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1、膜技术在海水淡化与综合利用中新进展 摘要：膜技术作为高新技术在化工领域的生产加工、清洁生产、综合利用、节能降耗和废液治理等方面发挥着独特的作用，随着膜技术的不断进步，其在化工领域中发挥的作用会越来越大。文中探讨了膜技术在海水淡化中的新进展，并对膜技术的综合利用进行了说明。关键词：膜技术海水淡化综合利用中图分类号：TB43文献标识码：A文章编号：前言海水淡化作为解决水危机的有效途径之一,已经在许多国家和地区(尤其是海湾国家)得到了广泛的应用。海水淡化的主要方法包括多级闪蒸(MSF)、多效蒸发(MED)和反渗透(RO)等,前两种为蒸馏法,后一种为膜法。由于海水中的硬度、总固溶物和其
2、他杂质的含量均较高,因此海水在进入蒸馏法和膜法淡化装置之前必须经过预处理。预处理可以降低清洗的次数(清洗费用一般占总运行费用的5%～20%)、延长反渗透膜的使用寿命和提高蒸馏淡化装置的热效率、降低淡化过程的能耗及维护费用,同时可以减少化学药品的用量和污染物的排放量,保持环境的可持续发展。一、海水淡化概述7海洋中却蕴藏着丰富的淡水,其总量约占海水的97%,相当于13.3亿立方公里之多,是一个最大而又稳定可靠的淡水储库。据预测,到2025年,全世界三分之二的人口将生活在缺水状态中随着淡水资源短缺的形势日趋严峻,人们寄希望于新的淡水资源的开发。海水淡化作为开发新的淡水资源的重要手段日益
3、受到重视。海水淡化是将海水脱除盐分变为淡水的过程,是指将含盐浓度为35000mg／L的海水淡化至500mg／L以下的用水。淡化方法按照分离过程分类,可分为热过程和膜过程两类。热过程有多级闪蒸(MSF)、多效蒸馏(MED)、压汽蒸馏(VC)和冷冻法等;膜过程有反渗透法(RO)、纳滤(NF)、电渗析(ED)等。尽管淡化的方法多种多样,目前广泛应用的主要还是多级闪蒸法、低温多效蒸馏法和反渗透法。二、膜技术在海水淡化中的新进展1能量回收装置7膜法海水淡化发展迅速,国内外广泛采用,其根本原因在于反渗透淡化水的能耗大幅度下降。反渗透淡化水电耗下降如此之快,其主要贡献者就是浓盐水余压能量回收装
4、置的发展和应用。因此,利用能量回收装置高效利用盐水的余压能,对大幅降低反渗透海水淡化系统能耗,进而降低产品成本至关重要。我国现有的反渗透海水淡化能量回收装置大都是进口产品，如挪威阿科凌的Recuperator及美国的产品等。为此,我国也非常重视能量回收装置技术的研究和开发,并且取得了可喜进展。例如在国家科技部“十五”、“十一五”以及天津市科委项目的资助下,天津大学成功开发了我国首台具有自主知识产权的日产百吨级和日产千吨级能量回收装置,装置能量回收效率分别为90％和93％,达到同期国际先进水平。大瞿岛一体化制水装置首次采用了具有我国自主知识产权的水压阀控式能量回收装置(vPX-50
5、),与不带能量回收的同类装置相比节能效果明显,使得本体能耗下降到3.0kWh·m-3。2膜技术进步7随着反渗透技术在海水淡化中的广泛应用,反渗透膜性能的优劣对淡化效果的作用更加突出,反渗透膜的作用也至关重要。目前反渗透膜主要由芳香聚酰胺制成,能够阻挡99.9％的盐分同时保持适当的渗透通量,其缺点是反渗透膜分离装置对进水指标有较高的要求,易产生膜污染,需定期对膜进行清洗,并且需在高压下运行,需配备高压泵和耐高压的管路。在发生生物污染时,有机物薄膜覆盖了反渗透膜的活性表面并阻止水分子的透过。目前国内外正在积极探索,研发新型反渗透膜。例如美国的UT-VT最近研发了耐氯反渗透膜,他们用磺
6、化聚砜作为反渗透的膜材料,如此就不存在易受氯攻击的N-H键。UT-VT在聚合过程中引进两个荷电的磺酸基团,发现可以形成有重现性的稳定聚合物,其抗氯和脱盐性能测试表明,将聚合物暴露在活性氯浓溶液中35h没有显著的变化,同时其脱盐率可达到99％,满足苦咸水淡化的要求。尽管膜技术改进有关的工作还需完善,但提升膜性能、改进海水淡化效果的技术革新已展示了一定的产业化前景。三、膜技术的综合利用海洋是巨大的液体矿,其中蕴藏着丰富的化学资源。我国矿产资源相对于众多人口而言较为贫瘠,因此,海水化学资源的综合利用势在必行。膜技术在该领域中的应用主要有以下几个方面:1海水制盐盐是人体新陈代谢必不可少的
7、食品,也是化学工业的基本原料。目前,我国的原盐主要以海盐为主。海水制盐主要有三种方法即盐田法(太阳能蒸发法)、冷冻法和电渗析法。冷冻法如今已很少使用。电渗析法是用离子交换膜浓缩海水制卤,然后蒸发结晶制盐。电渗析离子交换膜法制盐的基本工艺如图1所示。电渗析法制盐具有以下优点:(1)不受自然条件限制,一年四季均可生产。(2)基建投资少,占地面积小。(3)节省人力,常备人员较盐田法减少约90%以上。(4)卤水纯度和浓度比盐田法有所提高。离子交换膜在日本的最大用途,是采用电渗析的海水浓缩
