【膜法海水淡化的工艺原理及应用案例探析15000字（论文）】

PAGE30PAGE21膜法海水淡化的工艺原理及应用案例分析摘要海水淡化是通过使用设备进行对海水进行脱盐从而生产出淡水，海水淡化将有助于增加淡水资源的总量，能够减少时间空间及气候环境的影响同时也可以保障沿海居民的生活饮用水和工业中生产补水等的相对稳定。膜法淡化海水则是利用了海水中各个成分物质大小的不同而分离出淡水，海水反渗透（SWRO）淡化是目前一种投资成本最少的进行海水淡化手段，与此同时反渗透膜法也是海水淡化中应用十分广泛的技术。针对海水淡化的现状和发展进展，文中主要介绍了海水淡化及膜法海水淡化的工艺原理和发展现状，如反渗透膜类型，反渗透膜原理等，结合首钢海水淡化厂案例指出膜法海水淡化的发展趋势和方向。在以后的发展进程中，膜相关技术在海水的淡化和利用水资源、发展相关循环经济、扩大清洁生产、改善传统结构、完善节能减排及提高人民生活水平等方面的优势会越来越显著。关键词：海水淡化；膜法；反渗透法；工艺原理；发展趋势目录TOC\o"1-3"\h\u28558绪论 75653第一章海水淡化 964181.1海水淡化的定义 9277951.2海水淡化工艺发展概况 9235711.3主要海水淡化工艺技术 1044051.3.1热法海水淡化工艺 10250501.3.2膜法海水淡化工艺 11284121.3.3热法工艺与膜法工艺对比 127378第二章反渗透海水淡化技术 14236322.1反渗透技术的发展概况 14104372.2渗透与反渗透 14124912.3渗透压概念与计算 15261022.4反渗透膜 16241782.4.1反渗透膜的分类 16281552.4.2反渗透膜的原理 16208872.4.3反渗透膜用于海水淡化的特点 1714476第三章首钢海水淡化厂案例分析 18135673.1海水淡化工艺流程 18142413.2海水淡化预处理工艺 18255973.3海水淡化厂案例意义 1911661第四章最新膜法海水淡化技术的发展趋势 21252524.1预处理工艺的优化 21217604.2关键设备的不断改进 21133684.2.1高压泵的优化 22292084.2.2能量回收装置的不断改进 22272774.3反渗透膜的优化 23237794.3.1创新膜的生产工艺 23237944.3.2提升膜的性能 24227834.3.3膜清洗、除污和消毒 24112244.4新能源的应用 2527456结论 26注释…………………………32参考文献……………………33绪论研究背景缺水已逐渐成为世界性问题，制约社会前进步伐和经济繁荣发展。随着社会的发展和人口的增多，世界各地水资源匮乏问题日趋严重，同时，水资源的过度开发、污染和浪费，进一步深化了水资源短缺问题。根据相关国际组织的预测[注释[]杨家臣,陈素宁,王宁,邓文海.海水淡化工艺及发展趋势[J].广州化工,2012,40(20):46-48+67.注释[]杨家臣,陈素宁,王宁,邓文海.海水淡化工艺及发展趋势[J].广州化工,2012,40(20):46-48+67.目前来看，海水淡化作为一种有效途径和可持续发展的路径，受到许多发达及发展中国家的持续关注和重视，能在很大程度上解决缺水问题和缓解缺水现状，对于沿海城市来说海水淡化也是一种及时补充水源的重要手段。地球表面的四分之三是被水覆盖的，其中的96.5%都是海水，但是由于含盐量过高，所以不能被直接加工利用，可供人们选择和利用的淡水资源大约占比0.26%。依托海水淡化技术可以将更多海水转化为可利用的水资源，海水淡化技术不会轻易受到时空与气候的影响，同时海水淡化装置占地面积较小，安装工程较为简单，适用于各种环境，可以有效的缓解水资源短缺的现状。海水淡化的技术相对成熟，拥有丰富的海水资源，相对来说是目前解决缺水问题的最佳方案。各国为了避免水资源短缺问题的进一步加深加大对海水问题的关注力度，世界上有越来越多的国家在大力发展海水淡化技术，随着水资源短缺的日益严重，海水淡化技术可以极大地促进经济发展和社会稳定。海水淡化中的脱盐技术日益完善，可将废水转化为可用水，除技术可支持外海水淡化的成本也逐渐降低，而生产用水的成本居高不下，所以在经济方面具有一定的竞争力。我们可以相信，海水淡化技术未来在各国的发展前景一片向好。综上来看，海水资源的研究对缓解水资源问题至关重要。研究意义我国的沿海城市多，拥有丰富的海水资源，有着得天独厚的优势，充分利用海水资源有助于发挥我国水资源储量丰富的优势。海水淡化是最直接也是最有效的方法，是解决水资源的匮乏问题的关键一步。在过去数十年的发展中，我国已经初步形成海水淡化的相关产业，海水淡化工艺在沿海城市的发展时间较早，具备一定规模和收益量，但是相对比其他产业，海水淡化的设备技术算不上完善，发展进程算不上快速，发展过程中还面临着许多需要解决的问题。然而随着科技的发展，规模化产业的不断升级，在今后形成更高吨级的淡水规模已是大势所趋，我国需要不断更新科学技术以此满足海水淡化需求。然而纵观国内外发展现状趋势，与国际先进海水淡化工艺水平相对比，无论是在原料、环节和技术的开发，还是相关法律法规都存在一定差距。海水淡化拥有热法、膜法两种工艺，淡化海水过程较为复杂，因为海水的含盐量比较高，对水处理设备有较大的腐蚀性，技术要求也相对较高，目前热法工艺使用较为广泛，膜法工艺作为新兴技术，因为其明显优势正逐步占据广阔市场，受到市场的青睐。在膜法海水淡化过程中，是通过压力将淡水与盐分离析出，其过程不发生化学变化，有利于减少环境污染和节约能源，耗能低是反渗透膜法海水淡化的一大明显优点，对于降低成本有很大的意义。利用膜法的方法进行海水淡化安装的设备较为简单，且容易管理和维修，膜法依据其优势将会占据市场中主导地位，成为海水淡化最广泛的使用方法。因此，膜法海水淡化的研究对于我国缓解水资源紧张的现状具有深远的影响和意义，通过本文的研究与介绍，会进一步了解膜法海水淡化的工艺流程与优势，为膜法海水淡化的发展提出相关解决措施。第一章海水淡化海水淡化就是利用海水脱盐方式生产出淡水。科研机构不断进行水淡化的研究，利用物理和化学研究方法不断更新改进海水淡化技术，为生产生活提供可用水资源，极大便利人民日常生活、工业生产和改善水资源短缺问题。1.1海水淡化的定义海水中有大量盐分故而不能被日常生活和工业生产直接利用，去除海水中的盐分产生淡水的过程称为海水淡化，海水淡化技术通俗来讲就是海水脱盐技术。海水淡化主要有两种方法，即：热法(蒸馏法)、膜法(反渗透法)。海水淡化的原理就是离析出海水中盐的过程，如今海水淡化的方法已经可以应用于实际,利用海水淡化的方法可以满足日常的生产生活并实现量产化。1.2海水淡化工艺发展概况将海水资源转化为淡水资源是人类一直以来的美好愿望，但因为受限于技术，经济等方面而难以实现。早在400多年以前，英国王室就曾提出有关海水淡化的问题，但海水淡化首次出现则在19世纪；第二次世界大战的爆发促进了脱盐技术的发展进步，但仍有其局限性；进入20世纪后，随着水资源危机问题的加剧影响海水淡化技术更是迈进了快速发展的阶段。在1950年之后，美国认为石油危机之后的下一步就是水资源危机，充分意识到水资源的重要性和必要性。1970年开始对反渗透膜的进行实用性研究，1960年到2015年的年淡化水的产量从8000m³/d变化为86400000m³/d,其增长速度是其它产业难以媲美的，1990年后，由于反渗透膜性能的优势日益突出，因此，反渗透海水淡化已成为最经济、最划算的海水淡化方式。根据国际脱盐协会(IDA)的数据[[]张一兰,罗浩,戴日成,沈海滨.海水淡化产业现状及未来发展[J].世界环境,2012(02):74-75.]，截止到2009年末，全球已有150多个国家和地区开始利用海水淡化技术，全球建有的脱盐工厂已经有1.4451万个，合计的每日产水量约有6000万吨。海水淡化不仅在电力行业得到应用更是在石化、钢铁等行业得到普遍的应用，其中作为电力的企业通过海水淡化的方式将淡化水用于电站的锅炉用水就约占全国海水淡化相关总量的65%。2017年初，国家发改委、国家海洋局提出了一个新的目标：在“十三五”规划的末期，我国海水淡化总的规模量将预期达到220万吨/天以上，作为[]张一兰,罗浩,戴日成,沈海滨.海水淡化产业现状及未来发展[J].世界环境,2012(02):74-75.1.3主要海水淡化工艺技术目前，世界上的海水淡化技术多种多样，比较常用的有反渗透、低温多效、多级闪蒸、电渗析、压缩空气蒸馏、新能源海水淡化等20多种。在人类的历史进程中人类对海水淡化不断地进行尝试，于1960年后海水淡化技术趋于成熟。在海水淡化发展的过程中，从大角度来看，主要分为热法和膜法两种，膜法和热法因为其便利性、可行性优势所在，所以在众多海水淡化技术中脱颖而出，成为了最主要的两种海水淡化方式。反渗透法是膜法的主要技术之一，逐步在国际海水淡化技术中提升影响力，根据中国市场的调研报告可以得出截止2018年在海水淡化技术中反渗透法将占比65%，对反渗透法的应用使亟待解决水资源的问题得到有效缓解。1.3.1热法海水淡化工艺（1）多级闪蒸法多级闪蒸技术于1950年提出此后各学界不断对其进行研究。闪蒸，即是通过将海水加热，从而达到一定的温度，导进至闪蒸室的容器中，控制室内气压，使海水迅速蒸发，多级闪蒸技术以此为基础，整个多级闪蒸系统由多个相连的闪蒸室组成，每个闪蒸室可独立净化。海水预热后依次流过多个闪蒸室进行逐级蒸发，逐级降温，直至最后将海水盐度降至最低，各个闪蒸室内的冷凝水作为产品取出。自从多级闪蒸技术出现以来，其占据了海水淡化市场的大部分份额，主要适用于沿海国家的大型海水淡化厂，一般将其作为水电联产进行使用。多级闪蒸法工艺技术较为成熟，除为工业提供淡化水外，也可为居民提供日常生活用，其优势在于设备结构简单，对海水预处理的要求低，同时具有高热效、大容量、优水质。但多级闪蒸也存在缺点：工程成本高、耗能高、任务量大，操作技术的容错率低，水质易受污染，设备和管路易结垢腐蚀。（2）低温多效蒸馏工艺我国的低温多效蒸馏始于20世纪60年代。它是世界上最早的海水淡化技术，该法在不超过70℃的蒸发温度下进行，以单效蒸馏为基础进行改进，将多个单效蒸馏器串联起来，一级热源由锅炉产生，然后传入第一级蒸发器中，其余各级的蒸发器的热源均来自于上一级所产生的蒸汽热量，在每一级蒸发器中冷凝为纯净水。该方法能充分利用锅炉产生的热量，降低能耗，形成多效蒸馏。由于这一特点，主要与火电厂结合，规模达1万m³/d,低温多效蒸馏是热法海水淡化中最节能的方法之一。该方法的优点是低温多效蒸馏技术操作温度低，能有效缓解设备腐蚀和结垢，使用寿命较长，建造成本低，采用材料的价格低廉，相同的成本下可以安装更多的传热面积，热效率高，操作弹性大，容错率高，系统安全可靠，产品水质较好。但其设备结构较复杂，成本造价高，运行成本高，安置费用高，装机容量小，设备体积大。（3）压汽蒸馏法压汽蒸馏是利用机械压缩机提高海水温度的一种方法。产生的蒸汽由蒸汽压缩机再次加热，然后返回蒸发器的加热室。它作为二次热源，使蒸发器中的海水继续蒸发，同时降低蒸汽温度，冷凝后得到淡水。压汽蒸馏法一般用于小型淡化过程，其规模小，可将其用在缺水地区进行使用，该技术利用压缩机进行不断地压缩，然后在传入到系统，形成一个较为完善的闭环线路。压汽蒸馏法的操作简单，循环使用的效率较高，能减少传热面的腐蚀和结垢，效率高，由于耐腐蚀，可以使用一些相对价格较低的传热材料，燃料价格也相对较低，因此具有其竞争优势，产品水含盐量低，可以方便后续处理。但蒸汽压缩机也有其缺点它的结构问题突出，成本造价高，不适合应用于大型化工业，后期维护也需要更多的人力和金钱支持。1.3.2膜法海水淡化工艺膜法海水淡化工艺的核心思想是在膜的选择性渗透作用下，将海水分离成淡水和其他盐类。膜分离技术是将特殊的膜引入溶液中，使溶质通过而不通过溶液，从而达到分离的目的。利用膜的选择性渗透性分离溶液中的溶剂和溶质，称为膜分离技术。膜渗透溶质的现象称为透析，而溶液中溶剂能被通过的现象称为渗透。膜分离技术在海水淡化的应用领域中以电渗析和反渗透两种方法最为普遍。（1）电渗析法电渗析法是膜法海水淡化技术的一种，是原理是利用反离子迁移，膜在电位差的不断推动下，进而从溶液中去除离子的一种技术。换句话说，阳离子交换膜只能通过阳离子，而阴离子交换膜只能通过阴离子，两种离子在外加直流电场的影响下分别移动，溶质和溶液分离进而得到淡水。20世纪50年代初，在选择透过性离子交换膜的影响下，电渗析法逐渐开始应用于用于淡化海水。电渗析一般适用于含盐量小的海水淡化。一般来说，大型海水淡化厂不建议使用电渗析。电渗析过程中仅能除去水中的电解质离子，电渗析法运行过程中易生成结垢，这一问题也使得电渗析技术与其它技术相比，略逊一筹。此种方法对膜的污染小，对整体环境也很友好，能耗更少，系统更加方便使用。对于建筑本体的效能最大化发挥优势，举例来说，进出风口方便调节，夏季可方便空气流通，冬季可以增加幕墙保暖度。电渗析法的缺点在于全程都需要大量的化学药剂，所以分离出来的水不能饮用，只适用于工业生产。（2）反渗透法反渗透海水淡化属于一种膜分离技术，是膜法最常使用的一种技术。随着膜的组件改进与完善和能量回收装置的不断效率，反渗透法在海水淡化的应用在近年得到了充分的发展。反渗透技术开始应用于海水淡化是在20世纪50年代，20世纪80年代对复合膜研制进一步加快了反渗透技术的发展，后期的反渗透已经逐步取代多级闪蒸，占据了市场的主导地位。以美洲、欧洲和亚洲三个大洲为例，其海水淡化厂均将反渗透作为第一选择。反渗透法的原理是利用半透膜，它能够在外界的影响下将要分离的水溶液中某些成分选择性的透过，从而实现分离和淡化。在海水的一侧不断地给予压力，海水中的淡水就会不断渗透在半透膜的影响下进入到另一侧，无法饮用的水就会留在原来的一方，分离出可用水。反渗透中的半透膜优势在于不仅能将海水中的无机盐离子过滤掉对于，还能够将海水中存在的细菌、病毒和各种多余的悬浮物等都能筛掉。因此，其过滤的效率较高，必不可免的是许多被过滤的物质留存在膜上，会对膜造成污染，缩短膜的寿命，膜的更换会加大成本。为解决这一问题，经过科学家的研究发现可以使用预处理技术来改变这一问题的现状，降低成本。在反渗透的利用过程中，所消耗的能源少，工程的建设周期短，工程量小，投资成本低，便于安装，安装灵活，同时装置比较密集，占地较少，操作使用方便简单，利于后期维修。但是反渗透的预处理要求严格，预处理的成本也较高，预处理对水质的要求也比较高。1.3.3热法工艺与膜法工艺对比无论是热法海水淡化技术还是膜法海水淡化技术都属于较为成熟的技术，但是具体哪一种方式更加好需要在经过技术性和经济性对比后确定，经过调查发现，现在在海水淡化市场中占据主导地位的主要有三种技术，低温多效蒸馏法，多级闪蒸法和反渗透法，那么我们就这三种工艺做一个简单对比。表13种主流海水淡化技术的比较对比项目低温多效蒸馏多级闪蒸反渗透成熟度成熟成熟成熟操作温度℃90--120<7015--20进水水质要求中低很高腐蚀度较大大无系统操作弹性小较大大工程量较大大小维护量低中高原料利用率20%--40%12%--25%40%--45%运行寿命/a303015运行成本低最高低总耗能/（kw·h/m³）5.5--910--163--4造水成本/（元/m³）0.8--1.50.7--1.20.5--1.2产品水质TDS(mg/l)5--105--10300--5003种工艺各有所长，但是从经济性的角度来看，反渗透法略胜一筹，而且此法对环境污染较小，符合我国可持续发展战略，而且反渗透法是一种适用于各种环境的海水淡化方式，操作要求较低，而且工程量较小，可以在短期内投入使用，而且反渗透法正在逐步取代其它方法，成为海水淡化发展的主流技术。第二章反渗透海水淡化技术2.1反渗透技术的发展概况反渗透法，又称膜法，与1953年诞生，是一种在压力驱动下将溶剂从溶液中分离出来的膜过程。它使用一种叫做“半透膜”的膜，它允许淡水通过，而不是盐。被称为反渗透的原因在于他违背了自然的渗透，与渗透的方向相反，在几十年过程的发展经历中，我国逐渐掌握了反渗透的海水淡化相关技术，并成为掌握技术的国家之一。使用一种特殊材料制成的半透膜就被称为反渗透膜。我们了解到最为常见的便是中空的纤维和螺旋的缠绕两种。按膜材料或成膜工艺可分为不对称反渗透膜和复合反渗透膜。目前，反渗透膜组件的使用寿命为3-5年。[[]江润霞.海水淡化反渗透膜法工艺的应用[J].山东工业技术,2019(02):48.]反渗透膜本身的性能由膜的质量于功能决定。反渗透的膜在海水淡化中应用中具有良好的节能与高脱盐率。经过长时间的研究，反渗透海水淡化工艺的能量回收设备、高压泵、膜等相关组件不断优化，大大降低了系统整体的能耗。反渗透法海水淡化主要由高压泵和反渗透组件组成。[]江润霞.海水淡化反渗透膜法工艺的应用[J].山东工业技术,2019(02):48.2.2渗透与反渗透（1）渗透现象在了解反渗透之前我们应该先了解什么的渗透现象，与渗透现象相反的就是扩散现象，红墨水滴入清水，所有的水都变为红色，这就是扩散现象。扩散的发生就是溶液与溶剂直接接触。但是当我们将等量的蔗糖溶液与水用薄膜分开，那么不论多久，两侧水位都不会有变化。如果我们将两溶液间的薄膜换为半透膜（如图1所示），过一段时间就会发现水的一侧液面降低，而蔗糖一侧液面升高了，这就说明水通过半透膜进入了蔗糖溶液。这种现象被称之为渗透。渗透就是一种分子通过半透膜的运动。并且由于半透膜的材质不同，可以在不同情况下通过不同的分子。图1（2）渗透产生的原因要想了解渗透产生的原因我们先要了解半透膜。半透膜具有选择透过性。就是半透膜上具有孔隙，当分子直径比孔隙小的时候就可以通过，反之，直径大的分子就不能通过。半透膜在我们生活中随处可见，大到动物、植物，小到细胞，半透膜无处不在。因为半透膜具有选择透过性，所以水分子可以通过半透膜，但是蔗糖分子却不能。由于膜两侧的水分子需要达到一个均衡状态，所以纯水侧的水分子扩散速率大于蔗糖溶液侧，这就导致蔗糖溶液侧的水位不断上升，而纯水侧的液面不断下降。以此类推，当半透膜将两种不同浓度的溶液分隔开来，那么渗透现象必然会发生。（3）反渗透那么由渗透的原理可以得知，反渗透就是将浓溶液中的溶剂转移到稀溶液当中。为了使这个过程可以实现，需要进行外力的干预，在浓溶液上方施加一个大于渗透压的压力，反渗透就得以实现。由于环境需要对系统做功来提供能量，部分机械能的输入会转化为热能并流失到环境中，因此实际的反渗透过程是不可逆的。反渗透原理被广泛应用。例如，在海水淡化过程中，用半透膜将淡水与海水分隔开来，在专用的装置中由专用的高压泵在海水侧施加压力，并且要让这个力大于海水的渗透压。这样，海水中的水分子就会在力的作用下进入淡水，从而可以将海水变为淡水。2.3渗透压概念与计算（1）渗透压的概念渗透压是为了防止渗透的发生所需的最小压力。为了防止渗透的发生，我们需要在浓溶液上方施加一定的压力，让已经扩散的溶剂分子重新回到稀溶液，当半透膜两侧的溶液达到同一高度时，就代表没有渗透的发生，即两侧溶液达到渗透平衡。（2）渗透压的计算范特霍夫公式：对稀溶液而言，渗透压π＝ｃＲＴ式中：π—渗透压（ＫＰａ）；π的大小只与溶质的总摩尔浓度(单位体积的溶质粒子数)有关，与溶质的性质无关。ｃ—溶液中溶质的总摩尔浓度（ｍｏｌ／Ｌ）；Ｒ—通用气体常数，Ｒ＝８．３１４ＫＰａ·Ｌ／ｍｏｌ·Ｋ；Ｔ—热力学温度，Ｋ。由公式可知，渗透压与温度、溶液浓度和渗透系数有关。即使是地球上的海水也会因为海水中不同的温度和离子而改变其渗透压。2.4反渗透膜2.4.1反渗透膜的分类（1）聚四氟乙烯该膜具有广泛的化学相容性，同时有很强的抗腐蚀能力，可以承受强溶剂（如二甲基亚砜，氯仿等）。由于其这个特性，所以其一般用于过滤其它膜不能过滤的溶剂，并且它也可以过滤有机溶液。（2）混合纤维素酯此类膜具有孔径均匀、孔隙率高、无介质脱落、质地薄、阻力低、过滤速度快、吸附容量小等特点。用途：制药行业需要对注射用水和大输液进行热压灭菌，以过滤出颗粒。对于热敏性药物的杀菌，采用分析测定0.45μm滤膜(或0.2)溶液中的颗粒和油不溶性物质，并测定水污染指数。可用于体细胞杂交、线性互补等科研部门预测杂种优势。（3）尼龙膜该膜具有良好的耐热性，可以在121℃的高温蒸汽下坚持30分钟，它的化学稳定性较好，可以承受大部分有机化合物和无机化合物，所以其主要应用于电子产品行业的过滤，同样在食品，化工，医药等方面也要有出色的表现。（4）聚丙烯是一种无粘合剂的膜，无毒且没有味道，更耐酸碱程度。化学性能较为稳定，有耐高温的优势同时能够在高压环境中实现灭菌。他适合制造各种过滤设备，能够折叠相关的滤芯，对于各行各业也可适用，能够应用于食品安全，医疗环境等。2.4.2反渗透膜的原理反渗透技术是一种利用反渗透膜在压力差的作用下，将淡水分离出海水的技术。它的孔径小到仅允许水分子通过，而水中的其它的无机盐与有机物等杂质则不能通过，这样一来，经过就可以得到淡水，而留下的则是含有大量杂质的浓海水。（如图2所示）图22.4.3反渗透膜用于海水淡化的特点第一，反渗透膜的析出率高。反渗透单膜的海水脱盐率高达99%，作为单级的反渗透膜海水析出盐的效率通常来说在在90%以上，作为双极的反渗透膜海水析出盐的效率则在98%以上。第二，反渗透膜的析出率优。反渗透能够高效的去除一些细菌，金属元素和一些无用的微生物，所以脱盐后的水质较为好，也优于其他的方法。第三，反渗透法的保护率高。能够有效的保护好环境，减少对环境的污染力度，同时生产成本低，在制造纯水过程中的人力成本也较低。第四，反渗透膜的稳定性高。较为频繁的波动会引发水质的改变，而反渗透膜能够减少水的波动性，从而保障了水质的稳定性，更加保障了相关水产品质量的稳定性。首钢海水淡化厂案例分析3.1海水淡化工艺流程海水淡化过程中的基本流程是：海水先由深井泵泵入原料池，之后在原料池中加入杀菌剂和凝絮剂，这样一来可以消除大部分的微生物和杂质，之后将粗净化的海水泵入化学加药装置，在装置中加入化学药剂进行进一步净化，之后在经过石英砂和活性炭的过滤，在过滤过程中我们要调节海水的PH值，并同时加入阻垢剂，降低对膜的腐蚀与污染，延长膜的使用寿命。如何将过滤后的海水泵入反渗透装置，在外力的作用下使淡水与海水分离，将得到的淡水放入淡水池进行储存，同时进行进一步的水质调节，同时将含有大量能量的高压浓水在能量回收装置中进行能量回收，用于之后的海水淡化，最终我们剩余的废水经过处理后排放。图33.2海水淡化预处理工艺曹妃甸在每年夏季期间的悬浮物的相关含量值高达到将近400mg/L，而在其它的季节相关悬浮物的含量低至2mg/L左右。首钢京唐公司的海水淡化中的水质中泥沙含量多、同时含盐量较高、水质变化过程中的范围较大等特点。为了不断的提高相应海水淡化的质量和效率，同时做好对海水淡化相关装置的保护，首钢京唐公司通过设置两套头冠海水淡化的预处理装置，在海水淡化装置前选用了沉淀池的澄清工艺，来满足产水水质沉淀物的特点。沉淀池是唯一的有关海水的预处理装置，对沉淀池的要求也较高，需要保持水质的稳定性，工艺的可靠性，能够降低污染物的含量及污浊度，在海水进入装置后，它的出水过程会不断进入后续的单元系统。沉淀池的种类多样，通常是按照结构及形状来进行分类，目前可分为平流、立式、辐射、斜管和斜板等沉淀池。我们国家常用的沉淀池种类为平流沉淀池以及斜板、斜管沉淀池，处理的工艺较长利用混凝，絮凝，沉淀相配合使用。首钢京唐公司的占地相关面积较小、出水过程中的悬浮物的含量不高、根据藻类处理的工艺关键要求，优先选用威立雅集团公司的沉淀工艺中的微砂絮凝。相关的沉淀工艺世界上较为先进的一种水处理的技术。其主要优点如下：（1）产品水质良好。出水悬浮物含量小于10mg/L，除藻效果好，残留化学物质少，沉淀主要依靠微砂，受海水盐度影响较小。（2）海水处理效果稳定。该过程不受温度和盐度的影响，也不受水质和水量变化的影响。（3）运行的过程具有可靠性。该沉淀工艺已广泛应用于地表水处理、海水和高盐度水质等领域，运行效果良好。（4）沉淀池面积小，易清理。（5）系统工作的可靠性高。一般采用刮泥机来进行排泥，配备压缩的设备进行空气清淤，适用于淤泥较多的海水。（6）技术先进。沉淀工艺的效率高于其它的沉淀池10倍以上。（7）运行成本低。只使用少量化学药剂，产品水质好，使用寿命长，易维护。3.3海水淡化厂案例意义首都钢铁集团作为一家钢铁集团，早在2009年的时候首钢就开始对于京唐海水淡化的项目进行了投资。截至到目前，首钢每天进行的海水淡化达到了约5万吨。在2015年首钢海水淡化的项目产水量就1500多万吨，可为企业提供一半的工业用水。随着技术的逐渐成熟，其价格越来越接近城市提供的自来水价格。海水淡化会产生浓盐水，对首钢来说不是废水。首钢变废为宝，以每吨不到一元的价格卖给附近的唐山三友化工有限公司。首钢每天生产近5万吨浓盐水，三年销售浓盐水可赚2亿元。在不到十年的时间里，首钢从一个完全依靠供水的公司，到一个可以独立生产水的公司，这个进步是巨大的，这也代表我国海水淡化技术取得了长足进步。经过淡化的海水工人甚至会直接饮用，在他们看来，淡化水与平时的饮用水没有区别，没有异味也没有海水的苦涩，甚至会在口中留下一丝甘甜。资料显示，首钢海水淡化每吨综合成本为6.3417元，包括设备折旧、人工、电耗、化学耗、维护等；北京市非生活用水价格为9元/吨。海水淡化的成本相对较低。而随着技术的发展，其能耗和成本将越来越低。同时，也能得到政府的支持。因此，可以预见这是未来工业用水的发展方向。由于一期工程取得巨大成功，于是建设了二期工程，并于2018年投入使用。二期工程生产的淡化海水日产量可达15万吨，是一期的3倍。在供应生产用水的同时也为周边城市提供生活用水。同时，二期工程也有了新的目标，在实现95%的国产化率的同时回收90%的余热并加以利用。二期工程建成后，淡化海水将接入北京市政管网，但反渗透膜法淡化的海水属于软水，缺乏人体所需的微量元素。因此，淡化后的海水进入城市后必须进行一系列处理，才能达到用水标准。但这也极大地节约了淡水资源的消耗。这正是首钢每个人的奋斗目标。他们的愿望是淡化海水可以流入千家万户。据了解，三、四期工程也在规划中。建成后，每天可淡化海水280万立方米。如此大量的淡化海水可以为北京及周边城市供水。预计每年可供居民生活用水10亿立方米以上。甚至可以达到南水北调工程的规模。同样首海水淡化可以带来很多好处。首先是经济效益。利用自身淡化的海水，大大降低了生产成本。与三友化学纯碱公司的合作使其获得了很大的利益。二是社会效益。海水淡化是未来发展的方向，为其他企业开辟了道路，起到了很好的示范作用，也得到了国家的大力支持。三是环境效益。随着经济的发展，人们越来越重视环境保护。反渗透海水淡化对环境污染小，浓盐水也得到了应用。结合企业的生产情况，可以将余热供给海水淡化，充分利用资源。第四章最新膜法海水淡化技术的发展趋势4.1预处理工艺的优化国内外的研究现实，想要为膜法渗透海水淡化提供较为方便和优质的预处理，超滤的工艺是首选。作为超滤工艺，它的水平可以去除一些水中的悬浮物体，进而大量降低生物的活性度，超滤能够较好的避免一些反渗透过程中的阻塞和阻碍，进而将反渗透膜进行化学清洗的周期进行延长。采用超滤或微滤作为反渗透预处理的最大障碍是成本高，但近年来这种情况似乎有所改变。国外科学家发现，在综合考虑各种因素的情况下，超滤法比传统的预处理法可节省约2%-7%的成本。了解显示出我国的海水水质不同，有其特殊性质，所以我们将超滤用于电力系统的反渗透海水淡化系统中的预处理过程，并且超滤展现出了良好的净化效果。于是世界各国纷纷尝试这个方法，由于其优秀的运行效果，越来越多的海水淡化厂将超滤用于预处理过程。与超滤具有同样表现的新型技术还有无机陶瓷膜。陶瓷膜按形状分为管状和平面两类陶瓷膜。其作为一种新型膜材料，有良好的耐热性和抗腐蚀性，所以其主要应用于处理强酸或强碱物质。陶瓷膜经加热的氢氧化物(碱)或酸可稳定清洗，因此具有良好的化学稳定性;广泛应用于饮用水净化、废水处理、食品及生物制品过滤等领域。商品化陶瓷膜主要由Al2O3、TiO2、SiO2、ZrO2等组成。由于其膜通量高，耐久性好，有很强的亲水性，不容易拉伸变形，所以在海水淡化方面有其得天独厚的优势，但由于其成本通常高于高分子化合物，因此不能用于温度变化快、温差大的长期热冲击。4.2关键设备的不断改进膜法海水淡化技术虽然已经成熟，但是我们不能止步不前，不能懈怠放松，反而要加快探讨与研究，从而进步优化，尤其是其中一些关键设备还有进步的空间，要把握时机不断优化升级。4.2.1高压泵的优化由于海水淡化的快速发展，高压泵作为其过程中重要的设备，也得到了高速进步。高压泵的品种选择不断多样和型号不断优化升级，同时容量不断扩大、效率也得到显著提高。目前，高压泵主要有三种：（1）往复式的容积泵一般用于额定的流量比较低的状况，通常来说是小于80m³/h的，特点在于效率较高，通常情况下是在85%以上，效率范围大的话就可以对应好流量，从而可以实现不同程度的扬程，就能够促进进程的高效和快速。（2）多级离心高压泵有几种类型：水平中开多级离心高压泵、分段多级离心高压泵和不锈钢冲压泵。[[]高从堦,周勇,刘立芬.反渗透海水淡化技术现状和展望[J].海洋技术学报,2016,35(01):1-14.参考文献[1]谢春.超滤-反渗透在循环冷却塔排污水处理中的应用[J].化工管理,2021(08):50-51.[2]翁晓丹,张希建,张建中,何钦雅,余浩,陈亮,陶如钧.我国反渗透海水淡化能量回收装置研究与应用现状[J].中国给水排水,2021,37(04):11-15.[3]江润霞.海水淡化反渗透膜法工艺的应用[J].山东工业技术,2019(02):48.[4]邱明英.浅析我国海水淡化技术[J].中国环保产业,2018(03):58-60.[5]周华东.RO膜海水淡化技术的现状与展望[J].办公自动化,2017,22(03):16-19.[6]高从堦,周勇,刘立芬.反渗透海水淡化技术现状和展望[J].海洋技术学报,2016,35(01):1-14.[7]张雨山,魏杨杨,曹震,张慧峰,姚颖.反渗透膜的研究进展与展望[J].化学工业与工程,2015,32(05):8-19.[8]樊智锋,李焱,王晓鹏.热膜耦合海水淡化技术现状与展望[J].电站辅机,2013,34(03):9-12.[9]乞炳蔚.反渗透海水淡化系统能量回收装置性能及应用研究[D].天津大学,2012.[10]杨家臣,陈素宁,王宁,邓文海.海水淡化工艺及发展趋势[J].广州化工,2012,40(20):46-48+67.[11]邬晓龄,黄肖容,邓尧.海水淡化技术现状及展望[J].当代化工,2012,41(09):964-966+1002.[12]张一兰,罗浩,戴日成,沈海滨.海水淡化产业现状及未来发展[J].世界环境,2012(02):74-75.[13]李国东,王薇,李凤娟,任强,宿辉.反渗透膜的研究进展[J].高分子通报,2010(07):37-42.[14]冯厚军,谢春刚.中国海水淡化技术研究现状与展望[J].化学工业与工程,2010,27(02):103-109.[15]叶晓琰,许国乐,胡敬宁.反渗透海水淡化高压泵的优化选择[J].水处理技术,2008(09):79-81+91.[16]江海.反渗透膜元件的清洗与再应用[D].天津城市建设学院,2008.[17]高从堦.膜分离技术与水资源和水再用[A].中国膜工业协会、北京工业大学.第三届中国膜科学与技术报告会论文集[C].中国膜工业协会、北京工业大学:中国蓝星（集团）总公司膜科学与技术编辑部,2007:4.[18]卢彦越.反渗透膜法海水淡化过程最优化设计的研究[D].中国海洋大学,2007.[19]解利昕,阮国岭,张耀江.反渗透海水淡化技术现状与展望[J].中国给水排水,2000(03):24-27.[20]S.JiangY.Li,B.P.Ladewig.AreviewofreverseOsmosismemabranefoulingandcontrolstrategies[J].Sci.TotalEnviron,595(2017)567-583.[21]J.M.Rovel.WhyaSWROinTaweelah-Pilotplantressultsdemonstratingfeasi-bilityandperformanceofSWROongulfwater,IDACongress.Sept.28-Oct.3,2003.[22[]高从堦,周勇,刘立芬.反渗透海水淡化技术现状和展望[J].海洋技术学报,2016,35(01):1-14.参考文献[1]谢春.超滤-反渗透在循环冷却塔排污水处理中的应用[J].化工管理,2021(08):50-51.[2]翁晓丹,张希建,张建中,何钦雅,余浩,陈亮,陶如钧.我国反渗透海水淡化能量回收装置研究与应用现状[J].中国给水排水,2021,37(04):11-15.[3]江润霞.海水淡化反渗透膜法工艺的应用[J].山东工业技术,2019(02):48.[4]邱明英.浅析我国海水淡化技术[J].中国环保产业,2018(03):58-60.[5]周华东.RO膜海水淡化技术的现状与展望[J].办公自动化,2017,22(03):16-19.[6]高从堦,周勇,刘立芬.反渗透海水淡化技术现状和展望[J].海洋技术学报,2016,35(01):1-14.[7]张雨山,魏杨杨,曹震,张慧峰,姚颖.反渗透膜的研究进展与展望[J].化学工业与工程,2015,32(05):8-19.[8]樊智锋,李焱,王晓鹏.热膜耦合海水淡化技术现状与展望[J].电站辅机,2013,34(03):9-12.[9]乞炳蔚.反渗透海水淡化系统能量回收装置性能及应用研究[D].天津大学,2012.[10]杨家臣,陈素宁,王宁,邓文海.海水淡化工艺及发展趋势[J].广州化工,2012,40(20):46-48+67.[11]邬晓龄,黄肖容,邓尧.海水淡化技术现状及展望[J].当代化工,2012,41(09):964-966+1002.[12]张一兰,罗浩,戴日成,沈海滨.海水淡化产业现状及未来发展[J].世界环境,2012(02):74-75.[13]李国东,王薇,李凤娟,任强,宿辉.反渗透膜的研究进展[J].高分子通报,2010(07):37-42.[14]冯厚军,谢春刚.中国海水淡化技术研究现状与展望[J].化学工业与工程,2010,27(02):103-109.[15]叶晓琰,许国乐,胡敬宁.反渗透海水淡化高压泵的优化选择[J].水处理技术,2008(09):79-81+91.[16]江海.反渗透膜元件的清洗与再应用[D].天津城市建设学院,2008.[17]高从堦.膜分离技术与水资源和水再用[A].中国膜工业协会、北京工业大学.第三届中国膜科学与技术报告会论文集[C].中国膜工业协会、北京工业大学:中国蓝星（集团）总公司膜科学与技术编辑部,2007:4.[18]卢彦越.反渗透膜法海水淡化过程最优化设计的研究[D].中国海洋大学,2007.[19]解利昕,阮国岭,张耀江.反渗透海水淡化技术现状与展望[J].中国给水排水,2000(03):24-27.[20]S.JiangY.Li,B.P.Ladewig.AreviewofreverseOsmosismemabranefoulingandcontrolstrategies[J].Sci.TotalEnviron,595(2017)567-583.[21]J.M.Rovel.WhyaSWROinTaweelah-Pilotplantressultsdemonstratingfeasi-bilityandperformanceofSWROongulfwater,IDACongress.Sept.28-Oct.3,2003.[22]UnitedNationsReport.NaturalResources/WaterSeries[r].NewYork:1985(14):8,125.（3）高速离心泵适用于小流量情况，泵效率50%~75%。它虽然体积小、但是效率低、噪音高。随着高压泵的不断改进，不断优化升级，可选择的类型也趋于多样，这也就告诉我们要根据实际的情况进行适时和适宜的选择，我们都知道有关反渗透海水淡化相应系统的规模不同，日处理量决定着高压泵中的流量，膜的相关情况及水速等来决定着压力，每个情况都有所差异，所以我们要根据不同的客观情况来选择适合的高压泵。4.2.2能量回收装置的不断改进能量回收在海水淡化过程中占据着重要的地位，它可以极大的帮助我们减少能源的消耗，并同时降低生产成本，它可以将过滤后的高压浓海水中多余的能量进行回收再利用，可以预见能量回收装置的不断优化改进将是及其重要的。反渗透的海水淡化系统一般会选择在5.0~6.0MPa的压力下工作，但是其排放出的海水压力仍然高达4.8~5.8MPa。一般情况下按照40%的水相关回收率来计算的话，浓缩的海水中将会剩下大约60%上下浮动的能量，这毫无疑问是巨大的浪费，所以对能量回收装置的改进将会有利于节约资源，对海水淡化有重要的意义。海水淡化中的能量回收装置主要的方式为水力透平法和动力交换法。一类能量回收装置是最早出现的水力透平法，其是一种利用离心泵的原理，通过将水压能转化为机械能，通过电机从而实现这种能量的传递过程，能够降低能耗同时达到节约成本的目的。动力交换的出现时间是80年代，是一种将高压低压液体进行接触来进行能量的交换，是一种将水压能直接转化为水压能，从而提高回收的效率。海水和浓盐水从两个不同的口进入PX能量回收装置（如图4所示），进行能量转化后，低压的海水变成了高压的海水，其能量转换的效率比水力透平法的转换率提高了1/3左右，经PX能量回收装置的海水降低了能耗，所以自然而然也会降低能量回收的费用。图4我国关于能量回收装置的研究起步相对较晚，能量回收装置的工作开展和研究一般集中在中国科学院、杭州及天津海水淡化研究所，能量的交换是研究的发展方向，目的在于实现产业化、规模化的发展。4.3反渗透膜的优化随着反渗透海水淡化技术的不断发展，反渗透膜技术也在随之进步，反渗透膜技术可以由于可以去除有机物、操作简单便捷，成本低廉合适等优点从而被广泛应用于生活和工农业中。因此，在未来的规划中，作为膜制造商一定要加大创新力度，促进产品性能的优化升级。4.3.1创新膜的生产工艺在有关膜技术的应用中，我们一定要注重好膜材料的选择，它将影响我们的生产及效果。在将来的模式中，作为企业需要加大自主创新的力度，首先要做到增加使用的寿命，降低能耗，创新工艺，更重要的是要拥有责任意识和责任感，真正的响应国家号召，推动高质量发展，实现绿色优先生产。膜生产的企业在主要使用热致相分离法生产聚偏氟乙烯中空纤维超滤膜，通过不断迅速的进行热能交换，聚合物溶液的相分离速率可以提高，进而能够避免相关的膜溶液加入到凝胶化的进程，生物膜的孔缝隙率也能够有所提升，便会使水处理膜发挥更好的性能。这就告诉我们说，作为膜生产企业一定要关注好膜材料的选择，注意区分水处理膜的种类和工艺，要想提高水处理过程中的效率，性质功能相符的膜材料是不可或缺的关键之一。4.3.2提升膜的性能在将来水处理膜技术的发展中，为了有效提高水处理的效率，优化膜的性能是必然的发展趋势。从现阶段水处理膜的发展情况来说，我们应该从以下几个方面来提升膜的性能：首先是要提高膜的抗污染性。由于被净化水中含有大量的微生物与污染物，在长时间的使用过程中水处理膜会被严重堵塞，这就会影响膜的净化效果。针对这一问题，作为膜制造商要想保证效果，就必须阻碍相关的微生物的繁殖和生长，同时要加强膜的通过量，从而提高效率以及使用的寿命，膜