苦咸水淡化 : 太陽能和電滲析淡化法

目錄

緒論

一、苦咸水和它的淡化意義

二、苦咸水淡化的一般方法

三、苦咸水總含鹽量的簡便檢測法

第一篇 太陽能淡化法

第二篇 電滲析淡化法

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本書著重介紹了太陽能和電滲析法淡化苦咸水的基本原理、設(shè)備構(gòu)造、性能特點、工藝計算、運行管理、常見故障和設(shè)備維修等內(nèi)容，同時對涉及到的一些基礎(chǔ)知識也作了介紹。書中還附有不少實物照片。

在緒論中，還簡要介紹了我國苦咸水的分布、特點和含鹽量的快速測定法，對于其他苦咸水淡化方法也作了簡要敘述。

本書可供廣大苦咸水地區(qū)的工礦企業(yè)、城鎮(zhèn)、農(nóng)村從事水處理工作的人員學(xué)習(xí)，對于給水排水和環(huán)境保護的工程技術(shù)人員也有參考價值。

苦咸水淡化蒸餾法

蒸餾法就是把苦咸水或海水加熱使之沸騰蒸發(fā),再把蒸汽冷凝成淡水的過程。蒸餾法是最早采用的淡化法,其主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)較簡單、操作容易、所得淡水水質(zhì)好。蒸餾法有許多種,如多效蒸發(fā)、多級閃蒸、壓汽蒸餾、膜蒸餾等 。

苦咸水淡化電滲析法

1.電滲析法的基本原理、特點和適用范圍

在苦咸水淡化中應(yīng)用的電滲析法簡稱ED ,是利用離子交換膜在電場作用下,分離鹽水中的陰、陽離子,從而使淡水室中鹽分濃度降低而得到淡水的一種膜分離技術(shù)。電滲析裝置是利用離子在電場的作用下定向遷移,通過選擇透過性的離子交換膜達到除鹽目的。在外加直流電場的作用下,水中的離子作定向遷移(陽離子交換膜只允許陽離子通過,陰離子交換膜只允許陰離子通過) ,使一種水中大部分離子遷移到另一種水中去。該技術(shù)已比較成熟,具有工藝簡單、除鹽率高、制水成本低、操作方便、不污染環(huán)境等主要優(yōu)點,但存在對水質(zhì)要求較嚴格、需對原水進行預(yù)處理等缺點。20 世紀50 年代,美國、英國開始將這種方法用于苦咸水淡化,中國在20 世紀80 年代將此法用于苦咸水淡化、工業(yè)用純水和超純水制造。

電滲析器的主要部件為陰、陽離子交換膜、隔板與電極。隔板構(gòu)成的隔室為液流經(jīng)過的通道，淡水經(jīng)過的隔室為脫鹽室，濃水經(jīng)過的隔室為濃縮室。把陰、陽離子交換膜與濃、淡水隔板交替排列，重復(fù)疊加，再加上一對端電極，就成了電滲析器。電滲析器有三種組裝方式，為一級一段(產(chǎn)水量大，用于大中型)、一級多段(脫鹽率較高，產(chǎn)水量小，用于中小型)，和多級多段。有立式和臥式兩種安裝方式。

2.電滲析法在苦咸水淡化工程中的應(yīng)用特點

(1) 電滲析對鐵、鎂、鈣、鉀、氯化物等溶解性無機鹽類及毒理學(xué)指標砷、氟化物的去除率達66 %～93 % ,可以滿足苦咸水淡化需求;

(2) 電滲析對耗氧量、NH32N、NO-32N 、NO22N及硅的去除率較低,僅15 %～45 % ,但由于原水中上述指標含量較低,去除率雖低,尚能滿足生活飲用水衛(wèi)生要求;

(3) 電滲析對SO₂^-4 的去除率為63. 8 % ,用以淡化SO-42Na 型和SO₄ ·Cl₂Na 型水,很難滿足生活飲用水衛(wèi)生要求;

(4) 電滲析過程的能耗與給水含鹽量有密切關(guān)系,給水含鹽量越高,能耗越大,因此電滲析比較適合低鹽苦咸水的淡化。 此外,由于電滲析不能去除水中有機物和細菌,加之設(shè)備運行能耗較大,使其在苦咸水淡化工程中的應(yīng)用受到局限,因而原有電滲析裝置在苦咸水淡化方面逐漸被反滲透裝置所取代。

苦咸水淡化反滲透法

反滲透法的基本原理及特點用一種選擇透過性膜將一個容器分為兩半,在膜的兩側(cè)同時分別加入純水和鹽水,使膜兩側(cè)的液面一樣高,過了一定時間會發(fā)生鹽水側(cè)的液面在升高,純水側(cè)的液面在下降,這是由于水分子透過半透膜向鹽水側(cè)遷移的結(jié)果,這種現(xiàn)象稱為滲透。能夠?qū)λ蛉芤壕哂羞x擇透過性的膜稱為半透膜。如果在濃溶液一邊加上適當(dāng)?shù)膲毫?則可使?jié)B透停止。當(dāng)稀溶液向濃溶液的滲透停止時的壓力稱為滲透壓。反滲透則是在濃溶液一邊加上比自然滲透更高的壓力,扭轉(zhuǎn)自然滲透方向,把溶液中的離子壓到半透膜的另一邊,這與自然界的正常滲透過程相反,故稱之為“反滲透”,這種裝置稱為反滲透裝置。反滲透方法可以從水中除去90 %以上的溶解性鹽類和99 %以上的膠體微生物及有機物等。與其他水處理方法相比具有無相態(tài)變化、常溫操作、設(shè)備簡單、效益高、占地少、操作方便、能量消耗少、適應(yīng)范圍廣、自動化程度高和出水質(zhì)量好等優(yōu)點。尤其以風(fēng)能、太陽能作動力的反滲透凈化苦咸水裝置,是解決無電和常規(guī)能源短缺地區(qū)人們生活用水問題的既經(jīng)濟又可靠的途徑。 反滲透淡化法不僅適用于海水淡化,也適合于苦咸水淡化。現(xiàn)有的淡化法中,反滲透淡化法是最經(jīng)濟的,它甚至已經(jīng)超過電滲析淡化法。由于反滲透過程的推動力是壓力,過程中沒有發(fā)生相變化,膜僅起著“篩分”的作用,因此反滲透分離過程所需能耗較低。在現(xiàn)有海水和苦咸水淡化中,反滲透法是最節(jié)能的。反滲透膜分離的特點是它的“廣譜”分離,即它不但可以脫除水中的各種離子,而且可以脫除比離子大的微粒,如大部分的有機物、膠體、病毒、細菌、懸浮物等,故反滲透分離法又有廣譜分離法之稱。

常規(guī)的反滲透法工藝流程

常規(guī)反滲透法工藝流程是:原水→預(yù)處理系統(tǒng)→高壓水泵→反滲透膜組件→凈化水。其中預(yù)處理系統(tǒng)視原水的水質(zhì)情況和出水要求 可采取粗濾、活性炭吸附、精濾等,精濾必不可少,是為了保護反滲透膜、延長其使用壽命而設(shè)立的,另外,復(fù)合膜對水中的游離氯非常敏感,因而預(yù)處理系統(tǒng)中通常都配備活性炭吸附。

反滲透法給水預(yù)處理

給水預(yù)處理對反滲透法安全運行是至關(guān)重要的。無論地表水或地下水,都含有一些可溶或不可溶的有機物和無機物。雖然反滲透能截留這些物質(zhì),但反滲透主要是用來脫鹽。如果反滲透給水中含有過多的濁度、懸浮物質(zhì),這些物質(zhì)將會淤積在膜表面上,此外還可使水中硬度過高而結(jié)垢,這些將使流道堵塞,造成膜組件壓差增大、產(chǎn)水量和脫鹽率下降,甚至使膜組件報廢的嚴重結(jié)果。另外不同膜材料具有不同的化學(xué)穩(wěn)定性,它們對p H、余氯、溫度、細菌、某些化學(xué)物質(zhì)等的穩(wěn)定性也有很大的影響,對給水預(yù)處理的要求也不同。一般來講,膜組件生產(chǎn)廠商均會提出給水水質(zhì)指標。

反滲透淡化系統(tǒng)的安全運行

雖然反滲透系統(tǒng)運行已證明是可靠的,但產(chǎn)生的故障報道也不少,如給水預(yù)處理不當(dāng)、沒有按規(guī)定控制各種運行參數(shù),均系操作不當(dāng)引起。因此,反滲透淡化系統(tǒng)安全運行必須注意以下問題:

(1) 定期測試SDI指數(shù)。SDI過高,會造成膜組件的不可逆污染,縮短組件的壽命。

(2) 控制回收率?；厥章蔬^高,一方面使難溶鹽的組分超過溶度積而結(jié)垢,另一方面組件里的濃水流速過低,易于產(chǎn)生濃差極化引起結(jié)垢,同時不利于把水中膠體、懸浮物等排出。

(3) 注意膜組件的壓差。膜組件的初期壓差是很小的,如若壓差增大較快,預(yù)示膜組件被污染或結(jié)垢,必須查出原因,并予以糾正。

(4) 注意產(chǎn)水量和脫鹽率的變化,通常與壓差變化同時出現(xiàn)。如在短時間內(nèi),產(chǎn)水量和脫鹽率明顯變化,必須檢查預(yù)處理系統(tǒng)運行是否正常,如加藥量是否合適、過濾器是否漏砂等。

反滲透法淡化苦咸水效果

反滲透法脫鹽率及產(chǎn)水純凈程度都比電滲析法高,出水水質(zhì)優(yōu)于我國《生活飲用水衛(wèi)生標準》,對高氟低礦化度苦咸水通過反滲透法淡化,出水水質(zhì)可達到我國《飲用純凈水衛(wèi)生標準》。有資料表明,反滲透法淡化苦咸水的能耗———電耗、水耗均低于電滲析法,而且反滲透法設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、運行效果穩(wěn)定可靠、符合“清潔生產(chǎn)”要求,反滲透法是較其他方法更為合理、有效的苦咸水淡化方法。

采用反滲透法對不同含鹽量的苦咸水進行脫鹽淡化,淡化過程中,系統(tǒng)運行穩(wěn)定。系統(tǒng)的脫鹽率達96 %以上,淡化水水質(zhì)達到國家生活飲用水標準。反滲透系統(tǒng)苦咸水淡化裝置具有較強的適應(yīng)性,可根據(jù)原水的水質(zhì)情況,調(diào)整運行參數(shù)來實現(xiàn)對不同含鹽量的苦咸水連續(xù)進行處理。該裝置高度集成化,可望成為定型的成套設(shè)備 。

電滲析淡化法是

中文名稱

電滲析淡化法

英文名稱

electrodialysis process for desalination

定　　義

水中正負離子在直流電場作用下，有選擇性地透過陽、陰離子交換膜向另一側(cè)遷移，從而實現(xiàn)分離、濃縮來淡化海（咸）水的方法。

應(yīng)用學(xué)科

資源科技（一級學(xué)科），海洋資源學(xué)（二級學(xué)科）