膜技術(shù)在海水淡化與綜合利用中新進(jìn)展

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1、膜技術(shù)在海水淡化與綜合利用中新進(jìn)展　　摘要：膜技術(shù)作為高新技術(shù)在化工領(lǐng)域的生產(chǎn)加工、清潔生產(chǎn)、綜合利用、節(jié)能降耗和廢液治理等方面發(fā)揮著獨(dú)特的作用，隨著膜技術(shù)的不斷進(jìn)步，其在化工領(lǐng)域中發(fā)揮的作用會(huì)越來(lái)越大。文中探討了膜技術(shù)在海水淡化中的新進(jìn)展，并對(duì)膜技術(shù)的綜合利用進(jìn)行了說(shuō)明。關(guān)鍵詞：膜技術(shù)海水淡化綜合利用中圖分類號(hào)：TB43文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：前言海水淡化作為解決水危機(jī)的有效途徑之一,已經(jīng)在許多國(guó)家和地區(qū)(尤其是海灣國(guó)家)得到了廣泛的應(yīng)用。海水淡化的主要方法包括多級(jí)閃蒸(MSF)、多效蒸發(fā)(MED)和反滲透(RO)等,前兩種為蒸餾法,后一種為膜法。由于海水中的硬度、總固溶物和其

2、他雜質(zhì)的含量均較高,因此海水在進(jìn)入蒸餾法和膜法淡化裝置之前必須經(jīng)過(guò)預(yù)處理。預(yù)處理可以降低清洗的次數(shù)(清洗費(fèi)用一般占總運(yùn)行費(fèi)用的5%～20%)、延長(zhǎng)反滲透膜的使用壽命和提高蒸餾淡化裝置的熱效率、降低淡化過(guò)程的能耗及維護(hù)費(fèi)用,同時(shí)可以減少化學(xué)藥品的用量和污染物的排放量,保持環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。一、海水淡化概述7海洋中卻蘊(yùn)藏著豐富的淡水,其總量約占海水的97%,相當(dāng)于13.3億立方公里之多,是一個(gè)最大而又穩(wěn)定可靠的淡水儲(chǔ)庫(kù)。據(jù)預(yù)測(cè),到2025年,全世界三分之二的人口將生活在缺水狀態(tài)中隨著淡水資源短缺的形勢(shì)日趨嚴(yán)峻,人們寄希望于新的淡水資源的開(kāi)發(fā)。海水淡化作為開(kāi)發(fā)新的淡水資源的重要手段日益

3、受到重視。海水淡化是將海水脫除鹽分變?yōu)榈倪^(guò)程,是指將含鹽濃度為35000mg／L的海水淡化至500mg／L以下的用水。淡化方法按照分離過(guò)程分類,可分為熱過(guò)程和膜過(guò)程兩類。熱過(guò)程有多級(jí)閃蒸(MSF)、多效蒸餾(MED)、壓汽蒸餾(VC)和冷凍法等;膜過(guò)程有反滲透法(RO)、納濾(NF)、電滲析(ED)等。盡管淡化的方法多種多樣,目前廣泛應(yīng)用的主要還是多級(jí)閃蒸法、低溫多效蒸餾法和反滲透法。二、膜技術(shù)在海水淡化中的新進(jìn)展1能量回收裝置7膜法海水淡化發(fā)展迅速,國(guó)內(nèi)外廣泛采用,其根本原因在于反滲透淡化水的能耗大幅度下降。反滲透淡化水電耗下降如此之快,其主要貢獻(xiàn)者就是濃鹽水余壓能量回收裝

4、置的發(fā)展和應(yīng)用。因此,利用能量回收裝置高效利用鹽水的余壓能,對(duì)大幅降低反滲透海水淡化系統(tǒng)能耗,進(jìn)而降低產(chǎn)品成本至關(guān)重要。我國(guó)現(xiàn)有的反滲透海水淡化能量回收裝置大都是進(jìn)口產(chǎn)品，如挪威阿科凌的Recuperator及美國(guó)的產(chǎn)品等。為此,我國(guó)也非常重視能量回收裝置技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā),并且取得了可喜進(jìn)展。例如在國(guó)家科技部“十五”、“十一五”以及天津市科委項(xiàng)目的資助下,天津大學(xué)成功開(kāi)發(fā)了我國(guó)首臺(tái)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的日產(chǎn)百噸級(jí)和日產(chǎn)千噸級(jí)能量回收裝置,裝置能量回收效率分別為90％和93％,達(dá)到同期國(guó)際先進(jìn)水平。大瞿島一體化制水裝置首次采用了具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的水壓閥控式能量回收裝置(vPX-50

5、),與不帶能量回收的同類裝置相比節(jié)能效果明顯,使得本體能耗下降到3.0kWh·m-3。2膜技術(shù)進(jìn)步7隨著反滲透技術(shù)在海水淡化中的廣泛應(yīng)用,反滲透膜性能的優(yōu)劣對(duì)淡化效果的作用更加突出,反滲透膜的作用也至關(guān)重要。目前反滲透膜主要由芳香聚酰胺制成,能夠阻擋99.9％的鹽分同時(shí)保持適當(dāng)?shù)臐B透通量,其缺點(diǎn)是反滲透膜分離裝置對(duì)進(jìn)水指標(biāo)有較高的要求,易產(chǎn)生膜污染,需定期對(duì)膜進(jìn)行清洗,并且需在高壓下運(yùn)行,需配備高壓泵和耐高壓的管路。在發(fā)生生物污染時(shí),有機(jī)物薄膜覆蓋了反滲透膜的活性表面并阻止水分子的透過(guò)。目前國(guó)內(nèi)外正在積極探索,研發(fā)新型反滲透膜。例如美國(guó)的UT-VT最近研發(fā)了耐氯反滲透膜,他們用磺

6、化聚砜作為反滲透的膜材料,如此就不存在易受氯攻擊的N-H鍵。UT-VT在聚合過(guò)程中引進(jìn)兩個(gè)荷電的磺酸基團(tuán),發(fā)現(xiàn)可以形成有重現(xiàn)性的穩(wěn)定聚合物,其抗氯和脫鹽性能測(cè)試表明,將聚合物暴露在活性氯濃溶液中35h沒(méi)有顯著的變化,同時(shí)其脫鹽率可達(dá)到99％,滿足苦咸水淡化的要求。盡管膜技術(shù)改進(jìn)有關(guān)的工作還需完善,但提升膜性能、改進(jìn)海水淡化效果的技術(shù)革新已展示了一定的產(chǎn)業(yè)化前景。三、膜技術(shù)的綜合利用海洋是巨大的液體礦,其中蘊(yùn)藏著豐富的化學(xué)資源。我國(guó)礦產(chǎn)資源相對(duì)于眾多人口而言較為貧瘠,因此,海水化學(xué)資源的綜合利用勢(shì)在必行。膜技術(shù)在該領(lǐng)域中的應(yīng)用主要有以下幾個(gè)方面:1海水制鹽鹽是人體新陳代謝必不可少的

7、食品,也是化學(xué)工業(yè)的基本原料。目前,我國(guó)的原鹽主要以海鹽為主。海水制鹽主要有三種方法即鹽田法(太陽(yáng)能蒸發(fā)法)、冷凍法和電滲析法。冷凍法如今已很少使用。電滲析法是用離子交換膜濃縮海水制鹵,然后蒸發(fā)結(jié)晶制鹽。電滲析離子交換膜法制鹽的基本工藝如圖1所示。電滲析法制鹽具有以下優(yōu)點(diǎn):(1)不受自然條件限制,一年四季均可生產(chǎn)。(2)基建投資少,占地面積小。(3)節(jié)省人力,常備人員較鹽田法減少約90%以上。(4)鹵水純度和濃度比鹽田法有所提高。離子交換膜在日本的最大用途,是采用電滲析的海水濃縮