反渗透海水淡化系统改善措施探究

(整期优先)网络出版时间:2023-09-19
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反渗透海水淡化系统改善措施探究

朱士军

山东电力建设第三工程有限公司           山东   青岛  266000

摘要:海水淡化技术是目前解决淡水资源短缺问题的主要手段之一,其中反渗透技术是应用最广泛的海水淡化技术之一。反渗透技术具有能耗低、操作简单等优点,但是在海水淡化过程中,可能会出现反渗透现象,影响工艺效率和水质。因此,对反渗透海水淡化处理工艺进行分析和研究,探讨反渗透海水淡化工艺的原理、常见问题及解决方法,对于提高海水淡化工艺的效率和水质具有重要的意义。

关键词:反渗透;海水淡化系统;改善措施

随着世界人口的持续增长和经济的不断发展,水资源供需矛盾日益突出,水资源短缺已成为全球性问题。由于海水及苦咸水淡化技术不受气候影响,可提供全天候稳定供水,已成为世界各国应对淡水短缺的重要途径。

1反渗透海水淡化技术概述

反渗透海水淡化处理技术是目前应用最广泛的海水淡化技术之一。其基本原理是利用半透膜的特性,将高浓度的盐水(海水)和低浓度的淡水分离,使得水分子能够通过半透膜,而盐和其他杂质则被半透膜过滤掉,从而达到淡化海水的目的。

反渗透海水淡化处理技术具有以下优点:其一,能耗较低。反渗透海水淡化处理过程中,主要的能耗来自产生高压水的能耗,相对于其它海水淡化技术,反渗透技术的能耗较低;其二,工艺流程简单。反渗透海水淡化处理过程中,只需要经过预处理、高压泵进料、反渗透膜组件、管道、储水罐等几个环节,相对于其它海水淡化技术,反渗透技术的工艺流程较为简单;其三,水质较高。反渗透海水淡化处理技术可以有效去除水中的盐分、微生物和杂质等,从而保证产出的淡水水质较高。

1.1优点

①海水淡化使用的反渗透技术属于一种膜处理技术,基本上具有膜应具有的优点,比如能耗比较低,环保性能好,对于热敏感物质的分离效果比较明显等,应用的范围也是比较广的,而且应用设备相对比较简单,维修起来也比较方便。运营的费用相对其他技术是比较低的,设备还比较容易定型,具有比较强的自控能力,在经营管理的时候比较方便,这样更加有利于产业化经营。

②反渗透膜的孔径不大,一些细微的生物病菌都没有办法通过反渗透膜,而且,这个膜还可以更好的处理一些有机物和一些微粒。所以,利用反渗透技术进行海水淡化,淡化出来的水质是比较好的,完全可以达到饮用水的标准。

③反渗透技术的原动力是压力的分离,其设备构造比较紧凑,设备的体积也不大,单位体积内产水的量也比较高,占地面积不大,而且在操作起来比较简单,属于自动化程度比较高的技术。

1.2缺点

①对于反渗透膜来说,对于水质的要求是比较严格的,所以,在进液淡化水之前要对原有的水质进行一个相对比较严格的处理,比如,采用微滤超滤膜等一些过滤方法。尽可能的不要污染透膜,避免微孔的堵塞。

②在反渗透运行中,过滤器R.O.膜元件更换频率相对比较高,这样就在无形中增加了处理费用,而且运行的时候噪音是比较大的。

③海水中有一些难以溶解的盐分和一些悬浮物以及化合物等杂质,所以,反渗透装置在长时间使用之后,就会有污垢堵塞住。所以,需要在一定时间内用特定的清洁剂对其进行清洗,从而把膜组件的性能恢复到原有状态。为了避免反渗透膜上产生细菌,需要定期对其进行消毒处理。

④当前我国海水淡化的产业规模还不是特别大,一天的产量占据世界的1%左右,海水作为冷却水的用量也只占据世界的6%左右。对于沿海地区来说,自来水的价格是偏高的。由于大规模的海水淡化技术还不太成熟,没有任何法律法规可以遵循也是其中的原因,那些有条件利用海水但是却没有利用的情况时有发生。

2反渗透海水淡化系统优化措施

2.1优化反渗透海水淡化系统

反渗透海水淡化系统根据工序的不同可分为四个部分:预处理系统、高压给水系统、膜组件、后处理系统。

2.1.1预处理系统

在实践中,海水中存在大量硫酸盐、硅酸盐等难溶于水的盐、泥沙,真菌、霉菌、藻类等微生物以及其他杂质。如果未经预处理的海水直接通过膜组件,这些污染物将会直接被半透膜膜体截留,致使膜体短时间内受到严重污染,甚至产生损害,破坏膜系统的长期稳定运行,将导致频换更换膜组件,造成经济成本过高。因此,考虑到系统的长期稳定运行,防止膜组件系统被快速污染甚至被破坏,造成膜组件更换频繁,使经济成本过高,在海水在进入膜组件前,相关人员必须进行相应严格有效的预处理工艺,以保护膜组件及整个系统安全有效的运行。比如,工程预处理系统按工序及作用的不同可分为二级和一级预处理系统。其中,一级系统主要包括预处理斜管沉淀池、清水池、絮凝沉淀池、加药系统、无阀过滤池等。一级系统的作用是除去伤害膜组件的、对膜组件产生严重污染的有害物质,比如海水中的悬浮有机物、细菌、微生物、泥沙、胶体等。

2.1.2高压给水系统

在实践中,高压给水系统主要由三个部分组成:增压泵、高压泵、能量回收装置,是反渗透海水淡化工程的主要能耗模块。高压泵是反渗透海水淡化系统的主要能耗部件,反渗透过程的水分子通过渗透膜的驱动力是由高压泵来提供,高压泵是反渗透海水淡化工程高压给水系统的心脏。高压泵的电耗占高压给水系统能耗的90%以上,占制水成本的70%以上,因此当反渗透海水淡化系统中膜组件已经选定的情况下,海水淡化高压泵的效率、运行方式将直接决定反渗透海水淡化系统的能耗指标。能量回收系统是高压给水系统的另一重要组成部分。在实践中,海水经过膜系统后所得的浓水仍然具有很高的压力,如果系统不能将这部分浓海水中的能量加以回收利用的话,将造成极大的能量浪费。使用能量回收系统将这部分浓海水中的能量加以回收利用,可有效的降低系统的总能耗,从而极大降低单位产水能耗。另外,能量回收装置采用ERI的PX能量回收装置,该装置在膜组件因老化、污染,海水温度波动和盐度波动等外部因素影响系统回收率的情况下,该装置的回收效率也能基本保持不变。

2.1.3后处理系统

为防止淡化水直接进入输水管网,使反渗透海水工程所产淡水水质达到生活饮用水标准进而造成黄水现象,相关人员要对反渗透海水淡化工程所产淡水进行后处理。实践证明,具有自适应功能的“CO2+CaCO3”淡化水矿化调质工艺可以有效解决淡水硬度和碱度等过低的问题。某工程首创了具有自适应功能的“CO2+CaCO3”淡化水矿化调质工艺,通过管网,经过后处理的淡水将淡水输送给用户使用,保证人们的正常用水需求。

2.2考虑多重外界因素

反渗透膜组件对温度的变化极其敏感,海水温度一天内的波动范围较大,且不同季节日变化温度范围也不同,如果在运行过程中不能及时调节高压泵的运行工况点,不仅会造成反渗透海水淡化系统产水能耗的上升,且会加速膜组件的污染,造成能量的浪费及膜组件更换频繁,从而导致产水费用增加,甚至会造成产水水质下降,因此,相关部门有必要对高压泵进行季节日优化运行。为了解决反渗透海水淡化高给水系统季节日优化运行问题,相关部门需要在已知每日产水计划前提下,考虑季节日温度的变化及峰谷电价影响,确定高压泵的调速比,获得各时段高压泵最优操作压力下的最优给水流量,使系统产水能耗最低或产水费用最小。

3结束语

在海水淡化技术方面,我国要积极学习国外一些先进国家的经验,进一步完善我国的海水淡化技术。在研究的基础上开发一系列海水淡化技术知识产权,把那些不适用的海水淡化设备装置淘汰掉。在技术引进的同时,要积极的强化吸收,从而解决我国淡水资源不足,影响经济发展的问题。

参考文献

[1]郑建波.反渗透海水淡化高压给水系统运行优化研究[D].江苏大学,2017.

[2]周婷.基于反渗透方法的新能源海水淡化系统研究[D].上海海洋大学,2016.

[3]马颖颖,衣守志,曲达.反渗透海水淡化的预处理方法研究进展[J].杭州化工,2007(04):21-23.