膜分離技術(shù)與海水淡化和水再用(Membraneseparationforseawaterdesalinationandwaterreuse)杭州水處理技術(shù)研發(fā)中心目錄(content)1膜分離技術(shù)與海水淡化11海水淡化簡要發(fā)展過程12熱法海水淡化13反滲透法14海水淡化的未來2膜分離技術(shù)與飲用水凈化和純水制備2.1飲用水凈化2.2純凈水的生產(chǎn)23軟化水3膜分離技術(shù)與水再用3.1水循環(huán)回用32廢水處理33污水回用4結(jié)語摘要(Abstract簡述了海水淡化和水再用在擴(kuò)大水資源和水資源保護(hù)中的重要性。對(duì)目前成熟的海水淡凈如多級(jí)閃裴和低溫多效進(jìn)行了簡介,對(duì)反進(jìn)行了重點(diǎn)介紹膜分離技術(shù)已成為純水和軟化水制備的通用技術(shù)水再用包括工業(yè)廢水處理和回用以及城市污水資源化等。在國內(nèi)外,膜分離技術(shù)在許多領(lǐng)域的中的應(yīng)用已廣為普及,有些過程已成為標(biāo)準(zhǔn)的單元操作,產(chǎn)生明顯的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益。隨著膜分離技術(shù)的不斷進(jìn)步,它在海水淡化和水再用中的作用會(huì)越來越大,在擴(kuò)大和保護(hù)水資源方面的貢獻(xiàn)會(huì)越來越突出,也會(huì)對(duì)節(jié)能、降耗和減排工作有所促進(jìn)微濾,0.1-10um≯細(xì)菌,懸浮物超濾,5mm-50nm→乳化油,顏料,膠體納濾,0.5nm-5nm糖,染料,表面活性劑,礦物質(zhì)反滲透,0.1nm-1mm鹽,金屬離子,礦物質(zhì)水分子壓力驅(qū)動(dòng)膜(PD原理圖1膜分離技術(shù)與海水淡化1.1海水淡化簡要發(fā)展過程海水淡化是自古以來人們的夢想之19世紀(jì)出現(xiàn)了浸沒式蒸發(fā)器二次世界大戰(zhàn)促進(jìn)了脫鹽技術(shù)的發(fā)展,但仍限于多效和壓汽蒸餾;20世紀(jì)50年代,美國意識(shí)到水資源的重要戰(zhàn)略意義,專設(shè)鹽水局,30年內(nèi)撥專款14億美元研發(fā)新的脫鹽技術(shù)1954年電滲析(ED)實(shí)用化,1957年多級(jí)閃蒸(MSF)問世,1960年反滲透(R0)獲突破性進(jìn)展。1975年低溫多效(LTM)商品化1990年后,隨著RO膜性能的提高,價(jià)格的下降,高壓泵和能量回收效率的提高,反滲透法成為投資最省,成本最低的海水淡化制備飲用水的過程。2019年脫鹽水產(chǎn)量在4.75×107m3/d以上,其迅猛增長的趨勢是少見的;多級(jí)閃蒸技術(shù)占世界海水淡化裝機(jī)容量的42%,反滲透技術(shù)占淡化裝機(jī)容量的45%1.2熱法海水淡化熱法海水淡化主要有MSF,LT和壓氣蒸餾(V)等。2.1.多級(jí)閃蒸(MSF)就MSF技術(shù)本身近年來有所進(jìn)展,但無重大突破。主要進(jìn)展有單機(jī)容量進(jìn)一步擴(kuò)大,最高可達(dá)7.9萬m3/d;多級(jí)閃蒸與水電一體化;過程集成—熱膜耦合;採用新的管及蒸發(fā)室材料,試用高級(jí)奧氏不銹鋼代替鎳基合工藝改進(jìn)有采用新型聚羧酸酯防垢劑,該劑兼抑垢和分散作用,可使MSF在95-110℃下運(yùn)行,且用量少對(duì)環(huán)境影響小;提高最高鹽水溫度,增加級(jí)數(shù)和比熱交換面積及鹽水循環(huán)流量;改進(jìn)熱回收和排熱段以提高蒸發(fā)量;提高快速除霧功能和排放冷卻器功能等;運(yùn)行管理方面開發(fā)了DROPS軟件,可協(xié)調(diào)運(yùn)行參數(shù),使系統(tǒng)最佳化,并降低運(yùn)行費(fèi)用;延長服務(wù)期限,提高運(yùn)行可靠性,減少停車維修,降低成本等等。目前MSF的能耗在10kW/m3淡水以上1.2.2.低溫多效(LT-MEDMED為上世紀(jì)30年代的淡化方法,由于結(jié)垢和腐蝕等問題,更由于上世紀(jì)50年代MSF的出現(xiàn),使之停滯不前。盡管美、日等國家投入大量資金改進(jìn)提高,但自1975商品化以來,至今市場占有份額仍不足10%。LT-ME操作溫度在60-70℃,使結(jié)垢和腐蝕有所減緩,可使用較廉價(jià)的材料,以降低成本。一些改進(jìn)工作有裝置規(guī)模大型化,使用較廉價(jià)的新材料和新設(shè)備,強(qiáng)化傳熱管等,提高最高鹽水溫度和增加效數(shù),使用高效的熱泵等可有效提高造水比和利用末效熱,水電聯(lián)產(chǎn)和熱膜耦合聯(lián)產(chǎn)有效降低海水淡化的成本;塔式設(shè)計(jì),混凝土外殼等。通常能耗在6-8kW/m淡水該技術(shù)在利用低品位熱能造水方面有一定的市場1.3反滲透法SwRO)反滲透具有投資省、能耗低(無相變)、建設(shè)期短、占地少的特點(diǎn),是海水淡化技術(shù)中近十年來發(fā)展最快的。除海灣國家外,美洲亞洲和歐洲,大、中生產(chǎn)規(guī)模的裝置多以反滲透法為首選。(SWROhasbeenacceptedwidelyinAmerica,AsiaandEurope,becauseofitslowestinvestmentandcost,lowestenergyconsumptionandshorterbuildingperiod.)圖1-1反滲透(SWRO)過程RO/能量回收系統(tǒng)RO/Energyrecovery預(yù)處理系統(tǒng)pretreatmentsWRo裝置濾器保安濾器NaOH高壓泵能量回收裝置壓力提升泵海水取水隔板絮凝斜板沉淀清水池取水濃海水處置后處理系統(tǒng)Posttreatment1.3.1反滲透膜和組器技術(shù)的進(jìn)步RO海水淡化所以具有競爭力,膜性能的提高是很關(guān)鍵的20世紀(jì)70年代海水淡化用的主要是Dupont公司的B-10芳香族聚酰胺中空纖維組件;上世紀(jì)80年代日本東洋紡的三醋酸纖維素中空纖維組件也加入海水淡化陣列;而目前最具發(fā)展?jié)摿Φ氖菑?fù)合反滲透膜,自上世紀(jì)80年代商品化以來,性能不斷改進(jìn)提高,價(jià)格越來越便宜,使反滲透海水淡化成本不斷下降,成為海水