舰用海水淡化方法的优化方向

王忆秦

(中国舰船研究设计中心，武汉 430064)



舰用海水淡化方法的优化方向

王忆秦

(中国舰船研究设计中心，武汉 430064)

摘要：针对舰船海水淡化水在使用中暴露的问题，对比海水淡化水与城市饮用水的主要水质指标，对舰用海水淡化水存在的问题进行分析，提出水质优化方法的方向。

关键词：海水淡化；水质；健康影响；管路腐蚀；优化

在船用海水淡化方法的选择上，主要考虑舰船类型、航行海域、产水用途等因素[1]。目前在船舶上有多种海水淡化法，应用最广泛的是反渗透法和蒸馏法。反渗透法与蒸馏法相比较，具有操作方便、设备简单、无需加热、无相变、能量消耗少、运行费低等特点，具有较好发展前途[2]。

船舶在海上航行，淡水是设备工作和船员生活的重要保障。船上淡水有两种用途：①作为设备的补给水，如给蒸汽动力装置和冷水机组补水;②作为生活用水，供船员饮用和洗涤。配置海水淡化装置生产淡水是目前所有船舶的选择，既可保证船上淡水的持续供应，还能减少船舶淡水舱的占有空间，增加燃油容积，以提高船舶的货物运载和续航能力[3]。但是海水淡化装置大量上船后，也暴露出一些问题，如淡化水对人体健康的影响，管网黄水现象等。本文通过对比我国城市饮用水与海水淡化水的主要水质指标，对舰船海水淡化水存在的问题进行分析，提出水质优化的方向。

1主要水质指标分析

目前陆用海水淡化工程其产水水质参照《中华人民共和国生活用水卫生标准》(GB 5749-85)，其中总溶解固体质量浓度小于500 mg/L[4]。舰船用海水水淡化装置也是执行GB 5749标准，近年交付的设备都是依据GB5749-2006考核的。虽然海水淡化水和城市饮用水都是依据国家生活饮用水卫生标准GB5749生产的，但该标准中大多数指标给出的是最高限定值，没有对最小值给出规定，所以同样是达标水，城市饮用水与海水淡化水是有区别的。其中与人体健康关系较大的指标硬度、氟化物、硼指标差异就较大，检测结果见表1。

表1　不同淡化方式水质检测结果　mg/L

采用蒸馏式和反渗透式生产的淡化水硬度比北京城市自来水都低较多。水中的硬度是由多种物质形成的，包括各种可溶性多价金属离子，主要是镁、钙离子，锌、锰和铁等其他离子也起一定作用。水中的矿物质是人体获得矿物质的一个十分重要的途径，矿物质含量低的的水被长期饮用会导致人体某些矿物质的缺乏，引发系列疾病。有些地区的人们因长期饮用海水淡化水，心脏病的发病率有增高趋势。

氟是人体所需的一种微量元素，饮用水中需要的氟浓度适宜值为0.5～1.0 mg/L。人体需要的大多数元素都可以从食物中摄取，但氟例外。当饮用水缺氟时，人易患龋齿病。海水中氟化物含量偏低，经淡化后更低，长期饮用可能会增加龋齿病的概率。

关于硼，我国和世界卫生组织对饮用水中硼的限制均规定为0.5 mg/L，在海水中硼含量较高，标准海水中硼含量约为4.6 mg/L，最高可达6.0 mg/L。在蒸馏淡化水中硼的含量很低(低于0.02 mg/L)。但是膜对硼的脱除率较低，导致一级海水反渗透产水的硼含量较高，约为1.0 mg/L。因硼具有除草效果，很多植物对含量0.5 mg/L的硼比较敏感，含硼较高的水不利于部分农作物的灌溉。动物实验显示较大量的硼随饮水进入动物体内，有致畸致突变的倾向。原因是硼会破坏糖代谢及增加一些酶的活性，损害实质性器官。同时硼的过多摄入还会对动物的生殖系统产生不利影响[5]。

综上，参照GB 5749-85制备的淡化水，虽然其水质指标基本上都低于限值，有的还低了很多，但水的总硬度、氟含量偏低，矿物质含量尤其低。人长期食用，有可能消耗体内的矿物质，同时加速吸收一些有毒物质。

2淡化水对舰船供水管网的影响

供水管网主要由镀锌钢管和不锈钢管构成，由于管道在供水管网的环境中会与外界发生许多反应而被腐蚀，从而带来了一系列的问题。舰员最早对供水管网腐蚀的关注是从“黄水”开始的，在早晨舰员集中用水时，常常要先将管路中的黄水放出，才能开始正常的洗漱。尤其是那些装备反渗透海水淡化装置的舰船，黄水现象尤其严重。某船为了找到水质发黄的根本原因及相关环节，采用以下步骤进行排查。

1)取盥洗室水龙头放出的黄水进行化验，发现水中存在大量的铁离子，可证明供水管系有管路或阀件因腐蚀形成了锈水。

2)分别使用船舱自带的岸接水和反渗透海水淡化装置供水，经多次供水试验发现出现黄水现象的仅在反渗透海水淡化装置供水方式中产生，检查船上淡水舱、压力水柜等部位的淡水，均有黄水痕迹。

由此可以推断：黄水的形成可能与反渗透淡水供水有关[6]。

依据反渗透的机理进行分析。一方面由于反渗透膜对CO2等小分子的截留率很低，CO2透过反渗透膜溶于淡化水，导致淡化水呈弱酸性，pH值较低，一般在6.5～6.8之间，对金属具有一定的腐蚀性。另一方面，由于钙、镁等大分子阳离子被反渗透膜截留，水中阴离子相对偏多，阴离子容易与铁等金属阳离子结合，也加剧了淡化水的腐蚀性。在许多舰船上发生过黄水现象，分析原因就是与淡化水的特性有关。淡化水是软水，硬度、碱度、pH值都较低，基本不具有缓冲能力， 这种特质使得淡化水的稳定性差，有很强的腐蚀性，在管网中输送时，极易溶解管网内壁形成的垢层，造成腐蚀。大量研究结果表明，随着淡化水在管道中滞留时间的延长，管材的腐蚀程度加剧，导致水质渐渐变黄。

“黄水”是由于腐蚀所产生的铁释放并生成铁锈Fe(OH)3所导致的。铁释放是指铁从腐蚀的锈斑或金属表面以溶解态或某种形式迁移到水体中的过程。当铁离子在水体中以Fe2+或Fe3+的形式存在时，水体的色度就发生了变化，从而导致“黄水”的产生。所以所有国家都对饮用水中的铁含量有严格的限制，国家生活饮用水卫生标准GB5749中对铁含量的限值是0.3 mg/L。

3如何优化舰员需要的淡化水

淡化水转化为舰员长期饮用水需进行三方面的工作，提高矿物质含量、降低硼浓度和调整氟的比例。

淡化水提高矿物质含量的方法包括石灰石溶解法和投加化学药剂法，以及与高矿物质水源水混合等方法。这些方法都可以增加部分人体所需的矿物质，还能使淡化水在管网中满足化学稳定性的条件，减缓对管道的腐蚀，提高出水水质[7]。

硼超标问题仅出现在反渗透淡化水中，一级反渗透对硼的去除率为60%左右，若采用二级反渗透可将硼的含量控制在0.5 mg/L以下。所以在舰船上可对进入饮用水舱的淡化水进行两极反渗透处理，以确保硼的含量达到国家生活饮用水卫生标准GB5749-2006的要求。

国际卫生组织在1984年将饮用水氟化定义为可以在氟缺乏国家广泛推广的预防龋病的安全经济的措施，饮水氟化已被许多国家作为公共健康措施而广泛使用[8]。在舰船上，对海水淡化水加入氟物质将氟含量提高到0.5～1.0 mg/L，可以减少氟缺乏对舰员健康产生的不利影响。

舰上的水源除了海水淡化水，还有从岸上补给的城市自来水，也可混合使用以降低硼含量，提高总硬度，增加氟含量。我国舟山市的人均水资源拥有量少，是一个资源型缺水的地区。作为海岛地区，与大陆分隔，且岛屿分散，水资源的主要利用水库、山塘等蓄水设施依靠梅汛和台汛两期降水来蓄水[8]。目前生活饮用水的水源水短缺，需利用海水淡化水进行补充。针对淡化水硼超标及总硬度过小的问题，舟山市采用将海水淡化水与其他地表水混合应用的方法，将总硬度均值也由26.86 mg/L上升到132.51 mg/L，硼的检测合格率由21.6% 上升到92.8%，基本解决了海水淡化水总硬度过小及硼超标的问题[9]。所以，在舰船上也可以在远航前，将水舱的水规划使用，用于饮用的水可实行淡化水与水舱中携带的岸补水混合使用，以降低硼含量，提高水的总硬度和含氟量。

4建议

淡化海水的水质良好, 均符合国家生活饮用水卫生标准，但其pH值、碱度和硬度都极低，如果舰船上供水管路的耐腐蚀能力较差，在淡化水流过时极易造成原有腐蚀管垢的溶解，加速铁的过量释放，引发黄水问题，因此建议在设计饮用水管路时选用不锈钢管或B10白铜管，以提高管路的抗腐蚀能力。

用现有国家生活饮用水卫生标准中的指标限值来要求海水淡化水，对人体健康的影响就无法评估。若在现有生活饮用水卫生标准中对涉及人体必须营养元素的水质指标，除了规定最高限值外, 还能设置最低达到值(底值)，将对评估水质对人体健康的影响起到积极的促进作用。

参考文献

[1] 苗超，谢春刚.船用海水淡化技术发展现状与研究建议[J].船舶工程,2011(3)：6-9.

[2] 史林海，王晓娟.船舶海水淡化技术现状及研究进展[J].水处理技术,2012(10)：8-10.

[3] 潘献辉，王生辉.船用海水淡化装置的发展及应用[J].中国给排水,2012(2)：24-26.

[4] 周振觉，何海丰.舟山地区海水淡化技术应用状况[J].水处理技术,2010(2)：15-18.

[5] 徐赐贤，董少霞.海水淡化后水质特征及对人体健康影响[J].环境卫生学杂志,2012(12)，2-6.

[6] 刘永明，张小波.基于某型船反渗透产水水质改进方案设计与实现[J].船舶工程,2011(S)：194-197.

[7] 赵明，沈娜.淡化水作为城市供水时的水质问题与对策[J].水处理技术,2011(10)：7-10.

[8] 王滨滨，郑宝山.我国部分城市和地区居民龋均与饮用水氟含量的关系研究[J].地球与环境,2004，32-(3/4).

[9] 张永利，王虹玲.舟山市多种类型水源水及生活饮用水水质的监测分析[J].环境与职业医学,2012(11)：9-11.

On the Optimization Direction of Sea Water Desalination Method

WANG Yi-qin

(China Ship Development and Design Center, Wuhan 430064, China)

Abstract:In view of the problems existing in the usage of seawater desalination water for warships, by comparing the main water quality indexes of seawater desalination water with that of urban drinking water, the problems of desalination water of the warship are analyzed, and the water quality improvement direction is put forward.

Key words:sea water desalination; water quality; human health; corrosion of pipe; optimization

中图分类号：U664.5

文献标志码：A

文章编号：1671-7953(2016)02-0116-03

第一作者简介：王忆秦 (1963-)，女，学士，高级工程师E-mail:e_wyq@163.com

基金项目：国家部委基金资助项目

收稿日期：2016-01-06

DOI:10.3963/j.issn.1671-7953.2016.02.030

修回日期：2016-01-21

研究方向:船舶日用水