海水利用技术在中国发展

1、会计学1海水利用技术在中国发展海水利用技术在中国发展第1页/共71页第2页/共71页第3页/共71页第4页/共71页 膜过程的种类膜过程的种类 压力驱动膜：压力驱动膜：微滤、超滤、纳滤和反渗透等微滤、超滤、纳滤和反渗透等 离子交换膜：离子交换膜：电渗析、膜电解、双极膜、电去离电渗析、膜电解、双极膜、电去离子（子（EDI) 气体分离膜：气体分离膜：气体分离、蒸气渗透、渗透汽化气体分离、蒸气渗透、渗透汽化 膜接触器：膜接触器：膜吸收、膜萃取、膜蒸馏、膜结晶、膜吸收、膜萃取、膜蒸馏、膜结晶、 膜吸附膜吸附 膜反应器：膜反应器： 催化膜反应器、膜生物反应器催化膜反应器、膜生物反应器 医用膜：医用膜：

2、透析、血滤、人工肾、人工肺、人工肝透析、血滤、人工肾、人工肺、人工肝 其它功能膜：其它功能膜： 控制释放、燃料电池膜控制释放、燃料电池膜第5页/共71页常规单元操作与之对应的膜技术常规单元操作与之对应的膜技术-1 常规过程常规过程 膜过程膜过程 Filtration (过滤过滤) 微滤（微滤（MF） 超滤超滤 (UF） 纳滤（纳滤（NF） 反渗透（反渗透（ RO ） Dialysis （渗析）（渗析） 电渗析电渗析 （ ED ） Electrolyses （电解）（电解） 膜电解（膜电解（ M E ） Gas Separation（气体分离）膜基气体分离（气体分离）膜基气体分离 （ GS-M

3、） 第6页/共71页常规单元操作与之对应的膜技术常规单元操作与之对应的膜技术-2常规过程常规过程 膜过程膜过程 Distillation(蒸馏蒸馏) 膜蒸馏（膜蒸馏（ MD） 渗透汽化（渗透汽化（ PVAP ） 蒸汽渗透蒸汽渗透 (VP ） Absorption （吸收）（吸收） 膜吸收（膜吸收（MA) 膜汽提（膜汽提（MS) Extraction （萃取）（萃取） 膜萃取（膜萃取（ME) Adsorption (吸附吸附) 亲和膜色谱亲和膜色谱 (AM) Crystallization(结晶）结晶） 膜结晶（膜结晶（MC) Reaction (反应反应) 膜反应膜反应 (MR-MBR) Ca

4、talysis （催化）（催化） 催化膜（催化膜（CM ） 第7页/共71页1.1 海水苦咸水淡化海水苦咸水淡化沿海城市、岛屿、广大华北、西北地区和沿海城市、岛屿、广大华北、西北地区和海上钻井平台等处的过程用水（包括饮用水海上钻井平台等处的过程用水（包括饮用水）可用海水和苦咸水淡化来获得，这已推广）可用海水和苦咸水淡化来获得，这已推广应用多年，满足了其对淡水的需求，淡水价应用多年，满足了其对淡水的需求，淡水价格和生产能耗完全被用户所接受。格和生产能耗完全被用户所接受。1.化工用水化工用水第8页/共71页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。19世纪出现了浸没式蒸发

5、器，第二次世界大战世纪出现了浸没式蒸发器，第二次世界大战促进了脱盐技术的发展，但仍限于多效、压汽蒸促进了脱盐技术的发展，但仍限于多效、压汽蒸馏和闪蒸的设计。馏和闪蒸的设计。20世纪世纪50年代，年代，1954年电渗析（年电渗析（ED）实用化）实用化，1957年多级闪蒸（年多级闪蒸（MSF）问世，）问世，1960年反渗透（年反渗透（RO）获突破性进展。）获突破性进展。1975年低温多效（年低温多效（LT-ME）商品化，）商品化，1990年后，年后，随着随着RO膜性能膜性能的提高，价格的下的提高，价格的下降，高压泵和能量回收效率的提高，反渗透法成降，高压泵和能量回收效率的提高，反渗透法成为海水和苦

6、咸水淡化制取饮用水最经济的手段。为海水和苦咸水淡化制取饮用水最经济的手段。第9页/共71页第10页/共71页图图1-1 1-1 SWRO 装置装置保安过滤保安过滤淡水淡水能量回收装置能量回收装置压力提升泵压力提升泵浓海水综合利用进浓海水综合利用进入生态产业链入生态产业链FeCl3Cl2H2SO4NaHSO3pHpH、硬、硬度调节度调节，消毒，消毒海水取水海水取水机械过滤机械过滤混凝沉淀混凝沉淀清水池清水池高压泵高压泵第11页/共71页 ）反渗透膜的进步）反渗透膜的进步-复合膜复合膜 ）膜组器技术的不断发展）膜组器技术的不断发展-卷式元件卷式元件 ）关键设备的不断改进）关键设备的不断改进-压力、

7、功交换器压力、功交换器 ）工艺过程的持续开发）工艺过程的持续开发 -两段、高压法、两段、高压法、 联产、联产、 集成工艺，集成工艺，预处理和后处理预处理和后处理- 连续微（超）连续微（超） 滤、消毒、调硬、综滤、消毒、调硬、综 合利用合利用.RO的一些重大的创新进展的一些重大的创新进展 第12页/共71页CA,CTA 苦苦咸水膜咸水膜CA,CTA 海海水膜水膜PW,BW复合膜复合膜SW复合膜复合膜低压复合膜低压复合膜纳滤膜纳滤膜纳滤纳滤复合膜复合膜超超(极极)低压低压复合膜复合膜高脱盐高脱盐复合膜复合膜耐污染、耐耐污染、耐氧化复合膜氧化复合膜RO、NF膜的发展）膜膜的发展）膜图图1-2不对称膜

8、断面不对称膜断面第13页/共71页中心管中心管盐水密封盐水密封进水进水进水进水产品水产品水透过层透过层反渗透膜反渗透膜进水隔网进水隔网浓水浓水产品水产品水图图1-4 1-4 中空纤维中空纤维反渗透元件反渗透元件图图1-1-卷式卷式反渗透元件反渗透元件进水进水浓水浓水中空纤维束中空纤维束产水产水纤维束开孔端纤维束开孔端产水收集多孔板产水收集多孔板）反渗透元组件）反渗透元组件第14页/共71页多级离心增压泵多级离心增压泵中开式多级离心高压泵中开式多级离心高压泵涡轮增压泵涡轮增压泵图图4-6）高压泵）高压泵图图1-6第15页/共71页压力交换器压力交换器水力涡轮水力涡轮功交换器功交换器图图4-7）能

9、量回收）能量回收图图1-7第16页/共71页第17页/共71页图图1-8 二级、一级和二级、一级和高效两段高效两段工艺工艺产品水产品水(40)(40)原水原水(100)(100)高压泵高压泵1 1反渗透装置反渗透装置1 1级级预处理预处理5 5.5MPa.5MPaC=3.5% SWC=3.5% SW反渗透装置反渗透装置2 2级级高压泵高压泵2 2浓海水浓海水产品水产品水(40)(40)原水原水(100)(100)高压泵高压泵1 1反渗透装置反渗透装置 1 1级级预处理预处理5 5.5MPa.5MPaC=3.5% SWC=3.5% SW浓海水浓海水海水海水砂滤砂滤精精滤滤蓄水器蓄水器高压泵高压泵

10、保安过滤器保安过滤器1段段 RO2段段 RO能量转换器能量转换器产水产水浓水浓水NaOClFeCl3SBSMT-901H2SO4第18页/共71页第19页/共71页图图1-9 海水资源综合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2525 B B12151215 B B26.526.5 BeBe 水水产养产养殖殖溴溴素素厂厂盐盐水精制水精制? ?子膜子膜电电解解氯氢处氯氢处理理盐盐酸合成酸合成石油化工石油化工干干 燥燥浓浓 缩缩冷冷却却汽汽轮发电轮发电机机蒸发蒸发蒸发蒸发氢气氢气氯气氯气有机产品有机产品固体烧碱固体烧碱劣质煤劣质煤电电盐酸盐酸

11、海水海水蒸发制盐蒸发制盐饱和卤水饱和卤水32%NaOH蒸汽蒸汽海水淡化海水淡化浓水浓水淡水淡水25 25 Be 12151215Be26.526.5 BeBe水水产养产养殖殖溴溴素素厂厂盐盐水精制水精制离子膜离子膜 电电解解氯氢处理氯氢处理盐盐酸合成酸合成石油化工石油化工干干 燥燥浓浓缩缩冷冷却却汽汽轮轮机机循循环流化环流化床床锅炉锅炉蒸发蒸发蒸发蒸发氢气氢气氯气氯气有机产品有机产品固体烧碱固体烧碱劣质煤劣质煤电电盐酸盐酸海水海水蒸发制盐蒸发制盐饱和卤水饱和卤水32%NaOH蒸汽蒸汽海水淡化海水淡化浓水浓水淡水淡水第20页/共71页图图1-10 海水和苦咸水淡化海水和苦咸水淡化5000吨吨/天

12、天SWRO厂厂第21页/共71页水不仅是生命之源，也是包括化工在内的工业的基本所需。超水不仅是生命之源，也是包括化工在内的工业的基本所需。超纯水、纯水、过程用水、软化水、冷却水以及饮用水纯水、纯水、过程用水、软化水、冷却水以及饮用水这些都这些都是化工生产中每时每刻都离不开的，现在大多都用最经济的膜法是化工生产中每时每刻都离不开的，现在大多都用最经济的膜法来制备。来制备。纯水和超纯水纯水和超纯水, 化工中动力锅炉（供电或供汽）、精细化工的化工中动力锅炉（供电或供汽）、精细化工的过程用水过程用水都要求用纯水或超纯水。主要工艺流程如下：都要求用纯水或超纯水。主要工艺流程如下：原水原水预处理预处理电渗

13、析（电渗析（ED）离子交换（离子交换（IX）纯水纯水 原水原水预处理预处理反渗透（反渗透（RO）离子交换离子交换纯水纯水 原水原水预处理预处理反渗透反渗透电去离子（电去离子（EDI）纯水纯水1.2 纯水和超纯水纯水和超纯水第22页/共71页第23页/共71页海水海水海水泵海水泵反应沉淀池反应沉淀池清水池清水池超滤给水泵超滤给水泵超滤超滤保安过滤器保安过滤器 RO装置装置(13级级)产水箱产水箱 离子交换离子交换(EDI)补给水补给水图图1-11 海水海水淡化制锅炉用纯水淡化制锅炉用纯水常规过滤常规过滤三级三级RO(EDI)海水海水第24页/共71页第25页/共71页第26页/共71页进 水絮

14、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1-12 膜软化膜软化-工艺流程工艺流程第27页/共71页第28页/共71页第29页/共71页阳 离 子 透 过 膜阴 离 子 透 过 膜阴 离 子透 过 膜阳 离 子透 过 膜阴 离 子交 换阳 离 子交 换加 浓 间 隔产 物H+Na+Cl-HO-加 浓 间 隔加 浓 液稀 释 间 隔(+)(-)H+H+Na+Na+Cl-Cl-HO-HO-加 浓 液给 水Cl-Na+图图2-1超纯水和纯水制备超纯水和纯水制备电去离子（电去离子（EDI）原理）原理第30页/共71页2.2.1 氯碱制备氯碱制备第

15、31页/共71页二 次 精 制Cl2H2纯 水原 盐NaOH盐 水阳 膜淡 盐 水+-碱 液H+OH-Cl-H2ONa+Cl-NaOH 3035%NaCl 50ppm溶解精制图图2-2 氯碱制备氯碱制备-离子膜法电解示意图离子膜法电解示意图第32页/共71页2.2.2 双极膜水离解过程双极膜水离解过程+-Na+Na+Na+H+H+OH-OH-KKAKAKKNaAcHAcNaOH图图2-3 双极膜工作原理图双极膜工作原理图第33页/共71页2.3.1蛋白和酶的纯化浓缩蛋白和酶的纯化浓缩 第34页/共71页 V : 1 0 0 0 L /hT S : 5 %酶: 1 %小分子物:4 %U FT S

16、 : 4 %酶: 0 %小分子物:4 % V : 1 0 0 L /hT S : 1 4 %酶: 1 0 %小分子物:4 % V : 1 0 0 L /hT S : 1 1 %酶: 1 0 %小分子物:1 % V : 1 4 0 L /hT S : 1 0 %酶: 0 %小分子物:2 .1 %透过液渗滤水：1 4 0 L /h纯化浓缩酶U F透过液第35页/共71页2.3.2 染料等的纯化浓缩染料等的纯化浓缩第36页/共71页N F(脱盐)N F(脱盐)去离子水废盐水浓缩液C0VpV2V0V1V废盐水图图2-5 染料等的纯化浓缩染料等的纯化浓缩-纳滤脱盐和浓缩过程纳滤脱盐和浓缩过程第37页/共

17、71页Fig.2-6 染料纳滤脱盐和浓缩设备染料纳滤脱盐和浓缩设备第38页/共71页第39页/共71页乙醇水混合物渗透汽化分离机理乙醇水混合物渗透汽化分离机理1.乙醇水汽液平衡线；乙醇水汽液平衡线；2.拟汽液平衡线（聚乙烯醇透水拟汽液平衡线（聚乙烯醇透水膜膜)；3. 拟汽液平衡线（苯乙烯氟烷基丙烯酯共聚复拟汽液平衡线（苯乙烯氟烷基丙烯酯共聚复合透醇膜）合透醇膜）图图2-7第40页/共71页GFT公司渗透汽化制备无水乙醇流程渗透汽化制备无水乙醇流程Desalination 235 (2009) 199244Application of membrane separation processes

18、in petrochemicalindustry: a reviewMaryam Takht Ravanchia, Tahereh Kaghazchia*, Ali Kargarib分子筛渗透汽化分子筛渗透汽化图图2-85%乙醇乙醇80%乙醇乙醇99.5%乙醇乙醇第41页/共71页第42页/共71页Simplified flow schemes of (a) a conventional and (b) Mobil Oils membrane solvent dewaxing processes常规溶剂脱蜡常规溶剂脱蜡渣油渣油蜡蜡Mobil 的溶剂脱蜡的溶剂脱蜡渣油渣油润滑油润滑油油油+混合溶

19、剂混合溶剂蜡蜡RO组件组件油油+混合溶剂混合溶剂混合溶剂混合溶剂:甲苯甲苯+丙酮丙酮润滑油润滑油图图2-9溶剂脱蜡溶剂脱蜡第43页/共71页The operating principle of MARS for recovery of phenolic compounds酚和芳香族物回收酚和芳香族物回收图图2-10电磁阀电磁阀萃取级萃取级盐水相盐水相产物产物出口出口进口进口回收级回收级萃取液萃取液第44页/共71页汽油的回收汽油的回收加油泵加油泵真空泵真空泵回汽管回汽管膜组件膜组件油槽油槽电磁阀电磁阀进气阀进气阀排气阀排气阀呼吸管呼吸管图图2-11第45页/共71页第46页/共71页第47页/

20、共71页图图3-1 1000m3/d电镀镍电镀镍漂洗水膜法资源化工程漂洗水膜法资源化工程一级和二级膜一级和二级膜浓缩装置浓缩装置三级膜浓缩装置三级膜浓缩装置第48页/共71页第49页/共71页图图3-2 超滤回收电泳漆超滤回收电泳漆UF电泳槽漂洗槽UF电泳槽漂洗槽第50页/共71页对低渗油田回注水需求量大，全国每年要数亿吨对低渗油田回注水需求量大，全国每年要数亿吨。回注水中油、悬浮物、颗粒大小和细菌等有严。回注水中油、悬浮物、颗粒大小和细菌等有严格要求，如含油格要求，如含油5mg/l，悬浮物，悬浮物1mg/L，颗，颗粒粒2m在在80%以上，细菌以上，细菌100个个/mg等。等。对油田含油污水多

21、用超滤法。对油田含油污水多用超滤法。第51页/共71页图图3-3原水或含油污水原水或含油污水油回收油回收（旋流（旋流，重力重力斜斜板隔油、聚结分离板隔油、聚结分离.）过滤过滤（双滤料、纤维（双滤料、纤维球、活性炭球、活性炭.）絮凝沉降絮凝沉降微滤或超滤微滤或超滤气浮气浮微生物降解微生物降解(MBR)NF/RO水再用水再用油田含油污水处理参考流程油田含油污水处理参考流程高级氧化高级氧化第52页/共71页钢厂废乳化液净化处理，钢厂废乳化液净化处理，300 m3/d图图3-4第53页/共71页生物活性生物活性炭滤塔炭滤塔电絮凝电絮凝反应池反应池多介质多介质过滤器过滤器高效纤高效纤维过滤维过滤一级加一

22、级加压泵压泵精密精密过滤器过滤器超滤膜超滤膜装置装置二级二级加压泵加压泵反渗透反渗透装置装置加碱加碱加酸加酸达标污水达标污水出水去脱盐水站出水去脱盐水站现有预处理工艺现有预处理工艺膜试验工艺膜试验工艺杀菌消杀菌消毒毒图图3-5 3-5 中石化济南分公司污水深度处理中试中石化济南分公司污水深度处理中试 第54页/共71页废酸废酸再生酸再生酸稀废酸稀废酸纯水纯水渗析膜渗析膜图图3-6 渗析法回收废酸渗析法回收废酸第55页/共71页废水预处理光催化反应器过滤处理后的产水催化剂回收图图 3-7第56页/共71页第57页/共71页图图 3-8A.A.常规法：污水常规法：污水初级澄清初级澄清活性污泥活性污泥二级澄清二级澄清石灰软化石灰软化澄清澄清脱水脱水污泥消化污泥消化B.B.常规膜法：污水常规膜法：污水预处理预处理初级澄清初级澄清活性污泥活性污泥二级澄清二级澄清MF/UFMF/UFRORO产水产水脱水脱水污泥消化污泥消化C.C.浸没式膜法：污水浸没式膜法：污水预处理预处理污泥脱水污泥脱水气提气提重碳酸化重碳酸化砂滤砂滤GACGAC吸附吸附RORO产水产水RO浸没式膜组件产水产水第58页/共71页One kind of MBRMBR图图 3-9第59页/共71页 45,425 m3/d 处理量处理量,占地仅占地仅2