海水淡化(sea water desalination)是人類追求了幾百年的夢想，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家和地區(qū)得到應(yīng)用。最新資料表明。早在400多年前，英國王室就曾懸賞征求經(jīng)濟合算的海水淡化方法。但直到16世紀，人們才開始努力從海水中提取淡水。當時歐洲探險家在漫長的航海旅行中，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，也是海水淡化技術(shù)的開始?，F(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)展起來的。戰(zhàn)后由于國際資本大力開發(fā)中東地區(qū)石油，使這一地區(qū)經(jīng)濟迅速發(fā)展，人口快速增加，這個原本干旱的地區(qū)對淡水資源的需求與日俱增。而中東地區(qū)獨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題的現(xiàn)實選擇，并對海水淡化設(shè)備提出了大型化的要求。從20世紀50年代以后，海水淡化技術(shù)隨著水資源危機的加劇得到了加速發(fā)展，在已經(jīng)開發(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)備是指專門用來淡化海水的設(shè)備，海水由于其含鹽量非常高，而不能被直接使用，最常見的采用兩種方法淡化海水，即蒸餾法和反滲透法將海水進行淡化處理。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。是實現(xiàn)水資源利用的開源增量技術(shù)，可以增加淡水總量，且不受時空和氣候影響，水質(zhì)好、價格漸趨合理，可以保障沿海居民飲用水和工業(yè)鍋爐補水等穩(wěn)定供水。 從海水中取得淡水的過程謂海水淡化。 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)備簡單、易于維護和設(shè)備模塊化的優(yōu)點迅速占領(lǐng)市場，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，進行初步處理，降低海水濁度，防止細菌、藻類等微生物的生長，然后用特種高壓泵增壓，使海水進入反滲透膜，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，經(jīng)過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 通過精心的工藝設(shè)計，合理的設(shè)備配置來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)定運行就顯得格外重要。目前，我國各地運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)點是節(jié)約場地和節(jié)省大量能耗。海水淡化即將海水經(jīng)過脫鹽工藝之后生產(chǎn)出來的淡水。沿海居民飲用水和工業(yè)鍋爐補水的供水都可以通過海水淡化技術(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。實驗結(jié)果表明減壓過濾方法得到的冰晶含鹽量比常壓過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

  通常又稱超過濾法，是1953年才開始采用的一種膜分離淡化法。該法是利用只允許溶劑透過、不允許溶質(zhì)透過的半透膜，將海水與淡水分隔開的。在通常情況下，淡水通過半透膜擴散到海水一側(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，這個過程為滲透。此時，海水一側(cè)高出的水柱靜壓稱為滲透壓。如果對海水一側(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)達國家先后把發(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，工程造價和運行成本持續(xù)降低，主要發(fā)展趨勢為降低反滲透膜的操作壓力，提高反滲透系統(tǒng)回收率，廉價高效預(yù)處理技術(shù)，增強系統(tǒng)抗污染能力等。

  工藝流程

 預(yù)處理

  無論是海水淡化，還是苦咸水脫鹽，給水預(yù)處理是保證反滲透系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行的關(guān)鍵。在制定海水預(yù)處理方案時應(yīng)充分考慮到：海水中存在大量微生物、細菌和藻類。海水中細菌、藻類的繁殖和微生物的生長不僅會給取水設(shè)施帶來許多麻煩，而且會直接影響海水淡化設(shè)備及工藝管道的正常運轉(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)運轉(zhuǎn)不穩(wěn)定。海水具有較大腐蝕性，對系統(tǒng)中所采用的設(shè)備、閥門、管道件的材質(zhì)要作一定篩選，耐腐性能要好。

 殺菌滅藻

 國外海水淡化工程多采用投加液氯、NaClO和CuSO4等化學(xué)試劑來殺菌滅藻?？紤]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)備研制過程中專門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，進入次氯酸鈉發(fā)生器，在直流電場作用下產(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)垢問題。在研制過程中 ，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)垢沉淀問題。

 混凝過濾

 混凝過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）來計量，要求進入反滲透設(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，沉降速度快等優(yōu)點。

 化學(xué)調(diào)節(jié)

 為防止海水淡化過程中因海水濃縮而產(chǎn)生難溶無機鹽類，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在阻垢的同時產(chǎn)生的副產(chǎn)品磷酸鹽會助長微生物、細菌和藻類的生長，使用有一定的局限性。而從西方國家進口的專用高分子聚合物阻垢劑價格較高，會直接影響海水淡化工程的運轉(zhuǎn)費用。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水中余氯含量在0.1m g/L以下還原劑脫，因此海水在進入膜系統(tǒng)前投加NaHSO3，控制海水進反滲透裝置前的氧化還原電位（ORP），使進反滲透設(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)有時海水有較大的異臭異味。因此除添加NaClO進行氧化外，增設(shè)活性炭過濾器，選用具有較高機械強度的果型顆?；钚蕴磕苡行У匚接袡C物和異臭異味，提高反滲透產(chǎn)水水質(zhì)，同時能減輕對反滲透膜面污染，延長膜使用壽命。

 保安過濾

 保安過濾采用316L濾器，5µm濾芯，過濾進高壓泵前的海水，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，長期運行。

 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，我們選用的單級離心泵，具有60m3/h流量，揚程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個膜元件串聯(lián)，6個壓力母管并聯(lián)的一級一段組合結(jié)構(gòu)，并配置低壓自動沖洗排放和淡化水低壓自動沖洗置換，不合格產(chǎn)水自動切換排放裝置。在該系統(tǒng)中還設(shè)置高、低壓保護和高壓泵，清洗泵的聯(lián)鎖。
系統(tǒng)控制
晨興環(huán)保生產(chǎn)的整個反滲透海水淡化控制系統(tǒng)設(shè)計采用國內(nèi)外先進的計算機程序控制，由工控機操作站可編程控制器PLC組成一個分散采樣控制，集中監(jiān)視操作的控制系統(tǒng)。按工藝參數(shù)設(shè)置高低壓保護開關(guān)，自動切換裝置，電導(dǎo)、流量和壓力出現(xiàn)異常時，能實現(xiàn)自動切換、自動聯(lián)鎖報警、停機，以保護高壓泵和反滲透膜元件。變頻控制高壓泵的起動和關(guān)停，實現(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)計在反滲透裝置開機和停機前后，能實現(xiàn)低壓自動沖洗，特別在停運時，濃縮海水的亞穩(wěn)定狀態(tài)會轉(zhuǎn)化出現(xiàn)沉淀，污染膜面，低壓淡化水自動沖洗能置換出濃縮海水，保護膜面不受污染，延長膜的使用壽命。對系統(tǒng)的溫度、流量、水質(zhì)、產(chǎn)量等相關(guān)參數(shù)能實現(xiàn)顯示、儲存、統(tǒng)計、制表和打印。監(jiān)視操作中的動態(tài)工藝流程畫面清晰直觀，系統(tǒng)控制簡化人工操作，確保系統(tǒng)能自動、安全、可靠地運行。

 由于反滲透膜在國外已經(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)計完善的控制系統(tǒng)進行監(jiān)測和控制、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，對于開放式取水，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系統(tǒng)的侵害。

 海水淡化設(shè)備技術(shù)特點
  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、進料海水的預(yù)處理更為簡單。系統(tǒng)低溫操作帶來的另一好處是大大地簡化了海水的預(yù)處理過程。海水進入低溫多效裝置之前只需經(jīng)過篩網(wǎng)過濾和加入5ppm左右的阻垢劑即可，而不像多級閃蒸那樣必須進行加酸脫氣處理。
  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)的動力消耗小。低溫多效系統(tǒng)用于輸送液體的動力消耗很低，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，濃鹽水絕對不會流到產(chǎn)品水中。