反滲透海水淡化在線水質(zhì)分析儀表選型

牛麗婷

(天津華新鼎盛科技有限公司，天津 300384)

1 前言

隨著全世界范圍內(nèi)水資源短缺形勢的加劇，海水淡化水作為一種非常規(guī)水資源，逐步被沿海國家接受并受到前所未有的重視。近十年來，為解決全國沿海及海島地區(qū)的水資源短缺問題，國內(nèi)陸續(xù)建設(shè)了大量海水淡化工程。截至2017年底，全國已建成海水淡化工程136個，工程規(guī)模118.9萬t/d，分布于沿海9個省市。我國海水淡化技術(shù)主要分為反滲透法、低溫多效蒸餾法兩種，其中反滲透技術(shù)的市場占有率約為68.4%[1]，反滲透海水淡化技術(shù)在相當長一段時間內(nèi)仍是海水淡化主流技術(shù)。

反滲透海水淡化工藝流程較長，反滲透膜對進水水質(zhì)要求又相當嚴格，水質(zhì)分析儀表的合理配置與選型對于反滲透海水淡化系統(tǒng)的安全可靠運行起到了非常重要的作用。

2 反滲透海水淡化工藝流程簡述

反滲透海水淡化技術(shù)，其原理是在外加壓力驅(qū)動下，水通過半透膜進入膜的低壓側(cè)，而海水中的鹽分被阻擋在膜的高壓側(cè)，并從濃縮端排出，從而達到鹽與水有效分離的目的。反滲透海水淡化技術(shù)主要是利用反滲透膜的選擇透過性實現(xiàn)從海水中制取淡水。反滲透海水淡化技術(shù)具有投資少、能耗低、規(guī)模靈活等優(yōu)勢。

完整的反滲透海水淡化工藝流程包括取水、預(yù)處理、脫鹽、后處理和輸配等工藝單元，如圖1所示。由于反滲透膜對進水水質(zhì)要求非常嚴格，從始端取水到末端輸配都需要對水質(zhì)進行嚴格的監(jiān)測和管控。目前，國際上反滲透海水淡化技術(shù)正朝著大型化、智能化、低碳化的方向發(fā)展，對海水淡化過程的水質(zhì)分析與監(jiān)測提出了更高要求。

圖1 反滲透海水淡化工藝流程圖Fig.1 Process flow chart of reverse osmosis desalination

3 反滲透海水淡化系統(tǒng)基本在線水質(zhì)監(jiān)測項目

反滲透海水淡化是以海水為原料制造淡水的過程，水質(zhì)控制貫穿于海水淡化的全部流程單元。對于實際的海水淡化系統(tǒng)，必須配備必要的在線水質(zhì)分析儀表，實時監(jiān)測必要的水質(zhì)項目，以保證系統(tǒng)在期望的狀態(tài)運行。

根據(jù)HY/T 074-2018《反滲透海水淡化工程設(shè)計規(guī)范》、GB/T 50619-2010《火力發(fā)電廠海水淡化工程設(shè)計規(guī)范》等規(guī)范的有關(guān)規(guī)定，結(jié)合國內(nèi)外實際海水淡化工程的儀表配置設(shè)計，總結(jié)反滲透海水淡化系統(tǒng)的基本在線監(jiān)測項目如表1 所示。

表1 反滲透海水淡化系統(tǒng)基本在線水質(zhì)監(jiān)測項目Tab.1 Basic online water quality monitoring project of reverse osmosis desalination

注：●表示必要監(jiān)測項目，○表示可選監(jiān)測項目

3 反滲透海水淡化水質(zhì)分析儀表選型要點

3.1 電導(dǎo)率儀

電導(dǎo)率(electrical conductivity，EC)反映了電解質(zhì)溶液傳導(dǎo)電流的能力，用于間接表征水溶液中鹽分或離子的含量。海水淡化的原海水電導(dǎo)率通常在49 mS/cm左右，海水淡化產(chǎn)品水電導(dǎo)率通?！? 000 μS/cm。反滲透海水淡化工程中用到的在線電導(dǎo)率儀主要分為兩類，反滲透膜前用的電導(dǎo)率儀是海水型電導(dǎo)率儀，其測量范圍宜選1 mS/cm～200 mS/cm；反滲透膜后的電導(dǎo)率儀是淡水型電導(dǎo)率儀，其測量范圍宜選0 mS/cm～10 mS/cm。

3.2 濁度儀

濁度反映了水中懸浮物對光線透過時所發(fā)生的阻礙程度，用于間接表征水溶液中懸浮物的含量。我國海岸線較長，不同海域海水濁度差異很大，其中舟山海域海水濁度最高時超過300 NTU。反滲透海水淡化產(chǎn)品水濁度通?！? NTU。海水淡化工程中用到的在線濁度儀主要選用低量程濁度儀，測量范圍宜選0 NTU～100 NTU。當原海水水質(zhì)屬于高濁海水時，可選用中高量程濁度分析儀，其量程范圍宜選0 NTU～1 000 NTU。

3.3 SDI儀

污染指數(shù)(silt density index，SDI)反映了水中污染物對液體分離膜的污染程度，用于間接表征水中膠體、懸浮物、金屬氧化物及有機物等含量，是評價反滲透給水水質(zhì)的一項重要指標。反滲透海水淡化過程中，通常要求反滲透膜進水SDI≤5[2]。國內(nèi)外SDI儀采用的測試方法是基于美國材料與試驗協(xié)會(American Society for Testing and Materials，ASTM)發(fā)布的標準，即ASTM D4189-07。目前，市場上的SDI儀主要分為兩類，一類是屬于半自動在線測量，即每次測試前需要手動更換過濾頭并啟動測量；另一類是屬于全自動在線測量，即每次測試前無需任何手動操作，但測量周期通?！?.5 h。根據(jù)測量過程中間隔時間的不同，SDI分為SDI5、SDI10和SDI15，對應(yīng)的間隔時間分別是5 min、10 min和15 min，其中SDI15應(yīng)用最為廣泛。SDI儀選型時，通常選用的量程范圍為0～6(SDI15)。

3.4 ORP計

氧化還原電位(oxidation-reduction potential，ORP)反映了水溶液的電化學(xué)特性，用于間接表征反滲透給水的氧化還原性能，是評價反滲透給水水質(zhì)的一項重要指標。在反滲透海水淡化系統(tǒng)中，為避免上游管路設(shè)備被微生物污染，要求在取水端進行加氯殺菌。但反滲透膜的分離層由芳香聚酰胺高分子材料構(gòu)成，其耐氧化性較差，反滲透給水在進入膜前必須消除余氯。為監(jiān)測反滲透給水中的余氯含量，通常選用ORP作為替代參數(shù)進行監(jiān)控。反滲透給水的ORP值通?！?300 mV。ORP計選型時，通常選用的量程范圍為-2 000 mV～+2 000 mV。

3.5 pH計

pH值定義為水中氫離子活度的負對數(shù)，用于表征水體酸堿性的強弱。原海水的pH值比較穩(wěn)定，一般在7.8～8.1之間，其中標準海水pH值為8.1。反滲透海水淡化系統(tǒng)中控制pH值的主要目的是控制膜前的結(jié)垢污染和膜后產(chǎn)品水的腐蝕性。海水淡化產(chǎn)品水的pH值通常在5.5～7.0之間，呈弱酸性，用于市政供水時必須進行堿度調(diào)節(jié)。pH計選型時量程固定，選用的范圍為0～14。

3.6 余氯儀

余氯定義為水體中以次氯酸、次氯酸鹽和單質(zhì)氯形式存在的氯，用于表征水的消毒效果。反滲透海水淡化系統(tǒng)中，需要設(shè)置余氯監(jiān)測點的位置有兩處，一處位于預(yù)處理單元，另一處位于后處理及輸配單元。在海水淡化預(yù)處理管線內(nèi)，為抑制微生物生長繁殖，需要保持0.5 mg/L～1.0 mg/L的余氯濃度。在海水淡化后處理管線內(nèi)，為保證消毒效果，按照GB5749-2006《生活飲用水衛(wèi)生標準》，要求與消毒劑接觸30 min后出廠水中的余氯濃度≥0.3 mg/L。海水淡化預(yù)處理單元中的余氯儀通常用ORP計替代，海水淡化后處理系統(tǒng)中的余氯儀不宜用ORP計替代。余氯儀選型時，通常選用的量程范圍為0 mg/L～5.0 mg/L。

4 海水淡化分析儀表選型注意事項

(1)海水介質(zhì)環(huán)境相對惡劣，其中含有大量氯離子，極易引起金屬材料腐蝕，這在海水淡化水質(zhì)分析儀表選型時，需要引起足夠重視。

(2)凡是與海水直接接觸的材料應(yīng)優(yōu)先選用非金屬材質(zhì)，當無非金屬材質(zhì)可以替代時，需選用雙向不銹鋼或是，特種合金等耐腐蝕金屬材質(zhì)。

(3)海水淡化工程地點處于海岸線附近，海水淡化在線水質(zhì)分析儀表的應(yīng)用環(huán)境比內(nèi)陸嚴苛，儀表選型時應(yīng)注意考慮防鹽霧腐蝕、防潮等因素。

(4)海水淡化取水、預(yù)處理單元所用儀表需要考慮長期使用過程中海洋生物附著可能產(chǎn)生的風(fēng)險。

5 結(jié)語

目前，反滲透海水淡化在線水質(zhì)分析儀表應(yīng)用中存在的主要問題是儀表可靠性較差，大多數(shù)水質(zhì)分析儀表仍選用的是自來水廠或污水廠所用的常規(guī)儀表，不是針對海水淡化廠研發(fā)的儀表，根據(jù)國外海水淡化長期發(fā)展經(jīng)驗，海水淡化水質(zhì)分析儀表將逐步走向?qū)I(yè)化。此外，隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)的發(fā)展，對海水淡化水質(zhì)分析儀表智能化的要求會越來越高。因此，建議國內(nèi)水質(zhì)分析儀表廠商加大研發(fā)力度，加快在海水淡化水質(zhì)分析儀表專業(yè)化、智能化領(lǐng)域布局，以提升國內(nèi)海水淡化產(chǎn)業(yè)競爭力。