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莱特莱德（上海）水处理设备有限公司
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苦咸水淡化的三种主要方法
2020-3-3 阅读(9575)
1蒸馏法苦咸水淡化技术
蒸馏法是早期采用的淡化方法，它的优点是结构较简单，操作容易，淡化水的水质好。多效蒸馏(ME)就是将前一个蒸发器蒸发出来的二次蒸汽引入下一蒸发器作为加热蒸汽并在下一蒸发器中凝为蒸馏水。其优点是传热系数高，动力消耗少，可提高浓缩比。但它的设备易结垢和腐蚀。闪蒸原理是当原料海水加热到一定温度后通过节流孔进入一个蒸发室，因该蒸发室压力控制在低于热海水温度所对应的饱和蒸汽压的条件下，所以热海水急速部分气化，同时温度下降，产生的蒸汽冷凝后即为所需的淡水。以此原理为基础，多级闪蒸(MSF)是将热海水依次流经若干个压力逐渐降低的闪蒸室，逐级蒸发降温，海水浓度逐级增浓直到其温度接近(但高于)天然海水温度。该法造水比高，一般为8左右。但动力消耗大，运行费用高。压汽蒸馏(VC)是利用机械压缩机把蒸汽压缩，使之升压和升温(温度升高10℃左右)，以作为加热和使海水蒸发的热源。
该法不需外部提供加热蒸汽，热效高，能耗低，结构紧凑。但这种方法造价较高，易腐蚀结垢，难大型化。一般来说，蒸馏法处理苦咸水的成本高于膜法，但它在处理高浓度苦咸水方面有一定优势。例如：采用多级闪蒸方法处理塔里木沙漠油气田的地下苦咸水，该原水浓度为12×104ppm，处理装置为八级卧室结构，所有设备均置于一个活动房中，处理后的淡水浓度保持为20ppm。累计产淡水600t后，设备拆卸检查发现，加热器和冷凝器管束内外无结垢和结晶，但闪发室内壁结垢较重，其中大的厚度为15nm。因闪发室内无换热面，结晶又可及时清除，所以对装置运行无多大影响。到目前为止，多级闪蒸是处理高浓度苦咸水一种有效的方法。若该法与发电厂联建，既能获得大量淡水，又可回收电厂余热，效益就更明显了。
2苦咸水电渗析淡化技术
我国从1958年就开始从事用电渗析(ED)进行苦咸水淡化方面的研究。电渗析工作原理：在直流电场的作用下，水中离子透过具有选择性的离子交换膜而定向迁移，使电解质离子自水溶液中部分分离，以制取淡水。淡化水的成本,与电解质浓度成正比，电解质浓度高时，电流密度大，淡化吨水的成本也就高。
电渗析器的主要部件为阴、阳离子交换膜、隔板与电极。隔板构成的隔室为液流经过的通道，淡水经过的隔室为脱盐室，浓水经过的隔室为浓缩室。把阴、阳离子交换膜与浓、淡水隔板交替排列，重复叠加，再加上一对端电极，就成了电渗析器。电渗析器有三种组装方式，为一级一段(产水量大，用于大中型)、一级多段(脱盐率较高，产水量小，用于中小型)，和多级多段。有立式和卧式两种安装方式。
电渗析技术适用于低浓度苦咸水脱盐，例如：1987年投产的山东长岛县大钦岛电渗析地下苦咸水(含盐量3000～5000mg/L)淡化试验站，工程造价12.5万元。该工程采用两台电渗器，隔板尺寸为400mm×1600mm×85mm每台240对膜，一级两段组装，共两级四段串联运行。到2001年，运行12年来，每天产水20m3(每小时2.5m3),脱盐率80%，水回收率60%～80%，每立方淡水平均耗电5kW·h，维修费占造水成本5%，生产一吨淡水成本为2.135元左右。2001年7月，黄骅市水务局在北京、上海科研机构的帮助下，采用电渗析法和多层过滤技术，建成了苦咸水淡化站，每小时可供淡水2t，工程投资一般为13～14万元，其中设备费为5～6万元，土建工程为7～8万元，制水成本为4.1元/t。总共建淡化站72个，结束了8.5万农民饮用苦咸水的历史。截至目前，已有127个村建起了苦咸水淡化站，11.7万人喝上了达到国家饮用水标准的水。沧州市迅速将其经验进行推广，计划到2005年，再解决659个饮水特困村，惠及67.5万人。该市决心协助大城、青县、衡水等地完成苦咸水淡化任务后，再向甘肃、青海挺进。河北省内的唐山、衡水、廊坊等市和黑龙江、甘肃等省都纷纷来沧州取经。
电渗析技术在低浓度苦咸水淡化方面先占据了较大的市场，至今，产水量约60×104m3/d,年产离子交换膜40多万m2以上。目前，有140余套日产量在1000～5000m3的苦咸水ED装置在运转，将含量在1500～3000mg/L的苦咸水淡化成生活用水。仅山西省大同矿物局10多个矿区日处理量就达2万多吨，作为冷却用水和生活用水使用。低浓度苦咸水脱盐的大ED装置建于河南巩县电厂，日产水量7200m3。工艺用水的大ED装置建于金山石化公司，日产水6600m3。现在中、小型(ED)苦咸水脱盐装置分布在华北、西北等地约3000余套。
3苦咸水反渗透淡化技
反渗透(RO)是以压力为驱动力的膜分离过程。反渗透技术研究始于1953年,先在美国,1960年从实验室走向工业化。1970年推出芳香聚酰胺中空纤维制成的反渗透器，主要用于苦咸水脱盐，1970年末，又成功推出了卷式反渗透组件;1980年推出用于海水淡化的复合反渗透膜;20世纪90年代，开发出超低压高脱盐率全芳香族聚酰胺复合膜。目前，反渗透膜已成为一种成熟的膜分离技术。世界上大的反渗透苦咸水淡化厂在美国Yuma市，生产能力为37×104m3/d淡水，用的是卷式反渗透膜组件
我国反渗透膜技术研究始于1965年，但直到1997年才在浙江舟山市嵊山岛建成第一个500m3/d反渗透示范工程。近年来，我国反渗透海水和苦咸水淡化进入快速发展时期。随着RO膜和相关技术的进步，RO在苦咸水淡化中的竞争地位越来越强，2000年在河北沧州建18000m3/d苦咸水淡化厂时，由于该厂原水含盐量为12402.25mg/L，属于较高浓度苦咸水，采用何种技术淡化?为此进行了多种经济技术比较，如果用电渗析法脱盐，其耗电指标介于7.0～18.5kW·h之间，能耗大;如用多级闪蒸淡化，动力消耗大、运转费用高;用技术成熟的压汽蒸馏，但它的产量为3000m3/d，需6台并联才能达到产水要求，缺乏规模效益;低温多效蒸馏淡化法虽适用该项目，但设备投资高达19000万元，单位造水成本67元/m3。而同样规模的反渗透淡化装置投资为2200万元左右，单位造水成本2.5元/m3，远远比低温多效蒸馏淡化方法便宜，故选用了反渗透法。该水源水的浊度较高，放置4～24h后浊度仍为40NTU，因此，原水进入淡化之前设置了预处理(集水、澄清沉淀池)。预处理前，还需加次氯酸钠(2mg/L)灭菌，杀菌后，再加絮凝剂(聚合氯化铁5mg/L),经两级过滤(多介质过滤器和细砂过滤器)。为使系统具有较高的回收率，预处理反冲洗水采用经多级过滤和防结垢处理的反渗透浓水，以使自用原水量降低。由于反渗透复合膜，对氯的耐受程度只有1000mg/(L·h)，而过滤器出水通常含余氯0.1～1.0mg/L，所以要在过滤器出水中加入亚硫酸氢钠(3mg/L)，来还原水中余氯，使游离氯含量<0.1mg/L，达到反渗透装置的进水要求。另外，还采用添加阻垢分散剂(Flocon260(27mg/L))和盐酸(30%浓度)，以防止膜内碳酸钙、硫酸钙、钡的结垢和铁铝氧化物及其他污染物的沉积。综合考虑了各方面因素，然后选用了一级二段反渗透处理方式(一段为苦咸水反渗透膜，二段为海水反渗透膜)，同时在一、二段膜中间增设能量回收装置，以减少系统能耗。回收率定为>65%，既保证水源的充分利用，又防止了回收率过高对膜的损害。现在，该厂已建成，反渗透装置主体电力消耗2.0(kW·h)/m3(产水)，加入引水及其他附属设备用电共计2.5(kW·h)/m3，单位造水成本则为2.48元/m3。
2001年末，塔河油田苦咸水处理工程(两套处理量为12m3/h的反渗透(RO)脱盐装置)的运行，解决了该油田生活和生产用水(电站用软化水)。该工程投产后，100天就可收回286.94万元的投资，当年就获益300万元，实际全年获利600万元。
2002年，国家计委批准的甘肃定西10000m3苦咸水脱盐RO示范项目，原水浓度为3500mg/L，制取淡水的浓度为150mg/L，水回收率大于70%，估算成本为0.77元/m3。据资料介绍，大庆油田RO苦咸水处理量产已近1.2×104m3/d，主要是作为生活饮用。
目前，反渗透和电渗析已成为苦咸水淡化的主要方法，已成为解决广大苦咸水地区用水紧张的重要技术手段。而反渗透技术因其成本和效果更好，开始被越来越多的地方和部门选用。
纳滤技术的开发和应用比反渗透膜大约晚20年。纳滤膜介于反渗透和超滤膜之间，其膜表面具有纳米微孔结构。反渗透膜对NaCL的脱除率在95%以上，而纳滤膜一般将NaCL脱除率在90%以下，反渗透膜几乎对所在溶质都有很高的脱除率，而纳滤膜只对特定的溶质具有脱除率。纳滤膜主要去除一个纳米左右的溶质粒子，截留分子量一般为100～2000。纳滤膜主要用于脱除三卤甲烷中间体(THM)，异味、色度、农药、合成洗涤剂、可溶有机物等致病因子，以及脱除苦咸水中Ca2+、Mg2+等离子成分。我国在山东长岛县海岛建成的南隍城水厂(144m3/d)，就采用了NF苦咸水淡化装置。该装置操作压力0.75Mpa，淡水回收率56%，吨水耗电1.43kW·h，产水符合饮用要求。目前国外城市饮用水已有日产水5万m3级的大型纳滤装置。
反渗透常规预处理技术主要是消毒、凝聚、絮凝、过滤工艺，由于其占地较大，运行维护较复杂，近年来，随着膜技术的发展，已开发出膜法预处理，主要包括微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)。纳滤作为预处理，主要脱除苦咸水中的大部分的结垢离子和一部分NaCL。采用MF—RO系统，纳滤(NF)作预处理，NF脱除部分硬度和TDS，既不用添加防垢剂，又提高RO的水回收率，降低了25%能耗，可降低造水成本30%，经济效益明显。据资料介绍，目前各种淡化方法在能耗方面都无法与RO竞争。一般来说，RO为4～5(kW·h)/m3、ED为14～16(kW·h)/m3、MED为9～10(kW·h)/m3、MFS为12～14(kW·h)/m3。反渗透和纳滤技术在苦咸水淡化方面显示出相当的优势，因此，还需对它下大力进一步气深入研究，力争走在世界前列。
