浅析反渗透海水淡化工艺的优化

汪滨

摘 要：文章简要介绍了海水淡化技术的发展现状，分析了反渗透海水淡化技术的原理和工艺流程，重点探讨了反渗透海水淡化技术在预处理、能量回收和技术参数三方面的优化设计。

关键词：反渗透；海水淡化；优化；能量回收装置；回收率

引言

众所周知，淡水资源与人类生产生活密切相关。全球水体内淡水资源分布极不均衡，淡水占总储水量不到3%，海水由于含盐量过高早就超过97%。可供人类利用的淡水仅占全球总储水量的0.26%。淡水资源缺乏是一个全球性问题，21世纪将是海水淡化大发展的时代。

海水淡化，又称海水脱盐，是从海水中获取淡水的技术和过程。我们一般采取两种方法，一是从海水中取出水，我们采用蒸馏法、反渗透法、冰冻法、水合物法和溶剂萃取法等，另外一种则是从海水中取出盐。普遍采取离子交换法、电渗析法、电容吸附法和压渗法。迄今为止，实际中我们采用的主要是蒸馏法、反渗透法和电渗析法。

1970年以后，逐步进入海水淡化市场的反渗透海水淡化技术，发展势头迅猛，世界上流行采用反渗透膜技术。

1 反渗透海水淡化技术介绍

目前反渗透膜与组件的生产已经相当成熟，工程造价和运行成本持续降低，主要发展趋势为降低反渗透膜的操作压力，提高反渗透系统回收率，降低高效预处理技术的成本，增强系统抗污染能力等。

1.1 反渗透的原理

渗透是水从稀溶液一侧通过半透膜向浓溶液一侧自发流动的过程。半透膜只允许水通过，而阻止溶解固态物（盐）的通过。水流入后浓溶液就会产生变化，最终被稀释。当水向浓溶液流动，产生的压力足以用来阻止水继续净流入，这样渗透便相对平衡。

当在浓溶液上不断加压，压力达到一定程度时，浓溶液中的水就流向稀溶液使其浓度变大，这一过程就是渗透相反过程我们叫反渗透。

1.2 海水反渗透技术的工艺流程

反渗透海水淡化技术的常见工艺流程如下：

海水升压泵→多介质过滤器→细砂过滤器→保安过滤器→高压给水装置→反渗透装置→洁净淡水

海水经过预处理之后，在高压泵压力的驱动下，我们可以让水进入膜的低压侧，这样水中盐分及污染物就会被阻挡在膜高压侧，随着浓水排除。这就是分离原理。海水淡化时，实际操作压力一般大于5.5MPa，这也是考虑到淡化效率。

2 反渗透海水淡化技术优化设计

反渗透海水淡化工艺优化主要表现在：给水预处理技术改进，能量回收装置，以及反渗透淡化系统优化设计等方面。

2.1 给水预处理工艺的改进

2.1.1 传统技术海水预处理

因为海水的特殊性：海水中存在各种繁殖速度快的微生物。为了控制它们的繁殖，在海水升压泵入口的管道中用氯化的方法进行消毒杀菌，去除大部分微生物。考虑大多数反渗透膜的耐氯性能差，容易被损坏或降解，因此在预处理之后海水进入反渗透装置之前，还将投加还原剂来进行除氯处理，更好的保障膜组件的安全运行。

2.2 能量回收装置

反渗透海水淡化技术中，膜脱盐用的关键设备对工艺路线的改进、能耗的降低等也至关重要，如高压泵和能量回收装置的快速发展：除高压泵的品种和型号不断增多，容量不断增大和效率不断提高之外，特别要提到是能量回收装置。现在工业中应用的余压能量回收装置主要包括流体非直接接触式和流体直接接触式，前者最具代表性的是PEI公司的Turbo Charge，后者最具代表性的是ERI公司的PX（Pressure Exchange-PX，压力交换器）。

例如在印尼Sulawesi工程海水反渗透系统中就应用了流体直接接触式能量回收装置。在这套海水反渗透系统中，进水压力高达5.0～6.0Mpa，处理之后的浓水压力仍有4.8～5.8Mpa，如果直接排放，将会造成很大的能量损失。所以设置了PX能量回收装置。这套装置的能量回收率高达94%以上，可以回收大部分的浓水压力，达到节能环保的作用。可以说反渗透海水淡化之所以能成为有竞争力的海水淡化技术，能量回收装置起着举足轻重的作用。

2.3 反渗透海水淡化技术参数的优化

能耗方面是反渗透海水淡化系统考虑的重要问题之一。它受到很多因素的影响，如海水含盐量、温度、操作压、回收率、能量回收等方面较为突出。优化设计反渗透海水淡化系统目的就是要确定最优的反渗透系统结构，最优的操作条件，确定系统中的膜元件、压力容器、高压泵等设备参数。主要指标是系统中的回收率、脱盐率、浓差极化度等主要技术参数。最终计算出能耗、投资成本、运行成本等主要经济指标，从而得到最终优化。

3 结束语

综上所述，反渗透海水淡化工艺优化的基本要求是：既要保证产水的产量和质量，又要保证浓水的流速和浓度范围，以及能量的回收利用，以减少污染、结垢和能耗，实现长期安全、经济地运行。如何把海水的盐分、pH值、温度、操作压力、回收率、产水量、进料流量、膜的特性、能源价格等变量组合在一起，在达到海水淡化工程设计基本要求下进行工艺的优化，使工程的投资费用和运行费用降到最低，这是工程设计人员的一项任重道远的使命。

参考文献

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