簡介
苦鹹水淡化一般情況下的苦鹹水處理方案框圖：
苦鹹水淡化的方法
蒸餾法
蒸餾法就是把苦鹹水或海水加熱使之沸騰蒸發,再把蒸汽冷凝成淡水的過程。蒸餾法是最早採用的淡化法,其主要優點是結構較簡單、操作容易、所得淡水水質好。蒸餾法有許多種,如多效蒸發、多級閃蒸、壓汽蒸餾、膜蒸餾等。
電滲析法
1 電滲析法的基本原理、特點和適用範圍在苦鹹水淡化中套用的電滲析法簡稱ED ,是利用離子交換膜在電場作用下,分離鹽水中的陰、陽離子,從而使淡水室中鹽分濃度降低而得到淡水的一種膜分離技術。電滲析裝置是利用離子在電場的作用下定向遷移,通過選擇透過性的離子交換膜達到除鹽目的。在外加直流電場的作用下,水中的離子作定向遷移(陽離子交換膜只允許陽離子通過,陰離子交換膜只允許陰離子通過) ,使一種水中大部分離子遷移到另一種水中去。該技術已比較成熟,具有工藝簡單、除鹽率高、制水成本低、操作方便、不污染環境等主要優點,但存在對水質要求較嚴格、需對原水進行預處理等缺點。20 世紀50 年代,美國、英國開始將這種方法用於苦鹹水淡化,中國在20 世紀80 年代將此法用於苦鹹水淡化、工業用純水和超純水製造。
電滲析器的主要部件為陰、陽離子交換膜、隔板與電極。隔板構成的隔室為液流經過的通道，淡水經過的隔室為脫鹽室，濃水經過的隔室為濃縮室。把陰、陽離子交換膜與濃、淡水隔板交替排列，重複疊加，再加上一對端電極，就成了電滲析器。電滲析器有三種組裝方式，為一級一段(產水量大，用於大中型)、一級多段(脫鹽率較高，產水量小，用於中小型)，和多級多段。有立式和臥式兩種安裝方式。
2 電滲析法在苦鹹水淡化工程中的套用特點
(1) 電滲析對鐵、鎂、鈣、鉀、氯化物等溶解性無機鹽類及毒理學指標砷、氟化物的去除率達66 %～93 % ,可以滿足苦鹹水淡化需求;
(2) 電滲析對耗氧量、N H32N、NO-32N 、NO22N及矽的去除率較低,僅15 %～45 % ,但由於原水中上述指標含量較低,去除率雖低,尚能滿足生活飲用水衛生要求;
(3) 電滲析對SO2 -4 的去除率為63. 8 % ,用以淡化SO-42Na 型和SO4 ·Cl2Na 型水,很難滿足生活飲用水衛生要求;
(4) 電滲析過程的能耗與給水含鹽量有密切關係,給水含鹽量越高,能耗越大,因此電滲析比較適合低鹽苦鹹水的淡化。 此外,由於電滲析不能去除水中有機物和細菌,加之設備運行能耗較大,使其在苦鹹水淡化工程中的套用受到局限,因而原有電滲析裝置在苦鹹水淡化方面逐漸被反滲透裝置所取代。
反滲透法
反滲透法的基本原理及特點用一種選擇透過性膜將一個容器分為兩半,在膜的兩側同時分別加入純水和鹽水,使膜兩側的液面一樣高,過了一定時間會發生鹽水側的液面在升高,純水側的液面在下降,這是由於水分子透過半透膜向鹽水側遷移的結果,這種現象稱為滲透。能夠對水或溶液具有選擇透過性的膜稱為半透膜。如果在濃溶液一邊加上適當的壓力,則可使滲透停止。當稀溶液向濃溶液的滲透停止時的壓力稱為滲透壓。反滲透則是在濃溶液一邊加上比自然滲透更高的壓力,扭轉自然滲透方向,把溶液中的離子壓到半透膜的另一邊,這與自然界的正常滲透過程相反,故稱之為“反滲透”,這種裝置稱為反滲透裝置。反滲透方法可以從水中除去90 %以上的溶解性鹽類和99 %以上的膠體微生物及有機物等。與其他水處理方法相比具有無相態變化、常溫操作、設備簡單、效益高、占地少、操作方便、能量消耗少、適應範圍廣、自動化程度高和出水質量好等優點。尤其以風能、太陽能作動力的反滲透淨化苦鹹水裝置,是解決無電和常規能源短缺地區人們生活用水問題的既經濟又可靠的途徑。 反滲透淡化法不僅適用於海水淡化,也適合於苦鹹水淡化。現有的淡化法中,反滲透淡化法是最經濟的,它甚至已經超過電滲析淡化法。由於反滲透過程的推動力是壓力,過程中沒有發生相變化,膜僅起著“篩分”的作用,因此反滲透分離過程所需能耗較低。在現有海水和苦鹹水淡化中,反滲透法是最節能的。反滲透膜分離的特點是它的“廣譜”分離,即它不但可以脫除水中的各種離子,而且可以脫除比離子大的微粒,如大部分的有機物、膠體、病毒、細菌、懸浮物等,故反滲透分離法又有廣譜分離法之稱。
常規的反滲透法工藝流程
常規反滲透法工藝流程是:原水→預處理系統→高壓水泵→反滲透膜組件→淨化水。其中預處理系統視原水的水質情況和出水要求 可採取粗濾、活性炭吸附、精濾等,精濾必不可少,是為了保護反滲透膜、延長其使用壽命而設立的,另外,複合膜對水中的游離氯非常敏感,因而預處理系統中通常都配備活性炭吸附。
反滲透法給水預處理
給水預處理對反滲透法安全運行是至關重要的。無論地表水或地下水,都含有一些可溶或不可溶的有機物和無機物。雖然反滲透能截留這些物質,但反滲透主要是用來脫鹽。如果反滲透給水中含有過多的濁度、懸浮物質,這些物質將會淤積在膜表面上,此外還可使水中硬度過高而結垢,這些將使流道堵塞,造成膜組件壓差增大、產水量和脫鹽率下降,甚至使膜組件報廢的嚴重結果。另外不同膜材料具有不同的化學穩定性,它們對p H、余氯、溫度、細菌、某些化學物質等的穩定性也有很大的影響,對給水預處理的要求也不同。一般來講,膜組件生產廠商均會提出給水水質指標。
反滲透淡化系統的安全運行
雖然反滲透系統運行已證明是可靠的,但產生的故障報導也不少,如給水預處理不當、沒有按規定控制各種運行參數,均系操作不當引起。因此,反滲透淡化系統安全運行必須注意以下問題:
(1) 定期測試S D I 指數。S D I 過高,會造成膜組件的不可逆污染,縮短組件的壽命。
(2) 控制回收率。回收率過高,一方面使難溶鹽的組分超過溶度積而結垢,另一方面組件里的濃水流速過低,易於產生濃差極化引起結垢,同時不利於把水中膠體、懸浮物等排出。
(3) 注意膜組件的壓差。膜組件的初期壓差是很小的,如若壓差增大較快,預示膜組件被污染或結垢,必須查出原因,並予以糾正。
(4) 注意產水量和脫鹽率的變化,通常與壓差變化同時出現。如在短時間內,產水量和脫鹽率明顯變化,必須檢查預處理系統運行是否正常,如加藥量是否合適、過濾器是否漏砂等。
反滲透法淡化苦鹹水效果
反滲透法脫鹽率及產水純淨程度都比電滲析法高,出水水質優於我國《生活飲用水衛生標準》,對高氟低礦化度苦鹹水通過反滲透法淡化,出水水質可達到我國《飲用純淨水衛生標準》。有資料表明,反滲透法淡化苦鹹水的能耗———電耗、水耗均低於電滲析法,而且反滲透法設備結構緊湊、占地面積小、運行效果穩定可靠、符合“清潔生產”要求,反滲透法是較其他方法更為合理、有效的苦鹹水淡化方法。
採用反滲透法對不同含鹽量的苦鹹水進行脫鹽淡化,淡化過程中,系統運行穩定。系統的脫鹽率達96 %以上,淡化水水質達到國家生活飲用水標準。反滲透系統苦鹹水淡化裝置具有較強的適應性,可根據原水的水質情況,調整運行參數來實現對不同含鹽量的苦鹹水連續進行處理。該裝置高度集成化,可望成為定型的成套設備。
套用背景
我國是一個嚴重缺水的國家,人均占有水資源量約2 400 m3 ,僅為全球人均水量的1/ 4 ,而且時空分布不均勻,水環境污染較嚴重,原生劣質水分布面積廣,尤其是西北乾旱內陸地區,由於降水稀少,蒸發強烈,水資源天然匱乏,作為主要供水水源的地下水,普遍含鹽、含氟量高,大部分地區又沒有可替代的淡水資源。由於水質低劣,口感極差,甚至不能飲用,其中多項指標不符合或達不到國家《飲用水衛生標準》,表現為高濃度鹽鹼成分,甚至表現為高硬度、高氟、高砷、高鐵錳、低碘、低硒特徵,多年以來嚴重影響了當地人民民眾的生活質量和身體健康水平。由此可見防病改水的緊迫性與必要性。
主要設備
1.反滲透膜元件： 反滲透設備套用膜分離技術，能有效地去除水中的帶電離子、無機物、膠體微粒、細菌及有機物質等。是高純水製備、苦鹹水脫鹽和廢水處理工藝中的最佳設備。廣泛用於電子、醫藥、食品、輕紡、化工、發電等領域。
2.壓力容器： 工業生產中具有特定的工藝功能並承受一定壓力的設備，稱壓力容器。貯運容器、反應容器、換熱容器和分離容器均屬壓力容器。要滿足滿足下列三個條件的容器，才稱之為壓力容器：
（1）最高工作壓力（Pw）（注1）大於等於0.1Mpa(不含液體靜壓力,下同);
（2）內直徑(非賀形截面指其最大尺寸)大於等於0.15m,且容積(V)(注2)大於等於0.25m3;
（3）盛裝介質為氣體液化氣體或最高工作溫度高於等於標準沸點液體.
3.高壓泵： 高壓泵是為高壓鏇噴水泥漿提供高壓動力，用於新建建築物、高速公路、高速鐵路、地下鐵路等軟弱地基強化加固補強，舊的建築物不均勻沉降整治，水庫大壩與底下建築工程防深帷幕，擋土圍堰、礦山堵漏、井桶護壁，邊坡錨固等方面提供幫助的的設備。主要有：高壓柱塞泵、高壓往復泵、高壓電動試壓泵、高壓清洗機 。
成功案例
廣東核電集團海水淡化項目-----核電行業採用海水淡化工藝的大型鍋爐補給水項目
用戶名稱：中廣核寧德核電廠
規模：453m3/h
產水用途：核電廠鍋爐補給水
工藝：預 2級RO （陽陰混）
控制：自動控制
大唐王灘發電廠海水淡化
規模： 315m3/h
產水用途： 鍋爐補給水
工藝： 自清洗過濾器 UF(超濾) SWRO RO
控制： 全自動
投運時間： 2005年
昌邑熱電廠海水淡化——中國首次套用EDI的海水淡化項目
規模： 150m3/h
產水用途： 高壓鍋爐補給水
工藝： 多介質--海水RO--淡水RO--EDI
控制： 全自動
投運時間： 2003年10月
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海水淡化工藝選擇重要依據
一般單獨設立的海水淡化廠適合採用反滲透工藝，如果有蒸汽或餘熱配套，那么低溫多效蒸餾工藝更為經濟和可靠。儘管反滲透對於大型、中型、小型海水淡化工程都適合，但由於反滲透的清洗和換膜次數較為頻繁，使得設備維護量大、運行費用高，因此，其最終生產成本與熱法相比並沒有太大優勢。
低溫多效蒸餾和多級閃蒸等適合較大型的海水淡化系統，對於十萬噸級及以上海水淡化工程來說多級閃蒸技術則更為安全、可靠和經濟。建設海水淡化工程時，在確定海水淡化工藝及工藝參數時，還要考慮原海水水質、取排水方式、預處理方案、產品水水質和濃排水處置等邊界條件。反滲透：對預處理要求高
反滲透技術具有能耗低、預處理要求高和設備維護量大等工藝特點。反滲透工藝對原水的水質和水溫較為敏感，且預處理運行的好壞是整個系統穩定運行的關鍵，目前典型的預處理工程一般採取凝聚、澄清、過濾等預處理工藝。
對於反滲透工藝來說，岸邊井取水方式由於所取海水經過了砂層的過濾，水質較好，因此預處理一般可以採用簡單的過濾即可直接進入反滲透系統;而地表式取水則需要更完善的預處理工藝系統。近年來，超/微濾膜作為反滲透的預處理工藝已得到越來越多用戶的青睞，華能玉環電廠、浙能樂清電廠和大唐王灘電廠均採用超/微濾膜作為預處理。
