海水淡化(sea water desalination)是人類追求了幾百年的夢(mèng)想，古代就有從海水中去除鹽分的故事和 傳奇。海水淡化技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用始于干旱的中東地區(qū)，但并不局限于該地區(qū)。由于世界上70%以上的人口都居住在離海洋120公里以內(nèi)的區(qū)域，因而海水淡化技術(shù)近20多年迅速在中東以外的許多國(guó)家和地區(qū)得到應(yīng)用。最新資料表明。早在400多年前，英國(guó)王室就曾懸賞征求經(jīng)濟(jì)合算的海水淡化方法。但直到16世紀(jì)，人們才開(kāi)始努力從海水中提取淡水。當(dāng)時(shí)歐洲探險(xiǎn)家在漫長(zhǎng)的航海旅行中，就用船上的火爐煮沸海水以制造淡水。加熱海水產(chǎn)生水蒸氣，冷卻凝結(jié)就可得到純水，這是日常生活的經(jīng)驗(yàn)，也是海水淡化技術(shù)的開(kāi)始。現(xiàn)代意義上的海水淡化則是在第二次世界大戰(zhàn)以后才發(fā)展起來(lái)的。戰(zhàn)后由于國(guó)際資本大力開(kāi)發(fā)中東地區(qū)石油，使這一地區(qū)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，人口快速增加，這個(gè)原本干旱的地區(qū)對(duì)淡水資源的需求與日俱增。而中東地區(qū)獨(dú)特的地理位置和氣候條件，加之其豐富的能源資源，又使得海水淡化成為該地區(qū)解決淡水資源短缺問(wèn)題的現(xiàn)實(shí)選擇，并對(duì)海水淡化設(shè)備提出了大型化的要求。從20世紀(jì)50年代以后，海水淡化技術(shù)隨著水資源危機(jī)的加劇得到了加速發(fā)展，在已經(jīng)開(kāi)發(fā)的二十多種淡化技術(shù)中，蒸餾法、電滲析法、反滲透法都達(dá)到了工業(yè)規(guī)模化生產(chǎn)的水平，并在世界各地廣泛應(yīng)用。

   海水淡化設(shè)備是指專門(mén)用來(lái)淡化海水的設(shè)備，海水由于其含鹽量非常高，而不能被直接使用，最常見(jiàn)的采用兩種方法淡化海水，即蒸餾法和反滲透法將海水進(jìn)行淡化處理。現(xiàn)在我們晨興環(huán)保專業(yè)工程師主要以這兩種最普及的方式給大家詳細(xì)介紹一下海水淡化的工藝：

   海水淡化即利用海水脫鹽生產(chǎn)淡水。是實(shí)現(xiàn)水資源利用的開(kāi)源增量技術(shù)，可以增加淡水總量，且不受時(shí)空和氣候影響，水質(zhì)好、價(jià)格漸趨合理，可以保障沿海居民飲用水和工業(yè)鍋爐補(bǔ)水等穩(wěn)定供水。 從海水中取得淡水的過(guò)程謂海水淡化。 現(xiàn)在所用的海水淡化方法有海水凍結(jié)法、電滲析法、蒸餾法、反滲透法，目前應(yīng)用反滲透膜的反滲透法以其設(shè)備簡(jiǎn)單、易于維護(hù)和設(shè)備模塊化的優(yōu)點(diǎn)迅速占領(lǐng)市場(chǎng)，逐步取代蒸餾法成為應(yīng)用最廣泛的方法。

  反滲透膜法適用面非常的廣，且脫鹽率很高，因此被廣泛使用。反滲透膜法首先是將海水提取上來(lái)，進(jìn)行初步處理，降低海水濁度，防止細(xì)菌、藻類等微生物的生長(zhǎng)，然后用特種高壓泵增壓，使海水進(jìn)入反滲透膜，由于海水含鹽量高，因此海水反滲透膜必須具有高脫鹽率，耐腐蝕、耐高壓、抗污染等特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)反滲透膜處理后的海水，其含鹽量大大降低，TDS含量從36000毫克/升降至200毫克/升左右。淡化后的水質(zhì)甚至優(yōu)于自來(lái)水，這樣就可供工業(yè)、商業(yè)、居民及船舶、艦艇使用。

  海水含鹽量高、硬度高，對(duì)設(shè)備腐蝕性大，而且水溫季節(jié)性變化較大 使得反滲透海水淡化系統(tǒng)比常規(guī)的苦咸水脫鹽系統(tǒng)要復(fù)雜得多，工程投資和能耗也高得多。因此 通過(guò)精心的工藝設(shè)計(jì)，合理的設(shè)備配置來(lái)降低工程投資和能耗，從而降低單位制水成本，并確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行就顯得格外重要。目前，我國(guó)各地運(yùn)用的海水淡化裝置的工作原理之一是反滲透法，反滲透法的最大優(yōu)點(diǎn)是節(jié)約場(chǎng)地和節(jié)省大量能耗。海水淡化即將海水經(jīng)過(guò)脫鹽工藝之后生產(chǎn)出來(lái)的淡水。沿海居民飲用水和工業(yè)鍋爐補(bǔ)水的供水都可以通過(guò)海水淡化技術(shù)得以穩(wěn)定保障。

   常用的方法

  蒸餾法

  淡化法是影響海水蒸發(fā)與結(jié)冰速率的主要因素。
   海水淡化法工藝之冰—鹽水是一固液系統(tǒng) 普通的分離方法均可使冰—鹽水得到分離，但分離方法不同，得到的冰晶含鹽量也不同。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明減壓過(guò)濾方法得到的冰晶含鹽量比常壓過(guò)濾方法得到的冰晶含鹽量低得多。
   海水淡化法工藝之蒸汽冷凝 在蒸發(fā)結(jié)晶器內(nèi)，除海水析出冰晶以外，還將產(chǎn)生大量的蒸汽，這些蒸汽必須及時(shí)移走，才能使海水不斷蒸發(fā)與結(jié)冰。

  反滲透法

  通常又稱超過(guò)濾法，是1953年才開(kāi)始采用的一種膜分離淡化法。該法是利用只允許溶劑透過(guò)、不允許溶質(zhì)透過(guò)的半透膜，將海水與淡水分隔開(kāi)的。在通常情況下，淡水通過(guò)半透膜擴(kuò)散到海水一側(cè)，從而使海水一側(cè)的液面逐漸升高，直至一定的高度才停止，這個(gè)過(guò)程為滲透。此時(shí)，海水一側(cè)高出的水柱靜壓稱為滲透壓。如果對(duì)海水一側(cè)施加一大于海水滲透壓的外壓，那么海水中的純水將反滲透到淡水中。反滲透法的最大優(yōu)點(diǎn)是節(jié)能。它的能耗僅為電滲析法的1/2，蒸餾法的1/40。因此，從1974年起，美日等發(fā)達(dá)國(guó)家先后把發(fā)展重心轉(zhuǎn)向反滲透法。
反滲透海水淡化技術(shù)發(fā)展很快，工程造價(jià)和運(yùn)行成本持續(xù)降低，主要發(fā)展趨勢(shì)為降低反滲透膜的操作壓力，提高反滲透系統(tǒng)回收率，廉價(jià)高效預(yù)處理技術(shù)，增強(qiáng)系統(tǒng)抗污染能力等。

  工藝流程

 預(yù)處理

  無(wú)論是海水淡化，還是苦咸水脫鹽，給水預(yù)處理是保證反滲透系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。在制定海水預(yù)處理方案時(shí)應(yīng)充分考慮到：海水中存在大量微生物、細(xì)菌和藻類。海水中細(xì)菌、藻類的繁殖和微生物的生長(zhǎng)不僅會(huì)給取水設(shè)施帶來(lái)許多麻煩，而且會(huì)直接影響海水淡化設(shè)備及工藝管道的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。周期性漲潮、退潮，海水中夾帶大量泥沙，濁度變化較大，易造成海水預(yù)處理系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定。海水具有較大腐蝕性，對(duì)系統(tǒng)中所采用的設(shè)備、閥門(mén)、管道件的材質(zhì)要作一定篩選，耐腐性能要好。

 殺菌滅藻

 國(guó)外海水淡化工程多采用投加液氯、NaClO和CuSO4等化學(xué)試劑來(lái)殺菌滅藻。考慮到交通等多方面的因素，投加化學(xué)試劑殺菌滅藻有一定難度，在本工程設(shè)備研制過(guò)程中專門(mén)采用海水次氯酸鈉發(fā)生器。海水取水泵后分出一小股帶壓海水，進(jìn)入次氯酸鈉發(fā)生器，在直流電場(chǎng)作用下產(chǎn)生NaClO，靠位差直接注入海灘沉井，以殺滅海水中的細(xì)菌、藻類和微生物。
由于海水硬度高 海水直接電解產(chǎn)生N aC lO必須克服發(fā)生電極結(jié)垢問(wèn)題。在研制過(guò)程中 ，借鑒了電滲析頻繁倒極 （EDR ）技術(shù)，即每隔 5～ 10m in倒換一次電極極性，有效地解決了次氯酸鈉發(fā)生器結(jié)垢沉淀問(wèn)題。

 混凝過(guò)濾

 混凝過(guò)濾旨在去除海水中膠體、懸浮雜質(zhì)，降低濁度。在反滲透膜分離工程中通常用污染指數(shù) （FI）來(lái)計(jì)量，要求進(jìn)入反滲透設(shè)備的給水的FI值<4。由于海水比重較大，pH值較高，且水溫季節(jié)性變化大，系統(tǒng)選用FeCl3作為混凝劑，其具有不受溫度影響，礬花大而結(jié)實(shí)，沉降速度快等優(yōu)點(diǎn)。

 化學(xué)調(diào)節(jié)

 為防止海水淡化過(guò)程中因海水濃縮而產(chǎn)生難溶無(wú)機(jī)鹽類，如CaCO3、CaSO4，在反滲透膜表面和系統(tǒng)管道件上結(jié)垢沉淀，海水在進(jìn)入反滲透脫鹽系統(tǒng)前要添加防垢劑。
投加H2SO4調(diào)節(jié)海水pH值分解海水中的HCO-3，以防止CaCO3沉淀，是海水淡化中最常用和最經(jīng)濟(jì)的方法。投加 （NaPO3）6（SHMP）是防止CaSO4沉淀的有效方法，但（NaPO3）6在阻垢的同時(shí)產(chǎn)生的副產(chǎn)品磷酸鹽會(huì)助長(zhǎng)微生物、細(xì)菌和藻類的生長(zhǎng)，使用有一定的局限性。而從西方國(guó)家進(jìn)口的專用高分子聚合物阻垢劑價(jià)格較高，會(huì)直接影響海水淡化工程的運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用。本工程最終選用H2SO4作為阻垢劑，控制反滲透系統(tǒng)給水的pH值在 6.8～7.0之間，同時(shí)控制海水淡化系統(tǒng)水回收率，以防止CaSO4沉淀析出。
考慮到在反滲透海水淡化系統(tǒng)中采用以芳香聚酰胺為膜材料的復(fù)合膜元件 其耐氧化性差要求進(jìn)水中余氯含量在0.1m g/L以下還原劑脫，因此海水在進(jìn)入膜系統(tǒng)前投加NaHSO3，控制海水進(jìn)反滲透裝置前的氧化還原電位（ORP），使進(jìn)反滲透設(shè)備前的海水氧化還原電位（ORP）在280～320mV.NaHSO3投加量是海水中余氯量的3倍。

 除異味

 環(huán)島海域的海水受周邊環(huán)境影響較大，海水化學(xué)耗氧量（COD）在 1.7～2.5m g/L，尤其在夏、秋季節(jié)有時(shí)海水有較大的異臭異味。因此除添加NaClO進(jìn)行氧化外，增設(shè)活性炭過(guò)濾器，選用具有較高機(jī)械強(qiáng)度的果型顆粒活性炭能有效地吸附有機(jī)物和異臭異味，提高反滲透產(chǎn)水水質(zhì)，同時(shí)能減輕對(duì)反滲透膜面污染，延長(zhǎng)膜使用壽命。

 保安過(guò)濾

 保安過(guò)濾采用316L濾器，5µm濾芯，過(guò)濾進(jìn)高壓泵前的海水，阻擋海水中直徑大于5µm 顆粒雜質(zhì)，確保高壓泵，能量回收裝置和反滲透膜元件安全，長(zhǎng)期運(yùn)行。

 高壓泵和能量回收裝置
  高壓泵和能量回收裝置是為反滲透海水淡化提供能量轉(zhuǎn)換和節(jié)能的重要設(shè)備，按反滲透海水淡化所需的流量和壓力選型，我們選用的單級(jí)離心泵，具有60m3/h流量，揚(yáng)程640Psi;能量回收裝置為HTC-300型，具有水力透平結(jié)構(gòu)，能利用反滲透排放濃縮海水的壓力使反滲透進(jìn)水壓力提升30%，有效地降低能耗。

  設(shè)備結(jié)構(gòu)

 反滲透膜元件與裝置

 反滲透膜元件是反滲透海水淡化的核心部件，該元件具有大于99%較好的耐壓性和抗氧化耐污染性能。反滲透設(shè)備采用6個(gè)膜元件串聯(lián)，6個(gè)壓力母管并聯(lián)的一級(jí)一段組合結(jié)構(gòu)，并配置低壓自動(dòng)沖洗排放和淡化水低壓自動(dòng)沖洗置換，不合格產(chǎn)水自動(dòng)切換排放裝置。在該系統(tǒng)中還設(shè)置高、低壓保護(hù)和高壓泵，清洗泵的聯(lián)鎖。
系統(tǒng)控制
晨興環(huán)保生產(chǎn)的整個(gè)反滲透海水淡化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的計(jì)算機(jī)程序控制，由工控機(jī)操作站可編程控制器PLC組成一個(gè)分散采樣控制，集中監(jiān)視操作的控制系統(tǒng)。按工藝參數(shù)設(shè)置高低壓保護(hù)開(kāi)關(guān)，自動(dòng)切換裝置，電導(dǎo)、流量和壓力出現(xiàn)異常時(shí)，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換、自動(dòng)聯(lián)鎖報(bào)警、停機(jī)，以保護(hù)高壓泵和反滲透膜元件。變頻控制高壓泵的起動(dòng)和關(guān)停，實(shí)現(xiàn)高壓泵的軟操作，節(jié)省能耗，防止由于水錘或反壓造成高壓泵和膜元件損壞。程序設(shè)計(jì)在反滲透裝置開(kāi)機(jī)和停機(jī)前后，能實(shí)現(xiàn)低壓自動(dòng)沖洗，特別在停運(yùn)時(shí)，濃縮海水的亞穩(wěn)定狀態(tài)會(huì)轉(zhuǎn)化出現(xiàn)沉淀，污染膜面，低壓淡化水自動(dòng)沖洗能置換出濃縮海水，保護(hù)膜面不受污染，延長(zhǎng)膜的使用壽命。對(duì)系統(tǒng)的溫度、流量、水質(zhì)、產(chǎn)量等相關(guān)參數(shù)能實(shí)現(xiàn)顯示、儲(chǔ)存、統(tǒng)計(jì)、制表和打印。監(jiān)視操作中的動(dòng)態(tài)工藝流程畫(huà)面清晰直觀，系統(tǒng)控制簡(jiǎn)化人工操作，確保系統(tǒng)能自動(dòng)、安全、可靠地運(yùn)行。

 由于反滲透膜在國(guó)外已經(jīng)是十分成熟的產(chǎn)品，因此反滲透海水淡化系統(tǒng)的技術(shù)關(guān)鍵在于合理的設(shè)計(jì)預(yù)處理系統(tǒng)、選用合適的高壓泵和能量回收裝置、設(shè)計(jì)完善的控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制、選用科學(xué)的材料和防腐措施以防止管路和系統(tǒng)的腐蝕。另外，對(duì)于開(kāi)放式取水，除了保證系統(tǒng)的污染指數(shù)外，還必須采取科學(xué)的殺菌滅藻措施以防止微生物對(duì)系統(tǒng)的侵害。

 海水淡化設(shè)備技術(shù)特點(diǎn)
  1、由于操作溫度低，完全避免或減緩了設(shè)備的腐蝕和結(jié)垢。
  2、進(jìn)料海水的預(yù)處理更為簡(jiǎn)單。系統(tǒng)低溫操作帶來(lái)的另一好處是大大地簡(jiǎn)化了海水的預(yù)處理過(guò)程。海水進(jìn)入低溫多效裝置之前只需經(jīng)過(guò)篩網(wǎng)過(guò)濾和加入5ppm左右的阻垢劑即可，而不像多級(jí)閃蒸那樣必須進(jìn)行加酸脫氣處理。
  3、系統(tǒng)的操作彈性大。在高峰期，該淡化系統(tǒng)可以提供設(shè)計(jì)值110%的產(chǎn)品水，而在低谷期，該淡化系統(tǒng)可以穩(wěn)定地提供額定值40%的產(chǎn)品水。
  4、系統(tǒng)的動(dòng)力消耗小。低溫多效系統(tǒng)用于輸送液體的動(dòng)力消耗很低，可降低淡化水的制水成本。
  5、系統(tǒng)的熱效率高。30℃的溫差即可安排12以上的傳熱效數(shù)，從而達(dá)到10左右的造水比。
  6、系統(tǒng)的操作安全可靠。在低溫多效系統(tǒng)中，發(fā)生的是管內(nèi)蒸汽冷凝而管外液膜蒸發(fā)，即使傳熱管發(fā)生了腐蝕穿孔而泄漏，由于汽側(cè)壓力大于液膜側(cè)壓力，濃鹽水絕對(duì)不會(huì)流到產(chǎn)品水中。