年, 世界上已建成和已签约建设的海水淡化厂的日处理能力达到3 600万t。目前海水淡化已遍及全世界125个国家和地区, 淡化水可以养活世界5%的人口。随着人们对海水淡化的有效性和可靠性的普遍认同, 多种海水淡化技术也应运而生[4,5,6]。该文重点对现行的多种处理方法 (离子交换法、电渗析法、膜处理法和其他方法) 进行比较, 并对膜处理技术在海水淡化工程中的优势进行分析, 对未来的技术发展进行探讨和展望。

1 一般海水淡化方法的比较

1.1 离子交换法 (IE)

离子交换法是目前除盐最彻底的水处理技术。预处理由于简单、工艺成熟、出水稳定、初期投入低等优点使其在海水淡化工程中普遍应用。但是该方法仅仅在原水含盐量低的应用区域运行成本较低, 而在含盐量高的区域, 运行成本高降低了它在海水淡化除盐中的经济优势。并且由于离子交换床阀门众多带来的操作复杂的问题以及再生废水和床层繁殖细菌造成的环境威胁严重阻碍了离子交换法的广泛应用。

1.2 电渗析法 (ED)

电渗析过程工艺简单, 除盐率高, 操作方便。但是水回收率低, 而且对不带电荷的物质如有机物、胶体、微生物、悬浮物等无脱除能力, 存在对水质要求较严格, 需对原水进行预处理等缺点。这使其在苦咸水淡化工程中的应用受到局限。

1.3 其他方法

1.3.1 膜蒸馏 (MED) 。

膜蒸馏法截留率高, 操作压力较其他膜分离技术低, 并且可以有效利用余热等廉价能源满足相对较低的操作温度。但是膜蒸馏方法面临的问题主要在于缺乏价格低、通量大, 耐用性好的膜———尤其是中空纤维膜, 尚未设计出传热、传质性能优良的膜组件, 并且膜蒸馏过程中的膜污染和膜润湿问题没有得到解决。同时热量利用率低和膜蒸馏过程能耗大的问题依然存在。因此膜蒸馏方法的应用也受到了限制。

1.3.2 多级闪蒸 (MSF) 。

多级闪蒸从20世纪70年代开始就大量使用, 技术已经成熟, 但是从投资、材料、能耗、运行管理等方面考虑都限制了该方法在苦咸水淡化工程中的应用。

1.3.3 冷冻法。

冷冻法处理苦咸水能耗高, 难以规模化, 只能取出水中无机盐离子, 因而难以得到推广。

2 反渗透技术处理海水淡化

2.1 反渗透法处理的优势

反渗透技术具有工艺简单、操作方便、易于自动控制、无污染、运行成本低等优点。若与石英砂、活性炭吸附、脱气、离子交换、UV杀菌等水处理工艺配合使用, 则除盐效果更佳。尤其是当原水含盐量较高时反渗透膜处理对运行成本影响不大。反渗透技术有效弥补了水回收率低的弊端, 并且对于有机物、胶体、微生物、悬浮物等有较好的脱除能力。因此, 反渗透技术在海水淡化效率上明显超过电渗析法。此外, 反渗透技术中的膜和膜组件比较成熟, 为其在海水淡化中的广泛应用提供了可靠的技术支持。并且反渗透技术投资和能耗较少, 容易实现自动控制, 因此较其余膜分离技术和多级闪蒸技术更有优势。

2.2 反渗透法优于离子交换法

2.2.1 酸碱消耗与环保。

反渗透法较离子交换法更加环保、安全。因为离子交换法再处理过程中需要消耗大量的酸和碱, 在酸、碱贮运、树脂再生过程中会产生的酸碱废水, 造成环保问题以及安全隐患。

2.2.2 浓水回收率。

通常, 反渗透法和离子交换法的回收率分别在75%、88%左右。虽然反渗透浓水的盐分较高, 但是浊度较好。因此, 对水重复利用较好的可以将浓水引入到其他系统以提高回收率。

2.2.3 运行成本。

反渗透法的运行成本明显低于离子交换法。反渗透除盐方法外, 人工干预小, 容易实现自动控制, 人工成本低, 与比离子交换法相比年节约成本112万元 (表1) 。

2.2.4 占地面积。

与反渗透法相比, 离子交换法需要酸、碱再生需要酸、碱贮槽和废水处理池等。因此, 反渗透法占地面积相对较小。

(元/t)

注:原水、盐酸、碱的价格分别为1.5、500.0、1 000.0元/t, 电耗成本价格为0.48元/kW·h。

综上所述, 从长期效益来看, 无论在水处理质量上, 还是综合经济效益方面反渗透法比离子交换法有优势, 在节约成本的同时也降低了由于酸碱等废液引起的环境污染, 因此反渗透法在海水淡化工程上的经济效益最高。

参考文献

[1]周飒, 邓时海, 章腾, 等.10000m/d海水淡化可行性研究报告[EB/OL]. (2011-07-14) [2013-04-28].http://wenku.baidu.com/view/18a1c5f046 93daef5ef73d0b.html.

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[3]杨学祥.土地沙漠化——全球性环境问题[J].科学新闻, 2000 (46) :18.

[4]孙晶, 马太玲, 冮明峰.离子交换法和反渗法能耗比较[J].内蒙古水利, 2010, (2) :14-16.

[5]冯斐.热电厂化学水处理反渗透和离子交换系统在运用中的对比分析[J].石河子科技, 2011 (5) :42-43.

海水淡化的方法及优缺点分析 篇2

摘 要：海水淡化技术的大规模应用始于干旱的中东地区，但并不局限于该地区。由于世界上70％以上的人口都居住在离海洋120公里以内的区域，因而海水淡化技术近20多年迅速在中东以外的许多国家和地区得到应用。最新资料表明，到2003年止，世界上已建成和已签约建设的海水和苦咸水淡化厂，其生产能力达到日产淡水3600万吨。目前海水淡化已遍及全世界125个国家和地区，淡化水大约养活世界5％的人口。海水淡化，事实上已经成为世界许多国家解决缺水问题，普遍采用的一种战略选择，其有效性和可靠性已经得到越来越广泛的认同。当然，海水淡化是解决我国沿海地区淡水紧缺的有效途径。海水淡化是解决全球水资源短缺的重要战略手段之一，有着广阔的开发前景。

关键词：海水淡化

蒸馏法

反渗透法

优缺点

发展趋势和方向

引 言：介绍了我国水资源现状、海水淡化发展概况和各种淡化方法及工作原理、工艺流程，并对各种淡化方法的优缺点和适用范围进行了评述，对海水淡化的方法进行了分析比较，指出了海水淡化今后发展的趋势和方向。我国水资源现状

我国是一个水资源严重短缺的国家，人均水资源占有量为2840m3，只有世界平均水平的1/4。因此我国是一个严重缺水的国家。同时，我国的淡水资源时空分布极不均匀，并且水体污染加剧了我国可利用淡水资源的匮乏程度。在资源性缺水的同时，我国经济增长快，人口数量大，城市化水平不断提高，使得水资源缺口越来越大，这已经成为阻碍我国社会可持续发展的瓶颈。目前水荒覆盖面几乎遍及全国。尤其是北方地区缺水问题相当严重，水荒已成为困扰工业企业生产和发展的一个重要问题。而沿海地区有１．８万多km长的海岸线，充分发挥这些地区濒临海洋的优势，走海水淡化之路是解决缺水问题的一条重要途径。解决城市水资源可持续利用的战略原则是坚持“开源与节流并重，节流优先、治污为本、科学开源、综合利用”，海水淡化是解决沿海地区淡水紧缺的有效途径。我国海水淡化发展概况

我国的海水淡化技术研究始于１９５８年，起步技术为电渗析，１９６５年开始反渗透技术的研究；１９７５年开始研究大中型蒸馏技术；１９８１年在西沙的永兴岛建成２００ｔ/ｄ的电渗析海水淡化装置；１９８６年建成６０００ ｔ/ｄ的电厂多级闪蒸海水淡化装置；１９９４年大连长海县１０００ｔ/ｄ海水反渗透淡化工程投产；１９９７年天津大港电厂调试成功１２００ｔ/ｄ多级闪蒸海水淡化装置；１９９７年浙江嵊山５００ｔ/ｄ反渗透海水淡化装置投入运行；２０００年１０月，山东长岛县１０００ｔ/ｄ反渗透海水淡化示范工程建成投产；２０００年底，沧州化学工业公司１．８万ｔ/ｄ高浓度苦咸水淡化工程投产；２００１ 年华能威海电厂反渗透海水淡化装置投产；２００２年天津海滋食品有限公司从美国引进多级闪蒸海水淡化装置投产。海水淡化的方法简述

海水淡化是指从海水中获取淡水的技术和过程，通过脱除海水中的大部分盐类，使处理后的海水达到生活和生产用水标准的水处理技术。最初是航海的兴起推动了海水淡化技术的发展，至今淡化方法已出现了数十种，技术种类虽然很多，但达到商业规模的主要有反渗透法和蒸馏法，也就是常说的“膜法”和“热法”，蒸馏淡化技术又分成多级闪蒸、多效蒸馏和压汽蒸馏三种。

反渗透法是海水淡化技术中近20年来发展最快的，无论是大型、中型或小型项目都适用，除海湾国家外，反渗透技术是其它地区大、中型海水淡化项目的首选。多级闪蒸，目前在世界海水淡化总产量中仍占第一位，技术成熟、安全性高、运行弹性大，适合大型或超大型项目，主要安装在海湾国家。多效蒸馏根据操作温度的高低，顶温在65-70℃是低温多效蒸馏，简称低温多效，是目前具有竞争力的热法海水淡化技术。压汽蒸馏，是指利用电或蒸汽对二次蒸汽进行绝热压缩后重新利用，能耗较低，但是规模一般不大，多为日产千吨级。

3.1 蒸馏法

蒸馏法又称蒸发法，是最早采用的淡化技术。早期主要用于少量蒸馏水的生产和制糖工业的料液浓缩，近代工业逐渐用于电厂和大型工业锅炉供水。

蒸馏法与膜法不同，一经蒸发所得的水就是蒸馏水，水质较高，产品水的含盐量（总固溶物）可以降到5ppm以下。另一方面，蒸馏法所能处理的原料水比其它方法广泛，原水含盐量从几百毫克/升到几万毫克/升都可适应。另外可以利用电厂的余热，因此蒸馏法的应用场合较广。

蒸馏法海水淡化的装置类型较多，主要的有：多级闪蒸海水淡化、多效蒸发海水淡化和压汽蒸馏海水淡化。以下对各种方法进行简介: 3.1.1 多级闪蒸技术(MSF)（1）基本原理： 多级闪蒸是将海水加热到一定温度后，引入到一个闪蒸室，其室内的压力低于海水所对应的饱和蒸汽压，部分海水迅速汽化，冷凝后即为所需淡水；另一部分海水温度降低，流入另一个压力较低的闪蒸室，又重复蒸发和降温的过程。将多个闪蒸室串联起来，室内压力逐级降低，海水逐级降温，连续产出淡化水。（2）工艺流程：

经过澄清和加氯消毒处理的海水，首先送入排热段作为冷却水。离开排热段的大部分冷却海水又排回海中，小部分作为进料海水（补给海水），经预处理后，从排热段末级闪蒸室流入第一级闪蒸室，如技术原理所说明的那样，逐级降压，海水逐级降温，连续产出淡化水。见图1。(3)主要优缺点：

单机容量大，最大的可达到5万吨/天；产品水盐度一般为3－10毫克/升。但是，其工程投资高，为反渗透法的2倍；动力消耗大；设备的操作弹性小，是设计值的80％～110％，不适应于造水量要求可变的场合；当其传热管腐蚀穿孔将污染水质。

图1 多级闪蒸流程图

(4)适用范围：

可用于以火电厂或核电厂的背压或抽汽式透平的低位蒸汽为热源的大型海水淡化工程，为高中压锅炉提供优质脱盐水，也可是生活用淡水。

3.1.2 多效蒸馏技术(MED)（1）基本原理：

将一系列的水平管喷淋降膜蒸发器串联起来，蒸汽进入第一效蒸发器，与进料海水热交换后，冷凝成淡化水；海水蒸发，蒸汽进入第二效蒸发器，并使几乎同量的海水以比第一效更低的温度蒸发，自身又被冷凝。这一过程一直重复到最后一效。连续产出谈化水。（2）工艺流程：

海水在冷凝器中预热、脱气之后分成两股，一股排回大海，另外一股为进料液。料液加入阻垢剂，引入到蒸发器温度最低的效组中。喷淋系统把料液分布到顶排管上，自上向下的降膜过程中，一部分海水吸收了管束内冷凝蒸汽的潜热而汽化；冷凝液以淡化水导出，蒸汽进下一效组，剩余料液也泵入下一效组中，该效组的操作温度高于上一效组。在新的效组中又重复了蒸发和喷淋过程，直到料液在温度最高的效组中以浓缩液的形式排出。详见图2。（3）主要优缺点：

热效率比多级闪蒸高，30余度的温差可达到10左右的造水比；操作负荷可从40％到110％变化，造水比不会下降，弹性较大；能耗较低；前处理较简单，化学药剂消耗较低；系统的操作安全可靠，即便发生传热管泄漏，仅仅降低产量而不会影响水质。但低温多效蒸馏设备体积较大，装置费用较高。（4）适用范围：

多效蒸馏与多级闪蒸的适应条件基本相同。

图2 低温多效蒸馏工艺流程图

3.1.3 压汽蒸馏技术(VC)（1）基本原理： 海水蒸发过程所产生的二次蒸汽，经压缩机增压，蒸汽饱和温度相应提高，再输入到蒸发器管束内，作为进料海水蒸发的热源，并自身冷凝为淡化水。上述过程周而复始，连续生产。（2）工艺流程：

进料海水用极少量阻垢剂预处理后，进入一个板式换热器，回收自蒸发器排放出的浓盐水和淡化水的热量。之后，与循环的浓盐水混合，进入到蒸发器中，喷淋到水平传热管束的外表面上，喷淋量需刚好在管子表面形成连续的液膜，与管束内经压缩机增压的蒸汽（略低于浓盐水蒸发平衡压力）热交换。管内蒸汽冷凝成淡水导出，管外一部分盐水产生蒸发，通过汽液分离器除去夹带的液滴之后，蒸汽进压缩机压缩并导入传热管束内。工艺流程见图3。（3）主要优缺点：

压汽蒸馏与多效蒸馏的技术十分类似，差别在于前者使用压缩机，而后者用蒸汽驱动。

图3 压汽蒸馏工艺流程图

（4）适用范围：

适用于仅有电能的地方，主要建造中小型装置。

总结：蒸馏法的优点是工艺简单易于实现，并不受水中含盐量的限制，适用于余废热可利用的项目，设备容量大，所产淡水水质纯度较高，产品水含盐量为 ２～１０ｍｇ／Ｌ，装置进水可不经预处理直接由海水提供。故该装置多用于沿 5 海的火力发电厂、核电站。其缺点是能耗多、设备费用高，存在设备、管

路结垢与腐蚀问题。

2.2 膜法

2.2.1 电渗析技术(ED)（4）基本原理：

电渗析以直流电为推动力，利用阴、阳离子交换膜对溶液中阴、阳离子的选择透过性，使一个水体中的离子通过膜迁移到另一个水体中的物质分离过程。

（4）主要优缺点：

电渗析过程工艺简单，除盐率高，操作方便。但是水回收率低，而且对不带电荷的物质如有机物、胶体、微生物、悬浮物等无脱除能力，存在对水质要求较严格，需对原水进行预处理，电渗析技术用于海水淡化时能耗大，大规模的海水淡化工程基本上不采用等缺点。这使其在苦咸水淡化工程中的应用受到局限。

（4）适用范围：

原水含盐量低于3000毫克/升的苦咸水淡化装置。

2.2.2 反渗透技术(RO)（1）基本原理：

用一张只透过水而不能透过盐的半透膜将淡水和盐水隔开，淡水会自然地透过半透膜至盐水一侧，这种现象称为渗透。当渗透到盐水一侧的液面达到某一高度时，渗透的自然趋势被这一压力所抵消从而达到平衡。这一平衡压力即为该体系的渗透压，如在盐水一侧加一个大于渗透压的压力，盐水中的水会透过半透膜到淡水处。这种与自然渗透相反的水迁移过程称为反渗透。（2）工艺流程：

进料海水经预处理，去除悬浮固体及其它有害物。然后经高压泵增压后，进入膜脱盐设备，产出的中间淡水产品进入后处理设施（按淡水不同用途选择，如作饮用水，需pH调节和加氯杀菌设备），精制成终产品淡水。浓盐水自膜脱盐设备排出。见图4：

反渗透膜是一种用特殊材料和加工方法制成的、具有半透性能的薄膜。它能够在外加压力作用下使水溶液中的某 些组分选择性透过，从而达到淡化、净化或浓缩分离的目的。

反渗透预处理的作用是防止膜被污染和污堵，其出水水质应满足反渗透装置 的进水水质要求：污染指数(SDI)<3；海水反渗透预处理系统由于受取水方式以

图4 反渗透工艺流程图

及各地海水水质（物理指标）的变化而出入较大，一般情况下要采用加氯消毒、凝聚过滤、加酸调节pH值、加阻垢剂、消除余氯以及过滤等措施才能进入反渗透系统。所以，水质是选择系统的重要依据。目前，随着超滤技术的不断成熟，超滤设备费用的降低，超滤作为海水淡化反渗透的预处理设备，因其具有出水稳定，占地面积小，能够保证反渗透稳定运行等突出优点，已越来越多的应用于海水淡化系统的反渗透预处理中。

（3）主要优缺点：

反渗透装置投资省、能耗低、建设周期短、易于自动控制，适用于海水、苦咸水大中型规模的淡化工程，装置体积小，设备及操作简单，维修方便且在常温下操作，设备的腐蚀和结垢程度较轻。存在的问题是膜的寿命和抗污染，反渗透膜、高压泵、能量回收装置需定期更换。（4）适用范围：

适合大、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冷冻法

冷冻法，即冷冻海水使之结冰，在液态淡水变成固态冰的同时盐被分离出去。冷冻法与蒸馏法都有难以克服的弊端，其中蒸馏法会消耗大量的能源并在仪器里产生大量的锅垢，而所得到的淡水却并不多；而冷冻法同样要消耗许多能源，但得到的淡水味道却不佳，难以使用。

3.3.2太阳能法 人类早期利用太阳能进行海水淡化，主要是利用太阳能进行蒸馏，所以早期的太阳能海水淡化装置一般都称为太阳能蒸馏器。馏系统被动式太阳能蒸馏系统的例子就是盘式太阳能蒸馏器，人们对它的应用有了近150年的历史。由于它结构简单、取材方便，至今仍被广泛采用。目前对盘式太阳能蒸馏器的研究主要集中于材料的选取、各种热性能的改善以及将它与各类太阳能集热器配合使用上。与传统动力源和热源相比,太阳能具有安全、环保等优点，将太阳能采集与脱盐工艺两个系统结合是一种可持续发展的海水淡化技术。太阳能海水淡化技术由于不消耗常规能源、无污染、所得淡水纯度高等优点而逐渐受到人们重视。几种海水淡化系统的技术比较

近十年来，反渗透法海水淡化发展趋势较快，而且出现了日产万吨级的大型海水淡化装置。但目前国际上，蒸馏法用于海水淡化方面所占的比例仍是较高的。蒸馏法和反渗透法相比较：

1)能耗：从脱盐的直接能耗来说，反渗透法明显优于单目的的蒸馏法，但不明显优于双目的(热电造水)的蒸馏法。而且由于反渗透膜的寿命短，换膜费用高，膜本身就反映了能耗。对蒸馏法来说，过程的直接能耗，不同地区差别很大，需要进行技术经济比较确定。

2）海水淡化的制水总成本：由于膜的寿命和膜装置的限制，使得膜法在大规模处理海水中仍处于不利地位。因为反渗透法的制水成本，受膜寿命和装置规模的不利影响超过了低能耗所带来的好处，一般认为海水淡化装置容量超过日产6000t淡水时，双目的蒸馏法比反渗透法更经济。

3）海水的预处理：进入蒸馏装置的海水无需进行预处理，仅设置海水过滤网即可。而进入海水反渗透装置的海水需进行絮凝澄清、过滤和加氯等预处理。并且由于反渗透的水利用率低，所以预处理系统庞大，投资也较高，占地面积也大。

4)其他配套设施：对于新建电厂，蒸馏法需要启动蒸汽，因此启动锅炉的容量应该考虑满足淡化设施的需要，启动锅炉的补充水应考虑一套单独的水处理设施用于启动；另外，由于没有备用设备，需要淡水水源作为工业用水的备用水源。而膜法不需要启动蒸汽，机组启动时，给水水温较低，对淡化设备出力稍有影响，并不影响机组的启动用水，不需要考虑额外的启动设施；淡化设备考虑有足够的备用出力，可以满足设备检修时的用水的需要。海水淡化发展趋势近年来世界上海水淡化正向高效化、低能化和规模化的目标发展，反渗透（SWRO）、多级闪蒸（MSF）和多效蒸发（MED）更成为适用于大型海水淡化技术的主流。

MSF近年主要进展在：单机容量进一步扩大，系统设计最佳化、管理软件化、操作自动化；采用聚羧酸酯等新型防垢、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，提高运行可靠性、稳定性；工艺改进，有利降低能耗使目前总体水平处于10—14kwh/m淡水状态。

MED方法的主要进展在低温多效操作技术的开发，以减少结垢、腐蚀，降低成本，通常能够在6.0—8.0kwh/m3。

SWRD技术从膜、组件和工艺已日趋成熟，近年来重大进展在于功能交换器和压力交换器的成功开发，可使能量回收高达90%以上，从而使其能耗降至3.8～4.3kwh/m3淡水。

近年国际海水淡化项目招标中，总以工程投资最低、造水能耗最低、运行成本最低，以及建设周期最短和占地面积最少等优势为基本条件和要求。

海水海冰淡化 篇3

海水是咸的，那为什么生活在海洋中的鱼没有被“渴”死呢?

我们都知道这样一种物理现象：如果把容器用一个半渗透性薄膜隔开，左边盛着含盐量高的水，右边盛着含盐量低的水，那么，右边的水就会向左边渗透，直到两边含盐量相等为止。鱼的皮肤表层、口腔黏膜、鳃以至所有器官和组织的单个细胞的膜都是这种半渗透薄膜，而海鱼体中的盐量通常比海水中的低，因此，海鱼体内的水分会自动向体外渗出，使体内含盐量增高。为了补偿渗出的水并且保持体内一定的含盐水平，它必须多补充水，而且，要把它喝进去的咸水变成淡水，因此，一种高效安全的“排盐装置”对海鱼来说是非常必要的。海鱼的这一“装置”不是肾脏，因为肾脏只能排除低度盐水，而且在排除盐分的同时，还要排除大量的水，这是不适宜的。它利用的是鳃里的一种特殊的细胞组织，科学家们称之为“氯化物分泌细胞”。它像过滤器一样，能把鱼体内过多的盐分迅速排出体外，好像是座淡水车间，效率相当高，即使世界上最先进的“海水淡化器”也望尘莫及。因此，尽管体内淡水不断通过皮肤往外渗，它还可以不断喝进大量海水来“解渴”。

鱼用自己的方法从海水中提取淡水满足自身需要，人类对淡水的需要更是超出我们的想象。面对浩瀚的海洋，我们如何把它变成我们的淡水资源呢?下面介绍一下海水淡化、海冰淡化的当前状况。

趋于成熟的海水淡化

海水淡化方法目前主要有以下几种：

蒸馏法 最早采用的海水淡化技术，是海水淡化最主要的方法。蒸馏法海水淡化是将海水加热蒸发，再使蒸汽冷凝得到淡水的过程。蒸馏法具有其他淡化方法不可比拟的特点：设备简单可靠；受原水浓度限制较小，即当料液浓度变化时，蒸发过程的条件改变不大，能耗变化较小，故蒸馏法更加适合于海水及高浓度苦咸水淡化；海水蒸发所得的水就是蒸馏水，水质较高；直接利用热能，较为经济。

蒸馏法的优点是工艺简单易于实现，并不受水中含盐量的限制，适用于余废热可利用的项目，设备容量大，所产淡水水质纯度较高，产品水含盐量为2～10毫克／升，装置进水可不经预处理直接由海水提供。故该装置多用于沿海的火力发电厂、核电站。其缺点是能耗多、设备费用高，存在设备、管路结垢与腐蚀问题。

反渗透法(超过滤法)一种膜分离技术，利用选择性半透膜装置，当连通器盐水侧对液体压力P大于渗透压H时，盐水中的水分子将通过半透膜而溶质仍被半透膜隔离于盐水侧，致使盐水浓度加大，这个过程与自然界正常渗透过程相反，称为反渗透。为使反渗透装置正常运行，盐水侧压力必须高于渗透压H，一般在4～7兆帕范围内。

反渗透装置投资省、能耗低、建设周期短易于自动控制，适用于海水、苦咸水大中型规模的淡化工程，装置体积小，设备及操作简单，且在常温下操作，设备的腐蚀和结垢程度较轻。存在的问题是膜的寿命和抗污染性能。与其他海水淡化法相比，反渗透法淡化海水的最大优点是节能。此外，所用的膜是卫生的高分子材料，能完全截留细菌、病毒、重金属离子等有害物质，有利于人体健康。所以用反渗透法淡化海水，配以其他技术，可保留海水中存在的对人体有益的多种微量矿物质，是可以直接生饮的安全饮用水。

真空冷冻法 真空冷冻一汽相冷凝海水淡化新技术是依据海水的三相点理论，使海水同时蒸发与结冰的一种低能耗、轻腐蚀结垢的海水淡化方法。海水三相点是使海水汽、液、固三相共存并达到平衡的一个特殊点。若压力或温度偏离该三相点，平衡被破坏，三相会自动趋于一相或两相。

真空冷冻法海水淡化正是利用海水的三相点原理，以水自身为制冷剂，使海水同时蒸发与结冰，冰晶再经分离、洗涤而得到淡化水的一种低成本的淡化方法，与蒸馏法、膜法相比，能耗低，腐蚀、结垢轻，预处理简单，设备投资小，并可处理高含盐量的海水，是一种较理想的海水淡化方法。国外早在20世纪60年代就已开始研究，但目前为止尚没有商业化，主要原因在于过程中产生的三相点蒸汽难以去除和冰晶的输送、洗涤较难。

以上介绍了现在社会常用的海水大规模制取淡水的方法。在日常生活中，有需要就有创造力。

最近西方发达国家设计出一种救生用小型风力海水淡化器，该海水淡化器由一个风力发动机和一些水平的同轴分配器组成，分配器与浸泡、吸附盐水的似灯芯材料接触。风能在液体的热介质中直接转换成摩擦热能，在直接连接到风力发动机的旋转轴与第一个分配器之间形成一个盐水薄层；摩擦热能在所有分配器上循环传递，不断增加着蒸馏水的产量。此蒸发器由风力驱动。当不用时，叶片可折叠存放。装置外部直径0．15米，长度0．35米。预计产水性能：当风速为6米／秒时，产淡水1．5千克／天以上，足够1人每天的用量。以后人们出海作业再也不用担心淡水问题了。

看来，伴随着科技的日新月异，必将涌现更多性能好、高节能的海水淡化方法。

前途光明的海冰淡化

海冰淡化，顾名思义，就是从海冰中提取淡水。从冷冻原理我们知道，海水结冰形成海冰，在结冰的同时大量的盐分被排除在冰晶之外。大家认为海冰就是纯净冰晶吗?答案是否定的。海冰中是含有盐分的，海冰里的盐分是海冰形成过程中包裹的海水，也就是所谓的盐泡。把海冰击碎盐泡也随之破碎，盐水就会流出。但是由于冰温较低，盐泡中盐水黏度较大，盐泡破碎后盐水都粘附在冰表面。给以外力或降低黏度，使盐水从冰表面脱掉，这就是海冰淡化的基本原理。

同海水淡化一样，海冰淡化技术也有了突破性的进展。以中国的环渤海地区为例：中国科学家已能将渤海海冰作为淡水资源加以利用，灌溉农田、养殖淡水鱼，在世界上做出了一项具有原始创新性的工作。

环渤海地区是我国经济发达和城市化水平较高的地区之一，然而，水资源严重不足已成为制约该区经济社会可持续发展的主要因素。而海冰淡化恰恰可以解决环渤海地区的水资源问题。该地区冬季气温较低，每年结冰期长，结冰量大，可开采的海冰不少于400亿立方米，相当于南水北调三条线调水量的总和。渤海湾冰区，海冰盐度为0．14％～0．4％，平均为0．26％。若对海冰融水再成冰，其盐度降低幅度在40％～70％，融水盐度可到0．05％～0．2％。可见研究利用沿海地区的海冰融水是开辟新水源的一种重要方式。

另外这些资源在冬天采集收存，春夏加以利用，是丰富的淡水资源的原材料，而且这种资源只要有较低的温度作为保障可以取之不竭。可见海冰淡化是解决环渤海地区水资源短缺的创新技术，与海水淡化工程相比较，海冰淡化示范工程在投资额、产水量、造水成本、大规模战略水资源储备等方面都具有明显优势。

海冰作为淡水资源，其主要限制因子是海冰融水的盐度和碱度。我国北方沿海地区海冰融水盐度在该区作物生长的容许范围内，可直接用于灌溉农田。同时，渤海海冰融水也可作为城市清洁(环境卫生)用水和一些工矿企业设备冷却用水。

我国水资源匮乏，又是海洋大国，沿海城市一半以上缺水，所以海水淡化、海冰淡化应作为解决沿海和岛屿水资源不足的重要途径和方法之一。应加快海水淡化开发利用的战略对策研究和实践，使我们国家不但是海洋大国，还要成为海洋利用强国。

海水淡化装置的研究 篇4

我国有着广阔的海域面积, 海水资源非常的丰富, 但是淡水资源却非常缺乏的国家。淡水资源“既患贫又患不均”。人均水量既少, 地域分布上又很不均衡。再加上人们在生产和生活中不断地向水体中排入大量的污染物, 使得水体遭受到了严重的污染。随着经济的发展, 科技的进步, 很多用水量较大的企业相继建成, 如何能够解决水资源缺乏, 满足供水要求已成为人们关注的主要问题。

海水淡化装置就是利用海水脱盐生产淡水。是实现水资源利用的开源增量技术, 可以增加淡水总量, 且不受时空和气候影响, 水质好、价格渐趋合理, 可以保障沿海居民饮用水和工业锅炉补水等稳定供水。

海水淡化的方法有电渗析法、蒸馏法、反渗透法, 目前应用反渗透膜的反渗透法以其设备简单、易于维护和设备模块化的优点迅速占领市场, 逐步取代蒸馏法成为应用最广泛的方法。

1 淡化海水在生活生产中的应用

淡化的海水使用范围很广。淡化后的海水可以被用来水浴。而且用淡化海水水浴对人体的生理机能有很大的好处, 做过海水浴之后的人的体温, 皮温, 呼吸及脉搏和做过矿泉水浴之后体温, 皮温, 呼吸及脉搏有显著的差异, 查阅相关资料表明, 淡化海水浴对人体这些生理指标的影响由于矿泉水。海水淡化浴矿泉水浴均为全身热疗法, 但是淡化海水浴有肯能提高临床治疗效果。

淡化海水在远行的大型舰艇上也有广泛的应用, 远行的舰艇如果带有大量的淡水会降低舰艇的载货能力。如果利用淡化海水, 不仅能够满足船上人员的饮用、洗涤等生活需要, 还可以用来供给动力装置、卫生医药等部门使用。海水淡化装置直接影响到船舶的续航力, 一般大型舰船, 每天需补充淡水量约200t。

淡化海水在日常的生活中应用也很多, 现在在沿海地区应用更为广泛, 有些海岛城市甚至用淡化还水来作为该城市的饮用水, 他们将近海的海水经过处理达到一定的标准后通过当地的自来水产, 向居民供水。很多企业也用淡化后的海水来进行生产, 这样可以降低生产成本, 提高企业利润。

2 淡化海水装置的主要类型及原理

海水淡化的方法很多, 目前被应用于市场上的海水淡化方法主要有电渗析法、蒸馏法、反渗透法, 现在本文将通过以下内容来简要说明淡化海水装置的主要类型及原理。

2.1 电渗析法

电渗析是膜分离技术的一种, 是电解和渗析扩散的组合, 它的工作原理就是利用离子交换膜的选择透过性, 在外加电场的作用下, 阴、阳离子分别往阳极和阴极移动, 它们最终会于交换膜, 如果膜的固定电荷与离子的电荷相反, 则离子可以通过, 如果它们是相同的, 则离子被排斥, 从而可以制得淡水。

这种方法简单易行, 但是由于该装置需要消耗大量的电能, 处理海水能力有限, 所以仅适用于实验室或者用水量较小的场合, 且成本较高。其次是电渗析只能去除水中的盐分, 对水中的有机物去除能力不好, 某些高价离子和有机物还会污染离子交换膜。在电渗析的过程中易发生浓化极差而产生污垢。这些都对电渗析的效率有很大的影响, 在实际的操作过程中很难控制。限制了电渗析方的推广应用。

2.2 蒸馏法

蒸馏法是我国使用最早的海水淡化方法。在帆船时代, 人们就开始使用蒸馏的方法将海水淡化后供船员饮用和洗涤。随着技术的发展, 现在的蒸馏淡化海水的方法已经很成熟。

蒸馏法就是将还睡加热蒸发, 在使蒸汽冷凝得到淡水的过程, 与其它海水淡化方法相比, 这种方法设备简单, 所得淡水质量较高, 它可以应用生产和生活中的各种废热或者直接利用太阳能来加热海水, 时期达到蒸发所需要的温度。

蒸馏的方法有一般可以分为单级蒸馏和多级闪蒸两种方法。

单效蒸发是应用蒸馏技术的海水淡化装置中最简单的配置形式。它的原理是在一个绝热的容器中安装一组水平的管道, 在管道中通入热的介质, 一台抽气机来保持容器内的真空, 经过预处理的海水补给水从上方喷淋到管束的表面, 由于真空形成内部低压, 在管道内高温介质的作用下, 较低温度就使水沸腾。在容器中还装置有一组使海水降温的冷却管道, 沸腾的蒸汽在冷却管束的表面凝结成水, 从凝结器流下的水被收集到底盘中, 并由水泵抽出。

多级闪蒸是闪发蒸馏的一种。闪发蒸馏原理是将加热后的海水输入一定真空的容器内, 热海水进入容器时, 由于温度高于真空容器内的饱和温度, 过热海水降温聚热, 使小部分水分闪发成蒸汽。而多级闪发是由一系列逐级降压的闪发室串联而成, 过热水在水位差作用下向下一级流动, 靠逐级降压而保持的过热度使海水不断蒸发, 产生水蒸气后冷凝成淡水。

2.3 反渗透

反渗透法就是将海水加压, 使淡水透过渗透膜而海水中的无机盐被截留的淡化方法, 亦称膜法。这种方法设备简单使用用于各种水体净化的场合, 它是海水淡化技术中发展最快的也是效率最高的一种海水淡化技术。反渗透处理海水可以按照图1流程进行。预处理后的海水经高压泵加压后, 送入反渗透膜器而得淡水。

3 结论

本文主要从现在我国水资源分布的现状和海水淡化的作用来入手, 结合了电法, 蒸馏法, 反渗透法等工作原理来分析海水淡化的详细过程。通过此分析了解到在沿海的发达地区使用海水淡化装置, 可以节约大量的淡水资源, 有改善环境等。希望本文的内容能对海水淡化事业的发展起到一定的作用。入手, 结合了电渗析法, 蒸馏法, 反渗透法等工作原理来分析海水淡化的详细过程。通过此分析可以了解到在沿海的发达地区使用海水淡化装置, 可以节约大量的淡水资源, 有利于改善环境等。希望本文的内容能对海水淡化事业的发展起到一定的作用。

参考文献

[1]刘炎伟.外压式超滤用于海水淡化的研究[D].武汉大学, 2005.

[2]屈卫东, 俞金娣, 张鹤飞.新型海水淡化装置中的模糊控制[J].太阳能学报, 1998, 19 (2) :127-132.

[3]陈建秋, 汪东.两种新型海水淡化器的设计[J].节能环保技术, 2004 (9) :21-23.

[4]沈胜强, 张全, 刘晓华.低温多效蒸发海水淡化装置的计算分析[J].节能, 2005 (6) :10-13.

[5]张永利, 姜智海, 袁东, 等.嵊泗县海岛海水淡化饮用水水质监测分析[J].中国公共卫生, 2008, 10 (10) .

《海水淡化》阅读答案 篇5

②半个世纪以来，通过大规模淡化海水来获取饮用水这一方法一直为少数富裕而又缺水的沙漠地带国家所有。而现在，情况却在发生变化，就在最近几周，两个气候温和的城市伦敦和中国天津均宣布了建立大型海水淡化厂的计划。

③蒸馏海水以获得淡水的方法早就存在，但通过加热海水和收集水蒸气来大规模淡化海水则始于上世纪50年代那些盛产石油且能源充足的海湾国家。另外一个主要方法则是从上个世纪70年代发展起来的逆渗透技术，即迫使海水通过细密的薄膜，从而过滤掉其中的盐分。如今，全球淡化水日产能力已接近3000万立方米，约占全球生活用水供给量的3%。其中2/3来自海水淡化处理，其余则来自对地下咸水的淡化处理。

④无论是蒸发盐水还是迫使其经过过滤网，这两种淡化技术都要消耗掉大量能源。过去，生产1立方米这样的脱盐水，要花上好几美元。但近5年来，随着结实耐用的尼龙薄膜和醋酸纤维膜的问世，逆渗透方法的费用也得以下降。这种新型复合膜一次能过滤掉75%的盐分，且寿命较长。如想要完全去除水中的盐分，则需要过滤几次才行。

⑤在弗罗里达的坦帕海湾有一家逆渗透技术淡化水厂，可在干旱年份弥补地下水存储量的不足。加州圣克鲁斯也正在建设类似的工厂。此外，在得克萨斯州休斯敦、澳大利亚佩斯和南非开普敦，建设此类工厂的计划也正在讨论之中。西班牙政府更是放弃上届政府从北部的埃布罗河向南部干旱地区调水的计划，转而着手建设20家逆渗透技术水厂，预计产水量将可满足西班牙淡水总需求量的1%。现在，以色列的淡化海水是最便宜的。在那里，世界上最大的逆渗透水厂的淡水成本约为每立方米50美分，这和将淡水从加利利海输送到特拉维夫的每立方米30美分的费用差不多。在以色列，大约有1/10的水是淡化水。

⑥低廉的价格促使一些处于温带地区的城市也加入到这场逆渗透淡化水革

命中来。就在上个月，中国宣布了在天津建造一座大型逆渗透海水淡化厂的计划，日产水量将达到10万立方米。英国泰晤士河水利管理局已经表示将斥资2亿英镑在伦敦东部的泰晤士河边建造一座逆渗透水厂，日产水量将达到15万立方米，可以满足约100万人的生活用水需要。

⑦海水淡化专家汪尼克警告说，海水淡化的兴起可能会对环境产生影响。盐分从海水中分离出来形成高浓度咸水后，便被大多数水厂倒回大海。这种高盐度的废水不仅含有水垢、腐蚀物，还含有防腐的化学添加剂。同时，海水淡化的能源需求仍是个大问题，一座典型的逆渗透水厂每生产1立方米淡水的耗电量为6度。现在，一些利用核电站淡化海水的试验项目正在进行中，最近的一例是在印度的金奈。

⑧今天，淡化水约占全世界饮用水的1%，各国政府都很重视增加淡化水的比重。然而，我们还需要谨慎处理淡化产生的废水，并且利用再生能源为水厂供电，否则，这项本可以令我们免于淡水争夺战的技术将会加剧气候变化，而这将会给我们本已有限的天然淡水资源带来更大的压力。

(摘自20xx年8月12日《参考消息》)

16.短文说明的主要内容是：(1分)

17.从上个世纪50年代以来，人们淡化海水的两种办法是：(2分)

18.用文中的话说说这种新型复合膜一次能过滤掉75%的盐分中的这种新型复合膜指的是什么?它的特点有哪些?(2分)

19.根据你对文章内容的理解，请你推测一下通过淡化海水来缓解当今淡水储量减少的压力，其前景如何?(2分)

参考答案：

16.城市中实施海水淡化技术的情况。(该题1分，必须抓住海水淡化技术这个中心词。)

17.通过加热海水和收集水蒸气来大规模淡化海水;运用逆渗透技术，迫使海水通过细密的薄膜，从而过滤掉其中的盐分。(该题2分，答对一点给1分。)

18.尼龙薄膜和醋酸纤维素膜。过滤盐分的功能好，使用寿命长。(该题2分，答对一问给1分。)

淡化海水难进京 篇6

迁入了首钢的曹妃甸再次吸引了北京人的目光。在河北省唐山市曹妃甸的1号码头附近，一个占地32亩的海水淡化厂土建项目已接近完成。而这座海水淡化厂将具备每天生产5万吨淡化海水的产能，二期工程可以实现30万吨/天的产能。这一新水源立刻吸引了包括北京市和国家南水北调办公室的注意，甚至有媒体认为这将是北京人的新水源。

天津市是全国海水淡化做的最早的一个城市，在2011年底，北疆发电厂每天可提供20万吨淡化海水，预计占天津市滨海新区总供水量的1/3。而北京市水务局2010年的工作计划中，也包括“加紧做好引黄济京、海水淡化等战略水源的前期工作”。难道北京人会在某一天也像天津人一样喝上淡化海水吗？

“所谓海水淡化，就是指脱去海水中的盐分，将苦涩的海水变成我们能够饮用的淡水。”国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所研究员阮国岭告诉《北京科技报》。

海水淡化是人类追求了几百年的梦想。世界上第一个海水淡化工厂于1954 年建于美国，现在仍在得克萨斯的弗里波特运转着。佛罗里达州基韦斯特市的海水淡化工厂是世界上最大的一个，它供应着该市的城市用水。

其实，淡化海水进入自来水管网，在国外是很平常的事情。最新资料表明，到2003年止，世界上已建成和已签约建设的海水和苦咸水淡化厂，其生产能力已经达到了日产淡水3600万吨。目前海水淡化已遍及全世界125个国家和地区，淡化水大约养活了世界5％的人口。海水淡化，事实上已经成为许多国家解决缺水问题，普遍采用的一种战略选择，其有效性和可靠性已经得到越来越广泛的认同。

阮国岭说，经过科学家的努力，海水淡化技术发展到今天已经相当成熟。目前，国内外采用的较多的是蒸馏法和反渗透法。

所谓蒸馏法就是人工模拟自然界中海水蒸发到空中形成云层，云层在一定条件下在陆地形成降雨的过程。现在世界上的大型海水淡化工厂，很多采用的都是蒸馏法进行海水淡化。

“而近年来随着科技的发展，工程造价和运行成本持续降低的反渗透法也受到各国的青睐。”天津大学化工学院副教授徐世昌告诉《北京科技报》。

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心转向反渗透法。

据报道，曹妃甸工业区曾委托国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所做过一个方案，根据生产能力，他们每天能获得淡化海水140万吨，除了工业区自用15万吨，可向北京输水125万吨。

其实，早在几年前，曹妃甸工业区管委会就向北京市发改委“兜售”其海水淡化进京的方案。而北京方面也表示出一定的兴趣。

阮国岭坦言，由于成本问题，一个海水淡化项目的上马，首先要想到的是每天淡化出来的海水有没有使用者，在没有确定淡化海水的产能出路时，仓促上马将造成巨大风险。

徐世昌也坦言，虽然经过淡化处理的海水的水质完全符合国家居民饮用水的标准，但是出于成本考虑，天津的淡化海水，目前还是以工业用途为主。

目前，海水淡化的成本約为每吨5~7元，其中运行费用3元多，加起来每吨海水淡化的成本要8~10元，这还没有算上建造海水淡化厂和铺设输水管线的固定投资。天津的淡化海水进入自来水管网，与其他水源混在一起，不过也是一个赔本的买卖，因为天津市确定的出厂水价为每吨4元，仅为其淡化制水成本的一半。

面对淡化海水进京的前景，有支持者把它与南水北调进京的水价相比。曹妃甸工业区管委会有关负责人员也对北京用上自己生产的淡化海水充满信心，“由于采用钢厂废气发出来的低价电，淡化海水每吨水的成本将从5.8元降到3.6元，从曹妃甸到北京东四环直线距离约220公里，高度落差45米，沿途设两级泵站进行加压提升即可实现输水，输水成本约每吨1元，这样在北京的售价可以控制在每吨5元左右，与南水北调引水入京每吨7~10元的成本相比，有一定优势。”

而按最新的建设计划，原定2010年实现引水入京的南水北调工程将推迟到2014年完成。这也让淡化海水进京的支持者更加看到希望。

对此，阮国岭持反对观点，“为南水北调工程，北京花费了巨资，我想北京会优先考虑如何利用好这些来之不易的水资源，只有在调来的水资源仍不能满足城市发展需求时，才可能考虑海水淡化项目。”

阮国岭同时表示，即使现在就上马海水淡化项目，基础设施建设、设备调试、管线铺设等都需要一定时间才能完成，淡化海水不一定能比南水北调的水早进北京。

徐世昌也对淡化海水进京不乐观，“北京已经看到了水资源对城市的快速发展制约作用，已经在逐步修改城市规划，将用水大户的首钢、化工厂等企业陆续迁出，同时严控城市人口的过快增长，分散城市功能，这样对水资源的需求就没有以前那样迫切了。在这种情况下，是否上马海水淡化项目就需要重新考虑了。”

天津大学化工学院教授王世昌也认为，与其将淡化海水送往北京，不如天津把部分滦河水给北京，天津多用一些淡化海水，由北京承担部分成本。

另外，环保专家提醒，不要盲目上马海水淡化项目，因为每年将几十亿吨的海水抽上来，将对生态平衡构成影响。因此海水淡化产业必须考虑生态平衡和循环产业链。

海水淡化后的海盐和浓缩盐水如何处理，也是目前天津和曹妃甸发展海水淡化产业共同面临的难题。曹妃甸曾设想过将过剩的海盐采取填埋等方式来处理，但是盐遇水会溶化，填埋将污染地下水或对环境产生污染。徐世昌表示，目前，包括国外在内的一些海水淡化厂还是采用直接排放的方式。

但是，环保专家担心，这种直接排放的方式将造成排海口的海水盐度提高，而当渤海地区海水盐度超过4%时，将会造成一些物种永久的消失。

海水淡化方法研究 篇7

某工程所需用水采用海水方式供应解决,为此设计海水淡化生产设施。根据全厂水质、水量分析和平衡的结果,确定海水淡化工程的设计水量为25 000 m3/d,建设热法海水淡化装置,采用MED-TVC工艺,淡化出水电导率<10μS/cm。海水淡化工程设有海水预处理、海水淡化装置、除盐水的储存和配送等主要生产设施。热法海水淡化工艺流程如图1所示。

2 海水预处理设施

通过内港池引入海水,通过格栅滤网。进入到取水泵站,由海水泵输送至海水淡化厂热法海水预处理区,经加药、混合、絮凝、沉淀后,出水进入提升水泵站贮水池,高效沉淀池的底流污泥通过泥浆泵送往污泥处理间进行脱水处理,脱水后的泥饼含水率小于65%,用汽车送往环保部门指定的场地。

海水预处理主要设施包括2座热法高效沉淀池、1座热法提升水泵站,辅助设施包括1座加药间、2座污泥浓缩池及1座污泥处理间。

2.1 高效沉淀池

海水预处理正常运行条件下运行二套高效沉淀系统,每套系统的产水流量为5 000 m3/h,保证正常情况下10 000 m3/h的产水量,当一套系统维修时,另一套可以供应70%的总产水量,即7 000 m3/h,并保证此情况下对应的出水水质。因此每套沉淀系统的设计产水量为7 000 m3/h。设计的进、出水参数见表1、表2。

此系统主体结构为钢筋混凝土内衬耐海水玻璃钢防腐,根据海水特性,处理工艺包括以下主要分系统。

2.1.1 配水井

总进水管为DN1500,进水管上设置流量计一台,对进水进行计量,并安装浊度仪和pH及温度表。数据实时传送到控制室。流量及浊度数据通过PLC用来自动计算加药量。总进水在经过流量计的测量后进入配水井,在这里通过可调式配水堰板均匀分配后进入两个ACTIFLO微砂沉淀系统。

2.1.2 ACTIFLO微砂沉淀

ACTIFLO微砂沉淀是一种高效沉淀工艺,结合了微砂处理强化絮凝和斜管澄清技术。该工艺包括混凝、注砂、熟化和沉淀单元,处理工艺如下:加入混凝剂的海水从混凝池底部进入ACTIFLO的混凝池,在其中混凝;混凝后的海水流入注砂池,在这里投加微砂和高分子聚合物(絮凝剂);絮凝后的海水再流入熟化池,在池中缓慢的混合过程使絮状物长大;含砂絮凝物在沉淀池斜管澄清部分高速沉淀,通过集水槽收集澄清水;耐磨砂泵将污泥和砂从澄清池的底部抽出,提升到水力旋流器将污泥与可再循环使用的微砂分离;微砂从水力旋流器下端被注入注射池,污泥和大部分回流海水一起从水力旋分器上部溢流中排出。

2.2 污泥处理

污泥处理的目的是将海水预处理的外排污泥脱水后压成泥饼,便于堆存、运输和处理。

处理系统包括浓缩池和污泥脱水间,高效沉淀池的底流污泥,由排泥泵输送至浓缩池,浓缩池同时还收集压滤机的回流污泥,起着暂存、缓冲、浓缩污泥的作用,浓缩池下设污泥给料泵,池内污泥由给料泵送至污泥脱水间内的厢式压滤机,进行机械脱水。

污泥处理主要设施为2座浓缩池,池径13 m,池深4.8m,各设中心传动浓缩机1台(带自动提升功能),进浓缩池污泥含水率≈99.6%,污泥流量≈290 m3/h,浓缩池表面负荷1.09 m3/m2·h

污泥处理间1座,主要设备包括3台全自动厢式压滤机成套设备(2用1备),3台气动隔膜泵(耐海水腐蚀)作为泥浆提升泵,通过添加聚合电解质对污泥进行预处理。

2.3 海水提升

2.3.1 贮水池

贮存热法海水预处理后的海水,保证MED-TVC装置的供水可靠性,确保在水源事故状态和预处理设施事故状态下一定时间内(约2 min)的淡化供水。

高效沉淀池出水,各系列通过DN1000管重力流至贮水池配水井,再通过阀门分别进入贮水池的2个格,贮水池为地上式,共分为2格,占地15 m×8m,深3.50m,最高水位3.00m,最低水位0.50 m,有效容积300 m3。贮水和吸水井合建。

2.3.2 提升水泵房

提升水泵房是热法海水淡化装置MED-TVC的供水设施,设有4台海水提升泵。供水泵站的供电按一级负荷设计,年运转8 760 h。

供水泵站的主要设备如下:海水提升泵采用4台600SW-30型单级双吸蜗壳式卧式离心泵(3台工作1台备用),流量3100 m3/h,扬程30 m,效率86.1%,NPSHr4.3 m,转速985 r/min,电机功率355 kW。1台80WQ40-15-4型移动式潜污泵,流量40 m3/h,扬程15 m,电机功率4 kW。1台跨度为10 m的起重机,起重量5 t,起升高度6 m,起升速度10m/min。

3 结语

海水预处理对于海水淡化处理是十分重要的环境,海水预处理已经成功在国内外的大型海水淡化处理厂运用。本文对海水预处理系统设计作了简单介绍,供大家借鉴参考。

摘要：海水预处理对于海水淡化处理是十分重要的环境,海水预处理已经成功在国内外的大型海水淡化处理厂运用。介绍了海水淡化工程中海水预处理各系统的功能及设计参数,供大家借鉴参考。

关键词：海水淡化,高效沉淀池,海水预处理

参考文献

[1]郝彦光,张波,刘雨.低温多效蒸馏海水淡化工艺的应用[J].节能与环保,2012(2):61-62.

低温多效海水淡化热力计算研究 篇8

低温多效蒸发海水淡化技术是20世纪中后期在国际上兴起的新技术。低温多效蒸发海水淡化技术由于传热效率高, 能够利用电厂或钢厂等存在低品位余热的地方, 从而降低制水成本, 并能提供满足电厂或钢厂循环用的冷却水, 提高了整体效益。

本文针对TVC-MED海水淡化装置进行热力分析, 建立了低温多效海水淡化系统的数学模型, 开发了低温多效海水淡化的热力计算程序, 并通过对比计算验证了程序的正确性, 为设计研究低温多效海水淡化系统奠定基础。

2 系统原理

低温多效蒸馏海水淡化的流程如图1所示。进料海水经取水泵以及预处理后在冷凝器中被加热, 之后被分成两股。一股只作为冷却用, 在凝汽器中换热后排回, 另外一股作为海水淡化系统的进料, 经加入阻垢分散剂之后进入到各效中。蒸发器内水平布置换热管管束, 换热管上方为喷淋系统, 将物料海水喷淋到换热管上并形成薄层水膜向下流动, 加热蒸汽进入换热管内冷凝并将管外的部分海水蒸发, 每一效产生的二次蒸汽均进入下一效, 并作为热源, 加热换热管外壁上的水膜, 蒸汽冷却为淡水。第四效产生的二次蒸汽进入末端凝汽器对物料海水进行预热并被冷凝成淡水。蒸发后余下的浓盐水从第一效流入一系列的浓盐水闪蒸罐中, 闪蒸冷却以回收其热量, 接着汇集到第二效、第三效依此类推, 浓盐水在温度最低的末效蒸发器中离开装置[1]。不凝气从每一效依次流入到最后冷凝器中, 用蒸汽喷射器或机械式真空泵抽出。

3 数学模型

低温多效蒸馏海水淡化系统主要由蒸发器、冷凝器和闪蒸罐组成。考虑到经济和实际运行因素, 常在蒸发器前加入预热器来预热海水, 并在淡化系统内加设蒸汽压缩机 (Thermal Vapor Compression, TVC) 。本文献[2]建立了蒸发器、预热器、闪蒸罐以及喷射器的数学模型。

3.1 蒸发器

如图2所示, 第i效蒸发器的数学模型:

质量守恒方程:Mb, in=Mb, out+Mv, i (1)

盐分质量守恒方程:Mb, in×Xb, in=Mb, out×Xb, out (2)

能量守恒方程:

Mv, i×Lv, i=Mhv, i×Lhvc, i-Mb, in×cp (Tb, in) × (Tb, out-Tb, in) (3)

3.2 冷凝器

海水冷凝器是末效蒸发器后特有的换热装置, 它的主要作用是将末效生成的二次蒸汽全部冷凝成为水, 并充分利用蒸汽的潜热, 提高进料海水的温度。

如图3所示冷凝器的数学模型:

能量守恒方程:Mcon×Lcon=Mb, in×cp (Tin) × (Tout-Tin) (4)

蒸汽凝结释放的能量=Mcon×Lcon

进料海水得到的能量=Mb, in×cp (Tin) × (Tout-Tin)

4 系统热平衡计算程序

4.1 开发工具

采用Visual Basic 6.0作为程序开发工具[4], 基于质量守恒、热量守恒方程和系统数学模型, 对低温多效海水淡化系统进行软件编程。

4.2 程序功能

(1) 海水以及蒸汽的物性参数计算; (2) 顺流MED海水淡化系统热平衡计算[5]; (3) 平流MED海水淡化系统热平衡计算; (4) 输出海水淡化系统设备, 包括蒸发器、预热器、闪蒸罐以及TVC的计算结果; (5) 热力辅助计算:产品水与进料海水换热计算;浓盐水与进料海水换热计算;TVC前喷水降温计算;TVC后喷水降温计算;一效凝结水换热计算。

5 计算结果分析

5.1 3000t/d海水淡化程序计算与实际运行的对比

根据提供项目中低温多效海水淡化的3000t/d蒸发器的技术参数, 应用本文的程序计算, 并将计算结果与提供的蒸发器各效运行参数进行对比, 见表1。在所对比的两种流程数据中, 本文的计算结果与实际运行的相对误差很小, 维持在5%以内。

5.2 12000t/d海水淡化程序计算与某项目的对比

工程项目的基本参数如下:项目采用低温多效海水淡化工艺 (TVC+MED) , 单机出力不低于12000t/d, 产品淡水的水质TDS不大于5mg/L, 蒸发器效数为6效 (4+2) , 平流进料。应用本程序进行计算, 比较各效蒸发器压力、温度及面积, 见图5、图6和图7。

通过比较可知, 程序计算结果与实际项目吻合较好, 海水淡化热平衡计算的框架已经建立。

6 结论

在低温多效海水淡化系统工作原理的基础上, 根据系统物料平衡与热量平衡建立蒸发器、冷凝器、闪蒸罐、预热器和TVC的数学模型, 编制热力平衡计算程序, 通过对比实际工程项目的技术参数与程序计算结果, 验证低温多效海水淡化热力程序的正确性。通过以上工作, 以及程序的对比验证结果, 表明该热力计算程序可以应用于降膜蒸发海水淡化系统的实际工程设计中。

参考文献

[1]王世昌.海水淡化工程[M].北京:化学工业出版社, 2003.

[2]杨洛鹏, 沈胜强.低温多效蒸发海水淡化系统热力分析[J].化学工程, 2006, 34 (11) :20-24.

[3]季建刚, 等.蒸汽喷射期的特性计算与分析[J].现代化工, 2007, 27 (2) :477-480.

[4]刘新民, 等.Visual Basic6.0程序设计[M].北京:清华大学出版社, 2004.

[5]EI-DESSOUKY H T, et al.Performance of parallel feed multipleeffect evaporation system for seawater desalination[J].AppliedThermal Engineering, 2000 (20) :1679-1706.

风动力蒸汽压缩式海水淡化工艺研究 篇9

众所周知, 能源和环境问题日益严峻, 可再生能源的开发与利用已经成为国际关注的焦点。在众多能源之中, 风能以其安全、清洁、充裕的特点受到世界各国的高度重视。

我国有着丰富的风能资源, 风力发电也日趋受到重视, 风力发电具有低碳环保、系统控制可靠等特点, 成为电力资源新兴的重要发展趋势之一[1]。国家提出的风电规划目标是2030年风电装机达到5000万k W。2030年之后风电将超过核电成为第三大主力发电电源, 在2050年前后达到或超过4亿k W, 超过水电, 成为第二大主要电力资源。

风电已成为辽宁的第二大能源。截至2010年底, 辽宁省风电装机容量已达340万k W, 规模居全国第二位, 装机比例超过12%, 远高于全国3%的水平。预计“十二五”期末, 辽宁省风电装机容量将达到600万~1000万k W, 届时辽宁将成为千万千瓦级风电基地。

目前, 阜新、铁岭、朝阳三市的风力发电占辽宁风电总容量的一半以上, 有力地支撑着辽宁经济区的快速发展。其中, 阜新的风电装机容量居辽宁各市首位, 并网容量110万k W。华能集团投资建设的华能阜新风电一期工程—高山子10万k W风电场于2008年6月30日建成并网发电, 已累计发电2.3亿k Wh。

目前, 投资31亿元、装机容量达30万k W的二期工程正在建设中。但是, 由于普通的风力发电机组发电时要经过由交流电整流成直流电, 而后再逆变为交流电, 最后整流并网输送 (见图1) , 在此过程中电压、频率、相位、发电量等都会产生变化或损失。

随着经济的加速发展和人口数量的不断增加, 淡水资源供求矛盾日益突出。例如, 作为辽宁省沿海经济的重要城市大连, 人均淡水资源拥有量为每年440m3, 仅是全国人均淡水资源拥有量的1/4, 约为世界人均水资源拥有量的1/7, 属于人均拥有淡水资源极低水平地区, 淡水供需矛盾突出。

本文以专业领域的相关设计为基础, 对风动力海水淡化装置进行改造, 并且以风能资源为驱动动力, 使整套系统的效能利用率有大幅度的提高。

1 风能海水淡化系统流程原理

在沿海区域, 风能资源和海水资源充足, 以风能为主要能源进行海水淡化具有很大的优势。

风能海水淡化工艺流程如图2所示。海水淡化系统分为两个部分, 左半部分是能量来源即风能发电部分, 右半部分是压力蒸馏海水淡化部分。

当风吹向风轮时, 叶片上产生气动力驱动风轮转动, 将风的动能转变为机械能。由于风轮的转速比较低, 而且风力的大小和方向经常变化, 在连接电动机前附加一个变速箱, 以保证稳定的转速并提高转速带动发电机发电。为保持风轮始终对准风向以获得最大的功率, 还需在风轮的后面装一个类似风向标的尾翼。发动机把由风轮得到的稳定的转速, 通过生速传递给发电机均匀运转, 把机械能转换为电能。发电机输出的电能带动电动机转动, 并带动压缩机和真空泵的运行, 将风能发电与海水淡化装置紧密的结合在一起, 工作原理如图3所示。

另一部分海水淡化装置。起动时 (见图4) , 需要借助于真空泵和加热器的帮助。进入正常运行条件时, 就不需要电加热器供给热能。为了保证运行过程中蒸发器内的真空条件, 真空泵在整个运行过程中持续工作。真空泵和蒸汽离心压缩机的动力均来自于风能发电部分的电动机。将新鲜海水泵送至给水预热器预热, 再将预热后的海水打入蒸发室中, 由于蒸发室的压力很低, 热海水在蒸发室内闪速蒸发。蒸发出的二次蒸汽被压缩机及时抽走, 以保证蒸发室内的低压条件。经过压缩机压缩的二次蒸汽变为高温高压蒸汽, 将其注入到蒸发器内外壁间夹套中, 大部分蒸汽冷凝放热, 为蒸发器提供热源 (代替电加热器) , 从蒸发器夹套出来的淡水-蒸汽混合物再次通过给水预热器进行冷凝冷却放热, 最终成为淡水输出。与此同时, 经过蒸发的新鲜海水浓缩为浓海水回注入给水预热器冷却放热, 温度降低后排出装置。这就是该装置的循环过程。因为压缩机由风能机组直接带动, 工作时会不稳定, 从而导致淡水产出流量不稳定, 故最后的淡水先流入淡水储罐, 用以保持淡水稳定供应。蒸汽压缩式海水淡化装置的热力过程T-S图如图5所示。

2 海水淡化装置工作原理及设计

由图4可知, 该装置主要由蒸发器、压缩机、热交换器组成。其主要的特点是结构紧凑, 仅在启动时需要热源, 运行过程中不需要热量补给, 可直接由电动机驱动, 节约能源。

为了分析问题方便, 进行如下假设:

1) 蒸发器、热交换器、压缩机是绝热的, 对外无散热损失。

2) 忽略汽水分离器的阻力及管路阻力。

3) 压缩过程是绝热过程。

4) 忽略水的含盐量对比热容的影响及海水浓缩造成的蒸发温度升高。

温度为tf, 流量为Mf的新鲜海水泵送入热交换器中吸收浓海水以及淡水的热量后, 温度升高至tf进入蒸发器中, 在蒸发器的低压条件下蒸发为水蒸气, 蒸发过程中吸收蒸发器外壁淡水蒸气的温度和海水的自身热量, 形成温度为tv, 压力为Pv的水蒸气, 生成的水蒸气在压缩机中压缩, 形成温度为td, 压力为Pd的水蒸气, 再经过管道输送至换热器进行降温。

此时在蒸发器中未蒸发的海水成为含盐浓度较高的浓盐水, 再次返回换热器加热海水, 自身冷却并排放。

根据质量守恒原理, 供入装置的海水流量Mf等于产品水流量Md和浓海水排放量Mb之和, 即:

定义排泄系数排泄系数的大小, 直接影响产品水的水质及装置的效率, 根据使用经验, 一般取2~3较合适。

根据能量守恒原理, 蒸发器内的能量平衡方程为[3]:

式中:λs—压缩后蒸汽压力对应的汽化潜热, k J/kg;

λv—蒸发压力对应的汽化潜热, k J/kg;

cpv、cp—分别表示蒸汽和水的比热容, k J/ (kg·℃) ;

ts'、ts—分别表示压缩机的排气温度和吸汽温度, ℃。

3 装置换热设计计算及选型

3.1 新鲜海水-浓海水换热器 (管壳式换热器) 换热计算

3.1.1 参数设定

1) 浓海水进口温度78℃, 出口温度60℃;新鲜海水进口温度20℃, 出口温度40℃;新鲜海水质量流量4.45kg/s。

2) 操作条件:换热器管壳两侧的压降皆不应超过0.1MPa。

3.1.2 计算结果

相关过程根据参考文献[4]中换热器设计计算得出数据, 所得结果汇总如表1所示。

3.1.3 换热器参数

根据A计可以选择标准换热器, 排列方式为正三角形, 如表2所示。

3.2 新鲜海水-制造淡水

换热器 (固定管板式换热器) 设计计算。

3.2.1 确定物性数据

1) 定性温度。可取流体进口温度的平均值, 制造淡水的定性温度T制=80℃

冷却水的定性温度T冷=30℃。

2) 根据定性温度, 分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。

3.2.2 计算结果

相关过程根据文献[4]设计计算, 数据结果汇总如表3所示。

3.2.3 初选换热器类型与型号

1) 根据上述结果对换热器进行初步选型。

由于Tm-tm= (90+70) /2- (40+20) /2=50℃≤50℃, 两流体间的温差不大, 不需要温度补偿;但是为了便于壳程污垢清洗, 以采用固定管板式列管换热器为宜, 且初步选定的具体型号为G600VI-1.0-100, 参数如表4所示。

2) 传热管排列和分程方法。

按单管程设计, 传热管过长, 宜采用多管程结构, 根据本设计实际情况, 采用标准设计, 现取传热管长为l=6m, 则该换热器的管程数NP=L/l=35.2/6=6;传热管总根数NT=38×6=228根。

采用组合排列法, 即每程内均按正三角形排列, 隔板两侧采用正方形排列。取管心距t=1.25d0, 则t=1.25×25=31.25≈32mm。横过管束中心线的管数

由海水淡化装置的工艺流程可以看出, 若忽略装置的对外散热损失以及启动时电加热所需能量外, 浓海水和淡水带走的能量都来自于压缩机做功, 因此降低浓海水及淡水带走的热量是节能的关键。另外, 蒸发器外壁水蒸气与内部海水的换热效果也对装置效率具有较大的影响, 为提高换热系数, 主要采用纳米热膜技术促进传热。

由于蒸发器内部压强较低, 因此对蒸发装置的防漏性要求较高。整个海水淡化装置的良好运行的核心是压缩机, 为满足本装置的需求, 采用空气离心式压缩机, 为了保证滑油蒸汽与主机蒸汽汽路不致混合, 保证造出淡水的水质要求 (不含油质) , 又防止滑油中进入水 (或水蒸气) 而使滑油乳化, 移植了航空发动机上使用的金属胀圈接触式密封设计技术, 从而很好的解决了密封的问题。

4 结论

1) 风动力蒸汽压缩式海水淡化工艺的驱动力采用洁净无害的风能, 避免了火力发电带来的环境污染和化石能源的消耗。由于风能的成本低、可再生、清洁安全的优点, 仍有十分优越的发展前景。

2) 不同于其他风能发电的是, 本装置不需要对风轮机产生的电能进行整流并网, 减少了能量的消耗。

3) 风动力蒸汽压缩式海水淡化工艺将风能发电与海水淡化工艺结合在一起, 这种工艺是前所未有的, 这种创新工艺的开发与应用为沿海城市水资源短缺情况的解决提供了理论基础和设计支持。

4) 本装置采用蒸汽压缩式海水淡化工艺, 海水在蒸发器中的蒸发在低压环境中自发进行, 只有在启动时需要电加热器加热, 在正常运行过程中, 不需要提供热源, 在电动机的带动下可自发进行海水淡化。

5) 装置中压缩机出口的高温水蒸气进入蒸发器的内外壁夹套中进行冷却的同时将热量传给蒸发器内的海水, 加快其蒸发速度, 提高淡水产量。装置中的换热器采用换热效率较好的管壳式换热器, 提高了传热效果的同时也减少了能量的损失。

6) 由于压缩机由风力发电带动, 而风力发电机桨叶气动特性的非线性、系统参数的不确定性以及机械传动过程的复杂性, 同时, 风能是一种随机性能源, 风速脉动会引起风电系统输出功率脉动, 而风速与桨叶的桨距角及风力机叶片转速呈非线性关系, 以上原因都会造成风力机系统发电不稳定, 所以压缩机也会出现工作状态不稳定, 针对于这种情况, 在该系统中添加了淡水储罐, 用于缓冲淡水产出流量, 可以在系统生产淡水量不稳定时依然保证淡水流出流量保持相对恒定。

摘要：对风动力蒸汽压缩式海水淡化系统装置进行了工艺流程的理论分析及设计计算, 研究结果表明, 该装置运行稳定, 节约能耗, 可以有效地减少化石能源消耗、污染气体排放, 并可以提高风能利用率。

关键词：海水淡化,风能利用,蒸汽压缩,节能减排

参考文献

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海水淡化反渗透膜的研究进展 篇10

1 醋酸纤维素反渗透膜

醋酸纤维素是应用最早的反渗透膜材料。醋酸纤维素膜材料具有来源广泛、价格低廉、制备容易、成膜性能好、膜表面光洁、不易结垢和污染、耐氧化和游离氯的性能较好和选择性高等优点[5]。但自身也存在许多缺点, 如不耐微生物腐蚀、不耐酸碱、易水解降解、抗化学腐蚀性差和抗压实性差等[6]。针对这些缺点, 可以对该类膜进行改性以弥补它们自身的不足[7]。例如, 可以在醋酸纤维素引入少量氰乙基, 生成氰乙基醋酸纤维素, 由其制成的膜具有较好的耐酸碱水解和抗微生物降解性能;还可采用丙烯腈在醋酸纤维素醋酸分子中进行接枝共聚, 改性后的膜可以扩大其pH使用范围和提高抗微生物降解的能力;也可利用高取代氰乙基醋酸纤维素膜与醋酸纤维素膜二者进行共混来提高反渗透膜的耐菌性、化学稳定性和水通量。Worthley等[8]通过对商业性的醋酸纤维素膜进行表面改性, 即使用电子转移再生催化剂的原子转移自由基聚合的方法, 在膜表面接枝羟乙基亚胺甲基丙烯酸酯来提高其表面耐菌性。另外, 还可以将二醋酸纤维素与三醋酸纤维素共混成膜, 通过调节其共混成分的比例来控制乙酰基的含量来提高反渗透膜的性能。除此之外, 还可以对纤维素膜进行干化改性处理, 从而提高脱盐率。

2 聚酰胺反渗透膜

聚酰胺反渗透膜以芳香聚酰胺材料为主, 相比于醋酸纤维素膜, 芳香聚酰胺膜具有脱盐率高, 水通量大, 操作压力要求低, 机械、化学、热稳定性好等特点, 但其缺点是不耐游离氯, 抗污染和抗氧化能力差[9]。制备芳香聚酰胺类反渗透膜目前多用多元胺和酰氯单体通过界面聚合反应而得。如Riley等[10]用环氧氯丙烷乙二胺和间苯二甲酰氯单体为原料制备出了PA-300聚醚酰胺反渗透膜, 其具有较好的耐热性, 且对料液中的游离氯有高度的稳定性。Cadotte等[11]利用均苯三甲酰氯 (TMC) 和间苯二氨 (MPD) 在多孔支撑膜上采用界面聚合的方法制备了一种高水通量和高截留率的反渗透复合膜FT-30, 具有抗压密、抗磨损、抗化学降解、耐pH范围广等特点。东丽公司则采用了均苯三胺与TMC界面聚合法合成了高性能的UTC-70反渗透膜。最近, DuPont公司采用了5-氧甲酰氯-异酞酰氯和5-异氰酸酯-异酞酰氯两种新型酰氯单体制备了高通量的芳香聚酰胺反渗透复合膜。针对聚酰胺反渗透膜易氯化降解的不足, 可以在酰胺的胺基上引入甲基取代基, 以防止胺基的氯化, 或在芳香组分的所有邻位上都引入甲基, 从而增大位阻, 也可在苯环上引入吸电子基团, 降低电子密度, 从而防止胺基氯化和Oroton重排[12]。采用具有仲胺基的脂肪二胺或在氨基的邻位上有一个氯取代基或是亚甲基取代基的芳香胺也可以提高所制备聚酰胺反渗透膜的抗氯化性能[13,14]。聚酰胺类反渗透膜的抗污染能力与膜的粗糙度, 表面电荷及膜的亲水性[15]有一定的相关性。粗糙的表面易受污染, 如Liu等[16]研究了一种新型抗污染反渗透复合膜ICIC-MPD, 因表面光滑, 而具有很好的抗污染能力。Freger等[17]利用化学改性给聚酰胺反渗透膜的表面接上了丙烯酸支链, 使其膜的粗糙度减小, 降低了微生物对其的污染。提高反渗透膜的亲水性将增大膜与污染物之间的亲水排斥作用, 从而使膜的污染程度降低[18]。膜表面与溶液中的静电作用也会影响膜的抗污染性能[19]。Azari等使用两性离子的氨基酸左旋多巴对复合聚酰胺反渗透薄膜表面进行改性, 在保证脱盐率变化不大的情况下, 薄膜的亲水性增强, 从而使其水通量增加, 来提高抗污染能力[20]。在中性条件下, 聚酰胺反渗透膜一般带负电。目前已有研究表明表面不带电荷的聚酰胺尿素膜不易受颗粒的污染, 具有较好的抗污染性能[21]。为改善芳香聚酰胺反渗透膜的抗氧化性能, 选择合适的氧化剂对反渗透膜进行清洗是十分必要和有效的。如经过过氧乙酸和双氧水的清洗后的反渗透膜, 其抗氧化性能明显提高[22]。此外也可在芳香聚酰胺材料中引入磺酸基、甲基等基团来提高膜的抗氧化性能。

3 聚乙烯醇反渗透膜

聚乙烯醇 (PVA) 是一种用途相当广泛的水溶性高分子聚合物, 具有良好的化学稳定性, 热稳定性, 机械稳定性, 成膜性和耐污染性, 常用于水处理领域[23,24]。并由于聚乙烯醇膜的高度亲水性, 使其更适合作为抗生物污染性薄层复合膜的皮层膜材料。如Nitto Denko公司在传统的芳香聚酰胺复合膜涂上一层PVA, 既消除了膜表面的负电性又提高了膜的亲水性和耐氯性, 从而大大提高了反渗透复合膜的抗污染能力。吴等[25]在聚酰胺复合膜上交联一层PVA, 克服了PVA易脱落的缺点, 制备了低污染反渗透复合膜, 具有较高的脱盐率和水通量。Kim等[26]将合成的聚 (氨基苯乙烯-乙烯醇) 共聚物和间苯二胺共混后再与均苯三甲酰氯交联制备出一种新型的超高水通量反渗透复合膜。最近, Colquhoun等[27]制备了一种多层的具有高渗透性及高抗盐性的反渗透膜, 第一层是较好的聚醚砜反渗透膜材料, 具有较高通量3.3~5.0Lm-2·h-1·bar-1, 且脱盐率在92%~96%之间;第二层堆积在聚醚砜材料表面, 是聚乙烯醇在甲醛存在的作用下发生缩醛和交联反应得到的一种物质, 使反渗透膜材料的脱盐率增加到了99%。

4 壳聚糖反渗透膜

壳聚糖是甲壳素脱去乙酰基后的产物, 甲壳素这种天然原料制成的分离膜具有无过敏性、无毒性、成膜性、生物相容性好等特点, 已引起人们广泛重视[28]。壳聚糖分子结构中具有众多的羟基、氨基, 易对其进行化学改性[29]。同时壳聚糖膜还有生物可降解性, 不会造成环境污染。在一定条件下壳聚糖膜耐强碱性好, 经交联后其又具有一定的耐酸性。如李等[30]采用相转化的办法对壳聚糖膜进行改性, 使得制成的反渗透膜具有更优越的透水率、脱盐率和耐久性。陈等[28]使用二缩三乙二醇作为改性剂, 提高了壳聚糖膜的强度。此外还可用二环己基碳二亚胺作为改性剂, 在提高膜强度的同时, 膜的透水率和脱盐率也有所提高[6]。最近Xu等[31]通过超分子组装的方法, 将壳聚糖组装在聚酰胺膜的表面, 制备了一种新颖的高水通量和脱盐率的聚酰胺/壳聚糖复合膜。

5 其它材料反渗透膜

除有机聚合物膜材料外, 无机膜材料也是一个不错的选择。无机膜的耐热性和稳定性均优于有机膜。目前无机陶瓷膜作为一种新型的膜材料, 相比于传统的有机膜材料具有耐高温、耐酸碱、化学稳定、机械强度高、结构稳定和易再生的优点。在净水处理方面主要用于饮用水和淡化水的制备。其次是界面聚合杂化膜, 融合了有机材料和无机材料的优点, 即将无机颗粒填入到界面聚合反渗透膜中。最近, Park等[32]报道了一种聚亚芳基醚砜的耐氯性脱盐膜材料作为新型有机反渗透膜, 其水通量较高, 耐氯性能强。另外, Vankelecom等[33]将聚苯乙烯-b-聚氧化乙烯 (PS-b-PEO) 与聚丙烯酸 (PAA) 双嵌段共聚物通过组装形成具有层层有序纳米孔道的膜, 使得耐氯性能得到大大提高, 在紫外的照射下膜的化学稳定性提高的更明显, 具有良好地应用前景。最近Kim等[34]研究发现, 交联型的磺化氟化聚亚芳基醚反渗透膜具有非常好的脱盐率, 在渗透性变化不大的前提下脱盐率可以到达98.4%, 而且可以在高酸高氯的NaClO溶液中稳定存在30多天, 展现出较好的耐氯性能。此外, 聚苯类反渗透膜因具有优异的耐酸碱等性能也倍受关注。

6 结论与展望