反滲透海水淡化技術(shù)現(xiàn)狀與展望

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　　世界淡化水的總產(chǎn)量從60年代至今已經(jīng)增長到2300×104m3/d,而且還在以10%~30%的年增長率攀升。供養(yǎng)的人口不僅有中東的若干國家，還有美國、俄國、日本、意大利、西班牙等發(fā)達(dá)國家的部分地區(qū)，達(dá)1億之眾。從海水淡化的技術(shù)種類來說，目前主要的還是蒸餾法，但是，反滲透海水淡化技術(shù)由于其設(shè)備投資省、能量消耗低、建造周期短等諸多優(yōu)點(diǎn)，近10年來發(fā)展速度很快，目前最大的反滲透海水淡化廠產(chǎn)水規(guī)模已經(jīng)達(dá)到11×104m3/d,在21世紀(jì)將與蒸餾法一起成為海水淡化的主導(dǎo)技術(shù)。

　　1、反滲透海水淡化技術(shù)的國際現(xiàn)狀：經(jīng)過近40年的不懈努力，反滲透技術(shù)已經(jīng)取得了令人矚目的進(jìn)展。目前反滲透膜與組件的生產(chǎn)已經(jīng)相當(dāng)成熟，膜的脫鹽率高于99.3%,透水通量大大增加，抗污染和抗氧化能力不斷提高，銷售價(jià)格穩(wěn)中有降；反滲透的給水預(yù)處理工藝經(jīng)過多年的摸索基本可保證膜組件的安全運(yùn)行；高壓泵和能量回收裝置的效率也在不斷提高。
　　以上措施使得反滲透淡化的投資費(fèi)用不斷降低，淡化水的成本明顯下降。反滲透海水淡化的技術(shù)進(jìn)步表現(xiàn)在如下方面：
　?、俜礉B透膜的性能明顯提高。1978年成功地開發(fā)了海水淡化反滲透復(fù)合膜（采用脂肪族聚酰胺復(fù)合物為材料）至今，經(jīng)過近20年的不斷發(fā)展，海水淡化反滲透復(fù)合膜的性能已經(jīng)有了較大的提高，目前的反滲透復(fù)合膜系采用芳香族聚酰胺的材料，特征水通量是1978年的2倍，鹽的透過率大約為1978年的四分之一。如此的技術(shù)進(jìn)步使得海水淡化制取飲用水從原來的二級(jí)流程簡化為目前的一級(jí)流程，且膜的價(jià)格穩(wěn)中有降。
　?、诠粨Q器的研制成功。據(jù)報(bào)導(dǎo)，一種新型能量回收裝置已經(jīng)成功地用于NewProvidece島13600m3/d和Cayman島的5000m3/d海水反滲透淡化系統(tǒng)上。這種能量回收裝置稱為功交換器，將排放的濃鹽水壓力傳給補(bǔ)給海水，轉(zhuǎn)換效率高達(dá)89%~96%.由于濃鹽水的能量回收充分，據(jù)測算系統(tǒng)的噸水能量消耗僅為2.6kW·h.這種功交換器是1998年反滲透海水淡化技術(shù)的一個(gè)新里程碑，更為意義重大的是該數(shù)據(jù)是從商業(yè)規(guī)模的淡化裝置上得來的。
　　③段間能量回收透平的成功應(yīng)用。1996年6月，佛羅里達(dá)水服務(wù)公司（FloridaWaterServiceCorp.）在Marco島對(duì)現(xiàn)有的15000m3/d苦咸水淡化系統(tǒng)進(jìn)行了工藝改造，使第二段排放的濃鹽水通過段間能量回收透平用于提高該段的進(jìn)料水壓力，從而提高了第二段膜堆的產(chǎn)水量。通過如此改造，系統(tǒng)的產(chǎn)水量增加3780m3/d,增幅達(dá)25%.段間能量回收透平適合于苦咸水或鹽含量較低的海水淡化系統(tǒng)，它可以增加系統(tǒng)的產(chǎn)水量，或降低系統(tǒng)的能量消耗。
　?、芪V技術(shù)用于海水預(yù)處理。鑒于傳統(tǒng)地加入化學(xué)藥劑和二級(jí)過濾的預(yù)處理技術(shù)不一定能很好地去除進(jìn)料海水中的膠體類物質(zhì)，提出了利用膜處理作為反滲透預(yù)處理工藝流程。該流程的核心是采用大孔徑中空纖維超濾或微濾膜，超濾膜的截留分子量為（10~20）×104u,微濾膜的孔徑為0.2μm.經(jīng)過一定的工業(yè)規(guī)模運(yùn)行，膜技術(shù)的預(yù)處理工藝已經(jīng)基本成熟，并具有如下兩個(gè)新穎性能：a.可自動(dòng)、頻繁脈沖式?jīng)_洗中空纖維管（某些型號(hào)采用反洗），其特點(diǎn)是通過短時(shí)間的停運(yùn)來保持穩(wěn)定的產(chǎn)水通量。
　　b.可在一很低的橫流速度下工作，甚至可以在單向流動(dòng)狀態(tài)下工作（全流過濾）。
　　采用微濾（或超濾）作為海水反滲透的預(yù)處理，不需要加入絮凝劑、殺菌劑和余氯脫除劑等化學(xué)藥品，同時(shí)也省去了保安過濾器，將反滲透的進(jìn)水水質(zhì)從傳統(tǒng)處理方法的SDI<3改進(jìn)到SDI<1,且不使反滲透的預(yù)處理成本明顯增加。此技術(shù)由于改進(jìn)了進(jìn)水水質(zhì)，不僅延長了反滲透膜的使用壽命，而且有助于提高系統(tǒng)的回收率、降低運(yùn)行費(fèi)用。
　　⑤納濾技術(shù)在預(yù)處理中的應(yīng)用。沙特阿拉伯的SWCC成功地開發(fā)出了納濾（NF）作為海水的預(yù)處理技術(shù)，用于脫除硬度和總?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，保證膜組件的運(yùn)行安全?；谕瑯拥牡览?，納濾也可以用于多級(jí)閃蒸和多效蒸餾的給水預(yù)處理，提高設(shè)備的運(yùn)行溫度，從而提高造水比。如采用納濾作為海水預(yù)處理，并將海水反滲透和多級(jí)閃蒸結(jié)合起來，可以使系統(tǒng)的回收率提高到90%.SWCC公司已經(jīng)將納濾作為海水預(yù)處理的技術(shù)申請(qǐng)了專利。
　　⑥淡化成本的明顯下降。由于膜的性能不斷提高，高壓泵和能量回收裝置的性能持續(xù)進(jìn)步，各種預(yù)處理新工藝的不斷提出，促使設(shè)備的運(yùn)行管理更為簡單；更由于國際市場一體化的傾向，加大了海水淡化工程公司之間的競爭，使得設(shè)備的投資費(fèi)用不斷降低，從而使反滲透海水淡化的造水成本不斷下降。其明顯例子是塞浦路斯：分別于1995年和1998年對(duì)2×104m3/d的海水淡化工程進(jìn)行國際招標(biāo)，淡化水的最低報(bào)價(jià)從1995年的1.22美元/m3下降到1998年的0.782美元/m3,下降幅度高達(dá)36%.
　　2、國內(nèi)反滲透海水淡化工程。據(jù)初步估計(jì)，國內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)的產(chǎn)水量大于100m3/d的反滲透淡化裝置總數(shù)量不少于500臺(tái)。這些反滲透淡化裝置的淡化對(duì)象大多數(shù)屬于地表水、自來水或苦咸水，用于海水淡化的只有浙江省嵊山鎮(zhèn)的500m3/d反滲透淡化工程、浙江省嵊泗縣馬跡山的350m3/d反滲透淡化工程以及遼寧省長?？h的1000m3/d反滲透淡化工程。另外，河北滄州化學(xué)工業(yè)股份有限公司于1999年進(jìn)行了18000m3/d高濃度苦咸水淡化工程的招標(biāo)，預(yù)計(jì)該工程將于明年底投產(chǎn)運(yùn)行。
　　3國內(nèi)反滲透海水淡化工程存在的問題。目前，國內(nèi)的四個(gè)海水（苦咸水）淡化工程中有三個(gè)已經(jīng)投入運(yùn)行使用，從運(yùn)行的實(shí)際效果來看，基本達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。嵊山鎮(zhèn)和長?？h的海水淡化工程在天旱無雨、水庫枯竭的情況下，保證了海島人民的飲水，發(fā)揮了巨大的作用和效益。從主體設(shè)備的供貨渠道上看，其中兩個(gè)工程的設(shè)備供貨是引進(jìn)器件的國內(nèi)成套，說明國內(nèi)已經(jīng)基本掌握了海水反滲透淡化工程的設(shè)計(jì)、供貨、安裝、調(diào)試的相關(guān)技術(shù)，走過了產(chǎn)業(yè)化的大部分路程。