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海水淡化的应用

用于海水淡化的来水含有大量的海藻,以及贝类碎片和沙子。采用连续错流过滤,初期通量为3000L/m2.h.bar , 过滤过程中通量持续下降,到达400L/ m2.h.bar 时稳定通量。 采用反向脉冲清洗技术后通量可以上升。

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全球水的总储量为 13.86亿 km3,海水就占有96.5%,人类可取用的地表水和浅层地下水仅为0.79%,且随地域和季节变化分布极不均匀。为了向大海索取淡水,上世纪五十年代初,膜技术便被优先提出来了,至七十年代海水淡化技术在世界上实现了商品化,经过产品换代、工艺革新,目前已成为最经济的海水淡化和高盐度苦咸水脱盐技术。在国家支持下,我国海水淡化技术也取得了令人瞩目的业绩,成为具有自行设计、生产海水淡化装置的国家。

应用概况

海水淡化是指将35000mg/L的海水淡化至500mg/L以下的饮用水。目前,世界上装机应用的海水淡化方法主要有多级闪蒸(MSF)、多效蒸发(MED)和反渗透法(RO),半个世纪以来己养活了世界上1亿多的人口,促进了干旱沙漠地区和发达国家沿海经济和社会发展。

据国际脱盐协会统计,截止1995年底,全球日产水量在100m3以上的装置有11066台,每天生产淡水2030万m3。截止1997年底,装置总数12451台,每天产水2273万m3,其中海水淡化为1337万m3、苦咸水淡化为5840万m3,且以年10-30%的速度增长。就海水淡化而言,装机容量以MSF为主,但近年来RO发展很快。MSF除极大型装置外,1995年以来合同额极少。MSF从1989年的84.4%下降为1997年的76.04%。而RO从1989年的5.6%上升为1997年的14%。MED1989年占6.7%,至1997年仅占5.47%。

对沿海苦咸水脱盐RO占绝对优势,占76.23%,投资和造水成本更低。对废水和水净化RO也分别占到约65%和94%。1995年后,新增海水淡化和苦咸水淡化装机容量RO为90%。最大规模的RO海水淡化厂建在沙特阿拉伯,日产淡水12.8万/m3。最大规模的RO苦咸水淡化装置建在美国,日产27万m3。

目前,海水淡化装置的年销售额达到100多亿美元,且以20%左右的年增长速度持续发展供应商主要是美国和日本,应用地区主要是中东地区、地中海地区和加勒比海地区,其次是东南亚和北非地区。

我国海水淡化技术的应用从上世纪七十年代初推广用小型电渗析(ED)海水淡化器开始,1981年建成了200m3/d ED淡化装置,“九五”期间相继建成了RO淡水装置,多为小型或示范工程(表1), 并向马尔代夫和基里巴斯输出了ED和RO海水淡化装置。

反渗透海水淡化技术的进展

反渗透将成为新世纪的主要海水淡化技术。工程稳定可靠与造水成本低廉是吸引用户的主要原因。

膜与组件性能提高 。世界各生产膜组件的公司仍十分重视RO膜与组件的技术创新,目的在于开发抗氧化、耐细菌侵蚀的新膜提高膜与组件的产水量、脱盐率等。这些工作已取得一定的进展,如美国DOW公司推出 FILMTEC BW30LE-440膜元件,在约1。05MPa压力下,产水量43。5m3/d,脱盐率大于99%,一个新元件几乎相当换代前的两倍。Fluid Systems公司推出 Premium TFC新元件,其苦咸水和海水膜元件的脱盐率分别高达99。7%和99。8%。日本的东丽公司和日东电工公司己开发出可耐9。0MPa的海水淡化膜,并己在西班牙建造了回收率高在60%的两段RO海淡化装置。

工程投资低 。1990年膜组件价格,按消费价格指数折算,仅为1973年的40%。1990年之后又有明显的下降。按从标准海水生产淡水计,目前工程投资为MSF在1800-2000US$/m3.d,低温MED在1100-1600 US$/m3.d,RO在700-900US$m3.d,且RO海水淡化厂建设快,l万m3的RO海水淡化厂可在7个月交付使用。

能耗降低 。采用功交换器(WOrk Exchanrye Enerar Recovear),将从RO组件排出的高压浓水的压力回收并传递给组件进水,其转达换效率可高达89-96%。Scott A。Shumway报导,一种新型的能更回收装置己成功应用到13600m3/d和5000m3/d的反渗透海水淡化装置上,过程能耗为2。6kwh/m3。Gord F。Leitner指出加上预处理能耗,总能耗为2。83kwh/m3。这是近几年在工艺方面的突出进展。

反渗透装置脱盐部分与或级与级之间,可使用能量回收透平,以提高下一段或级的进水压力,提高产水量。原理示意见图1。Steven J.Duranceau等报道,1996年佛里达水服务公司在Marco岛对现有15000m3/d苦碱水淡化进行改造,通过使用段之间的能量回收透平,使系统的产水量增加3780m3/d,增幅达25%。段之间能量回收透平适用于苦咸水反渗透淡化含盐量7500--10500mg/L,淡化能耗降到0.82kwh/m3。 在反渗透海水淡化流程中,采用纳滤(NF)作为预处理,即NF-RO系统,NF脱除部分硬度和TDS,从而提高RO的操作压力和水回收率,可进一步降低能耗25%,造水成本可降低30%。

目前各种淡化方法在能耗方面都无法与RO竞争。RO为4-5kwh/m3、ED为14-16kwh/m3、MED为9-10kwh/m3、MFS为12-14kwh/m3。


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