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電滲析法在海水淡化中的作用

2012-10-25

  海水淡化技術不是新課題。海水淡化是科學家們多年來不斷進行研究的技術課題。隨著水資源危機的加劇,海水淡化技術得到迅速發展。在已經開發的二十多種淡化技術中,蒸餾法、電滲析法、反滲透法都已經達到工業規;a的水平。

  反滲透法海水淡化與蒸餾法對比,膜法海水淡化只能利用電能,蒸餾法海水淡化利用熱能和電能。所以反滲透淡化適合有電源的場合,蒸餾法適合有熱源或電源的各種場合。但是隨著反滲透膜性能的提高和能量回收裝置的問世,其噸水耗電量逐漸降低。反滲透海水淡化經一次脫鹽,能生產相當于自來水水質的淡化水。雖然蒸餾法海水淡化水質較高,但反滲透技術仍具有較強的自身優勢,如應用范圍廣,規?纱罂尚,建設周期短,不但可在陸地上建設,還適于在車輛、艦船、海上石油鉆臺、島嶼、野外等處使用。

  反滲透系統需要較好的預處理,才能保證出水水質。在海水淡化領域中,預處理是保證反滲透系統長期穩定運行的關鍵。由于海水中的硬度、總固體溶解物和其他雜質的含量均較高,在運行過程中,反滲透系統對于濁度、pH值、溫度、硬度和化學物質等因素較為敏感,所以對進水的要求相對較高,如果進水水質差,產水率就非常低。因此,海水在進入反滲透膜裝置之前必須進行預處理。以下是海水淡化的常用的工藝簡述。

  海水殺菌滅藻

  由于海水中存在大量微生物、細菌和藻類。海水中細菌、藻類的繁殖和微生物的生長不僅會給取水設施帶來許多麻煩,而且會直接影響海水淡化設備及工藝管道的正常運轉,所以海水淡化工程多采用投加液氯、次氯酸鈉和硫酸銅等化學劑來殺菌滅藻。

  混凝過濾

  因為海水具有周期性漲潮、退潮,水中常夾帶大量泥沙,濁度變化較大,易造成海水預處理系統運轉不穩定,故在預處理中要加入混凝過濾,目的在于去除海水中的膠體、懸浮雜質,降低濁度。在反滲透膜分離工程中通常用污染指數(SDI)來計量,要求進入反滲透設備的給水的SDI<4。由于海水比重較大,pH值較高,且水溫季節性變化大,預處理系統常選用三氯化鐵作為混凝劑,其具有不受溫度影響,礬花大而結實,沉降速度快等優點。

  由于海水條件、膜組件材料與結構以及運行工藝的不同超/微濾和反滲透組合工藝及其前處理工藝在工程應用中存在適應性和組件選擇問題。萊特萊德技術人員對超/微濾工藝的前處理——混凝和超/微濾膜在不同條件下的運行參數、運行狀態和處理效果進行了研究,考察了海水混凝澄清效果與絮凝劑種類、用量的關系,比較了3種超/微濾膜的處理效果及其差異。

  試驗水質

  試驗分為兩個部分,試驗1在我國東南沿海樂清灣完成,試驗2在渤海灣沿岸黃驊港完成。兩個試驗取用的海水水質見表1。

  

海水水質.jpg

 

  從表l可以看出。試驗1和試驗2取用的海水差別較大,除了pH較為接近外,試驗1取用的海水溫度較高,濁度較大,且隨潮位的變化波動非常大,含鐵量較試驗2取用的海水高。而膠硅和高錳酸鉀指數較小。

  試驗流程

  試驗采用混凝與超濾工藝組合作為反滲透預處理工藝,工藝流程見圖1。

  

試驗流程.jpg

 

  海水經原水泵提升進入混凝池,在其入口處加入絮凝劑,海水混凝澄清后經保安過濾器進入原水箱.再通過增壓泵進入超濾膜組件,超濾產水進入產水箱.產水箱為超濾反洗供水。

  試驗裝置

  試驗主要設備是一套混凝設備和4套集裝箱式的超濾中試設備。其中,混凝設備為渦旋混凝澄清池.該混凝澄清池有效容積為5m,其中混合反應區為2.56m,澄清區為2.44m。,設計產水流量是8ma/h。超濾膜設備來自不同廠家,編號分別為A膜、B膜、C膜,其基本參數見表2。

  

超濾膜組件.jpg

 

  海水淡化技術

  海水淡化設備,海水由于其含鹽量非常高,而不能被直接使用,目前主要采用兩種方法淡化海水,即蒸餾法和反滲透法。蒸餾法主要被用于特大型海水淡化處理上及熱能豐富的地方。反滲透膜法適用面非常的廣,且脫鹽率很高,因此被廣泛使用。反滲透膜法首先是將海水提取上來,進行初步處理,降低海水濁度,防止細菌、藻類等微生物的生長,然后用特種高壓泵增壓,使海水進入反滲透膜,由于海水含鹽量高,因此海水反滲透膜必須具有高脫鹽率,耐腐蝕、耐高壓、抗污染等特點,經過反滲透膜處理后的海水,其含鹽量大大降低,TDS含量從36000毫克/升降至200毫克/升左右。淡化后的水質甚至優于自來水,這樣就可供工業、商業、居民及船舶、艦艇使用。

  電滲析法

  滲析是屬于一種自然發生的物理現象。如將兩種不同含鹽量的水,用一張滲透膜隔開,就會發生含鹽量大的水的電介質離子穿過膜向含鹽量小的水中擴散,這個現象就是滲析。這種滲析是由于含鹽量濃度不同而引起的,稱為濃差滲析。滲析過程與濃度差的大小有關,濃差越大,滲析的過程越快,否則就越慢。因為是以濃差作為推動力的。因此,擴散速度比較慢。如果在膜的兩邊施加一直流電場,就可以加快擴散速度。電解質離子在電場的作用下,會迅速地通過膜,進行遷移過程,這樣,就形成了去除水中離子的淡水室和離子濃縮的濃水室,將濃水排放,淡水即為除鹽水。這就是電滲析法除鹽原理。

經典工程案例

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