反渗透海水淡化技术的发展

反渗透海水淡化技术的发展

海水淡化是从海水中猎取淡水的技术和过程。早在50年月，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，不断推动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，是社会和经济进展的命脉，是人类珍贵的不行替代的自然资源。当前缺水已成为世界性问题，成为制约社会进步和经济进展的瓶颈，解决水资源的供需冲突，对我国的可持续进展是特别迫切的和重要的。我国沿海地区仅占全国土地面积的15%，人口的40%，但制造着60%以上的社会总产值，和全国一样，沿海，特殊是北方地区以及岛屿的供水严峻缺乏，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，满意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，而且在许分状况下是经济的。

2、反渗透的进展概况

海水淡化是从海水中猎取淡水的技术和过程。早在50年月，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，不断推动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，特地讨论的脱盐技术，欧洲则在尤里卡等打算下推动海水淡化的进展，它们也都以膜法为重点。经过近50年的讨论、开发和产业化，SWRO自70年月进入海水淡化市场之后，进展非常快速。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年的阅历积存，SWRO工艺过程也渐渐成熟，近年来，功交换器和压力交换器的开发胜利使能量效率都高达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，进一步增加了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，本钱最低，建筑周期短等优势而屡屡中标。SWRO所以能如此胜利，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进展概况：

3、反渗透的一些重大的创新进展

3.1反渗透膜的进步

在反渗透膜进展的历史中，不对称膜和复合股的研发是创新的两个范例。

3.1.1不对称膜

Loeb和Sotrirajan于1960年制得了世界上第一高股盐率，高通量，不对称醋酸纤维素（CA）反渗透膜，其创新在于，以往的膜皆为均相致密膜（约0．lmrn厚），传质速度极底，无有用价值，而不对称膜仅表皮层是致密的（约0.2m厚）就这一点，是传质速度提高了近3个数量级，表1给出了1968年研制的CA－CTA膜的性能。目前通用的CA反渗透膜多用于外表水处理，表2给出了其根本的膜性能。

3.1.1复合膜

不对称膜在高压下中间过渡层有压密现象，使水通量下降，为此在1963年提出了复合膜的概念，其创新点在子膜的脱盐层和支撑层分别由优选的材料来制备，如脱盐层（约0.2m厚）是芳香族聚酰胺，支撑层是聚砜，这是膜的性能进一步提高，表3给出了复合膜的典型性能。

1968年研制的CA—CTA膜的性能

3.2膜组器技术的不断进展

反渗透膜组器技术的创新，伸膜的性能得以充分的发挥，这里特殊提出的是中空纤维反渗透器和卷式反渗透元件。

3.2.1中空纤维反渗透器

经过多年的讨论开发，1970年美国DuPont推出B－9型苦咸水脱盐用中空纤维反渗透器，作为重大化工进展而获得1971年美国化工学会奖。其特点是：一支直径4英寸的反渗透器可内含90万条φ084μm，φ142μm的中空纤维，外表积达150m2，在2.6MPa下苦咸水脱盐可达8m3/d以上。

3.2.2卷式反渗透元件

同样地，自1964年提出卷式元件概念，经十多年的屡次更新换代，卷式元件也于1970年月中商品化，其构思是数个膜对绕中心多孔产品水管卷起来，呈筒状，其中，膜对是由两张膜（脱盐层向外）和置于中间的产水流道布组成，除靠中心多孔产品水管的一边外，其他三边都用粘合剂密封；使用时，将其放入压力容器中，这一构型使膜片的使用和生产（特殊是复合膜）得以急剧扩展。

目前广泛使用的组件就是上述的这两种，中空纤维组件堆砌密度达10000m2/m3，卷式元件的达1000m2/m3，虽然后者堆砌密度低些，但对进水预处理的要求不像中空纤维组件那么严。目前广泛应用的中空纤维组件有DuPont的芳族聚酸胺的（如B－10型6845TR，产水量约26m3/d）和日本东洋纺的三醋酸纤维素的（如HR8355，产水量约12m3/d）。卷式元件多由美、日的数家生产如美国的Filmtec和Hydranautics，日本的Nitto和Toray等，现多用复合膜制作，且以直径为8英寸的居多（一般产水量约20m3/d）。

3.3关键设备的不断改良

与此同时，膜脱盐用的关键设备，如高压泵和能量装置也得到快速的进展。除高压泵的品种和型号不断增多，容量不断增大，以及效率不断提高之外，特殊应提及的是能量装置，反渗透海水淡化所以能成为有竞争力的过程，能量回收装置的作用功不行没。

第一代能量回收装置是与高压泵电机主轴相连的涡轮机，用脱盐后的高压浓海水冲击来回收能量，效率约50%；其次代产品是水力涡轮增压器，其优点是不必与泵的主轴相连，安装方面，效率也在50%左右；第三代产品为功或压力交换器，互接将压力由浓海水传给新进的海水，效率大于90%，这样反渗透海水淡化的本体耗电降到3kwh/m3以上。

3.4工艺过程的持续开发

据反渗透膜和组器技术的进步，SWRO工艺也不断地进展，主要工艺过程如下：

3.4.1二级海水淡化工艺1970年月商用RO膜脱盐率仅在95一98%时，为了从海水中制取饮用水而采纳此工艺，第一级的产水（约2000mg/L）,再经其次级进一步淡化为饮用水，其次级的浓水返回第一级作为局部进水，明显该过程能耗是高的，约10kwh/rn3以上。

3.4.2一级海水淡化工艺1970年月末，特殊是1980年月中期以后，RO膜的脱盐率达99.2%以上，这为一级SWRO制造了条件。海水经一级RO后，产水即为饮用水（300－400mg/1），水回收率30—35%。

3.4.3高压一级海水淡化工艺这是近年来，为了进一步提高回收率而提出的新工艺之一。通常一级SWRO的操作压力在5.5MPa，而若提高到8.4MPa下操作，则可达60%的回收率，这样海水预处理省了，试剂用量少了，能耗也低了，新建的SWRO厂可采纳该工艺

3.4.4高效两段法这也是提高回收率的新工艺，这是一级两段工艺的改良，在两段间设增压局部，第一段的浓海水经增压和最终的能量回收局部相结合进入其次段，这也可使回收率达60%。该工艺不仅适合于新建的研件SWRO厂，且可将以前的一级SWRO厂增设其次段，变其产量增加一半。

另外沙特海水转化公司的研发中心提出纳滤（NF）－RO）一蒸馏的新工艺；也有人提出利用深海的静压力进展SWRO淡化，相像地，上海一环境公司提出用人造水柱的静压力进展SWRO淡化等。

4.SWRO技术的延长

4.1RO脱盐技术

除SWRO淡化，解决沿海地区和岛屿用水紧急状况之外，RO广泛用于苦咸水淡化以及纯水和超纯水的制备，并成为最经济的工艺过程。其中，纯水和超纯水的制备约占RO市场的70—80%，涉及电子、电力、化工、石化、医药、饮料、食品、冶金等各；苦咸水淡化将在西部大开发中进一步发挥作用。

4.2RO预浓缩技术

在膜下游获得淡水的同时，上游料液被浓缩，由于渗透压的限制，将无机盐和小分子物质浓缩到10%左右是经济的，这已在化工、医药、食品和中草药等领域得以应用，在环保方面，RO也用于电镀、矿山、放射、垃圾渗滤等的浓缩处理，水回用或达标排放。

4.3RO集成工艺

RO膜过程有其特点也有其限度和使用要求，为了发挥RO的优势，采纳集成膜过程是非常重要的。如上述的纯水和超纯水制备、物料的浓缩、海水的全利用等根本上都是RO与其他技术集成的。RO发挥了其脱盐和预浓缩的作用。

4.4纳滤（NF）

纳和工艺都是在RO膜和工艺研发的根底上形成的，NF膜的孔径在纳米级，其对单价盐类易透过，而对多价盐和分子量1000以下的物质截留率很高，这一特点，打算了其在饮用水净化、水软化及生物、医药、化工等的分别、净化和浓缩中的广泛应用，成为改造传统生产工艺，开发新工艺过程方面的一项重要技术。

5、海水淡化的技术经济评价

海水淡化的技术经济评价是正确把握技术方案的重要环节之一，在大多数状况下是打算性的。该评价是在统一可比的条件下，对各方案进展综合分析，既考虑技术上的先进、高效、牢靠性、安全、简便和敏捷等，又要考虑经济上的降耗、投资省、本钱低、人工少等，还应考虑环境因素，如是否有三废和处理措施及对环境的影响等。

严格根据技术经济评价的原则、标准和方法，遵循评价采纳的各个步骤，在技术经济综