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采用新的前处理法和改进膜性能 对 RO 海水淡化系统设计产生的影响 摘 要 反渗透海水淡化系统在以敞开取水方式取用表层水时，为控制膜污染，必须设计各种前处理工艺。同时为维持膜性能能够在较长时间内保持稳定，在系统设计上采取了低水通量、低回收率的方法。近年来，海水淡化复合膜元件的性能指标有了很大程度的改进。同时，一种更有效的微滤膜技术也已在商业上得到广泛的应用。利用这些新的水处理技术，不仅能提高进水质量，而且能使经过前处理后的地表水其水质可与井水水质相比甚至更好。这些新技术可增加系统的可靠性，降低制水成本。本文将对新的前处理法在海水淡化系统中的实用价值进行评述，评估这些方法在改进 RO 海水淡化系统性能及经济性方面的潜力。 引 言 利用反渗透技术进行脱盐的经济性正日益明显，由于反渗透的技术水平不断提高。目前，中低含盐量苦咸水脱盐所需的费用可与常规水处理方法相竞争的。特别是，当距离很远，或需要各种水处理的情况下，使用反渗透技术的优越性更为显著。从价格上看，虽然海水淡化膜元件稍比苦咸水膜元件贵一些，但是海水的 RO 脱盐费用却比苦咸水的 RO 脱盐费用高很多。原因之一是海水淡化系统所用水泵很贵，而且还需使用昂贵的耐腐蚀的合金管道，另外，海水淡化系统是靠敞开取水的方式取水，且回收率相当低等原因都造成海水淡化系统前处理费用大大高于苦咸水前处理系统所需费用。在目前 RO 系统的投资比例中，膜元件费用仅占制水成本的 6% — 8% ，设备费及电费占绝大部分。 RO 系统回收率是影响设备的总投资费用以及运行费用的最主要因素。对于净化系统而言，进水量与回收率是成反比的关系，系统回收率直接影响到设备的规范及耗电量，但是就海水淡化 RO 系统来说，回收率不能任意增加，因为回收率越高，进水的含盐量也越高，最终导致渗透压增高，产品水含盐量也增加。 海水淡化膜技术的发展过程及其各项操作参数随着膜技术的发展 随着聚酰胺复合膜技术应用到海水脱盐的净化设备中，系统设备的投资费用远远低于早期用醋酸纤维膜技术的设备投资费用。早在 1978 年，开发研制出了海水淡化复合膜，该膜的材料是脂肪族聚酰胺复合物，其特点为盐透过率很高，在将早期的膜技术被应用到饮用水 RO 系统时必须采用二级处理器，回收率较低，一般在 30% — 35% ；在此之后，研制出新一代复合膜，其材质是芳香族聚酰胺，这是海德能公司对世界的一大贡献，因为该技术使膜性能有了显著的改进。从图 1 可看出，自 1986 年以来，推出的一系列海水淡化膜在维持水通量不变的情况下脱盐率不断提高，必威体育精装版的商用海水淡化膜的特征水通量是 1978 年的 2 倍，盐透过率减少大约为 1978 年的 4 倍。目前已具有公称脱盐率 99.7% 、产水量为 6000gpd(22.7m 3 / 日 ) 的商用膜元件，但实际上膜元件的公称性能并不就是系统的实际性能，因为单个元件的检测条件与 RO 系统的操作条件差异很大，系统性能可根据膜元件本身的技术参数、系统中安装的膜面积、给水水质以及操作条件等综合情况计算出来。 使用具有盐透过率低的膜元件（较高脱盐率），其结果是降低产水含盐量。因此，提高膜元件的脱盐率，可使 RO 系统回收率提高。以含盐量为 38,000ppm ，水温在 18-28 ℃之间的地中海海水为给水设计的 RO 系统，其回收率为 40% — 45% ，平均水通量为 7-8gfd(11.9-13.5L/m 2 ·小时 ) ，在上述操作条件下，进水压为 800 — 1000psi(55-70 巴 ) ，产水含盐量在 300 — 500ppm 之间。 当进水含盐量和膜元件的脱盐率为一定时，产水含盐量与进水温度、回收率、产水通量成函数关系变化。提高进水温度，会引起盐份和水分子扩散速度的增加，大约为每增加 1 摄氏度，扩散速度提高 3% 。通常 RO 设备都是在流量恒定条件下工作的，故盐透过率的变化仅与进水温度变化有关。 产品水含盐量与平均水通量成反比关系，水通量提高则可稀释通过膜的盐离子，从而降低产品水含盐量。一般说来，海水淡化系统的平均水通量保持在一个相对低的量上，即进水为地表水时为 7-8gfd 、进水为靠岸边的井水时为 10gfd(16.8L/ m 2 ·小时 ) ，上述两种水源之所以采用不同的水通量，是因为井水水质要比地表水的好，因而对膜的污染现象也较少。通常在海水淡化系统中，使用的水通量较低，一般在 50% （相对于苦咸水脱盐），如果试图在高水通量条件下运行海水淡化系统，很可能造成不可逆的流量衰减现象。 直到最近，由于膜元件脱盐率的提高，因而可设计出一种新型工业用海水淡化 RO 系统，该系统具有较高的回收率。海水淡化 RO 系统的最大回收率主要受膜脱盐率或产水水质不能达到饮用标准的限制。从图 2