作者：Abao005
浅析反渗透在海水淡化中的应用
摘要：海水淡化自古以来就是人们梦寐以求的，现在已经变为现实，尤其是近几年来，反渗透技术由于其投资少、能耗低、成本便宜、建设周期短等优点。已多次在国际海水淡化会化招标中胜出。本文主要介绍反渗透技术的发展，介绍了膜、组器、设备以及应用工艺的创新性开拓，其中包括不对称膜、复合膜。
关键词：海水淡化，渗透，反渗透，膜分离
引言
海水的组成很复杂，已知海水中含有80 多种化学元素，主要以离子形式存在。在海水浓缩、结晶过程中，则以盐的形式析出。其中Cl -，Na +，Mg 2+等11 种含量超过1 ×10 - 6的元素是海水的主要成份，占海水总含盐量的99.58% 。此外，海水中还存在某些同位素，重要的有氢的同位素氘等。海水中也溶解有多种气体，含量最多的为二氧化碳、氮和氧。空气中的稀有气体氩、氦和氖，在海水中也有微量存在。溶解在海水中的二氧化碳，与淡水中的情况不同，淡水中的二氧化碳主要是以游离状态存在，可用煮沸或减压等方法驱除。海水中的二氧化碳除少量是游离状态外，主要是以碳酸根及碳酸氢根形式存在，需加入强酸方可逐出，用一般的方法难以驱逐。海水中还含有各种数量不等的无机和有机悬浮物，因此要从海水中提取淡水并不是一件很容易的事。
世界上淡水资源不足，已成为人们日益关切的问题。作为水资源的开源增量技术，海水淡化已经成为解决全球水资源危机的重要途径。反渗透法于20世纪70年代起用于海水净化，经过几十年的发展，随着反渗透膜性能提高、预处理技术进步、能量回收率的提高等，已成为投资最省、成本最低、应用范围广泛的海水淡化技术，也是目前最清洁的方法。
一、反渗透简介
反渗透又称逆渗透，一种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。对膜一侧的料液施加压力，当压力超过它的渗透压时，溶剂会逆着自然渗透的方向作反向渗透。从而在膜的低压侧得到透过的溶剂，即渗透液；高压侧得到浓缩的溶液，即浓缩液。若用反渗透处理海水，在膜的低压侧得到淡水，在高压侧得到卤水。
反渗透时，溶剂的渗透速率即液流能量N为：
N＝Kh(Δp－Δπ)
式中Kh为水力渗透系数，它随温度升高稍有增大；Δp为膜两侧的静压差；Δπ为膜两侧溶液的渗透压差。稀溶液的渗透压π为：
π＝iCRT
式中i为溶质分子电离生成的离子数；C为溶质的摩尔浓度；R为摩尔气体常数；T为绝对温度。
反渗透通常使用非对称膜和复合膜。反渗透所用的设备，主要是中空纤维式或卷式的膜分离设备。
反渗透膜能截留水中的各种无机离子、胶体物质和大分子溶质，从而取得净制的水。也可用于大分子有机物溶液的预浓缩。由于反渗透过程简单，能耗低，近20年来得到迅速发展。现已大规模应用于海水和苦咸水（见卤水）淡化、锅炉用水软化和废水处理，并与离子交换结合制取高纯水，目前其应用范围正在扩大，已开始用于乳品、果汁的浓缩以及生化和生物制剂的分离和浓缩方面。
（一）反渗透的基本原理
渗透现象早在1748 年就由一位名叫阿倍?诺伦特的科学家发现：如果两种不同含盐量的液体用半透膜把它们隔开，那么低盐度腔处的水分子会穿过半透膜向高盐度腔运动，这个过程被称为“渗透”。
如图1 所示，如果用一个只有水分子才能透过的薄膜（即半透膜）将一个容器隔成两部分，在半透膜两边分别注入纯水和盐水到同一高度（见图la ）。过一段时间就可以发现纯水液面降低了，而盐水的液面升高了（见图1b , ) ，这种现象就叫做渗透现象。但是盐水液面的升高并不是无止境的，而是到了一定高度后，产生的压力抑制了淡水进一步向盐水的渗透，从而渗透的自然趋势被此压力所抵消而达到渗透平衡状态，这时半透膜两端液面差所代表的平衡压力被称为“渗透压”（见图lb ）。渗透压的大小与盐水的浓度直接相关。如果在盐水腔一侧施加一个大于“渗透压”的压力，那么盐水中的水分子会透过半透膜向淡水腔一侧移动（见图1c , ）。这种现象与“渗透”现象正好相反，故称之为“反渗透”。从理论上讲，只要外加压力高于渗透压即可产生反渗透，但是在实际应用中工作压力通常要比渗透压大得多。
综上所述，产生反渗透现象必须具备二个基本条件，第一，必须有一种
高选择性和高渗透性（透水性）的半透膜。第二，必须有外界推动力，即以压力作为推动力，此操作压力必须远高于溶液的渗透压。
图1 渗透、渗透压、反渗透示意图
（二）反渗透膜分离原理
当溶液与纯溶剂被半透膜隔开，半透膜两侧压力相等时，纯溶剂通过半透膜进入溶液侧使溶液浓度变低的现象称为渗透。此时，单位时间内从纯溶剂侧通过半透膜进入溶液侧的溶剂分子数目多于从溶液侧通过半透膜进入溶剂侧的溶剂分子数目，使得溶液浓度降低。当单位时间内，从两个方向通过半透膜的溶剂分子数目相等时，渗透达到平衡。如果在溶液侧加上一定的外压，恰好能阻止纯溶剂侧的溶剂分子通过半透膜进入溶液侧，此外压称为渗透压。渗透压取决于溶液的系统及其浓度，且与温度有关，如果加在溶液侧的压力超过了渗透压，则使溶液中的溶剂分子进入纯溶剂内，此过程称为反渗透。
反渗透膜分离过程是利用反渗透膜选择性地透过溶剂（通常是水）而截留离子物质的性质，以膜两侧的静压差为推动力，克服溶剂的渗透压，使溶剂通过反渗透膜而实现对液体混合物进行分离的膜过程。因此，反渗透膜分离过程必须具备两个条件：一是具有高选择性和高渗透性的半透膜；二是操作压力必须高于溶液的渗透压。
（三）反渗透膜分离过程特点
反渗透膜分离过程在常温下进行、无相变、能耗低，可用于热敏感性物
质的分离、浓缩；可有效地去除无机盐和有机小分子杂质；具有较高的脱盐率和较高的水回用率；膜分离装置简单，操作简便，便于实现自动化；分离过程要在高压下进行，因此需配备高压泵和耐高压管路；反渗透膜分离装置对进水指标有较高的要求，需对源水进行一定的预处理；分离过程中，易产生膜污染，为延长膜使用寿命和提高分离效果，要定期对膜进行清洗。
（四）反渗透过程传质机理
20世纪50年代末以来，许多学者先后提出了各种不同的反渗透膜分离过程的传质机理和传质模型，现将几种机理简介如下。
1、溶解扩散理论
溶解扩散理论是朗斯代尔（Lonsdale）和赖利（Riley）等人提出的应用比较广泛的理论。该理论将反渗透膜的活性表面皮层看成是无缺陷的致密无孔膜，溶剂与溶质都能溶解于均质的非多孔膜表面皮层内，溶解量的大小服从亨利定律，在浓度或压力造成的化学位差推动下，从膜的一侧向另一侧扩散，再在膜的另一侧解吸。溶质和溶剂在膜中的溶解扩散过程服从菲克（Fick）定律。该机理认为溶质和溶剂都能溶于均质或非多孔型膜表面，以化学位差为推动力，通过分子扩散而实现渗透过程。因此，物质的渗透能力不仅取决于扩散系数，而且取决于其在膜中的溶解度。溶质和溶剂溶解度的差异及在膜相中扩散性的差异强烈地影响其透过膜的能力的差异。溶质的扩散系数与水分子的扩散系数相差越大，在压力作用下，水与溶质在膜中的移动速度相差就越大，因而两者透过膜的分子数相差越多，渗透分离效果越明显。
溶解扩散理论的具体渗透过程为：
（1）．溶质和溶剂在膜的料液侧表面吸附溶解。
（2）．溶质和溶剂之间没有相互作用，他们在化学位差的作用下以分子扩散的形式渗透过反渗透膜的活性层。
（3）．溶质和溶剂在膜的另一侧表面解吸。
在以上渗透过程中，一般假设溶解和解吸过程进行得较快，而渗透过程相对较慢，渗透速率取决于溶质和溶剂在膜内的扩散过程。该理论最适用于
均相、高选择性的膜分离过程，如反渗透和渗透汽化过程。
2、优先吸附-毛细孔流理论
当溶液中溶有不同物质时，其表面张力将发生不同的变化。例如当水中溶入醇、酸、醛、酯等有机物质时，可使其表面张力减小；但当溶入某些无机盐类时，反而使其表面张力稍有增加。研究发现，溶质的分散是不均匀的，即溶质在溶液表面层中的浓度与溶液内部的浓度不同，这种溶质浓度的改变现象称为溶液表面的吸附现象。使表面层浓度大于溶液内部浓度的作用称为正吸附作用，反之称为负吸附作用。这种由表面张力引起的溶质在两相界面上正的或负的吸附过程，形成一个相当陡的浓度梯度，使得溶液中的某一成分优先吸附在界面上。这种优先吸附的状态与界面性质（物化作用力）密切相关。
索里拉金等人提出了优先吸附-毛细孔流理论。以氯化钠水溶液为例，溶质是氯化钠，溶剂是水，膜的表面选择性地吸收水分子而排斥氯化钠，盐是负吸附，水是正吸附，水优先吸附在膜的表面上。在压力作用下，优先吸附的水分子通过膜，从而形成了脱盐的过程。这种理论同时给出了混合物分离和渗透性的一种临界孔径的概念。当膜表面毛细孔直径为纯水层厚的2倍时，对一个毛细孔而言，将能够得到最大流量的纯水，此时对应的毛细孔径称为临界孔径。理论上讲，制膜时应使孔径为2倍纯水厚度的毛细孔尽可能多地存在，以便膜的纯水通量最大。当膜毛细孔的孔径大于临界孔径时，溶液将从毛细孔的中心部位通过而导致溶质的泄露。
在该理论中，膜被假定为有微孔，分离机理由膜的表面现象和液体通过孔的传质所决定。膜层有优先吸附水及排斥盐的化学性质，使膜表面及膜孔内形成一几乎为纯溶剂的溶剂层，该层优先吸附的溶剂在压力作用下，连续通过膜而形成产液，其浓度低于料液。在料液和膜表面层之间形成一浓缩的边界层。根据该理论，反渗透过程是由平衡效应和动态效应两个因素控制的，平衡效应是指膜表面附近呈现的排斥力或吸引力有关；动态效应是指溶质和溶剂通过膜孔的流动性，既与平衡效应有关，又与溶质在膜孔中的位阻效应
有关。
依据这一理论，索里拉金等于1960年8月研制出一种具有高脱盐率和高通量的可用于海水脱盐的多孔醋酸纤维素反渗透膜。从此，反渗透开始作为海水和苦咸水淡化的技术进入实用装置的研制阶段。
3、氢键理论
Reid等提出，在醋酸纤维素膜中，由于氢键和范德华力的作用，大分子之间存在牢固结合的结晶区和完全无序的非结晶区。水和溶质不能进入晶区，溶剂水充满在非晶区，在接近醋酸纤维素分子的地方，水与醋酸纤维素羰基上的氧原子形成氢键，即所谓的“结合水”。在非晶区较大的空间里（假定为孔），结合水的占有率相对较低，在孔的中央存在普通结构的水，不能与醋酸纤维素形成氢键的离子或分子可以通过孔的中央部分迁移，这种迁移方式称为孔穴型扩散。能和膜形成氢键的离子或分子与醋酸纤维素的氧原子形成结合水，以有序扩散的方式进行迁移，通过不断改变和醋酸纤维素形成氢键的位置进行传递透过膜。在压力作用下，溶液中的水分子和醋酸纤维素的活化点羰基上的氧原子形成氢键，而原来结合水的氢键被断开，水分子解离出来并随之转移到下一个活化点形成新的氢键，通过一连串的氢键形成与断开，水分子离开膜的表面致密层进入膜的多孔层，又由于膜的多孔层含有大量的毛细管水，水分子畅通地流到膜的另一侧。
氢键理论能够解释许多溶质的分离现象。该理论认为，作为反渗透的膜材料必须是亲水性的并能与水形成氢键，水在膜中的迁移主要是扩散。但是，氢键理论将水和溶质在膜中的迁移仅归结为氢键的作用，忽略了溶质-溶剂-膜材料之间实际存在的各种相互作用力。
4、扩散-细孔流理论
Sherwood等提出了扩散-细孔流理论，该理论是介于溶解扩散理论与优先吸附-毛细孔流理论之间的理论。该理论认为膜表面存在细孔，水和溶质在细孔和溶解扩散的共同作用下透过膜，膜的透过特性既取决于细孔流，也取决于水和溶质在膜表面的扩散系数。当通过细孔的溶液量与整个膜的透水量之
比越小，水在膜中的扩散系数比溶质在膜中的扩散系数越大，则膜的选择透过性越好。
5、自由体积理论
Yasuda等在自由体积的基础上提出了自由体积理论。该理论认为，膜的自由体积包括聚合物的自由体积和水的自由体积。聚合物的自由体积指的是在无水溶胀的由无规则高分子线团堆积而成的膜中，未被高分子占据的空间。水的自由体积指的是在水溶胀的膜中纯水所占据的空间。水可以在整个膜的自由体积中迁移，而盐只能在水的自由体积中迁移，从而使得膜具有选择透过性能。
以上这些理论在解释反渗透膜的传质机理时，都有各自的局限性，反渗透膜的透过机理还在不断地发展和完善中。
三、反渗透在海水中的应用
（一）反渗透的发展概况
海水淡化是从海水中获取淡水的技术和过程。早在50年代，为解决“水的危机”，美国从52年起专设盐水局，74年后转为资源技术局，不断推进水资源和脱盐的技术进步，其中反渗透法海水淡化（SWRO）就是1953年据膜和海水界面有一纯水层而提出的；73年日本通产省下设造水促进中心，专门研究节能的脱盐技术，欧洲则在尤里卡等计划下推动海水淡化的发展，它们也都以膜法为重点。经过近50年的研究、开发和产业化，SWRO自70年代进入海水淡化市场之后，发展十分迅速。RO用膜和组件已相当成熟，组件脱盐率可高达99.5％以上，有约20年的经验积累，SWRO工艺过程也逐渐成熟，近年来，功交换器和压力交换器的开发成功使能量回收效率都高达90%以上[3]，从而使SWRO的本体能耗在3kWh/m3淡水以下，成为从海水制取引用水最廉价的方法，进一步增强了SWRO的竞争力。近几年来，在国际海水淡化招标中，SWRO以投资最低，能耗最省，成本最低，建造周期短等优势而屡屡中标。SWRO所以能如此成功，与其在膜、组器、设备和工艺等方面的创新性开拓是分不开的。
（二）反渗透海水淡化技术应用现状
国外早在20 世纪40 年代就开始了反渗透技术的研究，从试验到生产，主要用于海水淡化、纯水制备等领域。到80 年代，反渗透技术在各个领域得到广泛应用。国外舰船上也大量采用了反渗透技术进行海水淡化。
在国内，虽然反渗透技术已经在某些领域得到了一定的应用，但是由于起步较晚，使得反渗透技术在舰船上的应用受到限制，所以，目前舰船上所用的纯水绝大多数还都是蒸馏法生产的，反渗透海水淡化技术还没有得到普遍应用，但是由于反渗透海水淡化方法具有其他方法无法比拟的优点，已经越来越受到重视，目前已有反渗透海水淡化装置装船实际使用。
（三）反渗透技术的发展
20 世纪50 年代，科学家开始利用反渗透作为一种实验室技术进行溶液中溶质和溶剂的有效分离。60 年代以来，先后有醋酸纤维素、醋酸甲基丙烯酸纤维素、醋酸丁酸纤维、芳香族聚酰胺以及多种材料复合而成的反渗透膜问世。膜的形式有板状膜、管状膜、卷式膜、中空纤维、盘式膜等多种。经过多年的发展和实践，国际上的反渗透海水淡化技术已趋成熟。目前，反渗透膜的抗压密、耐水解和抗污染等综合性能已大为提高，膜的脱盐率在99% 左右，海水经一次脱盐即可满足生活饮用水的标准，膜的工作寿命已达4 万h 左右。
（四）反渗透海水淡化技术的特点
反渗透海水淡化技术相比其他海水淡化方法具有明显的特点和优势：
1、在常温、没有发生相变化的条件下，可对溶质与水进行分离。因此可避免由于热而产生的被处理液中溶质的变性、水垢化和材料腐蚀等问题。
2、水和溶质分离过程没有相的变化，所以淡化所需的能量很少。根据大型海水淡化工程计算，海水淡化能耗仅为2. 6 kWh / rn3 ，再加上预处理等耗能，海水淡化的总能耗约为2. 83 kWh / rn3 。（3）反渗透技术是膜分离技术的一种，它不仅可以脱盐，使电导率达到使用要求，而且由于反渗透膜的孔径很小，只有≤10 ×10 - 10 m，细菌、病毒等都很难通过反渗透膜，可以除
去水中的微量有机物及微粒，因此用反渗透法制得的产品水可达到宜饮水的品质，因而其价值较高。
3、以压力为分离的原动力，设备结构紧凑，体积小，单位体积产水量高，占地面积小，同时操作简单，自动化程度高。
4、反渗透海水淡化装置
反渗透海水淡化装置主要包括海水供给及预处理设备、海水高压泵、反渗透膜组、压力调节阀、管路及附件、监控设备等。
反渗透海水淡化装置图
( 1 ）反渗透膜组
装置中最重要的部件是反渗透膜及膜的组件形式选择。近年来，国际上反渗透膜的性能已有长足发展，膜组的形式也多种多样。主要的膜组形式有3 种：板框式（平板式）膜组、中孔纤维膜组和盘式膜组。板框式（平板式）膜组是反渗透早期的一种形式，一般认为它的工艺简单，性能稳定，对海水的前处理要求低。缺点是海水流动状态不良，易造成浓差极化，膜堆密度小等。
中孔纤维膜组的最大优点在于膜堆密度大（同产水量情况下它的体积最小），浓差极化小。最大的缺点是对海水的前处理要求高，不易清洗。卷式膜
膜堆密度间对海水前处理的要求比板框式（平板式）膜组高，但比中孔纤维膜组要低，海水流动状态也比较好。
作为舰船用装置，一般都希望结构紧凑、体积小，膜堆密度大的膜组相对体积肯定要小些。但对海水前处理要求过高，势必使海水过滤部分复杂化，有的中孔纤维膜组的反渗透装置的前处理使用了超滤。就舰船设备来说，单纯追求膜堆密度大而复杂的前处理，对整台反渗透装置并没有好处。对海水前处理要求低是板框式（平板式）膜组的最大优点，国外公司在充分利用这个优点的基础上对板框式（平板式）膜组结构进行改进，改善了海水流动状态。改进后的板框式（平板式）膜组称为盘式膜组，可以更好地满足船用装置的要求。目前盘式膜组和卷式膜组比较适用于舰船反渗透海水淡化装置使用。
( 2 ）海水供给及预处理
反渗透装置一般都设置一台海水供水泵。而在舰船上，只要装置的海水进口与船上的海水系统相在应用过程中，影响反渗透海水淡化装置反渗透接，即可简化海水供给，省略海水供水泵。这对减小性能的装置的体积、简化装置和操作是很有效的。国外有舰船用反渗透装置就是借用船上的海水系统，装置本身不装海水供水泵，实际应用效果也很不错。反渗透的预处理主要是满足反渗透膜组的要求。
( 3 ）海水高压泵
海水淡化的膜组渗透工作压力一般在5.0 一6.0 MPa ，必须通过高压泵工作达到工作压力要求，因此，高压泵是反渗透装置中的重要部件。
( 4 ）压力调节阀、管路及附件、检测设备
管路及附件主要用来连接装置的各个部分，监控设备对装置进行检测、控制、报警等，实现装置的自动化运行。压力调节阀用来调节膜组工作压力，保证膜组工作压力的稳定。
（五）反渗透膜海水淡化技术流程
实际上，一个大型的海水淡化项目往往是一个非常复杂的系统工程。就主要工艺过程来说，包括海水预处理、淡化（脱盐）、淡化水后处理等。其中预处理是指在海水进入起淡化功能的装置之前对其所作的必要处理，如杀除海生物，降低浊度、除掉悬浮物（对反渗透法），或脱气（对蒸馏法），添加
必要的药剂等；脱盐则是通过上列的某一种方法除掉海水中的盐分，是整个淡化系统的核心部分，这一过程除要求高效脱盐外，往往需要解决设备的防腐与防垢问题，有些工艺中还要求有相应的能量回收措施；后处理则是对不同淡化方法的产品水针对不同的用户要求所进行的水质调控和贮运等处理。海水淡化过程无论采用哪种淡化方法，都存在着能量的优化利用与回收，设备防垢和防腐，以及浓盐水的正确排放等问题。如下图所示
反渗透膜海水淡化技术流程图
三、淡化产品水的性质
（一）淡化水水质指标分析
反渗透淡化由于反渗透膜的脱盐率可达99.3％，并且反渗透膜能够截留糖类、氨基酸、细菌、病毒等物质，因此其产品水安全可靠，水质纯净，TDS 仅为20～500 mg ／L。一般反渗透淡化水水质控制指标为细菌总数（MNP·100 ML或CFU·100mL）、大肠杆菌（CFU·100mL）、色度/度、pH、总溶解性固体、总硬度、挥发酚、硅、硼、钠、铁、氯离子、硫酸根、氟化物等。一般来讲，反渗透法所产淡化水，具有矿物质含量少、轻微腐蚀性和偏酸性(pH值为6.5～7.5)的特点。
反渗透法海水淡化产品水除硼外，其他指标均达到国内外生活饮用水标准(GB 5749-2006、世卫组织饮用水准则、欧盟饮用水水质指令及EPA
822-R-04-005)指标限值。
（二）淡化水的后处理方法
对淡化水的进一步处理通常称之为海水淡化后处理。国外的研究认为：经过处理后的淡化水水质，当碱度>80 mg/L、80 mg/L
通常的后处理包括下列过程：①矿化。②防腐蚀。③消毒。④强化脱出特定化学成分。一般情况下后处理过程只采取上述一种或几种措施就能满足要求。例如，与原水混合或添加必要的矿物质(如钙、镁)能同时稳定产品水水质并保护供水系统免于腐蚀。再如，通常添加次氯酸钙是为了杀菌消毒，同时也能增加一些矿物质钙。通常淡化厂的产品水与原水混合并加入次氯酸钙消毒后，可达到卫生安全和管网防腐蚀的目的。
（三）反渗透水处理工艺在海水淡化领域的应用和展望
海水淡化技术种类很多，有蒸馏法（多级闪蒸多效蒸馏、压汽蒸馏等）、膜法（反渗透、电渗析膜蒸发等）、离子交换法、冷冻法等，但适用于大规模淡化海水的方法只有多级闪蒸（MSF）、多效蒸馏（MED）和反渗透法（RO）。
反渗透法海水淡化与蒸馏法相比，膜法海水淡化只能利用电能，蒸馏法海水淡化利用热能和电能。所以反渗透淡化适合有电源的场合，蒸馏法适合有热源或电源的各种场合。但是随着反渗透膜性能的提高和能量回收装置的问世，其吨水耗电量逐渐降低。反渗透海水淡化经一次脱盐，能生产相当于自来水水质的淡化水。虽然蒸馏法海水淡化水质较高，但反渗透技术仍具有较强的自身优势，如应用范围广，规模可大可小，建设周期短，不但可在陆地上建设，还适于在车辆、舰船、海上石油钻台、岛屿、野外等处使用。
反渗透系统需要较好的预处理，才能保证出水水质。在海水淡化领域中，预处理是保证反渗透系统长期稳定运行的关键。由于海水中的硬度、总固体溶解物和其他杂质的含量均较高，在运行过程中，反渗透系统对于浊度、pH 值、温度、硬度和化学物质等因素较为敏感，所以对进水的要求相对较高，
如果进水水质差，产水率就非常低。因此，海水在进入反渗透膜装置之前必须进行预处理。以下是海水淡化的常用的工艺简述。
1、海水杀菌灭藻
由于海水中存在大量微生物、细菌和藻类。海水中细菌、藻类的繁殖和微生物的生长不仅会给取水设施带来许多麻烦，而且会直接影响海水淡化设备及工艺管道的正常运转，所以海水淡化工程多采用投加液氯、次氯酸钠和硫酸铜等化学剂来杀菌灭藻。
2、混凝过滤
因为海水具有周期性涨潮、退潮，水中常夹带大量泥沙，浊度变化较大，易造成海水预处理系统运转不稳定，故在预处理中要加入混凝过滤，目的在于去除海水中的胶体、悬浮杂质，降低浊度。在反渗透膜分离工程中通常用污染指数（SDI）来计量，要求进入反渗透设备的给水的SDI＜4。由于海水比重较大，pH值较高，且水温季节性变化大，预处理系统常选用三氯化铁作为混凝剂，其具有不受温度影响，矾花大而结实，沉降速度快等优点。
3、过滤器过滤
为了使反渗透的进水水质得到进一步提高，降低进水的浊度，通常在混凝过滤之后加上一个砂滤过滤器，使得水中的微小悬浮物和颗粒物得到进一步的去除，确保了水质的进一步提高。
4、阻垢剂和还原剂
海水的组成非常复杂，硬度和碱度都非常高，为了使得反渗透系统能够更好的运行，保持系统始终在没有结垢的情况下运行，需要根据具体的水质投加相对应的阻垢剂。另外，因为反渗透预处理中投加了氧化剂杀菌，故在反渗透进水时需要投加还原剂来还原，使得反渗透系统的进水余氯小于0.1ppm（或ORP<200mV），满足反渗透系统对进水氧化物质含量的要求。
5、保安过滤器
因为海水的含盐量非常多，故保安过滤器的材质要采用316L滤器，滤芯孔径通常选5μm，过滤进高压泵前的海水，阻挡海水中直径大于5μm颗粒
杂质，确保高压泵，能量回收装置和反渗透膜元件安全、长期稳定的运行。
6、高压泵和能量回收装置
高压泵和能量回收装置是为反渗透海水淡化提供能量转换和节能的重要设备，按反渗透海水淡化所需的流量和压力选型，能量回收装置具有水力透平结构，能利用反渗透排放浓缩海水的压力使反渗透进水压力提升30%，使得浓水的能量得到有效的利用，同时降低能耗，从而有效地减少运行费用。
7、反渗透元件与装置
反渗透膜元件是反渗透海水淡化的核心部件，要选用与海水淡化系统相对应的海水淡化膜，根据系统的不同设计，可以选择VONTRON公司的SW21－8040或者SW22-8040海水淡化膜元件，该海水淡化元件具有高脱盐率，较好的耐压性、抗氧化和耐污染等性能。海水淡化系统的设备材质在高压部分要采用316L以上的不锈钢材质，防止海水的高含盐水质对高压管路的腐蚀。
8、系统控制
反渗透海水淡化控制系统通常采用可编程控制器PLC组成一个分散采样控制，集中监视操作的控制系统。按工艺参数设置高低压保护开关，自动切换装置，电导、流量和压力出现异常时，能实现自动切换、自动联锁报警、停机，以保护高压泵和反渗透膜元件。变频控制高压泵的起动和关停，实现高压泵的软操作，节省能耗，防止由于水锤或反压造成高压泵和膜元件损坏。程序设计在反渗透装置开机和停机前后，能实现低压自动冲洗，特别在停运时，浓缩海水的亚稳定状态会转化出现沉淀，污染膜面，低压淡化水自动冲洗能置换出浓缩海水，保护膜面不受污染，延长膜的使用寿命。对系统的温度、流量、水质、产水等相关参数能实现显示、储存、统计、制表和打印。监视操作中的动态工艺流程画面清晰直观，系统控制简化人工操作，确保系统能自动、安全、可靠地运行。
9、展望
随着反渗透膜技术的不断改进和分离工艺的改良，反渗透海水淡化在世界海水淡化产业中所占比例正在不断扩大，而反渗透海水淡化处理工艺也得
到了高度的重视，并以较快的速度发展。同时，随着新型膜与膜技术的开发，海水淡化成本有望进一步降低，必将加快膜法海水淡化技术转化为实际生产力的速度，使之在解决世界性水资源短缺的难题中发挥更大的作用。
四、结束语
地球上的淡水资源危机今后将愈加严重，而海水淡化是解决水问题的唯一途径。海水淡化的成本是人们最关心的问题，鉴于自来水价格很低，因此淡化成本就不能太高。淡化水的成本是个很复杂的问题，它不仅与淡化方法有关，而且与工艺设计、选材、给水和淡化的水质、比能耗、地理、当地能源价格、投资来源、管理体制有密切关系。比较各种淡化方法，反渗透淡化法的投资费和运行费都是低的。反渗透技术将是21世纪海水淡化的主要方法。
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致谢
本论文是在----老师指导和关心下完成的。从实验过程到最终完成论文，---老师都进行全程悉心指导。在三年半学习期间，----无论是在学习或生活中都给予我悉心的关怀。从---老师那里我不但学到了知识，更重要的是---老师兢兢业业的工作作风，丰富的研究经验，严谨的治学态度，渊博的学识，为我今后的工作生活树立了榜样。将指引我今后的学习和工作，在此谨向---老师表示衷心的感谢! 并祝愿老师身体健康、工作愉快!
同时，我还要特别感谢化学工程教研室的全体老师，在大学学习期间对我的教导与关怀。并祝愿老师们身体健康、工作愉快!
最后，感谢我的家人和同学朋友们，他们对我的支持、鼓励和帮助使我不断前进，顺利完成学业。
反渗透海水淡化工程设计方案
目录 1、设计基础 2、工艺流程及说明 3、控制系统说明 4、设备技术规范 5、技术服务内容 6、技术保证 7、供配电和原材料供应 8、环境处理 9、投资方式与运行管理 10、建设内容与施工期 11、投资估算 12、经济效益及社会效益评价 前言
蚂蚁岛位于舟山本岛东南部，北临沈家门和普陀山，距沈家门8海里，常住人口在4300人左右，是一个以渔业为主，有著名的虾皮加工市场的岛屿。岛上风景秀丽，民风淳朴。近几年来随着旅游业的兴起，已发展成为旅游景区。 蚂蚁岛是舟山市13个严重缺水的岛屿之一，且受地理、地形的制约，淡水资源开发难度很大。平常年全岛可供淡水13万m3，需水量为19万m3，缺水约5万m3，缺水量比较大。鉴于水源不能满足岛内生活水平的提高和各产业的发展，所以需新增水源，开拓稳定可靠的淡水资源，是缓解蚂蚁岛淡水资源缺乏的根本措施。在政府和有关技术部门于2005年5月对本地区虾峙镇的“300吨/日的反渗透海水淡化工程”进行调研的基础上，对蚂蚁岛建设总制水能力为“200吨/日的反渗透海水淡化工程”正式立项。 据本公司提供的信息，对蚂蚁岛筹建“200吨/日的反渗透海水淡化工程”进行工程投资并参与建设，现就“200吨/日的反渗透海水淡化工程”进行方案设计，提供以下设计方案，以供负责项目部门参考。 1.0 设计基础 1.1 本方案涉及的流程及设备是能满足制备生活饮用水，有如
下要求； 1.1.1 产水用途：生活饮用水。 1.1.2 系统出力：200m3/d（25℃）。 1.1.3 系统回收率：35%~40%。 1.1.4 系统配置：取水、预处理、一级反渗透（RO）除盐装置及相关辅助设备。 1.2 本方案主要依据如下： 1.2.1 海水水源：用户提供。 1.2.2 原水水质分析：水质报告。 1.2.3 设计界限：从取水点至终端水箱。 1.2.4 其它涉及的设计基础条件将在技术联络中讨论确定。 1.3 设备制造及设计参考标准： 1.3.1 JB2932-86《水处理设备制造条件》。 1.3.2 HGJ34-90《化工设备管道外防腐设计规定》。 1.4 出水水质：达到生活饮用水水质卫生规范（2001） 1.5 系统对外要求：
海水淡化技术及建设投资运行成本介绍 1.海水淡化技术发展现状 海水淡化又被称为海水脱盐，也就是从海水中获取淡水的技术和过程。从海水中取出淡水或者除去海水中的盐分，都可以达到淡化的目的。从这两条路线出发，海水淡化分为两类。采用从海水中分离出淡水的方法又可以细分为蒸馏法、冷冻法、反渗透法、水合物法和溶剂萃取法；而第二类则包括电渗析法和离子交换法。其中目前得到大规模商业应用是反渗透法和蒸馏法。 （1）反渗透海水淡化技术 对透过的物质具有选择性的薄膜称为半透膜，一般将只能透过溶剂而不能透过溶液的薄膜称之为理想的半透膜。当半透膜把不同浓度的溶液隔开后，在自然情况下，水流是从低浓度盐水侧往高浓度盐水侧流动；当在高浓度盐水侧加上一个适当的压力后，也会将水从高浓度侧压到低浓度侧，见图1。反渗透海水淡化就是利用该原理，用高压泵将海水增压后，借助半透膜的选择截留作用来除去水中的无机离子得到淡水。由于反渗透膜的截留粒度小于10×10-10 m，所以反渗透海水淡化同时能滤除各种细菌、病毒，获得高质量的纯水。 图1. 反渗透海水淡化技术原理 一般说来，反渗透海水淡化工艺包括四部分：预处理、反渗透、后处理及清洗系统，图2是一种反渗透海水淡化系统的典型工艺流程。
图2. 反渗透系统典型工艺流程图 预处理系统的目的是为了充分发挥反渗透淡化系统的技术优越性，保障良好的设计性能和长时间的安全运行，特别是为了保证膜的使用寿命（一般情况下，自来水和苦咸水反渗透膜的使用寿命为5年，而海水膜的使用寿命为3年）而设置。由于供给的源水不同，其水质组成与杂质成分千差万别，预处理系统也有很大的区别，在决定预处理系统时需要丰富的基础理论知识和工程实际经验。 反渗透装置的主体由反渗透膜堆和高压泵两部分组成，反渗透组件是整个系统的心脏部分，而高压泵是系统的关键部件。高压泵把进水升压至不同的压力进入膜堆，透过膜的水作为产品水，而未透过膜的作为浓盐水排放。其设计的核心在于根据不同的原水水质安排不同的回收率，以及通过流程及设备的选用使系统尽可能的节能。一般情况下自来水及苦咸水回收率可以做到45%～75%，有些系
作者：Abao005 浅析反渗透在海水淡化中的应用 摘要：海水淡化自古以来就是人们梦寐以求的，现在已经变为现实，尤其是近几年来，反渗透技术由于其投资少、能耗低、成本便宜、建设周期短等优点。已多次在国际海水淡化会化招标中胜出。本文主要介绍反渗透技术的发展，介绍了膜、组器、设备以及应用工艺的创新性开拓，其中包括不对称膜、复合膜。 关键词：海水淡化，渗透，反渗透，膜分离
引言 海水的组成很复杂，已知海水中含有80 多种化学元素，主要以离子形式存在。在海水浓缩、结晶过程中，则以盐的形式析出。其中Cl -，Na +，Mg 2+等11 种含量超过1 ×10 - 6的元素是海水的主要成份，占海水总含盐量的99.58% 。此外，海水中还存在某些同位素，重要的有氢的同位素氘等。海水中也溶解有多种气体，含量最多的为二氧化碳、氮和氧。空气中的稀有气体氩、氦和氖，在海水中也有微量存在。溶解在海水中的二氧化碳，与淡水中的情况不同，淡水中的二氧化碳主要是以游离状态存在，可用煮沸或减压等方法驱除。海水中的二氧化碳除少量是游离状态外，主要是以碳酸根及碳酸氢根形式存在，需加入强酸方可逐出，用一般的方法难以驱逐。海水中还含有各种数量不等的无机和有机悬浮物，因此要从海水中提取淡水并不是一件很容易的事。 世界上淡水资源不足，已成为人们日益关切的问题。作为水资源的开源增量技术，海水淡化已经成为解决全球水资源危机的重要途径。反渗透法于20世纪70年代起用于海水净化，经过几十年的发展，随着反渗透膜性能提高、预处理技术进步、能量回收率的提高等，已成为投资最省、成本最低、应用范围广泛的海水淡化技术，也是目前最清洁的方法。 一、反渗透简介 反渗透又称逆渗透，一种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。对膜一侧的料液施加压力，当压力超过它的渗透压时，溶剂会逆着自然渗透的方向作反向渗透。从而在膜的低压侧得到透过的溶剂，即渗透液；高压侧得到浓缩的溶液，即浓缩液。若用反渗透处理海水，在膜的低压侧得到淡水，在高压侧得到卤水。 反渗透时，溶剂的渗透速率即液流能量N为： N＝Kh(Δp－Δπ) 式中Kh为水力渗透系数，它随温度升高稍有增大；Δp为膜两侧的静压差；Δπ为膜两侧溶液的渗透压差。稀溶液的渗透压π为：
海水淡化 工艺设计方案 姓名：董福林 所在班级：海化13-1 学号：201338042113 二○一四年十二月
目录 1.方案方法选择 2.原理介绍 3取水方式 4 海水预处理 5加药装置的选择 6反渗析主机介绍 7管道选择
8工艺流程图 9结语 方案方法选择 海水淡化技术种类很多，有蒸馏法（多级闪蒸、多效蒸馏、压汽蒸馏等）、膜法（反渗透、电渗析、膜蒸发等）、离子交换法、冷冻法等，但适用于大规模淡化海水的方法只有多级闪蒸、多效蒸溜和反渗透法 反渗透法与现有其他分离方法（如蒸发、冷冻等）相比，具有相态不变、无需加热、设备简单、效率高、占地小、操作方便、能量消耗少、适应性强等显著特点。而且采用反渗透技术不会造成环境的二次污染，排污费用较低，容易达到环保要求，制水成本可大幅度降低，易于大规模工业化生产。 原理介绍 当向浓溶液一侧施加一个大于渗透压的外压时，浓溶液中
的水就会通过半透膜流向稀溶液，使浓溶液的浓度更大，这一过程就是渗透的相反过程，称为反渗透渗。反渗透是非自发过程 取水方式的确定 在海水淡化系统中，取水方式对海水的预处理有较大的影响。如果考虑因素不全面，会严重影响反渗透的效果，给保安过滤器及反渗透膜堆增大工作负荷。 取水方式应考虑如下因素：取水位置的选择；台风对取水设施的影响；从取水处输送至预处理系统的方式方法；取水泵的选择（潜水泵或端吸泵等）；海潮对取水水位的影响；海水温度的变化；海水的腐蚀性；海水中微生物、细菌、藻类等。 考虑以上因素后，一般有如下四种取水方式：海滩井取水；表层海水取水；海床过滤取水；海滩水平暗渠取水。具体采用何种取水方式，要在综合考虑各种因素后才可确 海水预处理 微滤和纳滤技术用于海水预处理海水不仅硬度高，且水中的悬浮物、胶体物质、微生物、细菌等会使膜受到污染、侵蚀，水的温度、pH值、余氯含量、压力等参数的变化也会影响膜的性能，所以给水预处理对反渗透安全运行是至关重要的。传统的常规海水预处理包括：灭菌沉降、过滤、软化、脱气等，需要多
反渗透海水淡化技术的发展 海水淡化是从海水中获取淡水的技术和过程。早在50年代，为解决“水的危机”，美国从52年起专设盐水局，74年后转为资源技术局，不断推进水资源和脱盐的技术进步，其中反渗透法海水淡化（SWRO）就是1953年据膜和海水界面有一纯水层而提出的。 l、前言 水是生命的源泉，是社会和经济发展的命脉，是人类宝贵的不可替代的自然资源。当前缺水已成为世界性问题，成为制约社会进步和经济发展的瓶颈，解决水资源的供需矛盾，对我国的可持续发展是非常迫切的和重要的。我国沿海地区仅占全国土地面积的15%，人口的40%，但创造着60%以上的社会总产值，和全国一样，沿海，特别是北方地区以及岛屿的供水严重不足，形势严峻。沿海地区有丰富的海水资源，用海水淡化技术向大海要淡水，满足沿海城镇和岛屿对淡水的需求或紧缺需求，是自古以来人们所梦寐以求的，现在已变为现实。反渗透海水淡化不仅技术上完全可行，而且在许分情况下是经济的。 2、反渗透的发展概况 海水淡化是从海水中获取淡水的技术和过程。早在50年代，为解决“水的危机”，美国从52年起专设盐水局，74年后转为资源技术局，
不断推进水资源和脱盐的技术进步，其中反渗透法海水淡化（SWRO）就是1953年据膜和海水界面有一纯水层而提出的；73年日本通产省下设造水促进中心，专门研究的脱盐技术，欧洲则在尤里卡等计划下推动海水淡化的发展，它们也都以膜法为重点。经过近50年的研究、开发和产业化，SWRO自70年代进入海水淡化市场之后，发展十分迅速。RO用膜和组件已相当成熟，组件脱盐率可高达99.5%以上，有约20年的经验积累，SWRO工艺过程也逐渐成熟，近年来，功交换器和压力交换器的开发成功使能量效率都高达90%以上，从而使SWRO的本体能耗在3kWh/m3淡水以下，成为从海水制取引用水最廉价的方法，进一步增强了SWRO的竞争力。 近几年来，在国际海水淡化中，SWRO以投资最低，能耗最省，成本最低，建造周期短等优势而屡屡中标。SWRO所以能如此成功，与其在膜、组器、设备和工艺等方面的创新性开拓是分不开的。下面是着几方面的简要的发展概况： 3、反渗透的一些重大的创新进展 3.1反渗透膜的进步 在反渗透膜发展的历史中，不对称膜和复合股的研发是创新的两个范例。
2000吨/日反渗透海水淡化工程 项 目 建 议 书 杭州水处理技术研究开发中心
目录
第一节概述1.1项目背景 1.2水资源现状 1.3建设海水淡化项目的必要性和意义
第二节工艺技术初步方案 2000m3 /d反渗透海水淡化工程分为四部分，即海水取水、海水一级预处理、海水二级预处理、反渗透海水淡化及产品水后处理供水。整体工程的技术路线如下： 海水冷却水池—→海水取水—→水力澄清池—→重力无阀滤池—→中间海水池—→海水增压泵—→多介质过滤器—→保安过滤—→高压泵+能量回收装置+压力提升泵—→反渗透海水淡化装置—→产品水后处理—→产品水池—→供水泵—→自来水管网。 2.1海水取水 取水量为240 m3/h，取得的海水通过管道送到位于工程现场的水力循环澄清池。 2.2海水一级预处理 海水一级预处理部分由水力循环澄清池、重力式无阀滤池及液氯、混凝剂和助凝剂自动投加设备及中间海水池组成，设计处理量为240m3/h。 由于海水水源为表层海水，海水中存在大量微生物、藻类和细菌，细菌、藻类繁殖和微生物的生长会直接影响反渗透海水淡化系统及工艺管道件的正常运行。因此，本设计采用投加液氯杀菌灭藻方案。投加量为2-3mg/l，投加点设在水力澄清池前的海水输水管上。 由于海域周期性涨潮、退潮的影响，海水中夹带大量的泥沙，浊度高，设计中采用两级预处理方案，海水一级预处理由水力澄清池、重力无阀滤池组成。目前国内外海水淡化工程多采用铁盐作为海水预处理系统中的混凝剂。由于海水比重较大、铁盐生成的矾花比重大在海水中易于沉降，本设计选用三氯化铁作为混凝剂，预计投加量视海水浊度变化在40-80mg/l之间：骨胶为助凝剂，投加量为2-3mg/l。经海水一级预处理，要求海水浊度降到3-5度以下，进入中间海水池。中间海水池系过渡性水池，要求有30分钟的储水量，初步确定中
反渗透海水淡化系统改善措施探究 发表时间：2019-10-23T15:01:21.600Z 来源：《基层建设》2019年第21期作者：宗磊[导读] 摘要：海水淡化能够为现有的水资源提供补充措施，在一定程度上缓解一些地区缺水的状况。 天津大港新泉海水淡化有限公司天津市 300270摘要：海水淡化能够为现有的水资源提供补充措施，在一定程度上缓解一些地区缺水的状况。特别是在很多岛屿以及中东地区，海洋淡化水已经成为基本的水源。因此，在这样的情况下，反渗透海水淡化系统改善显得非常重要。 关键词：反渗透；海水淡化系统；改善措施引言 随着中国社会经济的快速发展，虽然我国反渗透海水淡化系统各项功能已经有了明显改善，但是现阶段依然存在很多问题亟待解决。海水淡化工程水资源系统是系统性和综合性的系统，与多方面因素都有紧密联系。 1、反渗透海水淡化技术概述 所谓海水淡化技术，主要是把海水中的盐分出去，提取其中的淡水的一种技术。在经过了半个多世纪的研究和不断发展，这项技术已经显得比较成熟，把海水淡化已经在世界的各个地方都基本实现。特别是在一些海湾比较缺水的地区，更是需要这项技术。在当前的海水淡化技术中，有反渗透、多级闪蒸、多效蒸发和压汽蒸馏等。就反渗透技术来说，虽然出现的相对比较晚，但是有一个最大的特点就是采用膜处理技术，与其他海水淡化技术相比，能耗比较低，也比较节能环保。所以，在未来一段时间，海水淡化处理技术的核心将会是反渗透海水技术，这种技术将发挥关键性的作用。 反渗透技术，英文名称是“REVERSE OSMOSIS”缩写为“RO”。是在20世纪60年代发展起来的一项技术，属于目前比较先进和节能环保的技术，主要是采用反渗透膜在外界压力作用下使溶液中的溶剂与溶质进行分离，从而很好的去处水中的杂质和盐分，净化海水，提取淡水。 1.1优点 ①海水淡化使用的反渗透技术属于一种膜处理技术，基本上具有膜应具有的优点，比如能耗比较低，环保性能好，对于热敏感物质的分离效果比较明显等，应用的范围也是比较广的，而且应用设备相对比较简单，维修起来也比较方便。运营的费用相对其他技术是比较低的，设备还比较容易定型，具有比较强的自控能力，在经营管理的时候比较方便，这样更加有利于产业化经营。 ②反渗透膜的孔径不大，一些细微的生物病菌都没有办法通过反渗透膜，而且，这个膜还可以更好的处理一些有机物和一些微粒。所以，利用反渗透技术进行海水淡化，淡化出来的水质是比较好的，完全可以达到饮用水的标准。 ③反渗透技术的原动力是压力的分离，其设备构造比较紧凑，设备的体积也不大，单位体积内产水的量也比较高，占地面积不大，而且在操作起来比较简单，属于自动化程度比较高的技术。 1.2缺点 ①对于反渗透膜来说，对于水质的要求是比较严格的，所以，在进液淡化水之前要对原有的水质进行一个相对比较严格的处理，比如，采用微虑超滤膜等一些过滤方法。尽可能的不要污染透膜，避免微孔的堵塞。 ②在反渗透运行中，过滤器R.O.膜元件更换频率相对比较高，这样就在无形中增加了处理费用，而且运行的时候噪音是比较大的。 ③海水中有一些难以溶解的盐分和一些悬浮物以及化合物等杂质，所以，反渗透装置在长时间使用之后，就会有裇污垢堵塞住。所以，需要在一定时间内用特定的清洁剂对其进行清洗，从而把膜组件的性能恢复到原有状态。为了避免反渗透透膜上产生细菌，需要定期对其进行消毒处理。 ④当前我国海水淡化的产业规模还不是特别大，一天的产量之占据世界的1%左右，海水作为冷去水的用量也只占据世界的6%左右。对于沿海地区来说，自来水的价格是偏高的。由于大规模的海水淡化技术还不太成熟，没有任何法律法规可以遵循也是其中的原因，那些有条件利用海水但是却没有利用的情况时有发生。 2、反渗透海水淡化系统优化措施 2.1优化反渗透海水淡化系统 反渗透海水淡化系统根据工序的不同可分为四个部分：预处理系统、高压给水系统、膜组件、后处理系统。 2.1.1预处理系统 在实践中，海水中存在大量硫酸盐、硅酸盐等难溶于水的盐、泥沙，真菌、霉菌、藻类等微生物以及其他杂质。如果未经预处理的海水直接通过膜组件，这些污染物将会直接被半透膜膜体截留，致使膜体短时间内受到严重污染，甚至产生损害，破坏膜系统的长期稳定运行，将导致频换更换膜组件，造成经济成本过高。因此，考虑到系统的长期稳定运行，防止膜组件系统被快速污染甚至被破坏，造成膜组件更换频繁，使经济成本过高，在海水在进入在膜组件前，相关人员必须进行相应严格有效的预处理工艺，以保护膜组件及整个系统安全有效的运行。比如，工程预处理系统按工序及作用的不同可分为二级和一级预处理系统。其中，一级系统主要包括预处理斜管沉淀池、清水池、絮凝沉淀池、加药系统、无阀过滤池等。一级系统的作用是除去伤害膜组件的、对膜组件产生严重污染的有害物质，比如海水中的悬浮有机物、细菌、微生物、泥沙、胶体等。 2.1.2高压给水系统 在实践中，高压给水系统主要由三个部分组成：增压泵、高压泵、能量回收装置，是反渗透海水淡化工程的主要能耗模块。高压泵是反渗透海水淡化系统的主要能耗部件，反渗透过程的水分子通过渗透膜的驱动力是由高压泵来提供，高压泵是反渗透海水淡化工程高压給水系统的心脏。高压泵的电耗占高压给水系统能耗的90%以上，占制水成本的70%以上，因此当反渗透海水淡化系统中膜组件已经选定的情况下，海水淡化高压泵的效率、运行方式将直接决定反渗透海水淡化系统的能耗指标。能量回收系统是高压给水系统的另一重要组成部分。在实践中，海水经过膜系统后所得的浓水仍然具有很高的压力，如果系统不能将这部分浓海水中的能量加以回收利用的话，将造成极大的能量浪费。使用能量回系统将这部分浓海水中的能量加以回收利用，可有效的降低系统的总能耗，从而极大降低单位产水能耗。另外，能量回收装置采用ERI的PX能量回收装置，该装置在膜组件因老化、污染，海水温度波动和盐度波动等外部因素影响系统回收率的情况下，该装置的回收效率也能基本保持不变。
作者：Mouseby 浅析反渗透在海水淡化中的应用 摘要：海水淡化自古以来就是人们梦寐以求的，现在已经变为现实，尤其是近几年来，反渗透技术由于其投资少、能耗低、成本便宜、建设周期短等优点。已多次在国际海水淡化会化招标中胜出。本文主要介绍反渗透技术的发展，介绍了膜、组器、设备以及应用工艺的创新性开拓，其中包括不对称膜、复合膜。 关键词：海水淡化，渗透，反渗透，膜分离
引言 海水的组成很复杂，已知海水中含有80 多种化学元素，主要以离子形式存在。在海水浓缩、结晶过程中，则以盐的形式析出。其中Cl -，Na +，Mg 2+等11 种含量超过1 ×10 - 6的元素是海水的主要成份，占海水总含盐量的99.58% 。此外，海水中还存在某些同位素，重要的有氢的同位素氘等。海水中也溶解有多种气体，含量最多的为二氧化碳、氮和氧。空气中的稀有气体氩、氦和氖，在海水中也有微量存在。溶解在海水中的二氧化碳，与淡水中的情况不同，淡水中的二氧化碳主要是以游离状态存在，可用煮沸或减压等方法驱除。海水中的二氧化碳除少量是游离状态外，主要是以碳酸根及碳酸氢根形式存在，需加入强酸方可逐出，用一般的方法难以驱逐。海水中还含有各种数量不等的无机和有机悬浮物，因此要从海水中提取淡水并不是一件很容易的事。 世界上淡水资源不足，已成为人们日益关切的问题。作为水资源的开源增量技术，海水淡化已经成为解决全球水资源危机的重要途径。反渗透法于20世纪70年代起用于海水净化，经过几十年的发展，随着反渗透膜性能提高、预处理技术进步、能量回收率的提高等，已成为投资最省、成本最低、应用范围广泛的海水淡化技术，也是目前最清洁的方法。 一、反渗透简介 反渗透又称逆渗透，一种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。对膜一侧的料液施加压力，当压力超过它的渗透压时，溶剂会逆着自然渗透的方向作反向渗透。从而在膜的低压侧得到透过的溶剂，即渗透液；高压侧得到浓缩的溶液，即浓缩液。若用反渗透处理海水，在膜的低压侧得到淡水，在高压侧得到卤水。 反渗透时，溶剂的渗透速率即液流能量N为： N＝Kh(Δp－Δπ) 式中Kh为水力渗透系数，它随温度升高稍有增大；Δp为膜两侧的静压差；Δπ为膜两侧溶液的渗透压差。稀溶液的渗透压π为：
吨日反渗透海水淡化工程项目建议
2000吨/日反渗透海水淡化工程 项 目 建 议 书 杭州水处理技术研究开发中心
目录 第一节概述 (2) 1.1项目背景 (2) 1.2水资源现状 (2) 1.3建设海水淡化项目的必要性和意义 (2) 第二节工艺技术初步方案 (3) 2.1海水取水 (3) 2.2海水一级预处理 (3) 2.3海水二级预处理 (4) 2.4反渗透海水淡化系统 (4) 2.5产品水后处理及供水 (5) 第三节原材料供应及外部配套情况 (7) 第四节工程设备投资估算 (8) 4.1设备投资概算 (8) 4.2土建及配套设施投资概算 (10) 第五节占地面积 (11) 第六节运行费用估算 (12) 6.1、运行费用估算 (12) 第七节项目实施初步计划 (13)
第一节概述1.1项目背景 1.2水资源现状 1.3建设海水淡化项目的必要性和意义
第二节工艺技术初步方案 2000m3 /d反渗透海水淡化工程分为四部分，即海水取水、海水一级预处理、海水二级预处理、反渗透海水淡化及产品水后处理供水。整体工程的技术路线如下： 海水冷却水池—→海水取水—→水力澄清池—→重力无阀滤池—→中间海水池—→海水增压泵—→多介质过滤器—→保安过滤—→高压泵+能量回收装置+压力提升泵—→反渗透海水淡化装置—→产品水后处理—→产品水池—→供水泵—→自来水管网。 2.1海水取水 取水量为240 m3/h，取得的海水通过管道送到位于工程现场的水力循环澄清池。 2.2海水一级预处理 海水一级预处理部分由水力循环澄清池、重力式无阀滤池及液氯、混凝剂和助凝剂自动投加设备及中间海水池组成，设计处理量为240m3/h。 由于海水水源为表层海水，海水中存在大量微生物、藻类和细菌，细菌、藻类繁殖和微生物的生长会直接影响反渗透海水淡化系统及工艺管道件的正常运行。因此，本设计采用投加液氯杀菌灭藻方案。投加量为2-3mg/l，投加点设在水力澄清池前的海水输水管上。 由于海域周期性涨潮、退潮的影响，海水中夹带大量的泥沙，浊度高，设计中采用两级预处理方案，海水一级预处理由水力澄清池、重力无阀滤池组成。目前国内外海水淡化工程多采用铁盐作为海水预处理系统中的混凝剂。由于海水比重较大、铁盐生成的矾花比重大在海水中易于沉降，本设计选用三氯化铁作为混凝剂，预计投加量视海水浊度变化在40-80mg/l之间：骨胶为助凝剂，投加量为2-3mg/l。经海水一级预处理，要求海水浊度降到3-5度以下，进入中间海水池。中间海水池系过渡性水池，要求有30分钟的储水
目录 摘要 (2) Abstract (2) 关键词 (2) 一、海水淡化的背景 (2) 九海水淡化的原因 (2) 2.............................................................................................................................. 海水的成分 (3) 二、海水淡化的技术： (3) 1?海水的预处理 (3) 2.反渗透 (4) 3.电渗析 (4) 4.蒸馆法 (4) 5.海水淡化的建设周期 (4) 三、离子交换海水的淡化技术： (5) [.淡化原理 (5) 2.离子交换剂直接淡化海水 (5) 3.离子交换剂用于淡化海水的预处理 (5) 3.离子交换剂用于淡化海水的后处理 (6) 4.离子交换技术淡化海水的特点 (6) 5.离子交换技术淡化海水的发展前景 (6) 四、结语 (7) 五、参考文献： (7)
摘要 随着我国经济的快速发展，用水量急剧增加，沿海地区由于经济发达人口众多，对水资源的需求量更大，水资源严重匮乏，海水淡化将成为沿海城市解决水危机的重要途径。离子交换法淡化海水具有处理彻底、成本低、可再生等优势, 已在海水淡化预处理、后处理、浓海水提取化学元素等方面得到广泛的应用，具有广阔的前景。 Abstract With the rapid development of economy in our country, water consumption has increased chamatically, due to the economic developed coastal areas with a large population, the greater demand for water resources, water resources are scarce, desalination will become the important way to solve the problem of water crisis in coastal cities.Method of ion exchange desalinatioii has complete processing, low cost and renewable advantages, has been in seawater desalination pretreatment, aft erti eatm ent, strong water extraction widely used in the chemical elements and so OIL has a broad prospect? 关键词 海水淡化；离子交换技术应用；离子交换技术海水淡化前景 一、海水淡化的背景 1?海水淡化的原因 水资源是基础性然资源和战略性经济资源，是经济社会发展的命脉，淡水资源短缺己成为制约我国经济和社会可持续发展的重要因素Z—。海水利用己成为世界许多临海国家新水源开发的战略决策,也是缓解我国水资源短缺、促进经济可持续发展的重要途径。 为解决淡水资源的供需矛盾，人们的目光早已转向相当于全球淡水37.6倍储量的海水。于是，海水和微咸水淡化被视为开发新水源、解决淡水资源危机的基本途径。rti 于物理方法耗能多、造价高，只适合于经济发达国家，适用性有限。为此，有人研究开发了用离子交换法进行海水淡化的新技术，并取得了成功。表1为淡化综合水价与沿海自來水价的比较： 表1: 从上表可以看出，到了2010年，海水淡化的水价，比居民自来水价比居民自来水价
《海水淡化工程技术与工艺》之读书笔记、 第一章：水资源 水资源的定义：广义的来说，水资源为一切可被人利用的天然水，包括于人类所及空间各种相态的水。联合国教科文组织和世界气象组织在1998年定义的水资源为“作为资源的水应当是可供利用或有可能利用，具有足够数量和可用质量，并可适合某地水的需求而能长期供应的水源。”我国对水资源的理解在《中国大百科全书》中，在“大气科学，海洋科学，水温科学”卷中将水资源定义为“地球表层可供人类利用得水，包括水量，水域和水能资源，一般指每年可更新得水量资源”。 水资源的特性：水资源是人类社会赖以生存和发展不可替代的自然资源；水资源是循环再生的资源，在一时间限度内是有限的；水资源具有很强的时间性，具有动态变化特性；水资源具有区域特色；水是一种特殊的资源，同时具有生态效益，社会效益和经济效益；水资源可以重复利用，这也是区别其他自然资源的又一特性。 世界水资源问题：世界水资源总量为410220亿万立方米，人均水资源总量为7342立方米。1995年，全世界水资源利用量38000亿立方米，消耗量21000立方米，其中农业用水25000亿立方米。全球供水安全面临严峻挑战；水资源短缺日益成为全球性的问题；世界水资源状况趋于恶化。 中国的水资源概况：中国水资源总量为2.8万亿立方米，其中地表水2.7万亿立方米，地下水0,83万亿立方米，由于地表水和地下水相互转换，互相补记，扣除两者重复计算量0.73万亿立方米，与河流径流不重复的地下水资源约为0.1亿万立方米。中国目前有十六省人均水资源低于严重缺水线，有六个省、区人均水资源量低于500立方米。我国水资源总量并不丰富，人均占有量更低，人均占有量为2240立方米，低于全球人均的1/4，在世界银行连续统计的153个国家中居88位。我国地域分配不均，水土资源不相匹配。年内年季分配不均，旱涝灾害频繁。在我国水资源开发利用中存在的主要问题包括供需矛盾日益加剧，区域和行业市场问题，用水效率不高，水环境恶化，水资源缺乏合理配置，经济发展与生产力布局考虑水资源不够。 原水的组成包括河流水和海水。对于河流水化学主要研究河流水矿化度、总硬度、总碱度、PH、主要离子等特征值的形成、分布、时空变化规律及其影响因素的一门学科。河流水研究内容包括天然水成为溶剂的理论基础，河流水化学成分的形成过程及其变质作用，河流水化学成分的分析方法与技术，河流水化学动态及其自然地理条件和生物环境的关系，等等。 硬水和软水 硬水是含有钙盐和镁盐的天然水。在硬水中，钙、镁可以以碳酸盐、碳酸氢盐、硫酸盐、氯化物和硝酸盐等形式存在。当硬水中钙和镁以碳酸氢盐形式存在时，称为暂时硬水，当这种硬水加热煮沸时，碳酸氢盐会分解成碳酸盐而沉淀除去。如果硬水中钙和镁主要以硫酸盐、硝酸盐和氯化物等形式存在，则称为永久硬水，不能通过加热煮沸的方式除去。硬水中的钙盐和镁盐能与肥皂作用，生成不溶性的硬脂酸盐，减低肥皂的去污能力。硬水中含盐量通常以硬度来表示。硬度单位常用“度”表示，一度相当于每升水中含10mg的CaO，生活饮用水的总硬度要求小于25度。 软水是只含少量可溶性钙盐和镁盐的天然水，或是经过处理的硬水。天然软水一般是指江水、河水、湖水。经软化处理的硬水指钙盐和镁盐含量降为1.0~50mg/L后得到的软化水。软水的处理方法如下：①石灰-苏打法先测水的硬度，然后加入定量的氢氧化钙和碳酸钠，硬水
反渗透(SWRO)海水淡化高压泵选型方法 21世纪将是水的世纪。20世纪初，国际上就有“19世纪争煤、20世纪争石油、21世纪争水”的说法，第47届联合国大会更是将每年的3月22日定为“世界水日”，号召世界各国对全球普遍存在的淡水资源紧缺问题引起高度警觉。从全球范围来看，根据联合国统计，全球淡水消耗量20世纪初以来增加了约6-7倍，比人口增长速度高2倍，全球目前有14亿人缺乏安全清洁的饮用水，即平均每5人中就有1人缺水。 向海洋索取淡水，已经成为世界沿海国家的共识。在过去的30年里，海水淡化的技术为人类获得了大量的淡水资源，根据国际淡化协会 （InternationalDesalinationAssociation）提供的最新数据,自1997年，海水淡化产能年均复合增长率为16.8%，在2007年，淡化产能的增长率为24.5%，相比2006年总共增长了670万立方米每日（1770MGD）。全球现今有13869座海水淡化厂在工作，它们总共的产能是6360万立方米每日（16800MGD）可饮用水，其中已经运行的产能为5300万立方米每日——只相当于0.5%的全球用水量。大约一半的海水淡化厂在中东，约20%在美国，13%在欧洲，12%在亚洲。 中国被联合国认定为世界上13个最贫水的国家之一。我国淡水资源总量名列世界第六，但人均占有量仅为世界平均值的l/4，位居世界第109位，而且水资源在时间和地区分布上很不均衡，有10个省、市、自治区的水资源已经低于起码的生存线，那里的人均水资源拥有量不足500立方米。 目前我国有300个城市缺水，其中110个城市严重缺水，他们主要分布在华北、东北、西北和沿海地区，水已经成为这些地区经济发展的瓶颈。2010年后，我国将进入严重缺水期。有专家估计，2030年前中国的缺水量将达到600亿立方米。因此，为保证我国经济的可持续发展，淡水资源问题的解决已迫在眉睫。 有关专家分析提出，淡化海水是解决我国沿海地区淡水严重短缺的有效途径之一，海水淡化已经成为我国新兴的朝阳产业。 在海水淡化技术已成熟的今天，经济性是决定其广泛应用的重要因素。目前，在已经开发的20几种淡化技术中，反渗透法(SWRO)、多级闪蒸（MSF）和低温多效（MED-TVC）达到了工业规模的生产应用。其中反渗透技术是一项效率高、易于大规模使用的技术，其最大的优点就是节能，如表1所示，生产同等数量的淡水，反渗透的能源消耗是最低的。 反渗透法海水淡化技术应用中，高压泵是其中一个关键设备。在反渗透膜选定的情况下，反渗透海水淡化系统的能耗指标主要取决于高压泵，增压泵和能量回收装置的能耗指标。在反渗透海水淡化装置中，电费占造水成本的1/2～2/3，设备投资占造水成本的1/4左右，高压泵是主要耗能设备，其电耗约占系统运行费用的35%，是影响产品水成本的主要因素之一。 结合反渗透海水淡化工程，针对工程中所用的高压泵的选型分析，选择合适的泵型，对于降低系统的运行费用有非常重要的意义。
海水淡化 天津反渗透海水淡化示范工程(1000m 3 /d ) 潘献辉, 阮国岭, 赵河立, 苏立永, 葛云红 (国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所,天津300192) 摘 要: 介绍了天津反渗透海水淡化示范工程(1000m 3/d )的项目概况、工艺设计、设备配置、运行状况及造水成本分析。结果表明,针对天津海域海水浊度高、污染重的特点,采用初步预处理/双膜法淡化工艺完全能达到设计产水量和产水水质指标,并实现系统的稳定运行。 关键词: 反渗透; 海水淡化; 示范工程 中图分类号:T U99 文献标识码:C 文章编号:1000-4602(2009)02-0073-05 T i a n ji n 1000m 3 /d RO Seawa ter D es a li n a ti on D em on stra ti on Project PAN Xian 2hui, RUAN Guo 2ling, ZHAO He 2li, S U L i 2yong, GE Yun 2hong (Institute of Seaw ater D esalina tion and M ultipurpose U tilization,SOA
案例三：舟山六横反渗透海水淡化工程 杨波（杭州水处理技术研究开发中心） 浙江省舟山市普陀区六横镇是舟山群岛的第三大岛，位于我国东南沿海中部，杭州湾边缘，钱塘江甬江入海口。六横岛是典型的资源型缺水岛屿，淡水资源紧缺已成为制约六横经济和社会发展的“瓶颈”。为此，六横规划10万吨级海水淡化工程项目，首期建设规模为20000立方米/日的海水淡化项目。 六横万吨级反渗透海水淡化示范工程项目由舟山市普陀区六横水务公司投资建设，是国家科技支撑计划项目“10万吨级膜法海水淡化国产化关键技术开发与工程示范”的一期工程。2008年5月杭州水处理技术开发中心有限公司完成项目初步设计。舟山市普陀区六横水务公司在六横台门大葛藤山南麓2008年9月奠基开工，于2010年1月顺利完成10万吨反渗透海水淡化场地平整，一期2万吨海水淡化土建设施建设和一期1万吨反渗透海水淡化 系统的考核运行，2011年5月完成第二个1万吨反渗透海水淡化系统的考核运行。
一．工艺流程 舟山六横反渗透海水淡化工程的工艺流程见图1.1 。 1.海水取水 厂区取水离海岸线最近距离约150米，该海域处于葛藤水道附近，潮位涨落差小，水深约8米，海水流动性较大，海水受污染影响较小，水质较好。项目采用海水取水泵直接从黄海标高0.00米处取水，增压后送往海水预处理系统。 2.海水预处理 海水预处理部分由混凝沉淀池、无阀滤池、自动加药装置、多介质滤器及其反洗设备组成。 海水经取水泵增压后，送至混凝沉淀池，同时在混凝沉淀池的进水管道内投加絮凝剂（FeCl3）和助凝剂（骨胶），保证通过混凝沉淀池后，原海水中的悬浮物、泥沙等充分沉淀。混凝沉淀池的出水进入无阀滤池粗过滤，过滤水进水池，通过增压送入多介质滤器，以确保出水水质SDI＜4，在反渗透进水管道内注入还原剂（NaHSO3）和阻垢剂（H2SO4），使预处理出水达到反渗透膜元件进水水质要求。 3.反渗透海水淡化 反渗透海水淡化系统由保安滤器、高压泵、反渗透装置、能量回收装置、压力提升泵、辅助设备等组成。 一期反渗透膜元件为美国陶氏化学公司生产的SW30HRLE-400，能量回收装置为美国ERI公司生产的PX-220。二期反渗透系统中，除了能量回收装置采用进口产品外，其余设备均实现了国产化，其中反渗透膜元件为杭州水处理技术研究开发中心研发的北斗星海水膜，高压泵首次选用国产的多级离心泵，分别由江苏大学和浙江科尔泵业研发。 在反渗透海水淡化系统使用高效率的能量回收装置，同时采用变频控制技术控制高压给水的启动、运行、停止，使得整个系统能够适应由海域水温季节性波动引起的变化，从而减少了单位产水能耗。 4.后处理和供水 后处理和供水设备由二氧化碳投加系统、矿化池、杀菌装置、供水泵等组成。 由于反渗透化学稳定性差，产水硬度、碱度及pH值偏小，本项目在反渗透系统后，增加了后矿化处理。在渗透液中投加适量的CO2，将溶有C O2的渗透液经过碳酸钙粒料床层，溶解碳酸钙粒料，大幅增加反渗透产水的硬度、碱度及pH值。同时也有效的解决了海水淡化水对后续供水管道的腐蚀问题。 产水输送中投加二氧化氯杀菌剂，以保持管网供水卫生要求，发生器与供水增压泵联锁，确保供水安全。供水水泵配置变频器，实现变频供水，供水管与水库自来水供水管网联网。
反渗透海水淡化的能量回收装置 闫红梅 中国核电工程有限公司 摘要:反渗透海水淡化在能耗方面占有很大的优势，能量回收是降低海水淡化成本的重要措施。本文简要介绍了目前几种常用的能量回收方式，对其进行比较，并说明采用能量回收的重要性。 关键词：反渗透 海水淡化能量回收 中图分类号：P747文献标识码：A 文章编号： 1概述 当今社会，能源需求和环境压力的急剧上升决定了发展核电等清洁能源成为必然选择。按照既定规划，“十二五”期间，我国将迎来新一轮核电站建设高峰期。日本福岛核事故后，我国暂停审批核电项目，但我国能源消耗的增长较快，发展非化石能源是大势所趋，随着核电技术水平的不断提高以及核安全保证能力的提升，以及适宜大规模建设发电等特点，核电依然是清洁能源的重要选择。我国大部分核电站建在沿海，沿海地区可利用的淡水资源非常紧张，海水淡化技术的采用在很大程度上缓解了淡水需求。 在海水淡化技术的应用过程中，降低能耗、节省能源、减少制水成本的处理方式是最为人们所关注的。反渗透海水淡化（SWRO ）具有设备投资省、能耗低、建设期短、占地面积少、对设备材质要求低等特点。其在能耗方面占有很大的优势，无能量回收装置的反渗透海水淡化的能量消耗约为8~10kW·h/m 3，采用能量回收装置能耗可降到3~4.5kW·h/m 3。 图1-1为反渗透海水淡化的操作成本分 项，图1-2为电力消耗成本分项。 由此可见，能耗在运行成本中占有很重要的份额，大约占制水总成本的30%左右。 下表为反渗透海水淡化能耗的基本发展情况：年代 能耗能量回收方式 1980年8kW·h/m 3无1990年 4.8kW·h/m 3 透平式 图1-1反渗透海水淡化操作成本分项 图1-2反渗透海水淡化电力消耗成本分项
莱特莱德滨特尔膜分离技术有限公司 详细说明 反渗透海水淡化工艺流程? 在反渗透海水淡化工艺中，待处理的原海水经过高压泵加压后，进入反渗透膜组件：经过反渗透膜的水为所需要的淡水，即产水;剩余未透过膜的部分水为浓度较高的海水，即浓海水。这部分具有高压力能的浓海水通过PX能量回收装置将部分待处理的原海水直接升压，再用增压泵来补偿经过膜堆和管道损失的压力，这部分升压后的原海水与高压泵升压后的原海水混合后，送往反渗透膜组。 一、技术参数 不同规模的反渗透海水淡化系统所用高压泵的流量是由其日处理量和小部分余量决定的，压力是根据选用的膜的型号和通量、运行情况、原水水质和水温等情况而变化的，通常反渗透的操作压力范围为5.0-7.2MPa。表2列出不同规模海水淡化系统所用高压泵的参数。 下面我们用50,000吨/天的海水淡化系统为例，系统回收率为42%，分5列反渗透单元，每列产能为10,000吨/天的系统。对高压泵予以确定技术参数及合理选型。 假设海水为标准海水，水温为20℃. 海水淡化装置的产水量指标接近高压泵的流量，即高压泵流量为
莱特莱德滨特尔膜分离技术有限公司 。 高压泵所需的扬程是根据选用的膜的型号和通量、运行情况、原水水质和水温等情况而变化的，通常反渗透的操作压力范围为5.0-7.2MPa。海水反渗透操作压力越高，操作成本就越高，设备投资也越高。该系统要求高压泵扬程为67.2bar，即高压泵流量Q=425m3/h;扬程H=685m，效率指标不低于80%。 二、水泵选型 1、选择水泵类型 目前反渗透海水淡化处理系统中使用的高压泵主要有两种：柱塞泵和多级离心高压泵。这些产品在国外技术都已比较成熟，产品已系列化。 我们针对五万吨海淡系统的每列的高压泵参数要求(Q=425m3/h,H=685m)，选择多级离心高压泵中的节段式多级离心泵类型。 2、选择水泵系列 在节段式多级离心泵中，主要是出于对效率的要求，我们选择了PWTD(N)系列，该系列采用高效的水力模型，节能环保;模块化设计，全部采用膜片式加长联轴器，维护方便;结构合理可靠、寿命长，是滨特尔集团为广阔的中国市场提供的一款性能优良、结构可靠的产品。