2023年《安全环境环保技术》之反渗透海水淡化技术的发展.docx

反渗透海水淡化技术的开展        海水淡化是从海水中获取淡水的技术和过程。早在50年代，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，不断推进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，是社会和经济开展的命脉，是人类珍贵的不可替代的自然资源。当前缺水已成为世界性问题，成为制约社会进步和经济开展的瓶颈，解决水资源的供需矛盾，对我国的可持续开展是非常迫切的和重要的。我国沿海地区仅占全国土地面积的15%，人口的40%，但创造着60%以上的社会总产值，和全国一样，沿海，特别是北方地区以及岛屿的供水严重缺乏，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，满足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，而且在许分情况下是经济的。         2、反渗透的开展概况         海水淡化是从海水中获取淡水的技术和过程。早在50年代，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，不断推进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，专门研究的脱盐技术，欧洲那么在尤里卡等方案下推动海水淡化的开展，它们也都以膜法为重点。经过近50年的研究、开发和产业化，SWRO自70年代进入海水淡化市场之后，开展十分迅速。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年的经验积累，SWRO工艺过程也逐渐成熟，近年来，功交换器和压力交换器的开发成功使能量效率都高达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，进一步增强了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，建造周期短等优势而屡屡中标。SWRO所以能如此成功，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开展概况：         3、反渗透的一些重大的创新进展         3.1反渗透膜的进步         在反渗透膜开展的历史中，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，无实用价值，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膜组器技术的不断开展         反渗透膜组器技术的创新，伸膜的性能得以充分的发挥，这里特别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         经过多年的研究开发，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年代中商品化，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（特别是复合膜）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）。