苦咸水淡化原理及裝置

苦咸水的淡化實(shí)際上就是鹽水淡化，使鹽水脫鹽淡化或者經(jīng)處理后達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn) ?？嘞趟b置采用的反滲透技術(shù)，是指在飲用水中，當(dāng)氯化物超過(guò)一定范圍（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)250mg/L)時(shí)，就視為苦咸水，由于氯化物不用于其他物質(zhì)，可采用某種濾料將其去除，而氯化物的去除工藝一般是采用反滲透技術(shù)進(jìn)行處理，該技術(shù)是近些年來(lái)發(fā)展起來(lái)的水處理技術(shù)，尤其適用于對(duì)水中氯化物的處理，苦咸水淡化裝置就是采用這種最新的反滲透技術(shù)。

苦咸水淡化裝置可根據(jù)用戶(hù)的實(shí)際需求進(jìn)行個(gè)性化設(shè)計(jì)，采用較先進(jìn)的背壓技術(shù)，可為用戶(hù)節(jié)省大量的運(yùn)行費(fèi)用和設(shè)備技術(shù)成本 。

我國(guó)是一個(gè)嚴(yán)重缺水的國(guó)家,人均占有水資源量約2400m³ ,僅為全球人均水量的1/ 4 ,而且時(shí)空分布不均勻,水環(huán)境污染較嚴(yán)重,原生劣質(zhì)水分布面積廣,尤其是西北干旱內(nèi)陸地區(qū),由于降水稀少,蒸發(fā)強(qiáng)烈,水資源天然匱乏,作為主要供水水源的地下水,普遍含鹽、含氟量高,大部分地區(qū)又沒(méi)有可替代的淡水資源。由于水質(zhì)低劣,口感極差,甚至不能飲用,其中多項(xiàng)指標(biāo)不符合或達(dá)不到國(guó)家《飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》,表現(xiàn)為高濃度鹽堿成分,甚至表現(xiàn)為高硬度、高氟、高砷、高鐵錳、低碘、低硒特征,多年以來(lái)嚴(yán)重影響了當(dāng)?shù)厝嗣袢罕姷纳钯|(zhì)量和身體健康水平。由此可見(jiàn)防病改水的緊迫性與必要性 。

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(guò)程。蒸餾法是最早采用的淡化法,其主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)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(jí)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(diǎn)和適用范圍

在苦咸水淡化中應(yīng)用的電滲析法簡(jiǎn)稱(chēng)ED ,是利用離子交換膜在電場(chǎng)作用下,分離鹽水中的陰、陽(yáng)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(chǎng)的作用下定向遷移,通過(guò)選擇透過(guò)性的離子交換膜達(dá)到除鹽目的。在外加直流電場(chǎng)的作用下,水中的離子作定向遷移(陽(yáng)離子交換膜只允許陽(yáng)離子通過(guò),陰離子交換膜只允許陰離子通過(guò)) ,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(jiǎn)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(diǎn),但存在對(duì)水質(zhì)要求較嚴(yán)格、需對(duì)原水進(jìn)行預(yù)處理等缺點(diǎn)。20 世紀(jì)50 年代,美國(guó)、英國(guó)開(kāi)始將這種方法用于苦咸水淡化,中國(guó)在20 世紀(jì)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(yáng)離子交換膜、隔板與電極。隔板構(gòu)成的隔室為液流經(jīng)過(guò)的通道，淡水經(jīng)過(guò)的隔室為脫鹽室，濃水經(jīng)過(guò)的隔室為濃縮室。把陰、陽(yáng)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(duì)端電極，就成了電滲析器。電滲析器有三種組裝方式，為一級(jí)一段(產(chǎn)水量大，用于大中型)、一級(jí)多段(脫鹽率較高，產(chǎn)水量小，用于中小型)，和多級(jí)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(diǎn)

(1) 電滲析對(duì)鐵、鎂、鈣、鉀、氯化物等溶解性無(wú)機(jī)鹽類(lèi)及毒理學(xué)指標(biāo)砷、氟化物的去除率達(dá)66 %～93 % ,可以滿(mǎn)足苦咸水淡化需求;

(2) 電滲析對(duì)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(biāo)含量較低,去除率雖低,尚能滿(mǎn)足生活飲用水衛(wèi)生要求;

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

(4) 電滲析過(guò)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(jī)物和細(xì)菌,加之設(shè)備運(yùn)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(diǎn)用一種選擇透過(guò)性膜將一個(gè)容器分為兩半,在膜的兩側(cè)同時(shí)分別加入純水和鹽水,使膜兩側(cè)的液面一樣高,過(guò)了一定時(shí)間會(huì)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(guò)半透膜向鹽水側(cè)遷移的結(jié)果,這種現(xiàn)象稱(chēng)為滲透。能夠?qū)λ蛉芤壕哂羞x擇透過(guò)性的膜稱(chēng)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(shí)的壓力稱(chēng)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(guò)程相反,故稱(chēng)之為“反滲透”,這種裝置稱(chēng)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(lèi)和99 %以上的膠體微生物及有機(jī)物等。與其他水處理方法相比具有無(wú)相態(tài)變化、常溫操作、設(shè)備簡(jiǎn)單、效益高、占地少、操作方便、能量消耗少、適應(yīng)范圍廣、自動(dòng)化程度高和出水質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)。尤其以風(fēng)能、太陽(yáng)能作動(dòng)力的反滲透凈化苦咸水裝置,是解決無(wú)電和常規(guī)能源短缺地區(qū)人們生活用水問(wèn)題的既經(jīng)濟(jì)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?，F(xiàn)有的淡化法中,反滲透淡化法是最經(jīng)濟(jì)的,它甚至已經(jīng)超過(guò)電滲析淡化法。由于反滲透過(guò)程的推動(dòng)力是壓力,過(guò)程中沒(méi)有發(fā)生相變化,膜僅起著“篩分”的作用,因此反滲透分離過(guò)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(diǎn)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(jī)物、膠體、病毒、細(xì)菌、懸浮物等,故反滲透分離法又有廣譜分離法之稱(chēng)。

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(hù)反滲透膜、延長(zhǎng)其使用壽命而設(shè)立的,另外,復(fù)合膜對(duì)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(duì)反滲透法安全運(yùn)行是至關(guān)重要的。無(wú)論地表水或地下水,都含有一些可溶或不可溶的有機(jī)物和無(wú)機(jī)物。雖然反滲透能截留這些物質(zhì),但反滲透主要是用來(lái)脫鹽。如果反滲透給水中含有過(guò)多的濁度、懸浮物質(zhì),這些物質(zhì)將會(huì)淤積在膜表面上,此外還可使水中硬度過(guò)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(bào)廢的嚴(yán)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(duì)p H、余氯、溫度、細(xì)菌、某些化學(xué)物質(zhì)等的穩(wěn)定性也有很大的影響,對(duì)給水預(yù)處理的要求也不同。一般來(lái)講,膜組件生產(chǎn)廠商均會(huì)提出給水水質(zhì)指標(biāo)。

反滲透淡化系統(tǒng)的安全運(yùn)行

雖然反滲透系統(tǒng)運(yùn)行已證明是可靠的,但產(chǎn)生的故障報(bào)道也不少,如給水預(yù)處理不當(dāng)、沒(méi)有按規(guī)定控制各種運(yùn)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(yùn)行必須注意以下問(wèn)題:

(1) 定期測(cè)試SDI指數(shù)。SDI過(guò)高,會(huì)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^(guò)高,一方面使難溶鹽的組分超過(guò)溶度積而結(jié)垢,另一方面組件里的濃水流速過(guò)低,易于產(chǎn)生濃差極化引起結(jié)垢,同時(shí)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(shí)出現(xiàn)。如在短時(shí)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(yùn)行是否正常,如加藥量是否合適、過(guò)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(guó)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》,對(duì)高氟低礦化度苦咸水通過(guò)反滲透法淡化,出水水質(zhì)可達(dá)到我國(guó)《飲用純凈水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》。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(yùn)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(duì)不同含鹽量的苦咸水進(jìn)行脫鹽淡化,淡化過(guò)程中,系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。系統(tǒng)的脫鹽率達(dá)96 %以上,淡化水水質(zhì)達(dá)到國(guó)家生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)。反滲透系統(tǒng)苦咸水淡化裝置具有較強(qiáng)的適應(yīng)性,可根據(jù)原水的水質(zhì)情況,調(diào)整運(yùn)行參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同含鹽量的苦咸水連續(xù)進(jìn)行處理。該裝置高度集成化,可望成為定型的成套設(shè)備 。

苦咸水淡化裝置，是利用反滲透技術(shù)的原理，結(jié)合了微電腦技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)生產(chǎn)的水處理裝置。一般情況下的苦咸水處理方案框圖如圖1所示 ：

1.反滲透膜元件：反滲透設(shè)備應(yīng)用膜分離技術(shù)，能有效地去除水中的帶電離子、無(wú)機(jī)物、膠體微粒、細(xì)菌及有機(jī)物質(zhì)等。是高純水制備、苦咸水脫鹽和廢水處理工藝中的最佳設(shè)備。廣泛用于電子、醫(yī)藥、食品、輕紡、化工、發(fā)電等領(lǐng)域。

2.壓力容器：工業(yè)生產(chǎn)中具有特定的工藝功能并承受一定壓力的設(shè)備，稱(chēng)壓力容器。貯運(yùn)容器、反應(yīng)容器、換熱容器和分離容器均屬壓力容器。要滿(mǎn)足滿(mǎn)足下列三個(gè)條件的容器，才稱(chēng)之為壓力容器：

（1）最高工作壓力（Pw）大于等于0.1Mpa(不含液體靜壓力,下同)；

（2）內(nèi)直徑(非賀形截面指其最大尺寸)大于等于0.15m,且容積(V)大于等于0.25m³；

（3）盛裝介質(zhì)為氣體液化氣體或最高工作溫度高于等于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)液體。

3.高壓泵：高壓泵是為高壓旋噴水泥漿提供高壓動(dòng)力，用于新建建筑物、高速公路、高速鐵路、地下鐵路等軟弱地基強(qiáng)化加固補(bǔ)強(qiáng)，舊的建筑物不均勻沉降整治，水庫(kù)大壩與底下建筑工程防深帷幕，擋土圍堰、礦山堵漏、井桶護(hù)壁，邊坡錨固等方面提供幫助的的設(shè)備。主要有：高壓柱塞泵、高壓往復(fù)泵、高壓電動(dòng)試壓泵、高壓清洗機(jī) 。2100433B

BW系列反滲透苦咸水淡化裝置采用反滲透結(jié)合微電腦、機(jī)電一體化技術(shù)，其次裝置采用較先進(jìn)的背壓技術(shù)，可為用戶(hù)節(jié)省大量的運(yùn)行費(fèi)用和設(shè)備成本。還可根據(jù)用戶(hù)的實(shí)際需求進(jìn)行個(gè)性化設(shè)計(jì)反滲透苦咸水淡化裝置。

BW系列反滲透苦咸水淡化裝置適用于含鹽量<10000PM的苦咸水脫鹽，可制造和安裝5—5000m3/d各種規(guī)模的設(shè)備。2100433B