陳 林

（山東電力建設(shè)第三工程有限公司，山東 青島 266100）

我國在海水淡化處理技術(shù)方面比較落后，極大地阻礙了我國水資源的優(yōu)化，同時也在一定程度上限制了我國經(jīng)濟(jì)的提升。使用反滲透海水淡化處理工藝進(jìn)行淡化處理工作時，重點(diǎn)在于海水化學(xué)成分的處理。在實(shí)踐操作中筆者需要向發(fā)達(dá)國家學(xué)習(xí)先進(jìn)的海水淡化處理經(jīng)驗(yàn)，完善我國反滲透海水淡化工藝技術(shù)，使海水淡化其長期處于穩(wěn)定發(fā)展的狀態(tài)，并且為我國海水淡化行業(yè)的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 反滲透海水淡化處理技術(shù)

反滲透即“逆滲透”，通過給予膜一側(cè)溶液超出滲透壓的壓力進(jìn)而形成反滲透作用，在膜的高、低壓側(cè)分別得到濃縮液和透析后的溶劑，通過這種推動力作用將溶液中的溶劑分離出來。該技術(shù)在20世紀(jì)70年代便已得到較好的發(fā)展，而隨著反滲透膜材料使用性能的逐步改進(jìn)，反滲透海水淡化技術(shù)越來越受到人們的重視和關(guān)注，現(xiàn)今該技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)可以和蒸餾法淡化技術(shù)相媲美。

如圖1所示，反滲透海水淡化裝置主要由預(yù)處理設(shè)備、反滲透膜組設(shè)備、電器控制設(shè)備、清洗設(shè)備和加藥設(shè)備組成。該裝置先通過供水泵將海水提取出來并通過預(yù)處理裝備對海水進(jìn)行初步處理，經(jīng)過加藥裝置調(diào)整后的海水再通過高壓泵將其送入反滲透膜組裝置，得到調(diào)整后的淡水便可以儲存起來，濃縮水則被排放出去。該裝置具有設(shè)備體積小、操作簡單的特點(diǎn)。反滲透與壓力驅(qū)動之間存在密切的聯(lián)系。反滲透海水淡化處理需要以壓力驅(qū)動膜分離技術(shù)作為基礎(chǔ)，該裝置自動化水平高，對進(jìn)水指標(biāo)要求也較高，所以需要適當(dāng)對水源進(jìn)行預(yù)處理。

圖1 反滲透技術(shù)海水淡化裝置示意圖

反滲透技術(shù)須在常溫和無相變化下進(jìn)行，海水淡化所需能量很小，同時在海水淡化領(lǐng)域的應(yīng)用也突顯出了其適用面廣和脫鹽率高的優(yōu)點(diǎn)。因此反滲透技術(shù)成了一直以來人們比較關(guān)注的問題。在實(shí)踐操作的過程中，很多技術(shù)人員將反滲透海水處理技術(shù)歸納到過路技術(shù)的范疇中。但無論將其稱為什么類型的技術(shù)，它都可以將海水中的雜質(zhì)進(jìn)行有效地處理，從而保證海水可以達(dá)到飲用的標(biāo)準(zhǔn)。

2 反滲透海水淡化處理工藝

2.1 反滲透海水淡化處理工藝流程

基于“反滲透”技術(shù)的復(fù)雜性，其在海水淡化實(shí)踐操作時須經(jīng)歷多個步驟處理方可達(dá)到人們?nèi)粘Ｉ钏杷|(zhì)的各項(xiàng)要求。圖2所示為反滲透海水淡化處理工藝流程。海水通過加壓泵經(jīng)壓力作用被送至冷卻塔防止出現(xiàn)熱污染，無此隱患的海水可省略此步，再經(jīng)過殺菌劑（NaClO、FeCl3、FeSO4等）、助凝劑的作用起到殺菌滅藻的作用，通往混凝沉淀池去除水中的膠體和細(xì)微懸浮物，此時水的濁度和色度等已得到一定程度的降低，一些有毒有害污染物也被有效去除。再經(jīng)過高壓泵壓力作用送至超濾系統(tǒng)進(jìn)行更加精密的過濾處理，可有效防止大分子物質(zhì)或者溶質(zhì)并排入產(chǎn)水箱，再經(jīng)過加壓作用的水中投入還原劑（SBS）、阻垢劑等，延長膜使用壽命。水再經(jīng)過第二重保障裝置保安過濾器后經(jīng)加壓進(jìn)入反滲透過濾系統(tǒng)，通過反滲透膜的作用一側(cè)生成的淡水則進(jìn)入產(chǎn)水箱儲存以供工業(yè)使用或者再進(jìn)入更高水質(zhì)使用需求的工藝流程中，而另一側(cè)濃水則經(jīng)過能量轉(zhuǎn)換裝置完成能量回收后流入濃水池儲存，再排放回海中。

圖2 反滲透海水淡化處理系統(tǒng)工藝流程圖

在實(shí)際項(xiàng)目中由于海水所處水域水質(zhì)不同，采用的技術(shù)不同，往往會在取水方式和預(yù)處理方式上有所不同，工藝流程也會隨之發(fā)生變化，其能耗、產(chǎn)水量、海水的利用率也會有所不同。進(jìn)水的含鹽量、系統(tǒng)濃縮倍率、進(jìn)水溫度以及產(chǎn)品水質(zhì)均是影響系統(tǒng)能耗的關(guān)鍵因素，不同工藝流程下的能耗也會有所變化，在實(shí)踐中還需進(jìn)行最優(yōu)能耗工藝的探索。反滲透海水淡化裝置除了膜組件、高壓泵、能量回收裝置需要進(jìn)口外，其余設(shè)備或器械元件均可在國內(nèi)進(jìn)行加工制造，由此也可看出該種技術(shù)投資成本較低。

在實(shí)際項(xiàng)目實(shí)踐中，為了保證水質(zhì)質(zhì)量，需要對各個環(huán)節(jié)、處理步驟進(jìn)行嚴(yán)格把控。在設(shè)計(jì)方案中需要將工藝流程、流程中各個環(huán)節(jié)注意事項(xiàng)以及具體操作的內(nèi)容落實(shí)到具體方案內(nèi)容中，包括機(jī)械設(shè)備的選型、相關(guān)參數(shù)的確定以及具體的計(jì)算過程等。只有將工藝流程“精細(xì)化”，才可以為現(xiàn)場人員提供精確的依據(jù)和參考，保證淡化處理過程的合理性以及科學(xué)性。技術(shù)人員也可以結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，對工藝流程不斷地進(jìn)行優(yōu)化以及調(diào)整。

2.2 海水淡化工藝對比

反滲透膜法和低溫多效加蒸汽壓縮噴射器法是目前常見的海水淡化工藝，兩者的工藝性能對比如表1所示。

如表1所示，反滲透膜法和低溫多效加蒸汽壓縮噴射器法工藝性能差異性較大，后者的優(yōu)勢體現(xiàn)在預(yù)處理、出水水質(zhì)和電耗方面，前者優(yōu)勢則體現(xiàn)在海水利用率和變工況能力方面。而在筆者參與的實(shí)際工程項(xiàng)目中，2種工藝所呈現(xiàn)出的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢來看，反滲透膜法是要高于低溫多效加蒸汽壓縮噴射器法的[1]。

表1 2種工藝性能對比

2.3 水力平衡圖與取水方式

水利平衡圖的確定離不開反滲透海水淡化工藝流程，只有充分了解工藝流程設(shè)計(jì)，在實(shí)踐中才能確保數(shù)據(jù)的真實(shí)性。工作人員需要防止數(shù)據(jù)參數(shù)出現(xiàn)篡改，避免整個工藝流程質(zhì)量下降。確保各類型的機(jī)械設(shè)備良好運(yùn)轉(zhuǎn)及使用工藝水平控制在預(yù)期范圍內(nèi)，數(shù)據(jù)和參數(shù)與實(shí)際結(jié)合，才能使工藝方案得以發(fā)揮。水利平衡圖的確定是一項(xiàng)難度較大的工作，會受到外界很多因素的影響，導(dǎo)致各項(xiàng)參數(shù)發(fā)生變化。在實(shí)踐中須配備專業(yè)素質(zhì)高的技術(shù)人員進(jìn)行操作。方可確保整個過程的合理化。

海水淡化取水的方式是將海水回收率以及能量的整體回收效率進(jìn)行整體融合。在對海水淡化處理中，若取水方式不當(dāng)會增加保安過濾器和反滲透膜堆的負(fù)擔(dān)，取水方式的確定需要綜合考慮多種影響因素，考慮不全面就會影響反滲透的效果。確定取水方式首先要確定取水位置，考察臺風(fēng)是否會對取水設(shè)施造成影響和破壞，海水運(yùn)輸至預(yù)處理裝置時需要選用何種輸送方式，其次要考慮選用何種取水泵，海潮會不會導(dǎo)致取水水位發(fā)生變化，海水溫差是否合適，對海水腐蝕情況進(jìn)行考察等。最終確定出合適的取水方式，例如海灘井取水、海床過濾取水、表層取水、海灘水平暗渠取水等。基于取水方式的多元化，在實(shí)踐中務(wù)必確保取水方案的科學(xué)性和合理性。對取水位置做好標(biāo)記，避免惡劣環(huán)境和氣候?qū)θ∷^程造成不良影響。

2.4 預(yù)處理工藝系統(tǒng)

預(yù)處理系統(tǒng)形式較多，包括混凝、沉淀、過濾等。最常用的預(yù)處理方式為混凝澄清和介質(zhì)過濾，預(yù)處理系統(tǒng)繁雜、操作費(fèi)力、需精心維護(hù)。超濾預(yù)處理方式在海水淡化應(yīng)用中已有較長時間，其去除率要優(yōu)于常規(guī)的處理方式。多介質(zhì)過濾形式是預(yù)處理中最常被用到且容易被忽視的。

2.4.1 超濾預(yù)處理工藝

超濾技術(shù)同樣也是以壓力作為基礎(chǔ)驅(qū)動的膜法分離技術(shù)，通過這種技術(shù)對溶液進(jìn)行分離、凈化和濃縮。在海水淡化中采用超濾技術(shù)下的預(yù)處理工藝流程如圖3所示，在實(shí)際海水淡化采用超濾裝置時，通常會為了考慮膜的使用壽命，在裝置前增加過濾裝置，例如增加斜板沉降系統(tǒng)和砂濾過濾器，這樣不僅能減少對膜的清洗次數(shù)，還可有效改善水在進(jìn)入超濾裝置后的渾濁和污染情況[2]?；诔瑸V技術(shù)對小分子有機(jī)物去除效果不佳的情況，在超濾裝置后可以增加碳濾裝置，以此達(dá)到有效去除的目的。

圖3 采用超濾技術(shù)預(yù)處理工藝流程圖

超濾技術(shù)不同于反滲透技術(shù)，在進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用時，超濾技術(shù)的超濾膜及孔徑須控制在2nm~100nm，對大分子量有機(jī)物有明顯的去除效果，超濾技術(shù)比反滲透技術(shù)更適合作預(yù)處理。超濾技術(shù)作為新型的預(yù)處理方法，具有標(biāo)準(zhǔn)化、自動化、低能耗的優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)槌瑸V技術(shù)的孔徑非常小，所以它可以更好地對海水中的微生物以及一些天然的有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行有效地處理。使海水淡化處理工藝的成本不斷降低，并整體提高處理的質(zhì)量。

2.4.2 多介質(zhì)過濾處理工藝

多介質(zhì)過濾處理形式屬于物理性過濾的一種技術(shù)，它不需要使用化學(xué)手段就可以對海水起到凈化的作用。從多介質(zhì)過濾的機(jī)械設(shè)備角度來看，其大部分的機(jī)械設(shè)備都具有自動化以及智能化的特點(diǎn)。而該種處理形式具有耗能性低的特點(diǎn)，與其他形式預(yù)處理形式相比具有安全且穩(wěn)定的優(yōu)勢。這種工藝主要運(yùn)用在加壓系統(tǒng)中，通過加壓泵的作用，將原水引入多介質(zhì)過濾器中，例如活性炭吸附過濾器、阻垢器等，使水質(zhì)滿足人們的需求。

此外，在實(shí)際工程項(xiàng)目實(shí)踐中為了確保海水預(yù)處理效果，提升海水過濾的精確度，更好地滿足反滲透膜凈水的標(biāo)準(zhǔn)，除去采用以上工藝裝置外還可以增加保安過濾器裝置，可對海水進(jìn)行二次淡化預(yù)處理。如圖2所示往往保安過濾器裝置也是預(yù)處理工藝的最后階段。

2.5 反滲透膜組件以及高壓泵

反滲透膜及組件生產(chǎn)已成熟，脫鹽率可高達(dá)99.3%。脫鹽率和透鹽率、產(chǎn)水量 、回收率均是評價反滲透膜組件的指標(biāo)?；厥章始串a(chǎn)水與進(jìn)水流量之比，是決定膜性能的關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)之一。高回收率一直是反滲透領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，提高回收率需要相對高的操作壓力，不僅會導(dǎo)致膜污染加劇，膜的沖洗和更換頻率也會增加。無機(jī)污染、有機(jī)污染、生物污染是制約高回收率的關(guān)鍵因素，其中無機(jī)污染的處理難度較高。納濾海水軟化在高回收率的應(yīng)用中潛力較大。但是在納濾軟化在高濃度時還會出現(xiàn)結(jié)垢問題，可以通過充分利用耦合工藝實(shí)現(xiàn)模塊配置的最優(yōu)化，來實(shí)現(xiàn)高回收率[3]。而高滲透流率，會導(dǎo)致垂直于膜表面的水流速加快，使膜污染速度加快。反滲透膜須安裝在膜殼中，必須保證膜殼的完整性。反滲透膜組件中膜的選擇會受到除膜自身以外的因素影響，例如預(yù)處理操作與維護(hù)、進(jìn)水水質(zhì)、最終用途等。我國目前已有不錯的膜組件產(chǎn)品，但是國際標(biāo)準(zhǔn)還是依據(jù)國外產(chǎn)品確定。因此膜材料和膜構(gòu)型的選擇，要綜合考慮以上影響因素，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇。從圖2中可以看出，整個海水淡化處理過程中都離不開高壓技術(shù)，它是反滲透模式不可或缺的重要組成部分，因此必須確保高壓泵的數(shù)量和質(zhì)量。小型項(xiàng)目中可以采用高速離心泵，大型項(xiàng)目中須選用多級離心泵。還須對膜組件和高壓泵的選購、運(yùn)輸、保管環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量管控，以此確保海水淡化的效果和質(zhì)量。

3 結(jié)語

我國的海水淡化處理技術(shù)處于基礎(chǔ)理論研究階段，現(xiàn)在大部分的企業(yè)以及相關(guān)學(xué)者都將大量的時間以及精力放在海水淡化處理的基本技術(shù)研究工作中。因?yàn)槭艿蕉喾N因素的影響，導(dǎo)致海水淡化處理技術(shù)在研究和實(shí)踐應(yīng)用中出現(xiàn)較多問題，特別是在缺乏理論基礎(chǔ)以及經(jīng)驗(yàn)積累的情況下，反滲透海水淡化處理工藝無法得到完善。因此，筆者需要學(xué)習(xí)國外先進(jìn)的反滲透海水淡化處理的工藝以及理論知識，從而優(yōu)化自身的海水淡化技術(shù)，整體提升工藝參數(shù)設(shè)計(jì)的能力。制造出符合我國海水淡化應(yīng)用的技術(shù)，并且降低成本，將我國海水淡化處理行業(yè)的發(fā)展推向高潮。