反渗透海水淡化处理工艺分析

陈 林

（山东电力建设第三工程有限公司，山东 青岛 266100）

我国在海水淡化处理技术方面比较落后，极大地阻碍了我国水资源的优化，同时也在一定程度上限制了我国经济的提升。使用反渗透海水淡化处理工艺进行淡化处理工作时，重点在于海水化学成分的处理。在实践操作中笔者需要向发达国家学习先进的海水淡化处理经验，完善我国反渗透海水淡化工艺技术，使海水淡化其长期处于稳定发展的状态，并且为我国海水淡化行业的发展奠定坚实的基础。

1 反渗透海水淡化处理技术

反渗透即“逆渗透”，通过给予膜一侧溶液超出渗透压的压力进而形成反渗透作用，在膜的高、低压侧分别得到浓缩液和透析后的溶剂，通过这种推动力作用将溶液中的溶剂分离出来。该技术在20世纪70年代便已得到较好的发展，而随着反渗透膜材料使用性能的逐步改进，反渗透海水淡化技术越来越受到人们的重视和关注，现今该技术的发展已经可以和蒸馏法淡化技术相媲美。

如图1所示，反渗透海水淡化装置主要由预处理设备、反渗透膜组设备、电器控制设备、清洗设备和加药设备组成。该装置先通过供水泵将海水提取出来并通过预处理装备对海水进行初步处理，经过加药装置调整后的海水再通过高压泵将其送入反渗透膜组装置，得到调整后的淡水便可以储存起来，浓缩水则被排放出去。该装置具有设备体积小、操作简单的特点。反渗透与压力驱动之间存在密切的联系。反渗透海水淡化处理需要以压力驱动膜分离技术作为基础，该装置自动化水平高，对进水指标要求也较高，所以需要适当对水源进行预处理。

图1 反渗透技术海水淡化装置示意图

反渗透技术须在常温和无相变化下进行，海水淡化所需能量很小，同时在海水淡化领域的应用也突显出了其适用面广和脱盐率高的优点。因此反渗透技术成了一直以来人们比较关注的问题。在实践操作的过程中，很多技术人员将反渗透海水处理技术归纳到过路技术的范畴中。但无论将其称为什么类型的技术，它都可以将海水中的杂质进行有效地处理，从而保证海水可以达到饮用的标准。

2 反渗透海水淡化处理工艺

2.1 反渗透海水淡化处理工艺流程

基于“反渗透”技术的复杂性，其在海水淡化实践操作时须经历多个步骤处理方可达到人们日常生活所需水质的各项要求。图2所示为反渗透海水淡化处理工艺流程。海水通过加压泵经压力作用被送至冷却塔防止出现热污染，无此隐患的海水可省略此步，再经过杀菌剂（NaClO、FeCl3、FeSO4等）、助凝剂的作用起到杀菌灭藻的作用，通往混凝沉淀池去除水中的胶体和细微悬浮物，此时水的浊度和色度等已得到一定程度的降低，一些有毒有害污染物也被有效去除。再经过高压泵压力作用送至超滤系统进行更加精密的过滤处理，可有效防止大分子物质或者溶质并排入产水箱，再经过加压作用的水中投入还原剂（SBS）、阻垢剂等，延长膜使用寿命。水再经过第二重保障装置保安过滤器后经加压进入反渗透过滤系统，通过反渗透膜的作用一侧生成的淡水则进入产水箱储存以供工业使用或者再进入更高水质使用需求的工艺流程中，而另一侧浓水则经过能量转换装置完成能量回收后流入浓水池储存，再排放回海中。

图2 反渗透海水淡化处理系统工艺流程图

在实际项目中由于海水所处水域水质不同，采用的技术不同，往往会在取水方式和预处理方式上有所不同，工艺流程也会随之发生变化，其能耗、产水量、海水的利用率也会有所不同。进水的含盐量、系统浓缩倍率、进水温度以及产品水质均是影响系统能耗的关键因素，不同工艺流程下的能耗也会有所变化，在实践中还需进行最优能耗工艺的探索。反渗透海水淡化装置除了膜组件、高压泵、能量回收装置需要进口外，其余设备或器械元件均可在国内进行加工制造，由此也可看出该种技术投资成本较低。

在实际项目实践中，为了保证水质质量，需要对各个环节、处理步骤进行严格把控。在设计方案中需要将工艺流程、流程中各个环节注意事项以及具体操作的内容落实到具体方案内容中，包括机械设备的选型、相关参数的确定以及具体的计算过程等。只有将工艺流程“精细化”，才可以为现场人员提供精确的依据和参考，保证淡化处理过程的合理性以及科学性。技术人员也可以结合现场实际情况，对工艺流程不断地进行优化以及调整。

2.2 海水淡化工艺对比

反渗透膜法和低温多效加蒸汽压缩喷射器法是目前常见的海水淡化工艺，两者的工艺性能对比如表1所示。

如表1所示，反渗透膜法和低温多效加蒸汽压缩喷射器法工艺性能差异性较大，后者的优势体现在预处理、出水水质和电耗方面，前者优势则体现在海水利用率和变工况能力方面。而在笔者参与的实际工程项目中，2种工艺所呈现出的经济优势来看，反渗透膜法是要高于低温多效加蒸汽压缩喷射器法的[1]。

表1 2种工艺性能对比

2.3 水力平衡图与取水方式

水利平衡图的确定离不开反渗透海水淡化工艺流程，只有充分了解工艺流程设计，在实践中才能确保数据的真实性。工作人员需要防止数据参数出现篡改，避免整个工艺流程质量下降。确保各类型的机械设备良好运转及使用工艺水平控制在预期范围内，数据和参数与实际结合，才能使工艺方案得以发挥。水利平衡图的确定是一项难度较大的工作，会受到外界很多因素的影响，导致各项参数发生变化。在实践中须配备专业素质高的技术人员进行操作。方可确保整个过程的合理化。

海水淡化取水的方式是将海水回收率以及能量的整体回收效率进行整体融合。在对海水淡化处理中，若取水方式不当会增加保安过滤器和反渗透膜堆的负担，取水方式的确定需要综合考虑多种影响因素，考虑不全面就会影响反渗透的效果。确定取水方式首先要确定取水位置，考察台风是否会对取水设施造成影响和破坏，海水运输至预处理装置时需要选用何种输送方式，其次要考虑选用何种取水泵，海潮会不会导致取水水位发生变化，海水温差是否合适，对海水腐蚀情况进行考察等。最终确定出合适的取水方式，例如海滩井取水、海床过滤取水、表层取水、海滩水平暗渠取水等。基于取水方式的多元化，在实践中务必确保取水方案的科学性和合理性。对取水位置做好标记，避免恶劣环境和气候对取水过程造成不良影响。

2.4 预处理工艺系统

预处理系统形式较多，包括混凝、沉淀、过滤等。最常用的预处理方式为混凝澄清和介质过滤，预处理系统繁杂、操作费力、需精心维护。超滤预处理方式在海水淡化应用中已有较长时间，其去除率要优于常规的处理方式。多介质过滤形式是预处理中最常被用到且容易被忽视的。

2.4.1 超滤预处理工艺

超滤技术同样也是以压力作为基础驱动的膜法分离技术，通过这种技术对溶液进行分离、净化和浓缩。在海水淡化中采用超滤技术下的预处理工艺流程如图3所示，在实际海水淡化采用超滤装置时，通常会为了考虑膜的使用寿命，在装置前增加过滤装置，例如增加斜板沉降系统和砂滤过滤器，这样不仅能减少对膜的清洗次数，还可有效改善水在进入超滤装置后的浑浊和污染情况[2]。基于超滤技术对小分子有机物去除效果不佳的情况，在超滤装置后可以增加碳滤装置，以此达到有效去除的目的。

图3 采用超滤技术预处理工艺流程图

超滤技术不同于反渗透技术，在进行实际应用时，超滤技术的超滤膜及孔径须控制在2nm~100nm，对大分子量有机物有明显的去除效果，超滤技术比反渗透技术更适合作预处理。超滤技术作为新型的预处理方法，具有标准化、自动化、低能耗的优点。因为超滤技术的孔径非常小，所以它可以更好地对海水中的微生物以及一些天然的有机物质进行有效地处理。使海水淡化处理工艺的成本不断降低，并整体提高处理的质量。

2.4.2 多介质过滤处理工艺

多介质过滤处理形式属于物理性过滤的一种技术，它不需要使用化学手段就可以对海水起到净化的作用。从多介质过滤的机械设备角度来看，其大部分的机械设备都具有自动化以及智能化的特点。而该种处理形式具有耗能性低的特点，与其他形式预处理形式相比具有安全且稳定的优势。这种工艺主要运用在加压系统中，通过加压泵的作用，将原水引入多介质过滤器中，例如活性炭吸附过滤器、阻垢器等，使水质满足人们的需求。

此外，在实际工程项目实践中为了确保海水预处理效果，提升海水过滤的精确度，更好地满足反渗透膜净水的标准，除去采用以上工艺装置外还可以增加保安过滤器装置，可对海水进行二次淡化预处理。如图2所示往往保安过滤器装置也是预处理工艺的最后阶段。

2.5 反渗透膜组件以及高压泵

反渗透膜及组件生产已成熟，脱盐率可高达99.3%。脱盐率和透盐率、产水量 、回收率均是评价反渗透膜组件的指标。回收率即产水与进水流量之比，是决定膜性能的关键标准之一。高回收率一直是反渗透领域的研究热点，提高回收率需要相对高的操作压力，不仅会导致膜污染加剧，膜的冲洗和更换频率也会增加。无机污染、有机污染、生物污染是制约高回收率的关键因素，其中无机污染的处理难度较高。纳滤海水软化在高回收率的应用中潜力较大。但是在纳滤软化在高浓度时还会出现结垢问题，可以通过充分利用耦合工艺实现模块配置的最优化，来实现高回收率[3]。而高渗透流率，会导致垂直于膜表面的水流速加快，使膜污染速度加快。反渗透膜须安装在膜壳中，必须保证膜壳的完整性。反渗透膜组件中膜的选择会受到除膜自身以外的因素影响，例如预处理操作与维护、进水水质、最终用途等。我国目前已有不错的膜组件产品，但是国际标准还是依据国外产品确定。因此膜材料和膜构型的选择，要综合考虑以上影响因素，根据经验选择。从图2中可以看出，整个海水淡化处理过程中都离不开高压技术，它是反渗透模式不可或缺的重要组成部分，因此必须确保高压泵的数量和质量。小型项目中可以采用高速离心泵，大型项目中须选用多级离心泵。还须对膜组件和高压泵的选购、运输、保管环节进行严格的质量管控，以此确保海水淡化的效果和质量。

3 结语

我国的海水淡化处理技术处于基础理论研究阶段，现在大部分的企业以及相关学者都将大量的时间以及精力放在海水淡化处理的基本技术研究工作中。因为受到多种因素的影响，导致海水淡化处理技术在研究和实践应用中出现较多问题，特别是在缺乏理论基础以及经验积累的情况下，反渗透海水淡化处理工艺无法得到完善。因此，笔者需要学习国外先进的反渗透海水淡化处理的工艺以及理论知识，从而优化自身的海水淡化技术，整体提升工艺参数设计的能力。制造出符合我国海水淡化应用的技术，并且降低成本，将我国海水淡化处理行业的发展推向高潮。