海水淡化工程淡化水后處理研究

秦承歡

摘 要：文章圍繞海水淡化工程中，淡化水的后處理進(jìn)行了研究，分析了淡化水的水質(zhì)特征及其對市政管網(wǎng)系統(tǒng)的影響，介紹了淡化水后處理的方法原理，最后對海水淡化水后處理工程提出了一些建議。

關(guān)鍵詞：海水淡化；淡化水；后處理；市政管網(wǎng)

隨著海水淡化在我國的迅速發(fā)展以及淡水資源的日益短缺，淡化水大規(guī)模進(jìn)入供水管網(wǎng)是必然趨勢。據(jù)初步統(tǒng)計[1]，截止2010年底，我國建成并投產(chǎn)的海水淡化裝置總數(shù)為76套，總產(chǎn)水能力55.78萬立方米/年。其中，38套用于市政供水，占總裝置數(shù)的49%。淡化水是非傳統(tǒng)的飲用水源，其純凈度雖然達(dá)到甚至優(yōu)于普通飲用水，但是由于海水淡化過程對水中雜質(zhì)和絕大多數(shù)離子的脫除率很高，在脫除海水中鹽分和有害離子的同時，也脫除了對人體健康有益的成分，更為重要的是未經(jīng)處理的淡化水是腐蝕性水質(zhì)，其硬度、堿度和pH都較低，進(jìn)入市政管網(wǎng)后會腐蝕管網(wǎng)。因此淡化水在入網(wǎng)前，需要進(jìn)行后處理。

1 淡化水的特性

目前，大型海水淡化工程主要有蒸餾法和反滲透法。蒸餾法主要包括MSF和MED兩種方法，MSF和MED得到的淡水水質(zhì)基本一致，含鹽量低，TDS一般小于10mg/L，pH一般在5.0～6.7之間，Cl-，SO42-，F(xiàn)-，HCO3-等含量都非常低，產(chǎn)品水不含細(xì)菌和有害元素。反滲透法的脫鹽率一般可達(dá)99%以上，還能夠截留糖類，氨基酸，細(xì)菌，病毒等物質(zhì)，TDS高于反滲透法所得淡化水，一般為20～500mg/L，pH一般在6.0～7.0之間。

海水淡化工程無論采用蒸餾法還是反滲透法，所產(chǎn)淡化水均有一個共同的特征，那就是礦物質(zhì)含鹽量低，pH呈弱酸性。這樣的水質(zhì)特征顯然與傳統(tǒng)飲用水水質(zhì)有較大區(qū)別，同時也決定了淡化水的腐蝕性[2]。

2 市政管網(wǎng)系統(tǒng)及淡化水入網(wǎng)問題

構(gòu)成市政管網(wǎng)系統(tǒng)最主要的部分是管道，在我國城市供水管網(wǎng)主要品種有：鋼管、鑄鐵管、水泥砂漿內(nèi)襯球磨鑄鐵管網(wǎng)、塑料管等。淡化水進(jìn)入鋼管、鑄鐵管網(wǎng)為主的市政管網(wǎng)系統(tǒng)，帶來的主要問題是“紅水”現(xiàn)象，即水體中鐵離子濃度超標(biāo)，體現(xiàn)在外觀是水質(zhì)發(fā)紅。淡化水進(jìn)入水泥砂漿內(nèi)襯球磨鑄鐵管網(wǎng)為主的市政管網(wǎng)系統(tǒng)，帶來的主要問題是pH值上升。

3 淡化水后處理的方法

海水淡化工程淡化水后處理的方法主要有再礦化法和投加緩蝕劑法。

3.1 再礦化法

再礦化法通過調(diào)節(jié)pH和提高堿度、硬度，以增加水的緩沖能力改善碳酸鹽平衡，增大保護(hù)碳酸鈣垢層在管道內(nèi)壁沉積和壓縮的傾向，降低水的腐蝕性，減小鐵離子等的釋放。再礦化的方法主要有與其他水源混合法、添加藥劑法和溶解礦石法。

3.1.1 與其他水源混合法淡化水與富含礦物質(zhì)的水源混合，可以增加礦物質(zhì)的含量，達(dá)到緩解其腐蝕性的作用。目前，采用淡化水與自來水混合較多，淡化水與自來水混和還有一個非常重要的好處是能夠減輕居民對淡化水的抵觸心里，淡化水屬于新興事物，居民或多或少對其存在著質(zhì)疑，而將其與居民常用的自來水混合，則能夠減輕這種抵觸心里。

3.1.2 添加藥劑法直接在淡化水中添加藥劑，石灰、純堿、小蘇打、氯化鈣和二氧化碳等以改變淡化水水質(zhì)。

添加藥劑法通常將兩種或者幾種藥劑混合使用，其中比較適合大型海水淡化工程的是添加石灰和二氧化碳法。

反應(yīng)方程式：

CO2與石灰聯(lián)用工藝操作安全，運行簡單，所以在大型海水淡化工程中得到了較為廣泛的應(yīng)用，比如在沙特MadinatYanbuAl-Sinaiyah的SWRO裝置和澳大利亞黃金海岸的反滲透海水淡化工廠（12.5×104m3/d）中均采用了這種方法。

3.1.3 溶解礦石法。將淡化水通過盛有礦石的溶解池，通過溶解礦石中的碳酸鈣實現(xiàn)礦化[3]。

礦石材料一般使用石灰石，由于礦石在中性溶液中溶解速率很慢，因此需要在淡化水中添加酸性物質(zhì)來增加酸性，通常使用的是二氧化碳和硫酸。

（1）在淡化水中通入二氧化碳?xì)怏w，酸化的淡化水流經(jīng)裝載石灰石顆粒的床層，與石灰石發(fā)生反應(yīng)。

反應(yīng)方程式如下：

二氧化碳溶解石灰石法的優(yōu)點是：石灰石來源廣泛而且價格低廉，性質(zhì)穩(wěn)定便于存放；缺點是：反應(yīng)速率緩慢，反應(yīng)過程不徹底，會有的多余的二氧化碳?xì)埩粼诘?，需要用氫氧化鈉或者純堿進(jìn)行中和。

（2）在淡化水中添加硫酸，酸化的淡化水流經(jīng)石灰石填料層，與石灰石快速發(fā)生反應(yīng)[4]。反應(yīng)方程式如下：

硫酸溶解石灰石法顯著的優(yōu)點是只需要部分淡化水通過填料層礦化，該部分占全部淡化水的18～45%，礦化后再與剩余的淡化水混合即可。缺點是溶解的鈣離子與堿度的比例是2：1，甚至更大。所以為了保證水質(zhì)穩(wěn)定，使用硫酸溶解石灰石礦化后還需要調(diào)節(jié)堿度[4]。

3.2 投加緩蝕劑法

除了從改善淡化水水質(zhì)穩(wěn)定性的角度來降低其腐蝕性之外，還可以投加緩蝕劑劑來降低腐蝕性。投加緩蝕劑法中緩蝕劑的選擇和用量至關(guān)重要，目前常用的有：磷系、硅系緩蝕劑。

磷系緩蝕劑包括正磷酸鹽、聚磷酸鹽。正磷酸鹽能與多種金屬離子在較寬pH范圍內(nèi)形成幾種難溶的固相物質(zhì)，從而能在鐵管和鍍鋅管上形成保護(hù)層，從而有效控制“紅水”現(xiàn)象的發(fā)生。聚磷酸鹽可與水中的鈣、鎂、鐵等陽離子生成難溶的絡(luò)合物，在金屬管道內(nèi)壁形成保護(hù)膜來緩蝕。硅酸鹽緩蝕劑常用的是水玻璃，其作用機(jī)理是通過延緩溶解性亞鐵腐蝕產(chǎn)物的擴(kuò)散作用，降低其腐蝕產(chǎn)物穿過硅酸鹽保護(hù)膜的速率，從而降低亞鐵被氧化的速率。

3.3 礦化和投加緩蝕劑聯(lián)合法

礦化和投加緩蝕劑也可以聯(lián)合起來使用。米子龍[5]等提出在調(diào)節(jié)淡化水pH，堿度，硬度后投加0.25～0.50mg/L的聚磷酸鹽緩蝕劑，有效的降低管段鐵釋放量并使之趨于穩(wěn)定。汪義強(qiáng)[6]等人提出了投加石灰提高出水pH值和水質(zhì)穩(wěn)定性、進(jìn)一步增投食用Na3PO4緩蝕劑加速管道內(nèi)壁保護(hù)的措施，有效的解決了南方某市的供水管網(wǎng)紅水問題。

4 結(jié)束語

（1）由于固有的工藝特性，海水淡化水具有離子去除率高的特點，但也因此具有穩(wěn)定性差、腐蝕性強(qiáng)的水質(zhì)特征。這樣的水體直接進(jìn)入傳統(tǒng)市政管網(wǎng)，必然但來諸多問題，因此必須進(jìn)行后處理。

（2）淡化水后處理的方法主要有再礦化法和投加緩蝕劑法，其中再礦化方法比較適用于大型海水淡化工程，實際應(yīng)用也比較多。

（3）淡化水的后處理方法的選擇必須綜合海水淡化工程方法和規(guī)模、水源特點、市政管網(wǎng)特點以及經(jīng)濟(jì)實力等多方面因素，根據(jù)實際情況確定最終方法。

參考文獻(xiàn)

[1]王琪，鄭根江，譚永文，等.中國海水淡化工程運行狀況[J].水處理技術(shù)，2011，37（10）：12～14.

[2]王曉玲，徐克，蘇立永，等.蒸餾海水淡化產(chǎn)品水對鑄鐵材質(zhì)腐蝕研究[J].海洋技術(shù)，30（1）：99～102.

[3]王奕陽，申屠勛玉，趙丹青，等.海水淡化后礦化處理工藝[J].水工業(yè)市場，2012.6：58～60.

[4]左世偉，解利昕，李憑力，等.海水淡化水礦化過程研究[J].化學(xué)工業(yè)與工程，2010.27（2）：163～166.

[5]米子龍，張曉健，陳超，等.淡化海水并網(wǎng)供水的管網(wǎng)鐵釋放控制技術(shù)研究[J].中國給水排水，28（19）：37～40.

[6]汪義強(qiáng)，張金松.利用石灰與Na3PO4緩蝕劑改善管網(wǎng)水質(zhì)[J].中國給水排水，2004.20（5）：99～100.