反渗透技术在海水淡化中应用.doc

作者：Abao005浅析反渗透在海水淡化中的应用摘要：海水淡化自古以来就是人们梦寐以求的，现在已经变为现实，尤其是近几年来，反渗透技术由于其投资少、能耗低、成本便宜、建设周期短等优点。已多次在国际海水淡化会化招标中胜出。本文主要介绍反渗透技术的发展，介绍了膜、组器、设备以及应用工艺的创新性开拓，其中包括不对称膜、复合膜。关键词：海水淡化，渗透，反渗透，膜分离引言海水的组成很复杂，已知海水中含有80 多种化学元素，主要以离子形式存在。在海水浓缩、结晶过程中，则以盐的形式析出。其中Cl - ，Na + ，Mg 2+ 等11 种含量超过1 × 10 - 6 的元素是海水的主要成份，占海水总含盐量的99.58% 。此外，海水中还存在某些同位素，重要的有氢的同位素氘等。海水中也溶解有多种气体，含量最多的为二氧化碳、氮和氧。空气中的稀有气体氩、氦和氖，在海水中也有微量存在。溶解在海水中的二氧化碳，与淡水中的情况不同，淡水中的二氧化碳主要是以游离状态存在，可用煮沸或减压等方法驱除。海水中的二氧化碳除少量是游离状态外，主要是以碳酸根及碳酸氢根形式存在，需加入强酸方可逐出，用一般的方法难以驱逐。海水中还含有各种数量不等的无机和有机悬浮物，因此要从海水中提取淡水并不是一件很容易的事。世界上淡水资源不足，已成为人们日益关切的问题。作为水资源的开源增量技术，海水淡化已经成为解决全球水资源危机的重要途径。反渗透法于20世纪70年代起用于海水净化，经过几十年的发展，随着反渗透膜性能提高、预处理技术进步、能量回收率的提高等，已成为投资最省、成本最低、应用围广泛的海水淡化技术，也是目前最清洁的方法。一、反渗透简介反渗透又称逆渗透，一种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。对膜一侧的料液施加压力，当压力超过它的渗透压时，溶剂会逆着自然渗透的方向作反向渗透。从而在膜的低压侧得到透过的溶剂，即渗透液；高压侧得到浓缩的溶液，即浓缩液。若用反渗透处理海水，在膜的低压侧得到淡水，在高压侧得到卤水。反渗透时，溶剂的渗透速率即液流能量N为：NKh(p)式中Kh为水力渗透系数，它随温度升高稍有增大；p为膜两侧的静压差；为膜两侧溶液的渗透压差。稀溶液的渗透压为：iCRT式中i为溶质分子电离生成的离子数；C为溶质的摩尔浓度；R为摩尔气体常数；T为绝对温度。反渗透通常使用非对称膜和复合膜。反渗透所用的设备，主要是中空纤维式或卷式的膜分离设备。反渗透膜能截留水中的各种无机离子、胶体物质和大分子溶质，从而取得净制的水。也可用于大分子有机物溶液的预浓缩。由于反渗透过程简单，能耗低，近20年来得到迅速发展。现已大规模应用于海水和苦咸水（见卤水）淡化、锅炉用水软化和废水处理，并与离子交换结合制取高纯水，目前其应用围正在扩大，已开始用于乳品、果汁的浓缩以及生化和生物制剂的分离和浓缩方面。 （一）反渗透的基本原理渗透现象早在1748 年就由一位名叫阿倍 诺伦特的科学家发现：如果两种不同含盐量的液体用半透膜把它们隔开，那么低盐度腔处的水分子会穿过半透膜向高盐度腔运动，这个过程被称为“渗透”。如图1 所示，如果用一个只有水分子才能透过的薄膜（即半透膜）将一个容器隔成两部分，在半透膜两边分别注入纯水和盐水到同一高度（见图la ）。过一段时间就可以发现纯水液面降低了，而盐水的液面升高了（见图1b , ) ，这种现象就叫做渗透现象。但是盐水液面的升高并不是无止境的，而是到了一定高度后，产生的压力抑制了淡水进一步向盐水的渗透，从而渗透的自然趋势被此压力所抵消而达到渗透平衡状态，这时半透膜两端液面差所代表的平衡压力被称为“渗透压”（见图lb ）。渗透压的大小与盐水的浓度直接相关。如果在盐水腔一侧施加一个大于“渗透压”的压力，那么盐水中的水分子会透过半透膜向淡水腔一侧移动（见图1c , ）。这种现象与“渗透”现象正好相反，故称之为“反渗透”。从理论上讲，只要外加压力高于渗透压即可产生反渗透，但是在实际应用中工作压力通常要比渗透压大得多。综上所述，产生反渗透现象必须具备二个基本条件，第一，必须有一种高选择性和高渗透性（透水性）的半透膜。第二，必须有外界推动力，即以压力作为推动力，此操作压力必须远高于溶液的渗透压。图1 渗透、渗透压、反渗透示意图（二）反渗透膜分离原理当溶液与纯溶剂被半透膜隔开，半透膜两侧压力相等时，纯溶剂通过半透膜进入溶液侧使溶液浓度变低的现象称为渗透。此时，单位时间从纯溶剂侧通过半透膜进入溶液侧的溶剂分子数目多于从溶液侧通过半透膜进入溶剂侧的溶剂分子数目，使得溶液浓度降低。当单位时间，从两个方向通过半透膜的溶剂分子数目相等时，渗透达到平衡。如果在溶液侧加上一定的外压，恰好能阻止纯溶剂侧的溶剂分子通过半透膜进入溶液侧，此外压称为渗透压。渗透压取决于溶液的系统及其浓度，且与温度有关，如果加在溶液侧的压力超过了渗透压，则使溶液中的溶剂分子进入纯溶剂，此过程称为反渗透。反渗透膜分离过程是利用反渗透膜选择性地透过溶剂（通常是水）而截留离子物质的性质，以膜两侧的静压差为推动力，克服溶剂的渗透压，使溶剂通过反渗透膜而实现对液体混合物进行分离的膜过程。因此，反渗透膜分离过程必须具备两个条件：一是具有高选择性和高渗透性的半透膜；二是操作压力必须高于溶液的渗透压。（三）反渗透膜分离过程特点反渗透膜分离过程在常温下进行、无相变、能耗低，可用于热敏感性物质的分离、浓缩；可有效地去除无机盐和有机小分子杂质；具有较高的脱盐率和较高的水回用率；膜分离装置简单，操作简便，便于实现自动化；分离过程要在高压下进行，因此需配备高压泵和耐高压管路；反渗透膜分离装置对进水指标有较高的要求，需对源水进行一定的预处理；分离过程中，易产生膜污染，为延长膜使用寿命和提高分离效果，要定期对膜进行清洗。（四）反渗透过程传质机理20世纪50年代末以来，许多学者先后提出了各种不同的反渗透膜分离过程的传质机理和传质模型，现将几种机理简介如下。1、溶解扩散理论溶解扩散理论是朗斯代尔（Lonsdale）和赖利（Riley）等人提出的应用比较广泛的理论。该理论将反渗透膜的活性表面皮层看成是无缺陷的致密无孔膜，溶剂与溶质都能溶解于均质的非多孔膜表面皮层，溶解量的大小服从亨利定律，在浓度或压力造成的化学位差推动下，从膜的一侧向另一侧扩散，再在膜的另一侧解吸。溶质和溶剂在膜中的溶解扩散过程服从菲克（Fick）定律。该机理认为溶质和溶剂都能溶于均质或非多孔型膜表面，以化学位差为推动力，通过分子扩散而实现渗透过程。因此，物质的渗透能力不仅取决于扩散系数，而且取决于其在膜中的溶解度。溶质和溶剂溶解度的差异及在膜相中扩散性的差异强烈地影响其透过膜的能力的差异。溶质的扩散系数与水分子的扩散系数相差越大，在压力作用下，水与溶质在膜中的移动速度相差就越大，因而两者透过膜的分子数相差越多，渗透分离效果越明显。溶解扩散理论的具体渗透过程为：（1）溶质和溶剂在膜的料液侧表面吸附溶解。（2）溶质和溶剂之间没有相互作用，他们在化学位差的作用下以分子扩散的形式渗透过反渗透膜的活性层。（3）溶质和溶剂在膜的另一侧表面解吸。在以上渗透过程中，一般假设溶解和解吸过程进行得较快，而渗透过程相对较慢，渗透速率取决于溶质和溶剂在膜的扩散过程。该理论最适用于均相、高选择性的膜分离过程，如反渗透和渗透汽化过程。2、优先吸附-毛细孔流理论当溶液中溶有不同物质时，其表面力将发生不同的变化。例如当水中溶入醇、酸、醛、酯等有机物质时，可使其表面力减小；但当溶入某些无机盐类时，反而使其表面力稍有增加。研究发现，溶质的分散是不均匀的，即溶质在溶液表面层中的浓度与溶液部的浓度不同，这种溶质浓度的改变现象称为溶液表面的吸附现象。使表面层浓度大于溶液部浓度的作用称为正吸附作用，反之称为负吸附作用。这种由表面力引起的溶质在两相界面上正的或负的吸附过程，形成一个相当陡的浓度梯度，使得溶液中的某一成分优先吸附在界面上。这种优先吸附的状态与界面性质（物化作用力）密切相关。索里拉金等人提出了优先吸附-毛细孔流理论。以氯化钠水溶液为例，溶质是氯化钠，溶剂是水，膜的表面选择性地吸收水分子而排斥氯化钠，盐是负吸附，水是正吸附，水优先吸附在膜的表面上。在压力作用下，优先吸附的水分子通过膜，从而形成了脱盐的过程。这种理论同时给出了混合物分离和渗透性的一种临界孔径的概念。当膜表面毛细孔直径为纯水层厚的2倍时，对一个毛细孔而言，将能够得到最大流量的纯水，此时对应的毛细孔径称为临界孔径。理论上讲，制膜时应使孔径为2倍纯水厚度的毛细孔尽可能多地存在，以便膜的纯水通量最大。当膜毛细孔的孔径大于临界孔径时，溶液将从毛细孔的中心部位通过而导致溶质的泄露。在该理论中，膜被假定为有微孔，分离机理由膜的表面现象和液体通过孔的传质所决定。膜层有优先吸附水及排斥盐的化学性质，使膜表面及膜孔形成一几乎为纯溶剂的溶剂层，该层优先吸附的溶剂在压力作用下，连续通过膜而形成产液，其浓度低于料液。在料液和膜表面层之间形成一浓缩的边界层。根据该理论，反渗透过程是由平衡效应和动态效应两个因素控制的，平衡效应是指膜表面附近呈现的排斥力或吸引力有关；动态效应是指溶质和溶剂通过膜孔的流动性，既与平衡效应有关，又与溶质在膜孔中的位阻效应有关。依据这一理论，索里拉金等于1960年8月研制出一种具有高脱盐率和高通量的可用于海水脱盐的多孔醋酸纤维素反渗透膜。从此，反渗透开始作为海水和苦咸水淡化的技术进入实用装置的研制阶段。3、氢键理论Reid等提出，在醋酸纤维素膜中，由于氢键和德华力的作用，大分子之间存在牢固结合的结晶区和完全无序的非结晶区。水和溶质不能进入晶区，溶剂水充满在非晶区，在接近醋酸纤维素分子的地方，水与醋酸纤维素羰基上的氧原子形成氢键，即所谓的“结合水”。在非晶区较大的空间里（假定为孔），结合水的占有率相对较低，在孔的中央存在普通结构的水，不能与醋酸纤维素形成氢键的离子或分子可以通过孔的中央部分迁移，这种迁移方式称为孔穴型扩散。能和膜形成氢键的离子或分子与醋酸纤维素的氧原子形成结合水，以有序扩散的方式进行迁移，通过不断改变和醋酸纤维素形成氢键的位置进行传递透过膜。在压力作用下，溶液中的水分子和醋酸纤维素的活化点羰基上的氧原子形成氢键，而原来结合水的氢键被断开，水分子解离出来并随之转移到下一个活化点形成新的氢键，通过一连串的氢键形成与断开，水分子离开膜的表面致密层进入膜的多孔层，又由于膜的多孔层含有大量的毛细管水，水分子畅通地流到膜的另一侧。氢键理论能够解释许多溶质的分离现象。该理论认为，作为反渗透的膜材料必须是亲水性的并能与水形成氢键，水在膜中的迁移主要是扩散。但是，氢键理论将水和溶质在膜中的迁移仅归结为氢键的作用，忽略了溶质-溶剂-膜材料之间实际存在的各种相互作用力。4、扩散-细孔流理论Sherwood等提出了扩散-细孔流理论，该理论是介于溶解扩散理论与优先吸附-毛细孔流理论之间的理论。该理论认为膜表面存在细孔，水和溶质在细孔和溶解扩散的共同作用下透过膜，膜的透过特性既取决于细孔流，也取决于水和溶质在膜表面的扩散系数。当通过细孔的溶液量与整个膜的透水量之比越小，水在膜中的扩散系数比溶质在膜中的扩散系数越大，则膜的选择透过性越好。5、自由体积理论Yasuda等在自由体积的基础上提出了自由体积理论。该理论认为，膜的自由体积包括聚合物的自由体积和水的自由体积。聚合物的自由体积指的是在无水溶胀的由无规则高分子线团堆积而成的膜中，未被高分子占据的空间。水的自由体积指的是在水溶胀的膜中纯水所占据的空间。水可以在整个膜的自由体积中迁移，而盐只能在水的自由体积中迁移，从而使得膜具有选择透过性能。以上这些理论在解释反渗透膜的传质机理时，都有各自的局限性，反渗透膜的透过机理还在不断地发展和完善中。三、反渗透在海水中的应用（一）反渗透的发展概况海水淡化是从海水中获取淡水的技术和过程。早在50年代，为解决“水的危机”，美国从52年起专设盐水局，74年后转为资源技术局，不断推进水资源和脱盐的技术进步，其中反渗透法海水淡化（SWRO）就是1953年据膜和海水界面有一纯水层而提出的；73年日本通产省下设造水促进中心，专门研究节能的脱盐技术，欧洲则在尤里卡等计划下推动海水淡化的发展，它们也都以膜法为重点。经过近50年的研究、开发和产业化，SWRO自70年代进入海水淡化市场之后，发展十分迅速。RO用膜和组件已相当成熟，组件脱盐率可高达 99.5以上，有约20年的经验积累， SWRO工艺过程也逐渐成熟，近年来，功交换器和压力交换器的开发成功使能量回收效率都高达90%以上3，从而使SWRO的本体能耗在3kWh/m3淡水以下，成为从海水制取引用水最廉价的方法，进一步增强了SWRO的竞争力。近几年来，在国际海水淡化招标中，SWRO以投资最低，能耗最省，成本最低，建造周期短等优势而屡屡中标。SWRO所以能如此成功，与其在膜、组器、设备和工艺等方面的创新性开拓是分不开的。（二）反渗透海水淡化技术应用现状国外早在20 世纪40 年代就开始了反渗透技术的研究，从试验到生产，主要用于海水淡化、纯水制备等领域。到80 年代，反渗透技术在各个领域得到广泛应用。国外舰船上也大量采用了反渗透技术进行海水淡化。在国，虽然反渗透技术已经在某些领域得到了一定的应用，但是由于起步较晚，使得反渗透技术在舰船上的应用受到限制，所以，目前舰船上所用的纯水绝大多数还都是蒸馏法生产的，反渗透海水淡化技术还没有得到普遍应用，但是由于反渗透海水淡化方法具有其他方法无法比拟的优点，已经越来越受到重视，目前已有反渗透海水淡化装置装船实际使用。（三）反渗透技术的发展20 世纪50 年代，科学家开始利用反渗透作为一种实验室技术进行溶液中溶质和溶剂的有效分离。60 年代以来，先后有醋酸纤维素、醋酸甲基丙烯酸纤维素、醋酸丁酸纤维、芳香族聚酰胺以及多种材料复合而成的反渗透膜问世。膜的形式有板状膜、管状膜、卷式膜、中空纤维、盘式膜等多种。经过多年的发展和实践，国际上的反渗透海水淡化技术已趋成熟。目前，反渗透膜的抗压密、耐水解和抗污染等综合性能已大为提高，膜的脱盐率在99% 左右，海水经一次脱盐即可满足生活饮用水的标准，膜的工作寿命已达4 万h 左右。（四）反渗透海水淡化技术的特点反渗透海水淡化技术相比其他海水淡化方法具有明显的特点和优势：1、在常温、没有发生相变化的条件下，可对溶质与水进行分离。因此可避免由于热而产生的被处理液中溶质的变性、水垢化和材料腐蚀等问题。2、水和溶质分离过程没有相的变化，所以淡化所需的能量很少。根据大型海水淡化工程计算，海水淡化能耗仅为2. 6 kWh / rn3 ，再加上预处理等耗能，海水淡化的总能耗约为2. 83 kWh / rn3 。（3）反渗透技术是膜分离技术的一种，它不仅可以脱盐，使电导率达到使用要求，而且由于反渗透膜的孔径很小，只有10 × 10 - 10 m，细菌、病毒等都很难通过反渗透膜，可以除去水中的微量有机物及微粒，因此用反渗透法制得的产品水可达到宜饮水的品质，因而其价值较高。3、以压力为分离的原动力，设备结构紧凑，体积小，单位体积产水量高，占地面积小，同时操作简单，自动化程度高。4、反渗透海水淡化装置反渗透海水淡化装置主要包括海水供给及预处理设备、海水高压泵、反渗透膜组、压力调节阀、管路及附件、监控设备等。反渗透海水淡化装置图( 1 ）反渗透膜组装置中最重要的部件是反渗透膜及膜的组件形式选择。近年来，国际上反渗透膜的性能已有长足发展，膜组的形式也多种多样。主要的膜组形式有3 种：板框式（平板式）膜组、中孔纤维膜组和盘式膜组。板框式（平板式）膜组是反渗透早期的一种形式，一般认为它的工艺简单，性能稳定，对海水的前处理要求低。缺点是海水流动状态不良，易造成浓差极化，膜堆密度小等。中孔纤维膜组的最大优点在于膜堆密度大（同产水量情况下它的体积最小），浓差极化小。最大的缺点是对海水的前处理要求高，不易清洗。卷式膜膜堆密度间对海水前处理的要求比板框式（平板式）膜组高，但比中孔纤维膜组要低，海水流动状态也比较好。作为舰船用装置，一般都希望结构紧凑、体积小，膜堆密度大的膜组相对体积肯定要小些。但对海水前处理要求过高，势必使海水过滤部分复杂化，有的中孔纤维膜组的反渗透装置的前处理使用了超滤。就舰船设备来说，单纯追求膜堆密度大而复杂的前处理，对整台反渗透装置并没有好处。对海水前处理要求低是板框式（平板式）膜组的最大优点，国外公司在充分利用这个优点的基础上对板框式（平板式）膜组结构进行改进，改善了海水流动状态。改进后的板框式（平板式）膜组称为盘式膜组，可以更好地满足船用装置的要求。目前盘式膜组和卷式膜组比较适用于舰船反渗透海水淡化装置使用。( 2 ）海水供给及预处理反渗透装置一般都设置一台海水供水泵。而在舰船上，只要装置的海水进口与船上的海水系统相在应用过程中，影响反渗透海水淡化装置反渗透接，即可简化海水供给，省略海水供水泵。这对减小性能的装置的体积、简化装置和操作是很有效的。国外有舰船用反渗透装置就是借用船上的海水系统，装置本身不装海水供水泵，实际应用效果也很不错。反渗透的预处理主要是满足反渗透膜组的要求。 ( 3 ）海水高压泵海水淡化的膜组渗透工作压力一般在5.0 一6.0 MPa ，必须通过高压泵工作达到工作压力要求，因此，高压泵是反渗透装置中的重要部件。( 4 ）压力调节阀、管路及附件、检测设备管路及附件主要用来连接装置的各个部分，监控设备对装置进行检测、控制、报警等，实现装置的自动化运行。压力调节阀用来调节膜组工作压力，保证膜组工作压力的稳定。（五）反渗透膜海水淡化技术流程实际上，一个大型的海水淡化项目往往是一个非常复杂的系统工程。就主要工艺过程来说，包括海水预处理、淡化（脱盐）、淡化水后处理等。其中预处理是指在海水进入起淡化功能的装置之前对其所作的必要处理，如杀除海生物，降低浊度、除掉悬浮物（对反渗透法），或脱气（对蒸馏法），添加必要的药剂等；脱盐则是通过上列的某一种方法除掉海水中的盐分，是整个淡化系统的核心部分，这一过程除要求高效脱盐外，往往需要解决设备的防腐与防垢问题，有些工艺中还要求有相应的能量回收措施；后处理则是对不同淡化方法的产品水针对不同的用户要求所进行的水质调控和贮运等处理。海水淡化过程无论采用哪种淡化方法，都存在着能量的优化利用与回收，设备防垢和防腐，以及浓盐水的正确排放等问题。如下图所示反渗透膜海水淡化技术流程图三、淡化产品水的性质（一）淡化水水质指标分析反渗透淡化由于反渗透膜的脱盐率可达99.3，并且反渗透膜能够截留糖类、氨基酸、细菌、病毒等物质，因此其产品水安全可靠，水质纯净，TDS仅为20500 mg L。一般反渗透淡化水水质控制指标为细菌总数（MNP·100 ML或CFU·100mL）、大肠杆菌（CFU·100mL）、色度/度、pH、总溶解性固体、总硬度、挥发酚、硅、硼、钠、铁、氯离子、硫酸根、氟化物等。一般来讲，反渗透法所产淡化水，具有矿物质含量少、轻微腐蚀性和偏酸性(pH值为6.57.5)的特点。反渗透法海水淡化产品水除硼外，其他指标均达到国外生活饮用水标准(GB 5749-2006、世卫组织饮用水准则、欧盟饮用水水质指令及EPA 822-R-04-005)指标限值。（二）淡化水的后处理方法对淡化水的进一步处理通常称之为海水淡化后处理。国外的研究认为：经过处理后的淡化水水质，当碱度>80 mg/L、80 mg/L<Ca2+<120 mg/L、3 mg/L<CCPP<10 mg/L、pH<8.5、Larso比例>5时，能够保证管网不受腐蚀，满足进入市政管网的要求。通常的后处理包括下列过程：矿化。防腐蚀。消毒。强化脱出特定化学成分。一般情况下后处理过程只采取上述一种或几种措施就能满足要求。例如，与原水混合或添加必要的矿物质(如钙、镁)能同时稳定产品水水质并保护供水系统免于腐蚀。再如，通常添加次氯酸钙是为了杀菌消毒，同时也能增加一些矿物质钙。通常淡化厂的产品水与原水混合并加入次氯酸钙消毒后，可达到卫生安全和管网防腐蚀的目的。（三）反渗透水处理工艺在海水淡化领域的应用和展望海水淡化技术种类很多，有蒸馏法（多级闪蒸多效蒸馏、压汽蒸馏等）、膜法（反渗透、电渗析膜蒸发等）、离子交换法、冷冻法等，但适用于大规模淡化海水的方法只有多级闪蒸（MSF）、多效蒸馏（MED）和反渗透法（RO）。 反渗透法海水淡化与蒸馏法相比，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。 1、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。 2、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常用污染指数（SDI）来计量，要求进入反渗透设备的给水的SDI4。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。 3、过滤器过滤 为了使反渗透的进水水质得到进一步提高，降低进水的浊度，通常在混凝过滤之后加上一个砂滤过滤器，使得水中的微小悬浮物和颗粒物得到进一步的去除，确保了水质的进一步提高。 4、阻垢剂和还原剂 海水的组成非常复杂，硬度和碱度都非常高，为了使得反渗透系统能够更好的运行，保持系统始终在没有结垢的情况下运行，需要根据具体的水质投 加相对应的阻垢剂。另外，因为反渗透预处理中投加了氧化剂杀菌，故在反渗透进水时需要投加还原剂来还原，使得反渗透系统的进水余氯小于0.1ppm（或 ORP<200mV），满足反渗透系统对进水氧化物质含量的要求。 5、保安过滤器 因为海水的含盐量非常多，故保安过滤器的材质要采用316L滤器，滤芯孔径通常选5m，过滤进高压泵前的海水，阻挡海水中直径大于5m颗粒杂质，确保高压泵，能量回收装置和反渗透膜元件安全、长期稳定的运行。 6、高压泵和能量回收装置 高压泵和能量回收装置是为反渗透海水淡化提供能量转换和节能的重要设备，按反渗透海水淡化所需的流量和压力选型，能量回收装置具有水力透平 结构，能利用反渗透排放浓缩海水的压力使反渗透进水压力提升30%，使得浓水的能量得到有效的利用，同时降低能耗，从而有效地减少运行费用。 7、反渗透元件与装置 反渗透膜元件是反渗透海水淡化的核心部件，要选用与海水淡化系统相对应的海水淡化膜，根据系统的不同设计，可以选择VONTRON公司的 SW218040或者SW22-8040海水淡化膜元件，该海水淡化元件具有高脱盐率，较好的耐压性、抗氧化和耐污染等性能。海水淡化系统的设备材质在 高压部分要采用316L以上的不锈钢材质，防止海水的高含盐水质对高压管路的腐蚀。 8、系统控制 反渗透海水淡化控制系统通常采用可编程控制器PLC组成一个分散采样控制，集中监视操作的控制系统。按工艺参数设置高低压保护开关，自动切 换装置，电导、流量和压力出现异常时，能实现自动切换、自动联锁报警、停机，以保护高压泵和反渗透膜元件。变频控制高压泵的起动和关停，实现高压泵的软操 作，节省能耗，防止由于水锤或反压造成高压泵和膜元件损坏。程序设计在反渗透装置开机和停机前后，能实现低压自动冲洗，特别在停运时，浓缩海水的亚稳定状 态会转化出现沉淀，污染膜面，低压淡化水自动冲洗能置换出浓缩海水，保护膜面不受污染，延长膜的使用寿命。对系统的温度、流量、水质、产水等相关参数能实 现显示、储存、统计、制表和打印。监视操作中的动态工艺流程画面清晰直观，系统控制简化人工操作，确保系统能自动、安全、可靠地运行。 9、展望 随着反渗透膜技术的不断改进和分离工艺的改良，反渗透海水淡化在世界海水淡化产业中所占比例正在不断扩大，而反渗透海水淡化处理工艺也得到 了高度的重视，并以较快的速度发展。同时，随着新型膜与膜技术的开发，海水淡化成本有望进一步降低，必将加快膜法海水淡化技术转化为实际生产力的速度，使 之在解决世界性水资源短缺的难题中发挥更大的作用。四、结束语地球上的淡水资源危机今后将愈加严重，而海水淡化是解决水问题的唯一途径。海水淡化的成本是人们最关心的问题，鉴于自来水价格很低，因此淡化成本就不能太高。淡化水的成本是个很复杂的问题，它不仅与淡化方法有关，而且与工艺设计、选材、给水和淡化的水质、比能耗、地理、当地能源价格、投资来源、管理体制有密切关系。比较各种淡化方法，反渗透淡化法的投资费和运行费都是低的。反渗透技术将是21世纪海水淡化的主要方法。参考文献1 王越,保卫,徐世昌,王志,王世昌. 反渗透海水淡化技术最新研究动态J. 膜科学与技术, 2004,(02) . 2 常宇清,鞠茂伟,周一卉. 反渗透海水淡化系统中的能量回收技术及装置研究进展J. 能源工程, 2006,(03) .3 业山,马玉久,游亚戈,王利生. 反渗透海水淡化中差动式能量回收装置的研究J. 水处理技术, 2007,(06) . 4 王世昌,周清,王志. 海水淡化与反渗透技术的发展形势J. 膜科学与技术, 2003,(04) . 5 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XX工业大学学报, 2009,(02) . 致本论文是在-老师指导和关心下完成的。从实验过程到最终完成论文，-老师都进行全程悉心指导。在三年半学习期间，-无论是在学习或生活中都给予我悉心的关怀。从-老师那里我不但学到了知识，更重要的是-老师兢兢业业的工作作风，丰富的研究经验，严谨的治学态度，渊博的学识，为我今后的工作生活树立了榜样。将指引我今后的学习和工作，在此谨向-老师表示衷心的感! 并祝愿老师身体健康、工作愉快!同时，我还要特别感化学工程教研室的全体老师，在大学学习期间对我的教导与关怀。并祝愿老师们身体健康、工作愉快!最后，感我的家人和同学朋友们，他们对我的支持、鼓励和帮助使我不断前进，顺利完成学业。