反滲透海水淡化系統(tǒng)改善措施探究

摘 要：海水淡化工程相對(duì)來說耗資巨大，工藝復(fù)雜，是關(guān)乎民生的重要工程。就反滲透海水淡化系統(tǒng)而言，傳統(tǒng)的淡化系統(tǒng)已經(jīng)跟不上新時(shí)代對(duì)水資源的需求，如何使海水淡化系統(tǒng)更好地合理利用水資源就成為了相關(guān)人員需要研究的重大課題?；诖?，本文就反滲透海水淡化系統(tǒng)改善措施做了簡(jiǎn)單探討。

關(guān)鍵詞：反滲透；海水淡化系統(tǒng)；改善措施

中圖分類號(hào)：P747 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）14-0339-01

引 言

隨著中國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，雖然我國(guó)反滲透海水淡化系統(tǒng)各項(xiàng)功能已經(jīng)有了明顯改善，但是現(xiàn)階段依然存在很多問題亟待解決。海水淡化工程水資源系統(tǒng)是系統(tǒng)性和綜合性的系統(tǒng)，與多方面因素都有緊密聯(lián)系。

1 反滲透海水淡化技術(shù)

在海水淡化過程中，與蒸餾法相比，反滲透海水淡化技術(shù)溶質(zhì)與溶劑分離不發(fā)生相變。反滲透海水淡化技術(shù)屬于物理脫鹽方法，它是利要高壓泵將海水加壓，高壓海水通過反滲透膜分離溶劑與溶質(zhì)的分離技術(shù)。經(jīng)過預(yù)處理的海水通過高壓泵加壓，使給水側(cè)壓力高于滲透壓強(qiáng)從而使原水中的水分子滲透到膜的另一側(cè)，以達(dá)到除去水中無機(jī)鹽的目的，從而在低壓端獲得淡水，淡水通過后處理后進(jìn)入管網(wǎng)提供給用戶。在實(shí)踐中，反滲透海水淡化技術(shù)的系統(tǒng)具有設(shè)備較為簡(jiǎn)單、無相變過程、制水能耗較低、工程建造周期短及備維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，使得反滲透海水淡化技術(shù)發(fā)展十分迅速，到21世紀(jì)初期，反滲透海水淡化技術(shù)的市場(chǎng)占有率已達(dá)45%以上，已成為現(xiàn)階段海水淡化最流行的和最經(jīng)濟(jì)的技術(shù)?，F(xiàn)階段，在沿海地區(qū)，反滲透海水淡化技術(shù)的推廣依然受到限制，該技術(shù)制水成本仍然相對(duì)較高、能耗指標(biāo)仍然相對(duì)較高。由此可知，海水淡化領(lǐng)域研究的重要課題就是反滲透海水淡化系統(tǒng)的產(chǎn)水能耗。

2 反滲透海水淡化系統(tǒng)優(yōu)化措施

2.1 優(yōu)化反滲透海水淡化系統(tǒng)

反滲透海水淡化系統(tǒng)根據(jù)工序的不同可分為四個(gè)部分：預(yù)處理系統(tǒng)、高壓給水系統(tǒng)、膜組件、后處理系統(tǒng)。反滲透海水淡化系統(tǒng)如圖1所示。

2.1.1 預(yù)處理系統(tǒng)

在實(shí)踐中，海水中存在大量硫酸鹽、硅酸鹽等難溶于水的鹽、泥沙，真菌、霉菌、藻類等微生物以及其他雜質(zhì)。如果未經(jīng)預(yù)處理的海水直接通過膜組件，這些污染物將會(huì)直接被半透膜膜體截留，致使膜體短時(shí)間內(nèi)受到嚴(yán)重污染，甚至產(chǎn)生損害，破壞膜系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，將導(dǎo)致頻換更換膜組件，造成經(jīng)濟(jì)成本過高。因此，考慮到系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，防止膜組件系統(tǒng)被快速污染甚至被破壞，造成膜組件更換頻繁，使經(jīng)濟(jì)成本過高，在海水在進(jìn)入在膜組件前，相關(guān)人員必須進(jìn)行相應(yīng)嚴(yán)格有效的預(yù)處理工藝，以保護(hù)膜組件及整個(gè)系統(tǒng)安全有效的運(yùn)行。比如，工程預(yù)處理系統(tǒng)按工序及作用的不同可分為二級(jí)和一級(jí)預(yù)處理系統(tǒng)。其中，一級(jí)系統(tǒng)主要包括預(yù)處理斜管沉淀池、清水池、絮凝沉淀池、加藥系統(tǒng)、無閥過濾池等。一級(jí)系統(tǒng)的作用是除去傷害膜組件的、對(duì)膜組件產(chǎn)生嚴(yán)重污染的有害物質(zhì)，比如海水中的懸浮有機(jī)物、細(xì)菌、微生物、泥沙、膠體等。

2.1.2 高壓給水系統(tǒng)

在實(shí)踐中，高壓給水系統(tǒng)主要由三個(gè)部分組成：增壓泵、高壓泵、能量回收裝置，是反滲透海水淡化工程的主要能耗模塊。高壓泵是反滲透海水淡化系統(tǒng)的主要能耗部件，反滲透過程的水分子通過滲透膜的驅(qū)動(dòng)力是由高壓泵來提供，高壓泵是反滲透海水淡化工程高壓給水系統(tǒng)的心臟。高壓泵的電耗占高壓給水系統(tǒng)能耗的90%以上，占制水成本的70%以上，因此當(dāng)反滲透海水淡化系統(tǒng)中膜組件已經(jīng)選定的情況下，海水淡化高壓泵的效率、運(yùn)行方式將直接決定反滲透海水淡化系統(tǒng)的能耗指標(biāo)。能量回收系統(tǒng)是高壓給水系統(tǒng)的另一重要組成部分。在實(shí)踐中，海水經(jīng)過膜系統(tǒng)后所得的濃水仍然具有很高的壓力，如果系統(tǒng)不能將這部分濃海水中的能量加以回收利用的話，將造成極大的能量浪費(fèi)。使用能量回系統(tǒng)將這部分濃海水中的能量加以回收利用，可有效的降低系統(tǒng)的總能耗，從而極大降低單位產(chǎn)水能耗。另外，能量回收裝置采用ERI的PX能量回收裝置，該裝置在膜組件因老化、污染，海水溫度波動(dòng)和鹽度波動(dòng)等外部因素影響系統(tǒng)回收率的情況下，該裝置的回收效率也能基本保持不變。

2.1.3 后處理系統(tǒng)

為防止淡化水直接進(jìn)入輸水管網(wǎng)，使反滲透海水工程所產(chǎn)淡水水質(zhì)達(dá)到生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)而造成黃水現(xiàn)象，相關(guān)人員要對(duì)反滲透海水淡化工程所產(chǎn)淡水進(jìn)行后處理。實(shí)踐證明，具有自適應(yīng)功能的“CO2+CaCO3”淡化水礦化調(diào)質(zhì)工藝可以有效解決淡水硬度和堿度等過低的問題。某工程首創(chuàng)了具有自適應(yīng)功能的“CO2+CaCO3”淡化水礦化調(diào)質(zhì)工藝，通過管網(wǎng)，經(jīng)過后處理的淡水將淡水輸送給用戶使用，保證人們的正常用水需求。

2.2 考慮多重外界因素

反滲透膜組件對(duì)溫度的變化極其敏感，海水溫度一天內(nèi)的波動(dòng)范圍較大，且不同季節(jié)日變化溫度范圍也不同，如果在運(yùn)行過程中不能及時(shí)調(diào)節(jié)高壓泵的運(yùn)行工況點(diǎn)，不僅會(huì)造成反滲透海水淡化系統(tǒng)產(chǎn)水能耗的上升，且會(huì)加速膜組件的污染，造成能量的浪費(fèi)及膜組件更換頻繁，從而導(dǎo)致產(chǎn)水費(fèi)用增加，甚至?xí)斐僧a(chǎn)水水質(zhì)下降，因此，相關(guān)部門有必要對(duì)高壓泵進(jìn)行季節(jié)日優(yōu)化運(yùn)行。為了解決反滲透海水淡化高給水系統(tǒng)季節(jié)日優(yōu)化運(yùn)行問題，相關(guān)部門需要在已知每日產(chǎn)水計(jì)劃前提下，考慮季節(jié)日溫度的變化及峰谷電價(jià)影響，確定高壓泵的調(diào)速比，獲得各時(shí)段高壓泵最優(yōu)操作壓力下的最優(yōu)給水流量，使系統(tǒng)產(chǎn)水能耗最低或產(chǎn)水費(fèi)用最小。

3 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)代社會(huì)對(duì)水資源的需求量比較大，社會(huì)對(duì)于海水淡化工程的效率及質(zhì)量等有了更高的要求。為滿足社會(huì)發(fā)展需求，相關(guān)部門一定要注重反滲透海水淡化系統(tǒng)運(yùn)行水平和效率的提高，以提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益，順應(yīng)我國(guó)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略要求。

參考文獻(xiàn)

[1]鄭建波.反滲透海水淡化高壓給水系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化研究[D].江蘇大學(xué)，2017.

[2]周 婷.基于反滲透方法的新能源海水淡化系統(tǒng)研究[D].上海海洋大學(xué)，2016.

[3]王小龍.大型反滲透海水淡化工程優(yōu)化調(diào)度方法研究[D].杭州電子科技大學(xué)，2015.

收稿日期：2018-4-15