最近,中科院长春应化所与葫芦岛玉柴北方膜工业有限公司研制的“界面控制制备耐氯芳香聚酰亚胺复合膜的方法”获得了国家发明专利。他们研制的膜其分离功能(脱盐与透水性)和氧化稳定性(耐氯性≥5000~20000ppm(cl).h,)均达到国际先进水平。为我国创立拥有自主知识产权的膜材料、膜工艺、膜过程研究,开发高效膜法海水、苦咸水淡化综合技术,规模制造耐氯反渗透膜打下了基础。 1997年宁夏农科院科研人员和日本地膜专家合作完成了“太阳能蒸馏净化集水技术”,通过塑料大棚利用太阳能将苦咸水蒸馏净化为淡水。一个30m2的塑料大棚夏秋两季日均可净化淡水75kg。宁夏科技人员成功研究出一项利用太阳能把苦咸水淡化成纯净水的技术,现已获得国家专利。目前该项技术正在西海固苦咸水地区进行推广。 国家城建、水利、地矿许多部门历经数十年在苦咸水的研究、开发、利用和淡化等方面做了相当的大量工作。他们查明了苦咸水在我国的分布、储量和水文地质条件以及浅层微咸水存在的利害关系,总结了在农业试验区开采利用浅层微咸水的研究成果,为今后开发利用苦咸水资源奠定了坚实的基础。总之我国科技工作者经过几十年的艰苦奋斗,在这方面取得了不少的成果。 当前我国膜技术与世界先进国家相比尚有较大差距,主要是膜的品种少、性能差,现在首要的是尽快研制出达到国际水平的各种高性能膜,并使之尽快实现产业化;同时与国际同行加强合作,力争早日突破世界上尚未解决的某些关键技术,如:新的廉价能源技术、传热技术、材料技术以及新过程等,使我国尽快赶上或超过世界水平。形势的要求,领导的重视,有力的政策,广阔的市场,展示出我国苦咸水的开发利用的前景。
4 苦咸水反渗透淡化技术 (RO)是以压力为驱动力的膜分离过程。反渗透技术研究始于1953年,{zx0}在美国,1960年从实验室走向工业化。1970年推出芳香聚酰胺中空纤维制成的反渗透器,主要用于苦咸水脱盐,1970年末,又成功推出了卷式反渗透组件;1980年推出用于海水淡化的复合反渗透膜;20世纪90年代,开发出超低压高脱盐率全芳香族聚酰胺复合膜。目前,反渗透膜已成为一种成熟的膜分离技术。世界上{zd0}的反渗透苦咸水淡化厂在美国Yuma市,生产能力为37×104m3/d淡水,用的是卷式反渗透膜组件。 我国反渗透膜技术研究始于1965年,但直到1997年才在浙江舟山市嵊山岛建成{dy}个500m3/d反渗透示范工程。近年来,我国反渗透海水和苦咸水淡化进入快速发展时期。随着RO膜和相关技术的进步,RO在苦咸水淡化中的竞争地位越来越强,2000年在河北沧州建18000m3/d苦咸水淡化厂时,由于该厂原水含盐量为12402.25mg/L,属于较高浓度苦咸水,采用何种技术淡化?为此进行了多种经济技术比较,如果用电渗析法脱盐,其耗电指标介于7.0~18.5kW·h之间,能耗大;如用多级闪蒸淡化,动力消耗大、运转费用高;用技术成熟的压汽蒸馏,但它的{zd0}产量为3000m3/d,需6台并联才能达到产水要求,缺乏规模效益;低温多效蒸馏淡化法虽适用该项目,但设备投资高达19000万元,单位造水成本67元/m3。而同样规模的反渗透淡化装置投资为2200万元左右,单位造水成本2.5元/m3,远远比低温多效蒸馏淡化方法便宜,故选用了反渗透法。该水源水的浊度较高,放置4~24h后浊度仍为40NTU,因此,原水进入淡化之前设置了预处理(集水、澄清沉淀池)。预处理前,还需加次氯酸钠(2mg/L)xx,xx后,再加絮凝剂(聚合氯化铁5mg/L),经两级过滤(多介质过滤器和细砂过滤器)。为使系统具有较高的回收率,预处理反冲洗水采用经多级过滤和防结垢处理的反渗透浓水,以使自用原水量降至{zd1}。由于反渗透复合膜,对氯的耐受程度只有1000mg/(L·h),而过滤器出水通常含余氯0.1~1.0mg/L,所以要在过滤器出水中加入亚硫酸氢钠(3mg/L),来还原水中余氯,使游离氯含量<0.1mg/L,达到反渗透装置的进水要求。另外,还采用添加阻垢分散剂(Flocon260(27mg/L))和盐酸(30%浓度),以防止膜内碳酸钙、硫酸钙、钡的结垢和铁铝氧化物及其他污染物的沉积。综合考虑了各方面因素,{zh1}选用了一级二段反渗透处理方式(一段为苦咸水反渗透膜,二段为海水反渗透膜),同时在一、二段膜中间增设能量回收装置,以减少系统能耗。回收率定为>65%,既保证水源的充分利用,又防止了回收率过高对膜的损害。现在,该厂已建成,反渗透装置主体电力消耗2.0(kW·h)/m3(产水),加入引水及其他附属设备用电共计2.5(kW·h)/m3,单位造水成本则为2.48元/m3。 2001年末,塔河油田苦咸水处理工程(两套处理量为12m3/h的反渗透(RO)脱盐装置)的运行,解决了该油田生活和生产用水(电站用软化水)。该工程投产后,100天就可收回286.94万元的投资,当年就获益300万元,实际全年获利600万元。 2002年,国家计委批准的甘肃定西10000m3苦咸水脱盐RO示范项目,原水浓度为3500mg/L,制取淡水的浓度为150mg/L,水回收率大于70%,估算成本为0.77元/m3。据资料介绍,大庆油田RO苦咸水处理量产已近1.2×104m3/d,主要是作为生活饮用。 目前,反渗透和电渗析已成为苦咸水淡化的主要方法,已成为解决广大苦咸水地区用水紧张的重要技术手段。而反渗透技术因其成本和效果更好,开始被越来越多的地方和部门选用。 纳滤技术的开发和应用比反渗透膜大约晚20年。纳滤膜介于反渗透和超滤膜之间,其膜表面具有纳米微孔结构。反渗透膜对NaCL的脱除率在95%以上,而纳滤膜一般将NaCL脱除率在90%以下,反渗透膜几乎对所在溶质都有很高的脱除率,而纳滤膜只对特定的溶质具有脱除率。纳滤膜主要去除一个纳米左右的溶质粒子,截留分子量一般为100~2000。纳滤膜主要用于脱除三卤甲烷中间体(THM),异味、色度、农药、合成洗涤剂、可溶有机物等致病因子,以及脱除苦咸水中Ca2+、Mg2+等离子成分。我国在山东长岛县海岛建成的南隍城水厂(144m3/d),就采用了NF苦咸水淡化装置。该装置操作压力0.75Mpa,淡水回收率56%,吨水耗电1.43kW·h,产水符合饮用要求。目前国外城市饮用水已有日产水5万m3级的大型纳滤装置。纳滤技术在21世纪将成为水净化的{sx}技术。 常规预处理技术主要是xx、凝聚、絮凝、过滤工艺,由于其占地较大,运行维护较复杂,近年来,随着膜技术的发展,已开发出膜法预处理,主要包括微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)。纳滤作为预处理,主要脱除苦咸水中的大部分的结垢离子和一部分NaCL。采用MF—RO系统,纳滤(NF)作预处理,NF脱除部分硬度和TDS,既不用添加防垢剂,又提高RO的水回收率,降低了25%能耗,可降低造水成本30%,经济效益明显。据资料介绍,目前各种淡化方法在能耗方面都无法与RO竞争。一般来说,RO为4~5(kW·h)/m3、ED为14~16(kW·h)/m3、MED为9~10(kW·h)/m3、MFS为12~14(kW·h)/m3。反渗透和纳滤技术在苦咸水淡化方面显示出相当的优势,因此,还需对它下大力进一步气深入研究,力争走在世界前列。
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