膜分離技術(shù)與海水淡化和水再用參考資料詳解

膜分離技術(shù)與海水淡化和水再用參考資料詳解演示文稿目前一頁\總數(shù)五十八頁\編于二十二點(diǎn)優(yōu)選膜分離技術(shù)與海水淡化和水再用參考資料目前二頁\總數(shù)五十八頁\編于二十二點(diǎn)摘要(Abstract)簡述了海水淡化和水再用在擴(kuò)大水資源和水資源保護(hù)中的重要性。對目前成熟的海水淡化過程，如多級閃蒸和低溫多效進(jìn)行了簡介，對反滲透進(jìn)行了重點(diǎn)介紹。膜分離技術(shù)已成為純水和軟化水制備的通用技術(shù)。水再用包括工業(yè)廢水處理和回用以及城市污水資源化等。在國內(nèi)外，膜分離技術(shù)在許多領(lǐng)域的中的應(yīng)用已廣為普及，有些過程已成為標(biāo)準(zhǔn)的單元操作，產(chǎn)生明顯的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益。隨著膜分離技術(shù)的不斷進(jìn)步，它在海水淡化和水再用中的作用會越來越大，在擴(kuò)大和保護(hù)水資源方面的貢獻(xiàn)會越來越突出，也會對節(jié)能、降耗和減排工作有所促進(jìn)。目前三頁\總數(shù)五十八頁\編于二十二點(diǎn)壓力驅(qū)動膜(PDM)原理圖目前四頁\總數(shù)五十八頁\編于二十二點(diǎn)1膜分離技術(shù)與海水淡化1.1海水淡化簡要發(fā)展過程海水淡化是自古以來人們的夢想之一。19世紀(jì)出現(xiàn)了浸沒式蒸發(fā)器；第二次世界大戰(zhàn)促進(jìn)了脫鹽技術(shù)的發(fā)展，但仍限于多效和壓汽蒸餾；20世紀(jì)50年代，美國意識到水資源的重要戰(zhàn)略意義，專設(shè)鹽水局，30年內(nèi)撥?？?4億美元研發(fā)新的脫鹽技術(shù)。1954年電滲析（ED）實(shí)用化，1957年多級閃蒸（MSF）問世，1960年反滲透（RO）獲突破性進(jìn)展。1975年低溫多效（LT-ME）商品化；1990年后，隨著RO膜性能的提高，價格的下降，高壓泵和能量回收效率的提高，反滲透法成為投資最省，成本最低的海水淡化制備飲用水的過程。2006年脫鹽水產(chǎn)量在4.75×107m3/d以上，其迅猛增長的趨勢是少見的；多級閃蒸技術(shù)占世界海水淡化裝機(jī)容量的42%，反滲透技術(shù)占淡化裝機(jī)容量的45%。目前五頁\總數(shù)五十八頁\編于二十二點(diǎn)1.2熱法海水淡化熱法海水淡化主要有MSF，LT-ME和壓氣蒸餾(VC)等。1.2.1.多級閃蒸（MSF）就MSF技術(shù)本身近年來有所進(jìn)展，但無重大突破。主要進(jìn)展有單機(jī)容量進(jìn)一步擴(kuò)大，最高可達(dá)7.9萬m3/d；多級閃蒸與水電一體化；過程集成---熱膜耦合；採用新的管及蒸發(fā)室材料，試用高級奧氏不銹鋼代替鎳基合金；工藝改進(jìn)有采用新型聚羧酸酯防垢劑，該劑兼抑垢和分散作用，可使MSF在95-110℃下運(yùn)行，且用量少，對環(huán)境影響??；提高最高鹽水溫度，增加級數(shù)和比熱交換面積及鹽水循環(huán)流量；改進(jìn)熱回收和排熱段以提高蒸發(fā)量；提高快速除霧功能和排放冷卻器功能等；運(yùn)行管理方面開發(fā)了DROPS軟件，可協(xié)調(diào)運(yùn)行參數(shù)，使系統(tǒng)最佳化，并降低運(yùn)行費(fèi)用；延長服務(wù)期限，提高運(yùn)行可靠性，減少停車維修，降低成本等等。目前MSF的能耗在10kWh/m3淡水以上。目前六頁\總數(shù)五十八頁\編于二十二點(diǎn)1.2.2.低溫多效（LT-MED）MED為上世紀(jì)30年代的淡化方法，由于結(jié)垢和腐蝕等問題，更由于上世紀(jì)50年代MSF的出現(xiàn)，使之停滯不前。盡管美、日等國家投入大量資金改進(jìn)提高，但自1975商品化以來，至今市場占有份額仍不足10%。LT-MED操作溫度在60-70℃，使結(jié)垢和腐蝕有所減緩，可使用較廉價的材料，以降低成本。一些改進(jìn)工作有：裝置規(guī)模大型化，使用較廉價的新材料和新設(shè)備，強(qiáng)化傳熱管等，提高最高鹽水溫度和增加效數(shù)，使用高效的熱泵等可有效提高造水比和利用末效熱，水電聯(lián)產(chǎn)和熱膜耦合聯(lián)產(chǎn)有效降低海水淡化的成本；塔式設(shè)計(jì)，混凝土外殼等。通常能耗在6-8kWh/m3淡水，該技術(shù)在利用低品位熱能造水方面有一定的市場。目前七頁\總數(shù)五十八頁\編于二十二點(diǎn)反滲透具有投資省、能耗低（無相變）、建設(shè)期短、占地少的特點(diǎn)，是海水淡化技術(shù)中近二十年來發(fā)展最快的。除海灣國家外，美洲、亞洲和歐洲，大、中生產(chǎn)規(guī)模的裝置多以反滲透法為首選。(SWROhasbeenacceptedwidelyinAmerica,AsiaandEurope,becauseofitslowestinvestmentandcost,lowestenergyconsumptionandshorterbuildingperiod.)1.3反滲透法(SWRO)目前八頁\總數(shù)五十八頁\編于二十二點(diǎn)圖1-1反滲透（SWRO）過程取水目前九頁\總數(shù)五十八頁\編于二十二點(diǎn)反滲透膜和組器技術(shù)的進(jìn)步RO海水淡化所以具有競爭力，膜性能的提高是很關(guān)鍵的。20世紀(jì)70年代海水淡化用的主要是Dupont公司的B-10芳香族聚酰胺中空纖維組件；上世紀(jì)80年代日本東洋紡的三醋酸纖維素中空纖維組件也加入海水淡化陣列；而目前最具發(fā)展?jié)摿Φ氖菑?fù)合反滲透膜，自上世紀(jì)80年代商品化以來，性能不斷改進(jìn)提高，價格越來越便宜，使反滲透海水淡化成本不斷下降，成為海水淡化的主要用膜。如φ203mm×1016mm的復(fù)合膜卷式元件，對35000mg/L海水，5.5MPa下，25℃，8-10%回收率，產(chǎn)水量達(dá)23m3/d，脫鹽率99.8%左右。16～18英寸直徑的海水淡化反滲透膜元件已開始進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用。目前十頁\總數(shù)五十八頁\編于二十二點(diǎn)16”8”（TFC）（Module)CA,CTA海水和苦咸水膜PW,BW復(fù)合膜（TFC）SW復(fù)合膜（TFC）低壓復(fù)合膜（TFC）

納濾復(fù)合膜（TFC）

超低壓復(fù)合膜（TFC）

高脫鹽復(fù)合膜（TFC）

圖1-2抗污染復(fù)合膜（TFC）

目前十一頁\總數(shù)五十八頁\編于二十二點(diǎn)1.3.2高效的能量回收技術(shù)20世紀(jì)80年代，SWRO初期是用與高壓泵電機(jī)主軸聯(lián)動的渦輪機(jī)來回收高壓濃海水的能量；上世紀(jì)80年代后期改進(jìn)為水力渦輪換能器，其優(yōu)點(diǎn)是不必與電機(jī)主軸相聯(lián)，可因地置宜，但渦輪機(jī)的效率多在60%-83%左右；上世紀(jì)90年代中期推出了功交換器和壓力交換器，效率提高到90%以上，使海水淡化的RO本體能耗在3kWh/m3以下，總能耗在4kWh/m3左右。目前十二頁\總數(shù)五十八頁\編于二十二點(diǎn)1.3.2高效的能量回收技術(shù)

highefficiencyofenergyrecovery圖1－3能量回收裝置目前十三頁\總數(shù)五十八頁\編于二十二點(diǎn)1.3.3淡化工藝的不斷改進(jìn)

（1）MF和UF用于海水預(yù)處理通過現(xiàn)場試驗(yàn)，用MF和UF對海水預(yù)處理不僅技術(shù)可行，而且也相當(dāng)經(jīng)濟(jì)，用MF或UF可替代凝聚和過濾，由于供水水質(zhì)好，RO比常規(guī)法可多產(chǎn)水20%，這樣用膜面積少，壓力容器少，管路省，占地面積小，從而投資費(fèi)用低；同時RO膜清洗周期長，用試劑少，省勞力、運(yùn)行時間長，其運(yùn)行費(fèi)用也低。（2）提高回收率的新工藝對海水淡化經(jīng)濟(jì)性分析表明，壓力從5.5MPa提高到8.0MPa，使回收率從35%提高到50%以上是經(jīng)濟(jì)的。高回收率下，取海水量減少，預(yù)處理的設(shè)施和各種藥劑用量相應(yīng)減少，泵和高壓泵所用電力也省，操作和維修勞力也省等。當(dāng)然，要求的操作壓力要相應(yīng)提高，這就需要耐高壓的膜元件，另外相應(yīng)的工藝也應(yīng)進(jìn)一步改進(jìn)。目前十四頁\總數(shù)五十八頁\編于二十二點(diǎn)（3）集成工藝以納濾作為預(yù)處理，實(shí)際為部分脫鹽（主要是去硬度），通?？沙ズＫ蠧a2+、Mg2+和HCO3—在70%以上，除SO42—在90%以上，與SWRO和MSF（LT-ME）結(jié)合，NF產(chǎn)水的60%經(jīng)RO轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品水，RO濃水的80%由MSF轉(zhuǎn)化為淡水，同時MSF的余熱可加熱NF和RO的進(jìn)水。其他集成工藝，水電聯(lián)產(chǎn)中的和熱膜耦合等，可有效降低海水淡化的成本。（4）生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈將發(fā)電、海水淡化與鹽、堿聯(lián)產(chǎn)等綜合開發(fā)，是值得提倡和推廣的新概念。目前十五頁\總數(shù)五十八頁\編于二十二點(diǎn)一級海水淡化工藝高效兩段法高壓一級海水淡化工藝集成工藝(膜、熱、電)新的預(yù)處理（MF/UF）生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈（水、電、鹽、化工…..圖1-4新后處理系統(tǒng)(脫硼)二級海水淡化工藝淡化工藝的不斷改進(jìn)目前十六頁\總數(shù)五十八頁\編于二十二點(diǎn)圖1-7海水資源綜合利用與電、熱、汽和其他工業(yè)聯(lián)產(chǎn)—生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈目前十七頁\總數(shù)五十八頁\編于二十二點(diǎn)最新報(bào)道(Newreport)美國加州Hueneme港的海軍海水脫鹽試驗(yàn)場用FILMTEC的SW30XLE-400i膜元件,PX壓力交換器試驗(yàn)海水脫鹽,回收率43%,膜通量6gfd,能耗為6.0kWh/kgal(1.58kWh/m3)。對50MGD的工廠,設(shè)計(jì)地回收率50%,膜通量9gfd,能耗為6.93kWh/kgal(1.83kWh/m3).$0.63/m3，該試驗(yàn)由AffordableDesalinationCollaboration(ADC)進(jìn)行。目前十八頁\總數(shù)五十八頁\編于二十二點(diǎn)表1.1海水和苦咸水淡化產(chǎn)量淡化水產(chǎn)量所占比例（%）

（m3/d）MSFROLT/MED其他全球4.7×107~43.5（下降趨勢）(66.3)~

43.5（迅速上升趨勢)(22.4)~（上升趨勢)~（上升趨勢)中國15.0×104~

4~

80~15~目前十九頁\總數(shù)五十八頁\編于二十二點(diǎn)圖1-8

以色列Ashkelon

SWROplant(33×104m3/d)目前二十頁\總數(shù)五十八頁\編于二十二點(diǎn)1.4海水淡化的未來膜法和熱法兩者，目前中東地區(qū)以熱法為主，美、日、歐等以SWRO為主。近五年來SWRO由于投資能耗、淡化水成本等都最低，建設(shè)周期也短，在國際指標(biāo)中屢屢中標(biāo)，很有競爭力。在水熱電聯(lián)產(chǎn)場合（含核能）,RO、MED、集成膜法、熱膜耦合海水淡化系統(tǒng)都可考慮；預(yù)期近幾年內(nèi)，大型反滲透膜元件將規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)化，以標(biāo)準(zhǔn)尺寸16或18英寸廣泛地應(yīng)用于大規(guī)模反滲透裝置中；其他的方法依靠技術(shù)的創(chuàng)新和突破，如研究中的新海水淡化技術(shù)：膜蒸餾、正滲透和噴霧淡化等。目前二十一頁\總數(shù)五十八頁\編于二十二點(diǎn)目前全球的海水淡化產(chǎn)量約4.75×107m3/d，占世界飲用水的1%，預(yù)計(jì)下20年的產(chǎn)量將增加一倍，有700億$的市場，近5年已有約100億$的訂貨，產(chǎn)淡水5.3×106m3/d。隨著水資源的匱乏，水源的污染，需求的增加…...海水淡化技術(shù)的應(yīng)用（包括物料的預(yù)濃縮）會越來越廣。目前二十二頁\總數(shù)五十八頁\編于二十二點(diǎn)SeawaterDesalinationPlantsinChina

國內(nèi)的海水淡化廠215國內(nèi)已運(yùn)行的淡化廠約達(dá)萬噸/天1.在建的有20多個廠,總產(chǎn)量約80萬噸/天2.醞釀中的個大淡化廠,2×1Mm3/d3.目前二十三頁\總數(shù)五十八頁\編于二十二點(diǎn)圖1-9榮成5000噸/日海水淡化系統(tǒng)5000m3/dROseawaterdesaltingplantinRongcheng(2003)目前二十四頁\總數(shù)五十八頁\編于二十二點(diǎn)2膜分離技術(shù)與飲用水凈化和純水制備2.1飲用水凈化環(huán)境的污染影響到飲用水的質(zhì)量，而人們生活水平的提高，對飲用水水質(zhì)要求越來越高，世界各國都在不斷改進(jìn)飲用水的制備技術(shù)，對微濾、超濾和納濾在除菌、去濁、去大分子膠體、農(nóng)藥、異味、激素及部分SO42-、NO3-、F-和As等方面的作用進(jìn)行了肯定。膜技術(shù)作為飲用水的預(yù)處理和深度處理隨著城市化進(jìn)程的加快，其作用也越來越顯著，已成為保障飲用水安全的主要技術(shù)之一。家用MF、UF、NF及RO凈水器已很普遍，不少自來水廠也開始采用膜技術(shù)來保證供水質(zhì)量。目前二十五頁\總數(shù)五十八頁\編于二十二點(diǎn)膜技術(shù)與飲用水凈化(purificationofdrinkingwater)MF：懸浮物、細(xì)菌UF：大分子、病毒、膠體NF：部分硬度、重金屬、農(nóng)藥、激素、

As

、TXM、SO42-……RO：各種雜質(zhì)ED：去氟MC：去揮發(fā)性物質(zhì)目前二十六頁\總數(shù)五十八頁\編于二十二點(diǎn)第一代工藝第二代工藝混凝沉淀過濾消毒常規(guī)處理深度處理預(yù)處理預(yù)氧化臭氧＋活性炭預(yù)處理UF/NF后處理消毒第三代工藝圖2-1目前二十七頁\總數(shù)五十八頁\編于二十二點(diǎn)圖2-2

飲用水凈化---巴黎14萬噸/日納濾膜飲用水裝置目前二十八頁\總數(shù)五十八頁\編于二十二點(diǎn)2.2純水的生產(chǎn)(purewaterproduction)超純水、純水、過程用水和軟化水……這些都是工業(yè)生產(chǎn)中每時每刻都離不開的，現(xiàn)在大多都用最經(jīng)濟(jì)的膜法來制備。反滲透可除去天然水中98%以上的鹽和有機(jī)物，以及95%以上的可溶性SiO2，大大地改善了后續(xù)離子交換的工作條件，使再生用酸堿耗量減少95%左右，制水成本進(jìn)一步下降，且純水質(zhì)量和穩(wěn)定性有保障。近10多年來逐漸興起RO+EDI的新工藝，EDI以電再生代替了離子交換樹脂的酸堿再生，基本上實(shí)現(xiàn)了無酸堿化生產(chǎn)。目前二十九頁\總數(shù)五十八頁\編于二十二點(diǎn)圖2-3純水制備流程目前三十頁\總數(shù)五十八頁\編于二十二點(diǎn)SaltReject鹽水HighPurityProduct高純產(chǎn)品水SaltReject鹽水Na+Na+Cl-Cl-Cl-Cl-Na+Na+Na+Na+Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Na+Na+Na+Na+Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Na+Na+Na+Na+Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Na+Na+Na+Na+Na+Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-H+OH-H+OH-H+OH-H+OH-AEMAEMCEMCEM圖2-4混床型樹脂填充式EDI目前三十一頁\總數(shù)五十八頁\編于二十二點(diǎn)圖2-5從海水制備鍋爐補(bǔ)給水ConventionalFiltrationThirdRO+EDI目前三十二頁\總數(shù)五十八頁\編于二十二點(diǎn)圖2-6兗州礦務(wù)局4800噸/日鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)電力領(lǐng)域目前三十三頁\總數(shù)五十八頁\編于二十二點(diǎn)2.3軟化水水的軟化最常用的為離子交換法和化學(xué)法等，這不僅要消耗大量的鹽或石灰、純堿和燒堿等化學(xué)藥劑，而且對環(huán)境造成嚴(yán)重污染，另外操作和控制也不簡便。膜軟化是近10多年來發(fā)展起來的新方法，優(yōu)點(diǎn)是不要再生，無污泥產(chǎn)生，可完全除去懸浮物和大部分有機(jī)物，操作簡便和占地省等。在相同出水水質(zhì)下，投資費(fèi)用和石灰軟化相當(dāng)，而操作費(fèi)用低。目前三十四頁\總數(shù)五十八頁\編于二十二點(diǎn)圖2-7

膜軟化-工藝流程目前三十五頁\總數(shù)五十八頁\編于二十二點(diǎn)3.1循環(huán)回用3.2廢水處理，水回用并回收副產(chǎn)物和清潔生產(chǎn)3.3市政污水和廢水處理使水再用3膜分離技術(shù)與水再用

(Membraneseparation

forwaterreuse)目前三十六頁\總數(shù)五十八頁\編于二十二點(diǎn)3.1水循環(huán)回用作為循環(huán)回用，有專門的工藝控制結(jié)垢、粘泥、腐蝕等以及殺生，這在工業(yè)冷卻水中普遍采用。近些年來有用膜技術(shù)提高回用率的不少研究報(bào)道。目前三十七頁\總數(shù)五十八頁\編于二十二點(diǎn)海水冷卻分海水直流冷卻和海水循環(huán)冷卻。直流冷卻是指原海水經(jīng)換熱設(shè)備進(jìn)行一次性冷卻后，即排放的過程；循環(huán)冷卻是指原海水經(jīng)換熱設(shè)備完成一次冷卻、再經(jīng)冷卻塔冷卻后，循環(huán)使用的過程。海水作為工業(yè)冷卻用水目前三十八頁\總數(shù)五十八頁\編于二十二點(diǎn)圖3-1美國某核電站海水直流和循環(huán)冷卻

系統(tǒng)全景（各152200m3/h）目前三十九頁\總數(shù)五十八頁\編于二十二點(diǎn)經(jīng)近百年的發(fā)展，世界海水冷卻水用量已經(jīng)超過5000億立方米/年，廣泛用于發(fā)電、煉油、化工、鋼鐵等耗水大的行業(yè)。我國的海水直流冷卻技術(shù)，已有60余年發(fā)展歷史，主要用于濱海火電、核電、化工和冶金等企業(yè)。海水冷卻水用量已經(jīng)超過300億立方米/年。如僅大亞灣核電站（980MW）年用冷卻海水達(dá)35億噸。我國海水循環(huán)冷卻技術(shù)經(jīng)近20年的研究開發(fā)，已達(dá)十萬噸/時的示范規(guī)模，具有重要推廣應(yīng)用價值。目前四十頁\總數(shù)五十八頁\編于二十二點(diǎn)表3.1中國海水利用發(fā)展目標(biāo)Developmenttargetforseawaterutilization目前四十一頁\總數(shù)五十八頁\編于二十二點(diǎn)3.2廢水處理

作為廢水處理水回用并回收副產(chǎn)物和清潔生產(chǎn)的應(yīng)用例子十分多，早在上世紀(jì)70年代就開始了，像超濾回收電泳漆，超濾和反滲透處理乳清，NF和RO處理電鍍廢水等……都是眾所周知、廣為普及的先進(jìn)技術(shù)。下面是幾個與鋼鐵廠有關(guān)的應(yīng)用。電泳漆回收

涂裝行業(yè)（特別是汽車工業(yè)）用的陽極或陰極電泳漆由于有超濾，實(shí)現(xiàn)了電泳漆濃度，電導(dǎo)的嚴(yán)格控制，并回收了電泳漆和淋洗水，使整個生產(chǎn)接近零排放。目前四十二頁\總數(shù)五十八頁\編于二十二點(diǎn)圖3-2超濾回收電泳漆超濾電泳槽淋洗水目前四十三頁\總數(shù)五十八頁\編于二十二點(diǎn)電鍍廢水電鍍（鍍鎳、鍍鉻、鍍鎘、鍍金等）產(chǎn)生大量漂洗水，用反滲透可實(shí)現(xiàn)漂洗水中貴重電鍍藥劑的回收，又可使漂洗水回用，基本可實(shí)現(xiàn)零排放的閉路循環(huán)。目前四十四頁\總數(shù)五十八頁\編于二十二點(diǎn)采用膜分離技術(shù)，以膜的透過液作為生產(chǎn)工藝回用水使用，膜的濃縮液作為電解槽液，可以回收金屬和水資源，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)，減少污水處理成本。圖3-3回收金屬與水資源工藝流程框圖廢水池增壓泵預(yù)處理裝置膜分離裝置回用水電解槽回收金屬資源目前四十五頁\總數(shù)五十八頁\編于二十二點(diǎn)圖3-4

1000m3/d電鍍鎳漂洗水膜法資源化工程目前四十六頁\總數(shù)五十八頁\編于二十二點(diǎn)圖3-5鍍鎳漂洗水膜濃縮效果照片含鎳漂洗水膜透過水膜濃縮液目前四十七頁\總數(shù)五十八頁\編于二十二點(diǎn)3.2.3含油污水處理與回用含油污水多種多樣，用超濾處理，設(shè)備緊湊，占地少，不需加藥劑，操作方便，能耗低，分離效果好，是值得大力推廣的新工藝。鋼鐵廠乳化油的處理現(xiàn)都采用膜技術(shù)。目前四十八頁\總數(shù)五十八頁\編于二十二點(diǎn)圖3-6

鋼廠乳化液凈化處理，300m3/d目前四十九頁\總數(shù)五十八頁\編于二十二點(diǎn)3.2.4廢酸、堿、廢鹽水的回收再生鋼鐵生產(chǎn)中廢酸和廢堿是經(jīng)常遇到的，用滲析法回收酸是很早就廣泛應(yīng)用的例子；利用雙極膜可將廢鹽水轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的酸、堿而回用。目前五十頁\總數(shù)五十八頁\編于二十二點(diǎn)圖3-7廢酸回收再生示意圖

廢酸（4.5N）再生酸(~4.0N)稀廢酸(~0.5N)純水滲析膜圖3-7目前五十一頁\總數(shù)五十八頁\編于二十二點(diǎn)圖3-8滲析法回收廢酸目前