海水淡化技術(shù)種類很多，有蒸餾法（多級閃蒸、多效蒸餾、壓汽蒸餾等）、膜法（反滲透、電滲析、膜蒸發(fā)等）、離子交換法、冷凍法等，但適用于大規(guī)模淡化海水的方法只有多級閃蒸（MSF）、多效蒸餾（MED）和反滲透法（RO）。

 

    反滲透法于20世紀(jì)70年代起用于海水淡化，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，隨著反滲透膜性能提高、預(yù)處理技術(shù)進步、能量回收效率的提高等，已成為投資最省、成本最低、應(yīng)用范圍廣泛的海水淡化技術(shù)。

 

    反滲透法是一種膜分離淡化法，該法是利用只允許溶劑透過、不允許溶質(zhì)透過的半透膜將海水與淡水分隔開，若對海水一側(cè)施加一大于海水滲透壓的外壓，那么海水中的純水將通過半透膜進入到淡水中。反滲透海水淡化法（SWRO）技術(shù)使反滲透技術(shù)的發(fā)展有了更廣闊的前景。經(jīng)過幾十年的不斷發(fā)展，海水淡化反滲透膜的性能有了較大的提高，膜材料從初期單一的醋酸纖維素非對稱膜發(fā)展到表面聚合技術(shù)制成的交聯(lián)芳香族聚酰胺復(fù)合膜等新型材料與高效膜。目前的反滲透膜，水通量是1978年的2倍，鹽的透過率大約為1978年的四分之一，價格穩(wěn)中有降。

 

    反滲透法的適應(yīng)性強，應(yīng)用范圍廣，規(guī)�？纱罂尚。ㄔO(shè)周期短，不但可在陸地上建設(shè)，還適于在車輛、艦船、海上石油鉆臺、島嶼、野外等處使用。美國陸軍在20世紀(jì)70年代初，在評價了若干方案后，選用反滲透技術(shù)為陸軍使用的最合適的凈化水技術(shù)，美國海軍首先將此技術(shù)用于潛艇淡化水，后來又應(yīng)用于其他艦船。反滲透除鹽水處理工藝采用無相變的物理方法，它在諸多方面具有傳統(tǒng)的水處理方法所沒有的特點：其系統(tǒng)簡單，操作方便，運行費用低，不耗酸、堿，相應(yīng)的腐蝕和環(huán)境污染問題也少；產(chǎn)品水水質(zhì)穩(wěn)定，無忽高忽低的波動，對二級混床的正常運行極為有利。

 

    一：砂濾器濾料改進去除鐵離子

 

     從近二年來的分析數(shù)據(jù)來看，由于原水中鐵離子的含量受長江汛期及水廠加藥平穩(wěn)率的影響，忽高忽低，含鐵量最高可達0.60ppm。而膜供應(yīng)商對卷式復(fù)合膜的進水水質(zhì)要求：含鐵量最大值為0.10ppm。故本次改造中，在原砂濾器中補加了400mm高度，粒徑為0.5-0.6mm的優(yōu)質(zhì)天然錳砂。

 

    天然水中的鐵離子有二價鐵和三價鐵兩種形態(tài)，由于Fe2+具有較強的還原性，極易被氧化為Fe3+，F(xiàn)e3+在水中發(fā)生水解反應(yīng)，生成難溶化合物Fe(OH)3膠體，堵塞膜元件的水通道。天然錳砂的主要成分是二氧化錳，它是二價鐵氧化成三價鐵良好的催化劑。只要水中PH值大于5.5時，與錳砂接觸即可將Fe2+氧化成Fe3+，反應(yīng)如下：

 

    4MnO2 + 3O2 = 2Mn2O7

 

    Mn2O7+ 6 Fe2+ + 3H2O = 2MnO2+ 6 Fe3+ +OH-

 

    生成的Fe3+立即水解生成絮狀氫氧化鐵沉淀，F(xiàn)e(OH)3沉淀物經(jīng)錳砂過濾后被除去，因此，錳砂濾層起著催化和過濾的雙重作用。從改造完成后的運行分析數(shù)據(jù)來看，砂濾器出口鐵含量可以控制在<0.04ppm以下，滿足了RO膜元件的進水要求。

 

 

    二：超濾器運行方式的改進

 

    反滲透進水的預(yù)處理包括兩個方面：一是防止懸浮物、膠體和微生物對膜和管道內(nèi)部的污染與堵塞，另一方面是要防止難溶鹽的沉淀結(jié)垢。本次改造，仍按原設(shè)計選用山東招遠(yuǎn)膜工程設(shè)備廠生產(chǎn)的UF-IB9型內(nèi)壓式中空纖維超濾膜。

 

    超濾屬于壓力驅(qū)動型膜分離技術(shù)。在壓差為驅(qū)動力的作用下，溶液中的溶劑（水）和小溶質(zhì)粒子從高壓的料液側(cè)透過膜到低壓側(cè)，一般稱為濾出液，而大粒徑組分被膜所阻攔，從而在濾剩液中濃度增大。超濾膜分離過程中，隨著流速到達膜表面的溶質(zhì)，由于受到膜的截留而積累，使得膜表面溶質(zhì)濃度逐步高于料液主體濃度。超濾過程中主要障礙是濃差極化和膜污染，通常情況下超濾滲透量的大小隨著溫度和進料速度的升高而增加，但隨著進料濃度的增加而下降。眾所周知，濃差極化是超濾過程中不可避免的結(jié)果，為了控制濃差極化減輕污染，增加超濾通量。本次改造過程中，保留了原設(shè)計中的二臺低壓循環(huán)泵，同時將原水管網(wǎng)直接與原水泵吸入口連接，提高原水泵的輸出揚程，用以提高超濾器的進水流速，增大膜面水流速。用于消除一部分濃差極化層，使被截面的溶質(zhì)及時被水流帶走，進一步降低濃差極化層的厚度，提高超濾器的滲透通量。另外，本次改造對UF組件的運行方式也加以改進，在原反沖洗的基礎(chǔ)上，增加了UF膜面自動快速沖洗工藝，進一步降低了UF膜元件化學(xué)清洗頻率。

 

 

    三：反滲透除鹽系統(tǒng)的改進

 

    1、背壓法均衡系統(tǒng)水通量分布

 

    反滲透是一種壓力梯度為動力的膜分離過程，是自然滲透的逆過程，給水壓力升高使膜的水通量增大，但壓力升高并不影響鹽透過量。在鹽透過量不變的情況下，水通量增大將使產(chǎn)品水中的含鹽量下降。

 

    由于本裝置采用UF組件作為反滲透除鹽裝置的預(yù)處理，故UF透過水SDI值較低，可以在較高的水通量下運行。

 

    在相同的水通量下，系統(tǒng)的純驅(qū)動壓力將產(chǎn)生很大梯度，即進水端純驅(qū)動壓力很高，而濃水端純驅(qū)動壓力降至很低。這主要是由于膜元件的摩擦損失造成濃水的滲透高于濃水壓力。因此，前端膜元件將在高水通量和高回收率狀態(tài)下運行，而末端膜元件產(chǎn)出含鹽量較高的少量淡水，在這樣的條件下，前端膜元件的濃差極化嚴(yán)重，對產(chǎn)品水的含鹽量造成不良影響，還可能加速膜的污堵速度。

 

    原設(shè)計RO膜元件按5×3排列時，第一段的膜元件占全部的62.5%，而產(chǎn)水量卻占全部的85%，即34.0t/h。本次改造時重新進行系統(tǒng)設(shè)計，調(diào)整全系統(tǒng)參數(shù)，將原5×3排列拆分為二套3×1排列并聯(lián)方式運行，同時對于多段系統(tǒng)可能產(chǎn)生極端的水通量分析，在一段產(chǎn)品水出口和二段產(chǎn)品水出口之間加裝壓力表，手動調(diào)節(jié)閥，以平衡一、二段產(chǎn)品水水量。通過增加產(chǎn)品水背壓來調(diào)整每段的運行參數(shù)，修正多段系統(tǒng)中的這種極端水通量分布。在實際運行過程中，所需增加的段間壓力相對較小，只需在第一段產(chǎn)水上加約0.02Mpa的背壓，即可改進淡水水通量分布，使其達到規(guī)定的75%比25%的產(chǎn)水分布，產(chǎn)品水的水質(zhì)也得以改善，目前為止RO系統(tǒng)脫鹽率為98.6%。

 

    2、調(diào)整RO給水PH值，去除游離CO2

 

由膜元件的特性決定了水中的溶解氣體如CO2透過率幾乎為100%，HCO3-的透過率隨著PH值的升高而降低。

 

    從碳酸的電離度與水中PH值的關(guān)系中可以看出，水中的重碳酸鹽是不穩(wěn)定的，它可以HCO3-、CO32-以及CO2+H2CO3三種形式存在。當(dāng)PH約為8.3時溶液中幾乎只含有HCO3-。針對上述情況，本次改造在RO膜保安過濾器前，除添加NaHSO3還原劑和AF200ul阻垢劑外，同時添加NaOH調(diào)整反滲透給水PH值至8.2-8.3間，使反滲透能去除游離CO2最大程度地提高反滲透的脫鹽率，最終提高混床的定收量。同時取消原設(shè)計中的RO產(chǎn)品水水箱，RO產(chǎn)品水直接進一級除鹽水箱，并在中間頂部加裝復(fù)式液堿呼吸器，以防止大氣中的CO2等氣體對RO產(chǎn)品水的二次污染，減輕混床離子交換的負(fù)擔(dān)。

 

    3、 增加RO停車純水沖洗工藝

 

    利用正滲透作用也是一種沖洗方法。當(dāng)RO系統(tǒng)停車時，引入混床出口的純水來置換、沖洗膜面，由于混床出口的純水含鹽量遠(yuǎn)低于RO產(chǎn)品水，故能使RO產(chǎn)品水側(cè)的產(chǎn)品水在停車后開始透過膜向低濃度純水側(cè)移動，由于水的移動而使侵入膜內(nèi)細(xì)孔吸附在膜表面的污染物變成容易去除的狀態(tài)，在流動狀態(tài)下可以減少膜面的濃差極化現(xiàn)象，減少膜面的污染。

 

    雖然，給水進行預(yù)處理的目的是為了減少RO膜面的污染，但由于給水預(yù)處理工況紊亂、給水成分改變等原因，特別是用地表水做原水，水中的細(xì)菌及微生物，仍然會導(dǎo)致RO膜面產(chǎn)生污堵現(xiàn)象，從而引起系統(tǒng)產(chǎn)水量下降，壓差增加引起能耗增加，縮短膜元件的使用壽命。

 

    結(jié)合本次改造我們選用了美國DOW公司FILMTEC BW30-365FR抗污染膜，該元件采用了FILMTEC“增加膜片數(shù)，縮短膜片長”的獨特結(jié)構(gòu)及膜表面光潔度比普通膜元件提高40％的特點。據(jù)相關(guān)資料介紹，該膜元件具有：①最優(yōu)的給水通道設(shè)計：給水通道中水呈高度穿紊流狀態(tài)，減少濃差極化，減少污染物在膜面上的沉積；②寬的給水通道，提高了膜的可清晰性；③膜片有很強的穩(wěn)定性，是一種本身具備強抗污染性能的膜元件。

自2001年7月25日改造結(jié)束投運后的數(shù)據(jù)來看（具體數(shù)據(jù)見附表）：

1．抗污染膜的污堵速度小，給水阻力較小，能耗低；

2．減少了化學(xué)清洗的次數(shù)，延長了膜元件的使用壽命（自投用至今已11個月RO膜元件尚未進行化學(xué)清洗，而換膜前的清洗周期為50天）

3．系統(tǒng)脫鹽率相對穩(wěn)定（98％）

 

 

    五：混床恒流速運行，提高定收量

 

    在原設(shè)計中，RO產(chǎn)品水經(jīng)Ф1500混床直接送至下游用戶。由于下游用戶的用水量是在不斷變化的，故造成混床的運行流速忽高忽低。

 

    在樹脂層高度一定、進水總離子含量一定、混床出水指標(biāo)一定的情況下，影響離子交換裝置運行的主要因素是運行流速的變化。流速過低時，樹脂表面液膜較厚，水流成滯流狀態(tài)，水中離子不易交換，使出水水質(zhì)較差；適當(dāng)提高流速，加快了離子擴散速度，增加了離子交換的可能性，出水水質(zhì)也相應(yīng)得到了提高。但是，流速過高，接觸時間短，交換反應(yīng)進行不完全；同時工作層厚度增加，這將造成出水水質(zhì)惡化和樹脂工作交換容量降低。

 

    本次改造，利用原有管架管位，加裝回流管線，配循環(huán)自動調(diào)節(jié)閥，回水進除鹽水箱，使混床運行流速保持在30-40m/h的范圍。與改造前相比，混床的定收量可由改造前的3600-4000噸提高至8000噸左右。

 

 

    六：結(jié)論

 

    通過技術(shù)改進，系統(tǒng)運行效果明顯增強。改造前后情況具體總結(jié)如下表：

 

    鐵離子 進水鐵離子含量遠(yuǎn)高于要求（<0.1ppm）,最高達0.60ppm,從而造成膜元件通道堵塞。 在原砂濾器中補加了400mm高度，粒徑為0.5-0.6mm的優(yōu)質(zhì)天然錳砂。 進水鐵含量控制在<0.04ppm以下，滿足了膜元件進水要求。

超濾器濃差極化及膜污染 存在濃差極化及膜污染現(xiàn)象 將原水管網(wǎng)直接與原水泵吸入口連接，提高原水泵的輸出揚程，用以提高超濾器的進水流速，增大膜面水流速。 消除了濃差極化及膜污染現(xiàn)象，提高了超濾器的滲透通量。降低了UF膜元件的化學(xué)清洗頻率。

淡水出水比例不均 原設(shè)計RO膜元件按5×3排列時，第一段的膜元件占全部的62.5%，而產(chǎn)水量卻占全部的85%，淡水出水比例不均，造成濃差極化。 將原5×3排列拆分為二套3×1排列并聯(lián)方式運行，在一段產(chǎn)品水出口和二段產(chǎn)品水出口之間加裝壓力表，手動調(diào)節(jié)閥。 淡水水通量分布達到規(guī)定的75%比25%的產(chǎn)水分布，產(chǎn)品水的水質(zhì)也得以改善，目前RO系統(tǒng)脫鹽率為98.6%。

 

    反滲透膜清洗周期太短，膜污染嚴(yán)重 系統(tǒng)清洗周期為50天 將普通的反滲透膜   BW30－365更換成抗污染的BW30－365FR 目前系統(tǒng)已連續(xù)運行12個月，尚無需要清洗的跡象。

 

    RO停車純水沖洗工藝 無 利用正滲透作用，在RO系統(tǒng)停車時，引入混床出口的純水來沖洗膜面 使侵入膜內(nèi)細(xì)孔吸附在膜表面的污染物變成容易去除的狀態(tài)，在流動狀態(tài)下可以減少膜面的濃差極化現(xiàn)象。減少膜面的污染。

混床流速不穩(wěn)定 由于下游用戶的用水量是在不斷變化的，故造成混床的運行流速忽高忽低。混床定收量3600-4000噸。 加裝回流管線，配循環(huán)自動調(diào)節(jié)閥，回水進除鹽水箱。 使混床運行流速保持在30~40m/h的范圍。混床定收量提高至7000噸。近年來新造船舶或舊船上的更新?lián)Q代海水淡化裝置都已傾向于選用反滲透裝置。

 

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