膜分离技术与海水淡化和水再用——参考资料

1、杭州水处理技术研发中心杭州水处理技术研发中心膜分离技术与海水淡化和水再用膜分离技术与海水淡化和水再用(Membrane separation for seawater desalination and water reuse)O目录目录 (content)1 膜分离技术与海水淡化膜分离技术与海水淡化 1.1 海水淡化简要发展过程海水淡化简要发展过程 1.2热法海水淡化热法海水淡化 1.3反渗透法反渗透法 1.4海水淡化的未来海水淡化的未来2 膜分离技术与饮用水净化和纯水制备膜分离技术与饮用水净化和纯水制备 2.1饮用水净化饮用水净化 2.2 纯净水的生产纯净水的生产 2.3 软化水软化水3 膜

2、分离技术与水再用膜分离技术与水再用 3.1 水循环回用水循环回用 3.2 废水处理废水处理 3.3 污水回用污水回用 4 结语结语摘要摘要 (Abstract) 简述了海水淡化和水再用在扩大水资源和水资简述了海水淡化和水再用在扩大水资源和水资源保护中的重要性。对目前成熟的源保护中的重要性。对目前成熟的海水淡化过海水淡化过程，程，如多级闪蒸和低温多效进行了简介，对反如多级闪蒸和低温多效进行了简介，对反渗透进行了重点介绍。渗透进行了重点介绍。 膜分离技术已成为膜分离技术已成为纯水和软化水制备纯水和软化水制备的通用技的通用技术。术。 水再用包括水再用包括工业废水处理和回用以及城市污水工业废水处理和回

3、用以及城市污水资源化资源化等。在国內外，膜分离技术在许多领域等。在国內外，膜分离技术在许多领域的中的应用已广为普及，有些过程已成为标准的中的应用已广为普及，有些过程已成为标准的单元操作，产生明显的环境和经济效益。的单元操作，产生明显的环境和经济效益。 随着膜分离技术的不断进步，它在海水淡化和随着膜分离技术的不断进步，它在海水淡化和水再用中的作用会越来越大，在水再用中的作用会越来越大，在扩大和保护水扩大和保护水资源资源方面的贡献会越来越突出，也会对方面的贡献会越来越突出，也会对节能、节能、降耗和减排降耗和减排工作有所促进。工作有所促进。水分子反渗透，0.1nm-1nm盐，金属离子，矿物质纳滤，0

4、.5nm-5nm糖，染料，表面活性剂，矿物质超滤，5nm-50nm乳化油，颜料，胶体微滤，0.1-10um细菌，悬浮物压力驱动膜压力驱动膜(PDM)(PDM)原理图原理图 1 1膜分离技术与海水淡化膜分离技术与海水淡化 1.1 1.1 海水淡化简要发展过程海水淡化简要发展过程 海水淡化是自古以来人们的梦想之一。海水淡化是自古以来人们的梦想之一。 1919世纪世纪出现了浸没式蒸发器；出现了浸没式蒸发器； 第二次世界大战第二次世界大战促进了脱盐技术的发展，但仍限于多效和压汽促进了脱盐技术的发展，但仍限于多效和压汽蒸馏；蒸馏； 2020世纪世纪5050年代年代，美国意识到水资源的重要战略意义，专设盐

5、水，美国意识到水资源的重要战略意义，专设盐水局，局，3030年内拨专款年内拨专款1414亿美元研发新的脱盐技术。亿美元研发新的脱盐技术。 19541954年电渗析（年电渗析（EDED）实用化，）实用化，19571957年多级闪蒸（年多级闪蒸（MSFMSF）问世，）问世，1 1960960年反渗透（年反渗透（RORO）获突破性进展。）获突破性进展。19751975年低温多效（年低温多效（LT-MELT-ME）商品化；商品化； 19901990年后，年后，随着随着RORO膜性能的提高，价格的下降，高压泵和能量膜性能的提高，价格的下降，高压泵和能量回收效率的提高，反渗透法成为投资最省，成本最低的海水

6、淡回收效率的提高，反渗透法成为投资最省，成本最低的海水淡化制备饮用水的过程。化制备饮用水的过程。 20062006年年脱盐水产量在脱盐水产量在4.754.7510107 7m3/dm3/d以上，其迅猛增长的趋势以上，其迅猛增长的趋势是少见的；多级闪蒸技术占世界海水淡化装机容量的是少见的；多级闪蒸技术占世界海水淡化装机容量的42%42%，反，反渗透技术占淡化装机容量的渗透技术占淡化装机容量的45%45%。1.21.2热热法海水淡化法海水淡化 热法海水淡化主要有热法海水淡化主要有MSFMSF，LT-MELT-ME和压气蒸馏和压气蒸馏(VC)(VC)等。等。 1.2.1 .1.2.1 .多级闪蒸（多

7、级闪蒸（MSFMSF） 就就MSFMSF技术本身近年来有所进展，但无重大突破。主要技术本身近年来有所进展，但无重大突破。主要进展有单机容量进一步扩大，最高可达进展有单机容量进一步扩大，最高可达7.97.9万万m3/dm3/d；多；多级闪蒸与水电一体化级闪蒸与水电一体化；过程集成；过程集成-热膜耦合热膜耦合；採用新；採用新的管及蒸發室材料，试用高级奥氏不锈钢代替镍基合的管及蒸發室材料，试用高级奥氏不锈钢代替镍基合金；工藝改进有采用新型聚羧酸酯防垢剂，该剂兼抑金；工藝改进有采用新型聚羧酸酯防垢剂，该剂兼抑垢和分散作用，可使垢和分散作用，可使MSFMSF在在95-11095-110下运行，且用量少，

8、下运行，且用量少，对环境影响小；对环境影响小；提高最高盐水溫度，增加级数和比熱提高最高盐水溫度，增加级数和比熱交換面積及盐水循環流量；改进热回收和排热段以提交換面積及盐水循環流量；改进热回收和排热段以提高蒸发量；提高快速除霧功能和排放冷卻器功能等；高蒸发量；提高快速除霧功能和排放冷卻器功能等；运行管理方面开发了运行管理方面开发了DROPSDROPS软件，可协调运行参数，使软件，可协调运行参数，使系统最佳化，并降低运行费用；延长服务期限，提高系统最佳化，并降低运行费用；延长服务期限，提高运行可靠性，减少停车维修，降低成本等等。目前运行可靠性，减少停车维修，降低成本等等。目前MSFMSF的能耗在的

9、能耗在10kWh/m10kWh/m3 3淡水以上。淡水以上。 1.2.2.1.2.2.低温多效（低温多效（LT-MEDLT-MED） MEDMED为上世纪为上世纪3030年代的淡化方法，由于结垢和腐蚀等年代的淡化方法，由于结垢和腐蚀等问题，更由于上世纪问题，更由于上世纪5050年代年代MSFMSF的出现，使之停滞不的出现，使之停滞不前。尽管美、日等国家投入大量资金改进提高，但自前。尽管美、日等国家投入大量资金改进提高，但自19751975商品化以来，至今市场占有份额仍不足商品化以来，至今市场占有份额仍不足10%10%。 LT-MEDLT-MED操作温度在操作温度在60-7060-70，使结垢和

10、腐蚀有所减缓，使结垢和腐蚀有所减缓，可使用较廉价的材料，以降低成本。一些改进工作有：可使用较廉价的材料，以降低成本。一些改进工作有：装置规模大型化，使用较廉价的新材料和新设备，强装置规模大型化，使用较廉价的新材料和新设备，强化传热管等化传热管等，提高最高盐水溫度和增加效数，使用高，提高最高盐水溫度和增加效数，使用高效的热泵等可有效提高造水比和利用末效热，效的热泵等可有效提高造水比和利用末效热， 水电水电联产和热膜耦合联产有效降低海水淡化的成本；塔式联产和热膜耦合联产有效降低海水淡化的成本；塔式设计，混凝土外壳等。通常能耗在设计，混凝土外壳等。通常能耗在6-8 kWh/m6-8 kWh/m3 3

11、淡水，淡水，该技术在利用低品位热能造水方面有一定的市场。该技术在利用低品位热能造水方面有一定的市场。 反渗透具有投资省、能耗低（无相变）、建反渗透具有投资省、能耗低（无相变）、建设期短、占地少的特点，是海水淡化技术中近设期短、占地少的特点，是海水淡化技术中近二十年来发展最快的。除海湾国家外，美洲、二十年来发展最快的。除海湾国家外，美洲、亚洲和欧洲，大、中生产规模的装置多以反渗亚洲和欧洲，大、中生产规模的装置多以反渗透法为首选。透法为首选。(SWRO has been accepted widely in America, Asia and Europe, because of its lowe

12、st investment and cost, lowest energy consumption and shorter building period. )1.31.3反渗透法反渗透法(SWRO ) 图图1-1 1-1 反渗透（反渗透（SWROSWRO）过过程程取水取水 1.3.11.3.1反渗透膜和组器技术的进步反渗透膜和组器技术的进步 RORO海水淡化所以具有竞争力，膜性能的提高是很关键海水淡化所以具有竞争力，膜性能的提高是很关键的。的。 2020世纪世纪7070年代海水淡化用的主要是年代海水淡化用的主要是DupontDupont公司的公司的B-10B-10芳香族聚酰胺中空纤维组件；芳

13、香族聚酰胺中空纤维组件； 上世纪上世纪8080年代日本东洋纺的三醋酸纤维素中空纤维组年代日本东洋纺的三醋酸纤维素中空纤维组件也加入海水淡化阵列；件也加入海水淡化阵列； 而目前最具发展潜力的是复合反渗透膜，自上世纪而目前最具发展潜力的是复合反渗透膜，自上世纪8080年代商品化以来，性能不断改进提高，价格越来越便年代商品化以来，性能不断改进提高，价格越来越便宜，使反渗透海水淡化成本不断下降，成为海水淡化宜，使反渗透海水淡化成本不断下降，成为海水淡化的主要用膜。的主要用膜。如如203mm203mm1016mm1016mm的复合膜卷式元件，的复合膜卷式元件，对对35000mg/L35000mg/L海水

14、，海水，5.5MPa5.5MPa下，下，2525，8-10%8-10%回收率，回收率，产水量达产水量达23m23m3 3/d/d，脱盐率，脱盐率99.8%99.8%左右。左右。16161818英寸直径英寸直径的海水淡化反渗透膜元件已开始进入商业化应用。的海水淡化反渗透膜元件已开始进入商业化应用。16”8”（TFC）（Module) CA,CTA 海水和海水和苦咸水膜苦咸水膜PW,BW复合膜复合膜（TFC）SW复合膜复合膜（TFC）低压低压复合膜复合膜（TFC） 纳滤复合膜纳滤复合膜（TFC） 超低压复合膜超低压复合膜（TFC） 高脱盐复合膜高脱盐复合膜（TFC） 图图1-2抗污染复合膜抗污染复

15、合膜（TFC） 1.3.2 1.3.2 高效的能量回收技术高效的能量回收技术 2020世纪世纪8080年代，年代，SWROSWRO初期是用与高压泵电初期是用与高压泵电机主轴联动的涡轮机来回收高压浓海水的机主轴联动的涡轮机来回收高压浓海水的能量；能量； 上世纪上世纪8080年代后期改进为年代后期改进为水力涡轮换能器水力涡轮换能器，其优点是不必与电机主轴相联，可因地置其优点是不必与电机主轴相联，可因地置宜，但涡轮机的效率多在宜，但涡轮机的效率多在60%-83%60%-83%左右；左右； 上世纪上世纪9090年代中期推出了年代中期推出了功交换器功交换器和和压力压力交换器交换器，效率提高到，效率提高到

16、90%90%以上，使海水淡化以上，使海水淡化的的RORO本体能耗在本体能耗在3kWh/m3kWh/m3 3以下，总能耗在以下，总能耗在4kW4kWh/mh/m3 3左右。左右。1.3.2 1.3.2 高效的能量回收技高效的能量回收技术术 high efficiency of energy recoveryhigh efficiency of energy recovery图图1 13 3 能量回收装置能量回收装置 1.3.3 1.3.3 淡化工艺的不断改进淡化工艺的不断改进 （1 1）MFMF和和UFUF用于海水预处理用于海水预处理 通过现场试验，用通过现场试验，用MFMF和和UFUF对海水预

17、处理不仅技术可行，而且也相当经济，对海水预处理不仅技术可行，而且也相当经济，用用MFMF或或UFUF可替代凝聚和过滤，由于供水水质好，可替代凝聚和过滤，由于供水水质好，RORO比常规法可多产水比常规法可多产水20%20%，这样用膜面积少，压力容器，这样用膜面积少，压力容器少，管路省，占地面积小，从而投资费用低；同时少，管路省，占地面积小，从而投资费用低；同时R RO O膜清洗周期长，用试剂少，省劳力、运行时间长，膜清洗周期长，用试剂少，省劳力、运行时间长，其运行费用也低。其运行费用也低。 （2 2）提高回收率的新工艺提高回收率的新工艺 对海水淡化经济性分析对海水淡化经济性分析表明，压力从表明，

18、压力从5.5MPa5.5MPa提高到提高到8.0MPa8.0MPa，使回收率从，使回收率从35%35%提高到提高到50%50%以上是经济的。高回收率下，取海水量减以上是经济的。高回收率下，取海水量减少，预处理的设施和各种药剂用量相应减少，泵和少，预处理的设施和各种药剂用量相应减少，泵和高压泵所用电力也省，操作和维修劳力也省等。当高压泵所用电力也省，操作和维修劳力也省等。当然，要求的操作压力要相应提高，这就需要耐高压然，要求的操作压力要相应提高，这就需要耐高压的膜元件，另外相应的工艺也应进一步改进。的膜元件，另外相应的工艺也应进一步改进。 （3 3）集成工艺集成工艺 以纳滤作为预处理，实际为以纳

19、滤作为预处理，实际为部分脱盐（主要是去硬度），通常可除去海部分脱盐（主要是去硬度），通常可除去海水中水中CaCa2+2+、MgMg2+2+和和HCOHCO3 3在在70%70%以上，除以上，除SOSO4 422在在90%90%以上，与以上，与SWROSWRO和和MSFMSF（LT-MELT-ME）结合，）结合，NFNF产产水的水的60%60%经经RORO转化为产品水，转化为产品水，RORO浓水的浓水的80%80%由由M MSFSF转化为淡水，同时转化为淡水，同时MSFMSF的余热可加热的余热可加热NFNF和和RORO的进水。的进水。 其他集成工艺，水电联产中的和热膜耦合等，其他集成工艺，水电联

20、产中的和热膜耦合等，可有效降低海水淡化的成本。可有效降低海水淡化的成本。 （4 4）生态产业链生态产业链 将发电、海水淡化与盐、将发电、海水淡化与盐、碱联产等综合开发，是值得提倡和推广的新碱联产等综合开发，是值得提倡和推广的新概念。概念。一级海水淡化一级海水淡化工艺工艺高效高效两段法两段法高压一级海高压一级海水淡化工艺水淡化工艺集成工艺集成工艺(膜、膜、热、电热、电)新的预处理新的预处理（MF/UF）生态产业链生态产业链（水、电、盐、（水、电、盐、化工化工.图图1-4新后处理新后处理系统系统(脱硼脱硼)二级海水淡二级海水淡化工艺化工艺淡化工艺的不断改进淡化工艺的不断改进图图1-7 海水资源综合

21、利用与海水资源综合利用与电、热、汽和电、热、汽和其他工业联产其他工业联产 生态产业链生态产业链最新最新报报道道(New report)(New report) 美美国国加州加州Hueneme Hueneme 港的海港的海军军海水海水脱盐脱盐试验场试验场用用FILMTECFILMTEC的的SW30XLE-400iSW30XLE-400i膜元膜元件件,PX,PX压压力交力交换换器器试验试验海水海水脱盐脱盐, ,回收率回收率43%,43%,膜通量膜通量6gfd,6gfd,能耗能耗为为6.0kWh/kgal 6.0kWh/kgal (1.58kWh(1.58kWh/m/m3 3) )。对对50MGD5

22、0MGD的工的工厂厂, ,设计设计地回收率地回收率50%,50%,膜通量膜通量9gfd,9gfd,能耗能耗为为6.93kWh/kgal(1.83kW6.93kWh/kgal(1.83kWh/mh/m3 3).$0.63/m).$0.63/m3 3，该试验该试验由由Affordable DeAffordable Desalination Collaboration(ADC) salination Collaboration(ADC) 进进行。行。表表1.1 1.1 海水和苦咸水淡化海水和苦咸水淡化产产量量淡化水淡化水产产量量所占比例（所占比例（%） （m3/d）MSFROLT/MED其他其他全球

23、全球4.710743.5（下降（下降趋趋势势）(66.3) 43.5（迅速上升（迅速上升趋趋势势)(22.4)（上升（上升趋趋势势)（上升（上升趋趋势势)中中国国 15.0104 4 8015图图1-8 以色列以色列 SWRO plant(33104m3/d)1.4 1.4 海水淡化的未来海水淡化的未来 膜法和热法两者，目前中东地区以热法为主，膜法和热法两者，目前中东地区以热法为主，美、日、欧等以美、日、欧等以SWROSWRO为主。近五年来为主。近五年来SWROSWRO由于由于投资能耗、淡化水成本等都最低，建设周期也投资能耗、淡化水成本等都最低，建设周期也短，在国际指标中屡屡中标，很有竞争力。

24、在短，在国际指标中屡屡中标，很有竞争力。在水热电联产场合（含核能）水热电联产场合（含核能）,RO,RO、MEDMED、集成膜、集成膜法、热膜耦合海水淡化系统都可考虑；预期近法、热膜耦合海水淡化系统都可考虑；预期近几年内，大型反渗透膜元件将规范和标准化，几年内，大型反渗透膜元件将规范和标准化，以标准尺寸以标准尺寸1616或或1818英寸广泛地应用于大规模反英寸广泛地应用于大规模反渗透装置中；其他的方法依靠技术的创新和突渗透装置中；其他的方法依靠技术的创新和突破，如研究中的新海水淡化技术：膜蒸馏、破，如研究中的新海水淡化技术：膜蒸馏、正正渗透和喷雾淡化等。渗透和喷雾淡化等。目前全球的海水淡化产量约

25、目前全球的海水淡化产量约4.754.7510107 7 m m3 3/d /d ，占世界饮用水的，占世界饮用水的1%1%，预计下，预计下2020年的产量将增加一倍，有年的产量将增加一倍，有700700亿亿$ $ 的市的市场，近场，近5 5年已有约年已有约100100亿亿$ $ 的订货，产的订货，产淡水淡水5.35.310106 6m m3 3/d/d。随着水资源的匮。随着水资源的匮乏，水源的污染，需求的增加乏，水源的污染，需求的增加.海海水淡化技术的应用（包括物料的预浓水淡化技术的应用（包括物料的预浓缩）会越来越广。缩）会越来越广。Seawater Desalination Plants in

26、 China 国内国内的海水淡化的海水淡化厂厂2 15国内已运行的淡化厂约达国内已运行的淡化厂约达 万吨万吨/天天1.在建的有在建的有 2020多个厂多个厂, , 总产量约总产量约8080万吨万吨/天天2.2.酝酿中的酝酿中的个大淡化厂个大淡化厂, 2 1M m3/d 3.图图1-9 荣成荣成5000吨吨/日海水淡化系统日海水淡化系统5000m3/d RO seawater desalting plant in Rongcheng (2003)2 2 膜分离技术与饮用水净化和纯水制备膜分离技术与饮用水净化和纯水制备 2.12.1饮用水净化饮用水净化 环境的污染影响到饮用水的质量，而人们生环境的

27、污染影响到饮用水的质量，而人们生活水平的提高，对饮用水水质要求越来越高，活水平的提高，对饮用水水质要求越来越高，世界各国都在不断改进饮用水的制备技术，世界各国都在不断改进饮用水的制备技术，对微滤、超滤和纳滤在除菌、去浊、去大分对微滤、超滤和纳滤在除菌、去浊、去大分子胶体、农药、异味、激素及部分子胶体、农药、异味、激素及部分SOSO4 42-2-、NONO3 3- -、F F- -和和AsAs等方面的作用进行了肯定。等方面的作用进行了肯定。 膜技术作为饮用水的预处理和深度处理随着膜技术作为饮用水的预处理和深度处理随着城市化进程的加快，其作用也越来越显著，城市化进程的加快，其作用也越来越显著，已成

28、为保障饮用水安全的主要技术之一。家已成为保障饮用水安全的主要技术之一。家用用MFMF、UFUF、NFNF及及RORO净水器已很普遍，不少自净水器已很普遍，不少自来水厂也开始采用膜技术来保证供水质量。来水厂也开始采用膜技术来保证供水质量。 膜技术与饮用水净化膜技术与饮用水净化 (purification of drinking water) MFMF：悬浮物、细菌悬浮物、细菌 UFUF：大分子、病毒、胶体大分子、病毒、胶体 NFNF：部分硬度、重金属、农药、部分硬度、重金属、农药、激素、 AsAs 、TXMTXM、 SO SO4 42-2- RORO：各种杂质各种杂质 EDED：去氟去氟 MCM

29、C：去挥发性物质去挥发性物质第一代工艺第一代工艺 第二代工艺第二代工艺混凝混凝沉淀沉淀过滤过滤消毒消毒常规处理常规处理深度处理深度处理预处理预处理预氧化预氧化臭氧活性炭臭氧活性炭预处理预处理UF/NF后处理后处理消毒消毒第三代工艺第三代工艺图图2-1图图2-2 饮用水净化饮用水净化-巴黎巴黎1414万吨万吨/ /日纳滤膜饮用水装置日纳滤膜饮用水装置 2.2 2.2 纯水的生产纯水的生产(pure water production)(pure water production) 超纯水、纯水、过程用水和软化水超纯水、纯水、过程用水和软化水这些这些都是工业生产中每时每刻都离不开的，现在都是工业生产

30、中每时每刻都离不开的，现在大多都用大多都用最经济的膜法来制备最经济的膜法来制备。 反渗透可除去天然水中反渗透可除去天然水中98%98%以上的盐和有机物，以上的盐和有机物，以及以及95%95%以上的可溶性以上的可溶性SiOSiO2 2，大大地改善了后，大大地改善了后续离子交换的工作条件，使再生用酸碱耗量续离子交换的工作条件，使再生用酸碱耗量减少减少95%95%左右，制水成本进一步下降，且纯水左右，制水成本进一步下降，且纯水质量和稳定性有保障。近质量和稳定性有保障。近1010多年来逐渐兴起多年来逐渐兴起R RO+EDIO+EDI的新工艺，的新工艺，EDIEDI以电再生代替了离子交以电再生代替了离子

31、交换树脂的酸碱再生，基本上实现了无酸碱化换树脂的酸碱再生，基本上实现了无酸碱化生产。生产。原 水 凝 聚 过 程 活 性 碳 ( 大 孔 树 脂 ) 反 渗 透 离 子 交 换 ( E D I ) 真 空 脱 气离 子 交 换 反 渗 透 紫 外 氧 化 抛 光 树 脂 紫 外 杀 菌 U F ( M F ) 使 用 点再 利 用 紫 外 杀 菌 离 子 交 换 活 性 碳再 循 环图图2-3 纯水制备流程纯水制备流程Salt Reject 盐水盐水High PurityProduct高纯产品水高纯产品水Salt Reject 盐水盐水Na+Na+Cl-Cl-Cl-Cl-Na+Na+Na+Na

32、+Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Na+Na+Na+Na+Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Na+Na+Na+Na+Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Na+Na+Na+Na+Na+Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-H+OH-H+OH-H+OH-H+OH-AEMAEMCEMCEM图图2-4 2-4 混床型树脂填充式混床型树脂填充式EDIEDI图图2-5 2-5 从海水制备锅炉补给水从海水制备锅炉补给水Conventional FiltrationThird RO +EDI图图2-6 2-6 兖州矿务局兖州矿务局48004800电力领域 2.3 2.3 软化水软化水 水

33、的软化最常用的为离子交换法和化学法水的软化最常用的为离子交换法和化学法等，这不仅要消耗大量的盐或石灰、纯碱等，这不仅要消耗大量的盐或石灰、纯碱和烧碱等化学药剂，而且对环境造成严重和烧碱等化学药剂，而且对环境造成严重污染，另外操作和控制也不简便。污染，另外操作和控制也不简便。膜软化膜软化是近是近1010多年来发展起来的新方法，优点是多年来发展起来的新方法，优点是不要再生，无污泥产生，可完全除去悬浮不要再生，无污泥产生，可完全除去悬浮物和大部分有机物，操作简便和占地省等。物和大部分有机物，操作简便和占地省等。在相同出水水质下，投资费用和石灰软化在相同出水水质下，投资费用和石灰软化相当，而操作费用低

34、。相当，而操作费用低。进 水絮 凝 剂PH调 节防 垢 剂膜 清 洗浓 水杀 菌 剂过 滤保 安滤 器泵软 化 水膜 软化 器图图2-7 膜软化膜软化-工艺流程工艺流程 3.1 3.1 循环回用循环回用 3.2 3.2 废水处理，水回用并回收副产物废水处理，水回用并回收副产物和清洁生产和清洁生产 3.3 3.3 市政污水和废水处理使水再用市政污水和废水处理使水再用3 3 膜分离技术与水再用膜分离技术与水再用( (Membrane separation for water reuse)3.1 3.1 水循环回用水循环回用 作为循环回用，有专门的工艺控制结垢、作为循环回用，有专门的工艺控制结垢、粘

35、泥、腐蚀等以及杀生，这在工业冷却水粘泥、腐蚀等以及杀生，这在工业冷却水中普遍采用。中普遍采用。 近些年来有用膜技术提高回用率的不少研近些年来有用膜技术提高回用率的不少研究报道。究报道。 海水冷却分海水海水冷却分海水直流冷却直流冷却和海水和海水循循环环冷却冷却。 直流冷却直流冷却是指原海水是指原海水经换热设备进经换热设备进行一次性冷却后，即排放的行一次性冷却后，即排放的过过程；程； 循循环环冷却冷却是指原海水是指原海水经换热设备经换热设备完完成一次冷却、再成一次冷却、再经经冷却塔冷却后，冷却塔冷却后，循循环环使用的使用的过过程。程。海水作海水作为为工工业业冷却用水冷却用水图图3-1 3-1 美国

36、某核电站海水直流和循环冷却美国某核电站海水直流和循环冷却系统全景（各系统全景（各152200m152200m3 3/h/h） 经近百年的发展，世界海水冷却水用经近百年的发展，世界海水冷却水用量已经超过量已经超过5000亿立方米亿立方米/年，广泛用于年，广泛用于发电、炼油、化工、钢铁等耗水大的行业。发电、炼油、化工、钢铁等耗水大的行业。我国的海水直流冷却技术，已有我国的海水直流冷却技术，已有60余年发余年发展历史，主要用于滨海火电、核电、化工展历史，主要用于滨海火电、核电、化工和冶金等企业。海水冷却水用量已经超过和冶金等企业。海水冷却水用量已经超过300亿立方米亿立方米/年。如仅大亚湾核电站年。

37、如仅大亚湾核电站（980MW）年用冷却海水达）年用冷却海水达35亿吨。我亿吨。我国海水循环冷却技术经近国海水循环冷却技术经近20年的研究开发，年的研究开发，已达十万吨已达十万吨/时的示范规模，具有重要推广时的示范规模，具有重要推广应用价值应用价值。表表3.1 中中国海水利用发展目标国海水利用发展目标Development target for seawater utilization 3.2 3.2 废水处理废水处理 作为废水处理水回用并回收副产物和清作为废水处理水回用并回收副产物和清洁生产的应用例子十分多，早在上世纪洁生产的应用例子十分多，早在上世纪7 70 0年代就开始了，像超滤回收电泳漆

38、，超年代就开始了，像超滤回收电泳漆，超滤和反渗透处理乳清，滤和反渗透处理乳清，NFNF和和RORO处理电镀处理电镀废水等废水等都是众所周知、广为普及的都是众所周知、广为普及的先进技术。下面是几个与钢铁厂有关的先进技术。下面是几个与钢铁厂有关的应用。应用。 3.2.13.2.1电泳漆回收电泳漆回收 涂装行业（特别是汽车工业）用的阳极涂装行业（特别是汽车工业）用的阳极或阴极电泳漆由于有超滤，实现了电泳或阴极电泳漆由于有超滤，实现了电泳漆浓度，电导的严格控制，并回收了电漆浓度，电导的严格控制，并回收了电泳漆和淋洗水，使整个生产接近零排放。泳漆和淋洗水，使整个生产接近零排放。图图3-2 3-2 超滤回

39、收电泳漆超滤回收电泳漆超滤超滤电泳槽电泳槽淋洗水淋洗水 3.2.23.2.2电镀废水电镀废水 电镀（镀镍、镀铬、镀镉、镀金等）电镀（镀镍、镀铬、镀镉、镀金等）产生大量漂洗水，用反渗透可实现漂产生大量漂洗水，用反渗透可实现漂洗水中贵重电镀药剂的回收，又可使洗水中贵重电镀药剂的回收，又可使漂洗水回用，基本可实现零排放的闭漂洗水回用，基本可实现零排放的闭路循环。路循环。采用膜分离技术，以膜的透过液作为生产工艺回用水采用膜分离技术，以膜的透过液作为生产工艺回用水使用，膜的浓缩液作为电解槽液，可以回收金属和水使用，膜的浓缩液作为电解槽液，可以回收金属和水资源，实现清洁生产，减少污水处理成本。资源，实现清

40、洁生产，减少污水处理成本。图图3-3 3-3 回收金属与水资源工艺流程框图回收金属与水资源工艺流程框图废水池废水池增压泵增压泵预处理装置预处理装置膜分离装置膜分离装置回用水回用水电解槽电解槽回收金属资源回收金属资源图图3-4 1000m3/d电镀镍漂洗水膜法资源化工程电镀镍漂洗水膜法资源化工程图图3-5 3-5 镀镍漂洗水膜浓缩镀镍漂洗水膜浓缩效果照片效果照片含镍漂洗水含镍漂洗水膜透过水膜透过水膜浓缩液膜浓缩液 3.2.3 3.2.3 含油污水处理与回用含油污水处理与回用 含油污水多种多样，用超滤处理，设含油污水多种多样，用超滤处理，设备紧凑，占地少，不需加药剂，操作备紧凑，占地少，不需加药剂

41、，操作方便，能耗低，分离效果好，是值得方便，能耗低，分离效果好，是值得大力推广的新工艺。钢铁厂乳化油的大力推广的新工艺。钢铁厂乳化油的处理现都采用膜技术。处理现都采用膜技术。图图3-6 钢厂乳化液净化处理，钢厂乳化液净化处理，300 m3/d 3.2.4 3.2.4 废酸、碱、废盐水的回收再生废酸、碱、废盐水的回收再生 钢铁生产中废酸和废碱是经常遇到的，钢铁生产中废酸和废碱是经常遇到的，用渗析法回收酸是很早就广泛应用的用渗析法回收酸是很早就广泛应用的例子；利用双极膜可将废盐水转化为例子；利用双极膜可将废盐水转化为相应的酸、碱而回用。相应的酸、碱而回用。图图3-7 3-7 废酸回收再生示意图废酸

42、回收再生示意图废酸废酸（4.5N）再生酸再生酸(4.0N)稀废酸稀废酸(0.5N)纯水纯水渗析膜渗析膜图图3-7图图3-8 渗析法回收废酸渗析法回收废酸3.3 3.3 污水回用污水回用(sewage reuse)(sewage reuse) 用膜技术可除去生活污水中的悬浮微粒、病原菌，各用膜技术可除去生活污水中的悬浮微粒、病原菌，各种有机、无机物等，不同等级的再生水可分别用于杂种有机、无机物等，不同等级的再生水可分别用于杂用水，灌溉用水，建筑用水，工业冷却水等，以至锅用水，灌溉用水，建筑用水，工业冷却水等，以至锅炉用水。用膜技术（集成技术）使污水再用，近十年炉用水。用膜技术（集成技术）使污水再

43、用，近十年来获得相当大的突破，不仅技术可行，而且经济上也来获得相当大的突破，不仅技术可行，而且经济上也有竞争力。有竞争力。3.3.1 3.3.1 膜生物反应器在污水再用中的作用膜生物反应器在污水再用中的作用3.3.2 3.3.2 二级市政污水处理二级市政污水处理 3.3.2.1 3.3.2.1 作电厂锅炉补给水和冷却用水作电厂锅炉补给水和冷却用水 3.3.2.2 3.3.2.2 地下水回灌或贮水于地下，改地下水回灌或贮水于地下，改 进流域水质进流域水质 目前，水处理中的膜生物反应器多用于污水处理目前，水处理中的膜生物反应器多用于污水处理（少量用于表面水），与传统的活性污泥法（少量用于表面水），

44、与传统的活性污泥法（CASPCASP）比，由于膜反应器取代了二级澄清池，这可使污泥比，由于膜反应器取代了二级澄清池，这可使污泥停留时间（停留时间（SRTSRT）和水力停留时间（）和水力停留时间（HRTHRT）分别控制，）分别控制，由于由于SRTSRT大，泥龄长，污泥浓度高，抗冲击负荷能力大，泥龄长，污泥浓度高，抗冲击负荷能力强，降解速率高，降解充分，对难降解物质也可使强，降解速率高，降解充分，对难降解物质也可使之降解，占地省，污泥量少之降解，占地省，污泥量少通常对通常对CODCOD和和NHNH3 3NN的的去除率在去除率在90%90%以上，处理后的水可直接作为市政用水以上，处理后的水可直接作为

45、市政用水或进一步处理作各种工业用水。或进一步处理作各种工业用水。3.3.1 3.3.1 膜生物反应器在污水再用中的作用膜生物反应器在污水再用中的作用(The role of membrane bioreactor in sewage reuse) 膜生物反应器膜生物反应器(MBR)( Membrane bioreactor)图图3.9 45,425 m3/d 处理量处理量,占地仅占地仅22.3 m2 !图图3.10 MBR膜堆膜堆超滤集成超滤集成过程过程纳滤、纳滤、反渗透反渗透膜生物反膜生物反应器应器纯水纯水中水中水自来水自来水园林园林 环卫环卫 工业冷却水工业冷却水生活废水生活废水土壤土壤渗透渗透图图3.11 3.11 含含MBRMBR的膜集成技术的膜集成技术A.常 规 法 ： 污 水 初 级 澄 清 活 性 污 泥 二 级 澄 清 石 灰 软 化 澄 清 脱 水污 泥 消 化B.常 规 膜 法 ： 污 水 预 处 理 初 级 澄 清 活 性 污 泥 二 级 澄 清 MF/UF RO 产 水脱 水污 泥 消 化C.浸 没 式 膜 法 ： 污 水 预 处 理污 泥 脱 水气 提 重 碳 酸 化 砂 滤 GAC吸 附 RO 产 水RO浸 没 式 膜 组 件产 水图图3.12 MBR过程比较过程比较3.3.2 3.3.2 二二级级市政市政污污水水处处理理 3.3