反渗透海水淡化的预处理工艺选择

姚吉伦，胡海修，吴恬，丁昭霞
(后勤工程学院水暖教研室，重庆400041)

　　摘　要：针对不同的海水水质、使用方式、处理规模等因素，介绍了6种不同的预处理工艺流程，并对其进行了综合比较。
　　关键词：海水淡化；反渗透；预处理工艺
　　中图分类号：TU991.64
　　文献标识码：C
　　文章编号：1000-4602(2001)08-0034-02

　　反渗透海水淡化工艺由于设备投资省、能量消耗低、建设周期短等诸多优点［1］，近年来发展迅速，工程应用也较多，正日益成为海水淡化的主导技术。反渗透海水淡化技术的关键是反渗透膜，虽然膜及组件的生产已相当成熟，膜的脱盐率＞99.3%［2］，但膜的平均使用寿命只有5年，这是造成海水淡化处理成本较高的一个重要原因，而膜污染又是造成膜使用寿命短的主要原因。对海水进行预处理是减缓膜污染、延长膜的使用时间，保证反渗透系统长期稳定运行的关键。

1　反渗透进水的水质指标要求

　　反渗透进水的水质指标要求，也就是通过预处理必须达到的目标见表1［3］。

表1　反渗透进水的水质要求 项目 指标 水温(℃) 20～35 pH值 3～11 浊度(NTU) ＜0.3 色度(倍) 清 污染指数： FI＜4 余氯(mg/L) ＜0.1 CODMn(mg/L) ＜2 Fe(mg/L) ＜0.1 注：所有指标均是针对聚酰胺膜的。

　　通过预处理是要去除悬浮物、有机物、胶体物质、微生物、细菌及某些有害物质(如铁、锰、钙等)，因水中的悬浮物、胶体物质和可溶性有机高分子聚集在膜的表面会使膜受到污染；微生物和细菌会使膜受到侵蚀；微生物和细菌的残体还会以固体形式析出，使膜性能变坏；水的温度、pH值、余氯含量、压力等参数的劣化会引起膜的水解、氧化；由溶质引起的膜结构变化还会导致膜的透水率下降。

2　预处理工艺

2.1　小型海水淡化装置
　　小型海水淡化装置的产水量小、体积小、质量轻，通常用于民用船舶、舰艇、海岛等地方，作为淡水供给的补充来源，一般不长期连续使用。由于使用地点远离大陆，海水水质稳定，受污染少，水质较好，预处理去除的主要对象是悬浮物、胶体，因此可采用较简单的预处理流程：海水→袋式过滤器或砂过滤器→保安过滤器→反渗透单元。其中，袋式过滤器可用无纺布等材料制作，用以去除粒径较大的悬浮物，使用一定时间后取出，经人工清洗即可。砂滤器处理效果更好，适应性更强，但运行一定时间后需反冲洗，还要增设一台反冲洗水泵。保安过滤器的滤芯可采用5～22 μm的缠绕过滤器或喷熔过滤器，用以去除粒径较小的悬浮物和胶体，使用一定时间后更换滤芯即可。
2.2　移动式海水淡化装置的预处理
　　移动式海水淡化装置可做成集装箱式、拖车式或固定于车上成为海水淡化专用车，用于需在沿海移动作业的单位。另外，其作为淡水供给的补充来源，一般不长期连续使用。该类装置受空间和质量限制，所用设备应体积小、质量轻，所用水源应为近海岸的海水。由于靠海岸的海水易受污染，水中既有悬浮物、胶体和溶解物质，还可含有大量有机物、微生物、细菌、藻类等污染物质，而且不同地区、不同季节的水质差别大，为满足反渗透进水的水质要求，必须强化预处理，采用较复杂的工艺流程(见图1)。
　　加混凝剂的目的在于使水中的胶体颗粒脱稳并凝聚成絮凝体。由于沉淀器只能去除较大的悬浮粒子，为加强对较小悬浮粒子的去除效果，图1a设两级保安过滤器，图1b分别设多介质过滤器和保安过滤器。图1a工艺流程的滤芯使用量较多，操作较为简单；图1b的工艺流程适应性较强，但多介质过滤器质量大，需反洗，要设置反冲洗泵并贮备反冲洗用水量，操作较复杂。图1的a、b流程中均设消毒器，以杀灭细菌、病毒，保证反渗透进水中的细菌不超过规定的指标。消毒可用紫外线、臭氧或氯消毒器等，若采用后两种消毒方法，需增设除气装置，以去除多余的臭氧或余氯，防止反渗透膜被氧化。

2.3　海水淡化水厂的预处理
　　海水淡化水厂为沿海城市或岛屿居民提供生活饮用水，规模较大，所用设备通常不受空间和质量限制，一般长期连续使用。由于所用源水为近海岸的海水，故水质与移动式装置处理的源水水质类似(但受潮汐的影响)，只是取水地点固定，它的工艺流程与移动式装置类似［4］(见图2)。
　　图2a、b流程中加消毒剂的目的在于杀菌灭藻。若采用液氯或NaClO发生器消毒，则需在海水进入反渗透单元前添加还原剂(如NaHSO3等)进行脱氯，以保证反渗透进水的余氯指标，防止膜被氧化。工艺流程中加阻垢剂的目的在于防止海水淡化过程中海水浓缩而产生难溶无机盐类，并在反渗透膜表面和系统管道上结垢沉淀。常用的阻垢剂有H₂SO₄、(NaPO₃)6和高分子聚合物。
　　图2b适用于海水浊度较低的地区，图2c适用于海水浊度变化较大、可能出现较高浊度的地区。图2a中的沉井，是利用了岸边砂层的天然过滤作用，故适应性强；设置活性炭过滤器是为吸附和去除有机物以及异臭、异味，但活性炭使用一段时间后需再生，适用于海水中有机物含量较高或有异臭、异味的地区。

　　以上工艺流程中的保安过滤器，可用超滤、微滤或纳滤代替，并可省去部分化学试剂(如消毒剂)，进一步提高反渗透单元的进水水质，使FI＜1，但超滤、微滤和纳滤膜的使用寿命均较短，与传统预处理工艺方法相比，其经济性如何还需进一步研究。

3　建议

　　在选择海水淡化的预处理工艺流程时，主要考虑待处理的海水水质，同时考虑使用地点、方式、管理水平以及海水淡化膜的性能等因素，做到既降低成本、简化操作，又能满足反渗透进水的水质要求。

参考文献：

　　［1］解利昕，阮国岭，张耀江.反渗透海水淡化技术现状与展望［J］.中国给水排水，2000，16(3)：24-27.
　　［2］林斯清，张维润.海水淡化的现状与未来［J］.水处理技术，2000，26(2)：7-12.
　　［3］闻瑞梅，王在忠.高纯水的制备与检测技术［M］.北京：科学出版社，1997.
　　［4］谭永文，沈炎章，卢光荣，等.嵊山500 t/d反渗透海水淡化示范工程［J］.水处理技术，2000，26(2)：1-6.

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　　收稿日期：2001-01-08