1蒸餾法苦咸水淡化技術(shù)

　　蒸餾法是早期采用的淡化方法，它的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)較簡單，操作容易，淡化水的水質(zhì)好。多效蒸餾(ME)就是將前一個蒸發(fā)器蒸發(fā)出來的二次蒸汽引入下一蒸發(fā)器作為加熱蒸汽并在下一蒸發(fā)器中凝為蒸餾水。其優(yōu)點是傳熱系數(shù)高，動力消耗少，可提高濃縮比。但它的設(shè)備易結(jié)垢和腐蝕。閃蒸原理是當原料海水加熱到一定溫度后通過節(jié)流孔進入一個蒸發(fā)室，因該蒸發(fā)室壓力控制在低于熱海水溫度所對應(yīng)的飽和蒸汽壓的條件下，所以熱海水急速部分氣化，同時溫度下降，產(chǎn)生的蒸汽冷凝后即為所需的淡水。以此原理為基礎(chǔ)，多級閃蒸(MSF)是將熱海水依次流經(jīng)若干個壓力逐漸降低的閃蒸室，逐級蒸發(fā)降溫，海水濃度逐級增濃直到其溫度接近(但高于)天然海水溫度。該法造水比高，一般為8左右。但動力消耗大，運行費用高。壓汽蒸餾(VC)是利用機械壓縮機把蒸汽壓縮，使之升壓和升溫(溫度升高10℃左右)，以作為加熱和使海水蒸發(fā)的熱源。

　　該法不需外部提供加熱蒸汽，熱效高，能耗低，結(jié)構(gòu)緊湊。但這種方法造價較高，易腐蝕結(jié)垢，難大型化。一般來說，蒸餾法處理苦咸水的成本高于膜法，但它在處理高濃度苦咸水方面有一定優(yōu)勢。例如：采用多級閃蒸方法處理塔里木沙漠油氣田的地下苦咸水，該原水濃度為12×104ppm，處理裝置為八級臥室結(jié)構(gòu)，所有設(shè)備均置于一個活動房中，處理后的淡水濃度保持為20ppm。累計產(chǎn)淡水600t后，設(shè)備拆卸檢查發(fā)現(xiàn)，加熱器和冷凝器管束內(nèi)外無結(jié)垢和結(jié)晶，但閃發(fā)室內(nèi)壁結(jié)垢較重，其中大的厚度為15nm。因閃發(fā)室內(nèi)無換熱面，結(jié)晶又可及時清除，所以對裝置運行無多大影響。到目前為止，多級閃蒸是處理高濃度苦咸水一種有效的方法。若該法與發(fā)電廠聯(lián)建，既能獲得大量淡水，又可回收電廠余熱，效益就更明顯了。

　　2苦咸水電滲析淡化技術(shù)

　　我國從1958年就開始從事用電滲析(ED)進行苦咸水淡化方面的研究。電滲析工作原理：在直流電場的作用下，水中離子透過具有選擇性的離子交換膜而定向遷移，使電解質(zhì)離子自水溶液中部分分離，以制取淡水。淡化水的成本,與電解質(zhì)濃度成正比，電解質(zhì)濃度高時，電流密度大，淡化噸水的成本也就高。

　　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(gòu)成的隔室為液流經(jīng)過的通道，淡水經(jīng)過的隔室為脫鹽室，濃水經(jīng)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，重復(fù)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(chǎn)水量大，用于大中型)、一級多段(脫鹽率較高，產(chǎn)水量小，用于中小型)，和多級多段。有立式和臥式兩種安裝方式。

　　電滲析技術(shù)適用于低濃度苦咸水脫鹽，例如：1987年投產(chǎn)的山東長島縣大欽島電滲析地下苦咸水(含鹽量3000～5000mg/L)淡化試驗站，工程造價12.5萬元。該工程采用兩臺電滲器，隔板尺寸為400mm×1600mm×85mm每臺240對膜，一級兩段組裝，共兩級四段串聯(lián)運行。到2001年，運行12年來，每天產(chǎn)水20m3(每小時2.5m3),脫鹽率80%，水回收率60%～80%，每立方淡水平均耗電5kW·h，維修費占造水成本5%，生產(chǎn)一噸淡水成本為2.135元左右。2001年7月，黃驊市水務(wù)局在北京、上?？蒲袡C構(gòu)的幫助下，采用電滲析法和多層過濾技術(shù)，建成了苦咸水淡化站，每小時可供淡水2t，工程投資一般為13～14萬元，其中設(shè)備費為5～6萬元，土建工程為7～8萬元，制水成本為4.1元/t?？偣步ǖ?2個，結(jié)束了8.5萬農(nóng)民飲用苦咸水的歷史。截至目前，已有127個村建起了苦咸水淡化站，11.7萬人喝上了達到國家飲用水標準的水。滄州市迅速將其經(jīng)驗進行推廣，計劃到2005年，再解決659個飲水特困村，惠及67.5萬人。該市決心協(xié)助大城、青縣、衡水等地完成苦咸水淡化任務(wù)后，再向甘肅、青海挺進。河北省內(nèi)的唐山、衡水、廊坊等市和黑龍江、甘肅等省都紛紛來滄州取經(jīng)。

　　電滲析技術(shù)在低濃度苦咸水淡化方面先占據(jù)了較大的市場，至今，產(chǎn)水量約60×104m3/d,年產(chǎn)離子交換膜40多萬m2以上。目前，有140余套日產(chǎn)量在1000～5000m3的苦咸水ED裝置在運轉(zhuǎn)，將含量在1500～3000mg/L的苦咸水淡化成生活用水。僅山西省大同礦物局10多個礦區(qū)日處理量就達2萬多噸，作為冷卻用水和生活用水使用。低濃度苦咸水脫鹽的大ED裝置建于河南鞏縣電廠，日產(chǎn)水量7200m3。工藝用水的大ED裝置建于金山石化公司，日產(chǎn)水6600m3?，F(xiàn)在中、小型(ED)苦咸水脫鹽裝置分布在華北、西北等地約3000余套。

　　3苦咸水反滲透淡化技

　　反滲透(RO)是以壓力為驅(qū)動力的膜分離過程。反滲透技術(shù)研究始于1953年,先在美國,1960年從實驗室走向工業(yè)化。1970年推出芳香聚酰胺中空纖維制成的反滲透器，主要用于苦咸水脫鹽，1970年末，又成功推出了卷式反滲透組件;1980年推出用于海水淡化的復(fù)合反滲透膜;20世紀90年代，開發(fā)出超低壓高脫鹽率全芳香族聚酰胺復(fù)合膜。目前，反滲透膜已成為一種成熟的膜分離技術(shù)。世界上大的反滲透苦咸水淡化廠在美國Yuma市，生產(chǎn)能力為37×104m3/d淡水，用的是卷式反滲透膜組件

　　我國反滲透膜技術(shù)研究始于1965年，但直到1997年才在浙江舟山市嵊山島建成第一個500m3/d反滲透示范工程。近年來，我國反滲透海水和苦咸水淡化進入快速發(fā)展時期。隨著RO膜和相關(guān)技術(shù)的進步，RO在苦咸水淡化中的競爭地位越來越強，2000年在河北滄州建18000m3/d苦咸水淡化廠時，由于該廠原水含鹽量為12402.25mg/L，屬于較高濃度苦咸水，采用何種技術(shù)淡化?為此進行了多種經(jīng)濟技術(shù)比較，如果用電滲析法脫鹽，其耗電指標介于7.0～18.5kW·h之間，能耗大;如用多級閃蒸淡化，動力消耗大、運轉(zhuǎn)費用高;用技術(shù)成熟的壓汽蒸餾，但它的產(chǎn)量為3000m3/d，需6臺并聯(lián)才能達到產(chǎn)水要求，缺乏規(guī)模效益;低溫多效蒸餾淡化法雖適用該項目，但設(shè)備投資高達19000萬元，單位造水成本67元/m3。而同樣規(guī)模的反滲透淡化裝置投資為2200萬元左右，單位造水成本2.5元/m3，遠遠比低溫多效蒸餾淡化方法便宜，故選用了反滲透法。該水源水的濁度較高，放置4～24h后濁度仍為40NTU，因此，原水進入淡化之前設(shè)置了預(yù)處理(集水、澄清沉淀池)。預(yù)處理前，還需加次氯酸鈉(2mg/L)滅菌，殺菌后，再加絮凝劑(聚合氯化鐵5mg/L),經(jīng)兩級過濾(多介質(zhì)過濾器和細砂過濾器)。為使系統(tǒng)具有較高的回收率，預(yù)處理反沖洗水采用經(jīng)多級過濾和防結(jié)垢處理的反滲透濃水，以使自用原水量降低。由于反滲透復(fù)合膜，對氯的耐受程度只有1000mg/(L·h)，而過濾器出水通常含余氯0.1～1.0mg/L，所以要在過濾器出水中加入亞硫酸氫鈉(3mg/L)，來還原水中余氯，使游離氯含量<0.1mg/L，達到反滲透裝置的進水要求。另外，還采用添加阻垢分散劑(Flocon260(27mg/L))和鹽酸(30%濃度)，以防止膜內(nèi)碳酸鈣、硫酸鈣、鋇的結(jié)垢和鐵鋁氧化物及其他污染物的沉積。綜合考慮了各方面因素，然后選用了一級二段反滲透處理方式(一段為苦咸水反滲透膜，二段為海水反滲透膜)，同時在一、二段膜中間增設(shè)能量回收裝置，以減少系統(tǒng)能耗?；厥章识?gt;65%，既保證水源的充分利用，又防止了回收率過高對膜的損害?，F(xiàn)在，該廠已建成，反滲透裝置主體電力消耗2.0(kW·h)/m3(產(chǎn)水)，加入引水及其他附屬設(shè)備用電共計2.5(kW·h)/m3，單位造水成本則為2.48元/m3。

　　2001年末，塔河油田苦咸水處理工程(兩套處理量為12m3/h的反滲透(RO)脫鹽裝置)的運行，解決了該油田生活和生產(chǎn)用水(電站用軟化水)。該工程投產(chǎn)后，100天就可收回286.94萬元的投資，當年就獲益300萬元，實際全年獲利600萬元。

　　2002年，國家計委批準的甘肅定西10000m3苦咸水脫鹽RO示范項目，原水濃度為3500mg/L，制取淡水的濃度為150mg/L，水回收率大于70%，估算成本為0.77元/m3。據(jù)資料介紹，大慶油田RO苦咸水處理量產(chǎn)已近1.2×104m3/d，主要是作為生活飲用。

　　目前，反滲透和電滲析已成為苦咸水淡化的主要方法，已成為解決廣大苦咸水地區(qū)用水緊張的重要技術(shù)手段。而反滲透技術(shù)因其成本和效果更好，開始被越來越多的地方和部門選用。

　　納濾技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用比反滲透膜大約晚20年。納濾膜介于反滲透和超濾膜之間，其膜表面具有納米微孔結(jié)構(gòu)。反滲透膜對NaCL的脫除率在95%以上，而納濾膜一般將NaCL脫除率在90%以下，反滲透膜幾乎對所在溶質(zhì)都有很高的脫除率，而納濾膜只對特定的溶質(zhì)具有脫除率。納濾膜主要去除一個納米左右的溶質(zhì)粒子，截留分子量一般為100～2000。納濾膜主要用于脫除三鹵甲烷中間體(THM)，異味、色度、農(nóng)藥、合成洗滌劑、可溶有機物等致病因子，以及脫除苦咸水中Ca2+、Mg2+等離子成分。我國在山東長島縣海島建成的南隍城水廠(144m3/d)，就采用了NF苦咸水淡化裝置。該裝置操作壓力0.75Mpa，淡水回收率56%，噸水耗電1.43kW·h，產(chǎn)水符合飲用要求。目前國外城市飲用水已有日產(chǎn)水5萬m3級的大型納濾裝置。

　　反滲透常規(guī)預(yù)處理技術(shù)主要是消毒、凝聚、絮凝、過濾工藝，由于其占地較大，運行維護較復(fù)雜，近年來，隨著膜技術(shù)的發(fā)展，已開發(fā)出膜法預(yù)處理，主要包括微濾(MF)、超濾(UF)、納濾(NF)。納濾作為預(yù)處理，主要脫除苦咸水中的大部分的結(jié)垢離子和一部分NaCL。采用MF—RO系統(tǒng)，納濾(NF)作預(yù)處理，NF脫除部分硬度和TDS，既不用添加防垢劑，又提高RO的水回收率，降低了25%能耗，可降低造水成本30%，經(jīng)濟效益明顯。據(jù)資料介紹，目前各種淡化方法在能耗方面都無法與RO競爭。一般來說，RO為4～5(kW·h)/m3、ED為14～16(kW·h)/m3、MED為9～10(kW·h)/m3、MFS為12～14(kW·h)/m3。反滲透和納濾技術(shù)在苦咸水淡化方面顯示出相當?shù)膬?yōu)勢，因此，還需對它下大力進一步氣深入研究，力爭走在世界前列。