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电渗析法在海水淡化中的作用

2012-10-25

  海水淡化技术不是新课题。海水淡化是科学家们多年来不断进行研究的技术课题。随着水资源危机的加剧,海水淡化技术得到迅速发展。在已经开发的二十多种淡化技术中,蒸馏法、电渗析法、反渗透法都已经达到工业规模化生产的水平。

  反渗透法海水淡化与蒸馏法对比,膜法海水淡化只能利用电能,蒸馏法海水淡化利用热能和电能。所以反渗透淡化适合有电源的场合,蒸馏法适合有热源或电源的各种场合。但是随着反渗透膜性能的提高和能量回收装置的问世,其吨水耗电量逐渐降低。反渗透海水淡化经一次脱盐,能生产相当于自来水水质的淡化水。虽然蒸馏法海水淡化水质较高,但反渗透技术仍具有较强的自身优势,如应用范围广,规模可大可小,建设周期短,不但可在陆地上建设,还适于在车辆、舰船、海上石油钻台、岛屿、野外等处使用。

  反渗透系统需要较好的预处理,才能保证出水水质。在海水淡化领域中,预处理是保证反渗透系统长期稳定运行的关键。由于海水中的硬度、总固体溶解物和其他杂质的含量均较高,在运行过程中,反渗透系统对于浊度、pH值、温度、硬度和化学物质等因素较为敏感,所以对进水的要求相对较高,如果进水水质差,产水率就非常低。因此,海水在进入反渗透膜装置之前必须进行预处理。以下是海水淡化的常用的工艺简述。

  海水杀菌灭藻

  由于海水中存在大量微生物、细菌和藻类。海水中细菌、藻类的繁殖和微生物的生长不仅会给取水设施带来许多麻烦,而且会直接影响海水淡化设备及工艺管道的正常运转,所以海水淡化工程多采用投加液氯、次氯酸钠和硫酸铜等化学剂来杀菌灭藻。

  混凝过滤

  因为海水具有周期性涨潮、退潮,水中常夹带大量泥沙,浊度变化较大,易造成海水预处理系统运转不稳定,故在预处理中要加入混凝过滤,目的在于去除海水中的胶体、悬浮杂质,降低浊度。在反渗透膜分离工程中通常用污染指数(SDI)来计量,要求进入反渗透设备的给水的SDI<4。由于海水比重较大,pH值较高,且水温季节性变化大,预处理系统常选用三氯化铁作为混凝剂,其具有不受温度影响,矾花大而结实,沉降速度快等优点。

  由于海水条件、膜组件材料与结构以及运行工艺的不同超/微滤和反渗透组合工艺及其前处理工艺在工程应用中存在适应性和组件选择问题。莱特莱德技术人员对超/微滤工艺的前处理——混凝和超/微滤膜在不同条件下的运行参数、运行状态和处理效果进行了研究,考察了海水混凝澄清效果与絮凝剂种类、用量的关系,比较了3种超/微滤膜的处理效果及其差异。

  试验水质

  试验分为两个部分,试验1在我国东南沿海乐清湾完成,试验2在渤海湾沿岸黄骅港完成。两个试验取用的海水水质见表1。

  

海水水质.jpg

 

  从表l可以看出。试验1和试验2取用的海水差别较大,除了pH较为接近外,试验1取用的海水温度较高,浊度较大,且随潮位的变化波动非常大,含铁量较试验2取用的海水高。而胶硅和高锰酸钾指数较小。

  试验流程

  试验采用混凝与超滤工艺组合作为反渗透预处理工艺,工艺流程见图1。

  

试验流程.jpg

 

  海水经原水泵提升进入混凝池,在其入口处加入絮凝剂,海水混凝澄清后经保安过滤器进入原水箱.再通过增压泵进入超滤膜组件,超滤产水进入产水箱.产水箱为超滤反洗供水。

  试验装置

  试验主要设备是一套混凝设备和4套集装箱式的超滤中试设备。其中,混凝设备为涡旋混凝澄清池.该混凝澄清池有效容积为5m,其中混合反应区为2.56m,澄清区为2.44m。,设计产水流量是8ma/h。超滤膜设备来自不同厂家,编号分别为A膜、B膜、C膜,其基本参数见表2。

  

超滤膜组件.jpg

 

  海水淡化技术

  海水淡化设备,海水由于其含盐量非常高,而不能被直接使用,目前主要采用两种方法淡化海水,即蒸馏法和反渗透法。蒸馏法主要被用于特大型海水淡化处理上及热能丰富的地方。反渗透膜法适用面非常的广,且脱盐率很高,因此被广泛使用。反渗透膜法首先是将海水提取上来,进行初步处理,降低海水浊度,防止细菌、藻类等微生物的生长,然后用特种高压泵增压,使海水进入反渗透膜,由于海水含盐量高,因此海水反渗透膜必须具有高脱盐率,耐腐蚀、耐高压、抗污染等特点,经过反渗透膜处理后的海水,其含盐量大大降低,TDS含量从36000毫克/升降至200毫克/升左右。淡化后的水质甚至优于自来水,这样就可供工业、商业、居民及船舶、舰艇使用。

  电渗析法

  渗析是属于一种自然发生的物理现象。如将两种不同含盐量的水,用一张渗透膜隔开,就会发生含盐量大的水的电介质离子穿过膜向含盐量小的水中扩散,这个现象就是渗析。这种渗析是由于含盐量浓度不同而引起的,称为浓差渗析。渗析过程与浓度差的大小有关,浓差越大,渗析的过程越快,否则就越慢。因为是以浓差作为推动力的。因此,扩散速度比较慢。如果在膜的两边施加一直流电场,就可以加快扩散速度。电解质离子在电场的作用下,会迅速地通过膜,进行迁移过程,这样,就形成了去除水中离子的淡水室和离子浓缩的浓水室,将浓水排放,淡水即为除盐水。这就是电渗析法除盐原理。

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