滲透海水淡化技術(shù)現(xiàn)狀與展望

　　1、反滲透海水淡化技術(shù)的國(guó)際現(xiàn)狀：經(jīng)過(guò)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(xiāo)售價(jià)格穩(wěn)中有降;反滲透的給水預(yù)處理工藝經(jīng)過(guò)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：

　　①反滲透膜的性能明顯提高。1978年成功地開(kāi)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(guò)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(guò)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(lái)的二級(jí)流程簡(jiǎn)化為目前的一級(jí)流程，且膜的價(jià)格穩(wěn)中有降。

　　②功交換器的研制成功。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(chēng)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(cè)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(lái)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(guò)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(guò)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。

　　④微濾技術(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(guò)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(lèi)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(guò)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(guò)短時(shí)間的停運(yùn)來(lái)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(guò)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(guò)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(zhǎng)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(kāi)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。基于同樣的道理，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(lái)，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(zhuān)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(jiǎn)單;更由于國(guó)際市場(chǎng)一體化的傾向，加大了海水淡化工程公司之間的競(jìng)爭(zhēng)，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(guó)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(guó)內(nèi)反滲透海水淡化工程。據(jù)初步估計(jì)，國(guó)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(lái)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(zhǎng)海縣的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(guó)內(nèi)反滲透海水淡化工程存在的問(wèn)題。目前，國(guó)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(lái)看，基本達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。嵊山鎮(zhèn)和長(zhǎng)海縣的海水淡化工程在天旱無(wú)雨、水庫(kù)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(guó)內(nèi)成套，說(shuō)明國(guó)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(guò)了產(chǎn)業(yè)化的大部分路程。

　　然而，投入運(yùn)行的三個(gè)海水淡化工程在運(yùn)行期間也暴露了一些工程技術(shù)的問(wèn)題，具有代表性的是：

　　1.高壓泵的選擇。投運(yùn)的三個(gè)海水淡化工程有兩個(gè)使用了高速離心泵作高壓泵，另外一個(gè)使用了三柱塞泵作高壓泵。嵊山鎮(zhèn)的海水淡化用高壓泵曾發(fā)生抱軸現(xiàn)象而被更換，長(zhǎng)海縣的高壓泵運(yùn)轉(zhuǎn)噪音高達(dá)105dB,超過(guò)了我國(guó)的往復(fù)泵的噪音標(biāo)準(zhǔn)(95dB)，且在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中發(fā)生高壓泵的彈簧斷裂導(dǎo)致設(shè)備停機(jī)，由于沒(méi)有備品備件供應(yīng)，在大連加工了同等的彈簧才解決了問(wèn)題。由于高壓泵噪音超標(biāo)，目前正在進(jìn)行隔音降噪處理。

　　滄州的苦咸水淡化使用的是多級(jí)離心泵，使用效果有待驗(yàn)證。從目前的情況看，根據(jù)不同的淡化規(guī)模選擇高效率、合適的高壓泵是反滲透海水淡化需要解

　　決的問(wèn)題。

　　2.預(yù)處理工藝有待優(yōu)化。嵊山鎮(zhèn)的海水淡化采用了多介質(zhì)過(guò)濾、活性炭過(guò)濾兩級(jí)預(yù)處理流程，過(guò)濾速度分別為8m/h和10m/h,預(yù)處理的結(jié)果保證了進(jìn)入反滲透海水的污染指數(shù)<4,大部分時(shí)間在2~3之間。長(zhǎng)海縣的預(yù)處理流程采用了多介質(zhì)過(guò)濾、細(xì)砂過(guò)濾兩級(jí)預(yù)處理流程，過(guò)濾速度分別為9m/h和5m/h.由于取水方式不同，經(jīng)預(yù)處理后的進(jìn)水污染指數(shù)在2.8~3.4之間，達(dá)到了反滲透的進(jìn)水要求。但對(duì)于不同的海水水質(zhì)，

　　如何優(yōu)化預(yù)處理的工藝流程，恰當(dāng)?shù)剡x擇預(yù)處理濾速?gòu)亩_(dá)到保證預(yù)處理質(zhì)量、降低工程造價(jià)和預(yù)處理成本的目的，是反滲透海水淡化工程設(shè)計(jì)和設(shè)備供貨廠商需要解決的技術(shù)問(wèn)題。

　　3.設(shè)備和管道腐蝕防護(hù)水平有待提高。反滲透海水淡化由于海水的腐蝕性強(qiáng)、工程難度大而有別于一般的苦咸水淡化，工程設(shè)計(jì)和設(shè)備供貨單位應(yīng)對(duì)此給予高度的重視。目前投運(yùn)的反滲透海水淡化工程或多或少的都存在設(shè)備、管道的腐蝕防護(hù)力度不夠等問(wèn)題。如馬跡山的海水淡化工程由于設(shè)備和管道腐蝕問(wèn)題，影響了設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，目前正在進(jìn)行防腐的技術(shù)改造;嵊山鎮(zhèn)海水淡化工程的預(yù)處理和高壓管路也發(fā)生了明顯的銹蝕;

　　長(zhǎng)海縣海水淡化工程的預(yù)處理設(shè)施防腐處理不徹底，發(fā)現(xiàn)罐體的內(nèi)部腐蝕，使得鐵銹類(lèi)金屬氧化物堵塞保安過(guò)濾器，導(dǎo)致保安過(guò)濾器濾芯的頻繁更換，進(jìn)口設(shè)備的高壓閥門(mén)、保安過(guò)濾器等也發(fā)生銹蝕。

　　這些腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生，有些屬于設(shè)計(jì)不當(dāng)造成的，有些屬于供貨廠家沒(méi)有完全按照設(shè)計(jì)要求供貨造成的。如果不能有效地解決，將影響設(shè)備的使用壽命，降低淡化裝置的利用率和服務(wù)年限。

　　4.工程設(shè)計(jì)和設(shè)備供貨的資質(zhì)需要規(guī)范。海水淡化技術(shù)是海洋資源利用技術(shù)的重要領(lǐng)域，海洋開(kāi)發(fā)的特點(diǎn)是高投資、高風(fēng)險(xiǎn)和高利潤(rùn)。海水淡化的工程設(shè)計(jì)和設(shè)備供貨是結(jié)合了多種海洋學(xué)科、材料與防腐等技術(shù)在內(nèi)的綜合技術(shù)，對(duì)工程設(shè)計(jì)和設(shè)備供貨的廠商均應(yīng)有嚴(yán)格的資質(zhì)要求。海水淡化技術(shù)將是下世紀(jì)解決沿海城市和地區(qū)淡水不足的有效途徑，許多企業(yè)看上了這一點(diǎn)，紛紛介入海水淡化和水處理行業(yè)，在推動(dòng)了該行業(yè)技術(shù)進(jìn)步的同時(shí)，也帶來(lái)了無(wú)序競(jìng)爭(zhēng)，使得海水淡化和水處理市場(chǎng)良莠不齊。

　　如果不加強(qiáng)管理，規(guī)范工程設(shè)計(jì)和設(shè)備供貨的資質(zhì)，建設(shè)單位從地區(qū)利益和眼前利益出發(fā)選擇設(shè)備供貨和工程設(shè)計(jì)單位的結(jié)果，將會(huì)對(duì)工程造成損失和制約行業(yè)的健康發(fā)展。