解利昕¹，阮國嶺²，張耀江²
（1.天津大學 化學工程研究所， 天津 300072；2.國家海洋局 天津海水淡化與綜合利用?研究所， 天津 300192）

　　摘　 要：介紹了國外海水反滲透淡化技術近幾年的發展狀況和國內反滲透海水淡化工程實例，對國內海水反滲透淡化技術存在的問題，提出了相應的發展對策。 ?
　　關鍵詞：反滲透；淡化；技術現狀；展望
　　中圖分類號：TU991.26
　　文獻標識碼：B
　　文章編號：1000-4602(2000)03-0024-04

　　世界淡化水的總產量從60年代至今已經增長到2 300×10⁴m³/d，而且還在以10%～30%的年增長率攀升。供養的人口不僅有中東的若干國家，還有美國、俄國、日本、意大利、西班牙等發達國家的部分地區，達1億之眾。從海水淡化的技術種類來說，目前主要的還是蒸餾法，但是，反滲透海水淡化技術由于其設備投資省、能量消耗低、建造周期短等諸多優點，近10年來發展速度很快，目前最大的反滲透海水淡化廠產水規模已經達到11×10⁴m³/d，在21世紀將與蒸餾法一起成為海水淡化的主導技術。?

1 反滲透海水淡化技術的國際現狀

　　經過近40年的不懈努力，反滲透技術已經取得了令人矚目的進展。目前反滲透膜與組件的生產已經相當成熟，膜的脫鹽率高于99.3%，透水通量大大增加，抗污染和抗氧化能力不斷提高，銷售價格穩中有降；反滲透的給水預處理工藝經過多年的摸索基本可保證膜組件的安全運行；高壓泵和能量回收裝置的效率也在不斷提高。以上措施使得反滲透淡化的投資費用不斷降低，淡化水的成本明顯下降。反滲透海水淡化的技術進步表現在如下方面：?
　　① 反滲透膜的性能明顯提高^［1］
　　1978年成功地開發了海水淡化反滲透復合膜(采用脂肪族聚酰胺復合物為材料)至今，經過近20年的不斷發展，海水淡化反滲透復合膜的性能已經有了較大的提高，目前的反滲透復合膜系采用芳香族聚酰胺的材料，特征水通量是1978年的2倍，鹽的透過率大約為1978年的四分之一。如此的技術進步使得海水淡化制取飲用水從原來的二級流程簡化為目前的一級流程，且膜的價格穩中有降。
　　② 功交換器的研制成功^［2］
　　據報導，一種新型能量回收裝置已經成功地用于New Providece島的13600m³/d和Cayman島的5000m³/d海水反滲透淡化系統上。這種能量回收裝置稱為功交換器，將排放的濃鹽水壓力傳給補給海水，轉換效率高達89%～96%。由于濃鹽水的能量回收充分，據測算系統的噸水能量 消耗僅為2.6kW·h。這種功交換器是1998年反滲透海水淡化技術的一個新里程碑，更為意義重大的是該數據是從商業規模的淡化裝置上得來的。
　　③ 段間能量回收透平的成功應用^［3］
　　1996年6月，佛羅里達水服務公司(Florida Water Service Corp.)在Marco島對現有的15000m³/d苦咸水淡化系統進行了工藝改造，使第二段排放的濃鹽水通過段間能量回收透平用于提高該段的進料水壓力，從而提高了第二段膜堆的產水量。通過如此改造，系統的產水量增加3780m³/d，增幅達25%。段間能量回收透平適合于苦咸水或鹽含量較低的海水淡化系 統，它可以增加系統的產水量或降低系統的能量消耗。?
　　④ 微濾技術用于海水預處理^［1］
　　鑒于傳統地加入化學藥劑和二級過濾的預處理技術不一定能很好地去除進料海水中 的膠體類物質，提出了利用膜處理作為反滲透預處理工藝流程。該流程的核心是采用大孔徑中空纖維超濾或微濾膜，超濾膜的截留分子量為(10～20)×10⁴u，微濾膜的孔徑為0.2μm。經過 一定的工業規模運行，膜技術的預處理工藝已經基本成熟，并具有如下兩個新穎性能：a.可自動、頻繁脈沖式沖洗中空纖維管(某些型號采用反洗)，其特點是通過短時間的停運來保持穩定的產水通量。b.可在一很低的橫流速度下工作，甚至可以在單向流動狀態下工作(全流過濾)。
　　采用微濾(或超濾)作為海水反滲透的預處理，不需要加入絮凝劑、殺菌劑和余氯脫除劑等化學藥品，同時也省去了保安過濾器，將反滲透的進水水質從傳統處理方法的SDI＜3改進到SDI＜1，且不使反滲透的預處理成本明顯增加。此技術由于改進了進水水質，不僅延長了反滲透膜的使用壽命，而且有助于提高系統的回收率、降低運行費用。?
　　⑤ 納濾技術在預處理中的應用^［4］
　　沙特阿拉伯的SWCC成功地開發出了納濾(NF)作為海水的預處理技術，用于脫除硬度和總溶解固體，從而提高海水反滲透的操作壓力和系統的回收率，保證膜組件的運行安全。基于同樣的道理，納濾也可以用于多級閃蒸和多效蒸餾的給水預處理，提高設備的運行溫度，從而提高造水比。如采用納濾作為海水預處理，并將海水反滲透和多級閃蒸結合起來，可以使系統的回收率提高到90%。SWCC公司已經將納濾作為海水預處理的技術申請了專利。?
　　⑥ 淡化成本的明顯下降
　　由于膜的性能不斷提高，高壓泵和能量回收裝置的性能持續進步，各種預處理新工藝的不斷 提出，促使設備的運行管理更為簡單；更由于國際市場一體化的傾向，加大了海水淡化工程公司之間的競爭，使得設備的投資費用不斷降低，從而使反滲透海水淡化的造水成本不斷下降。其明顯例子是塞浦路斯^［4］分別于1995年和1998年對2×10⁴m³/d的海水淡化工程進行國際招標，淡化水的最低報價從1995年的1.22美元/m³下降到1998年的0.782美元/m³，下降幅度高達36%。

2 國內反滲透海水淡化工程

　　初步估計，國內運轉的產水量大于100m³/d的反滲透淡化裝置總數量不少于500臺。 這些反滲透淡化裝置的淡化對象大多數屬于地表水、自來水或苦咸水，用于海水淡化的只有浙江省嵊山鎮的500m³/d反滲透淡化工程、浙江省嵊泗縣馬跡山的350m³/d反滲透淡化 工程以及遼寧省長海縣的1000m³/d反滲透淡化工程。另外，河北滄州化學工業股份有限公 司于1999年進行了18000m³/d高濃度苦咸水淡化工程的招標，預計該工程將于明年底投 產運行。表1列出了以上四個工程的技術參數。

表1 國內四個海水苦咸水淡化工程的技術參數 工程名稱 嵊山鎮
海水淡化工程 馬跡山
海水淡化工程 長海縣
海水淡化工程 滄化公司
苦咸水淡化工程 設計產量（m3/d） 500 350 1000 18000 裝置數量 1 1 1 4 取水方式 沙灘沉井 開放取水 開放取水 深井水 原水濃度（mg/L) 25000 23000-34000 32700 12400 預處方式 多介質+活性炭 多介質+細砂 多介質+細砂 多介質+細沙 滅菌方式 電解海水 電解海水 電解海水

加NaOCl 絮凝劑種類 FeCl₃ FcCl₃ FcCl₃ 聚合氯化鋁 還原劑種類 NaHSO₃ NaHSO₃ NaHSO₃ NaHSO₃ 阻垢劑種類 硫酸 HCl 無 Floccon260 反滲透膜數量 42根8寸膜 30根8寸膜 108根8寸膜 1080根8寸膜 壓力容器數量 7EB/SP6 5EB/SP6 18E8/SP6 180E8/SP6 膜的排列方式 單級單段 單級單段 單級單段 一級二級（2：1） 高壓泵種類 高速離心泵 高速離心泵 三柱塞泵 多級離心泵 高壓泵數量 1 1 2 4 能量回收透平型號 1×HTC150 1×HTC225HR 1×HTC450 4×HTC450 能量回收方式 原水泵后增壓 原水泵后增壓 原水泵后增壓 段間增壓 設計操作壓力（MPa） 5.5 5.5 5.0 4.2 產品水TDS（mg/L) 　 211(海水3.4%) 220-370 　 回收率（%） 35 36.1-39 38-40 　 設備供貸方式 全套引進 引進設備國內組裝 主體設備引進 引進設備國內組裝

3 國內反滲透海水淡化工程存在的問題

　　目前，國內的四個海水(苦咸水)淡化工程中有三個已經投入運行使用，從運行的實際效果來看，基本達到了設計要求。嵊山鎮和長海縣的海水淡化工程在天旱無雨、水庫枯竭的情況下，保證了海島人民的飲水，發揮了巨大的作用和效益。從主體設備的供貨渠道上看，其中兩個工程的設備供貨是引進器件的國內成套，說明國內已經基本掌握了海水反滲透淡化工程的設計、供貨、安裝、調試的相關技術，走過了產業化的大部分路程。然而，投入運行的三個海水淡化工程在運行期間也暴露了一些工程技術的問題，具有代表性的是：?
3.1 高壓泵的選擇
　　投運的三個海水淡化工程有兩個使用了高速離心泵作高壓泵，另外一個使用了三柱塞泵作高壓泵。嵊山鎮的海水淡化用高壓泵曾發生抱軸現象而被更換，長海縣的高壓泵運轉噪音高達105dB,超過了我國的往復泵的噪音標準(95dB)，且在運轉過程中發生高壓泵的彈簧斷裂導致設備停機，由于沒有備品備件供應，在大連加工了同等的彈簧才解決了問題。由于高壓泵噪音超標，目前正在進行隔音降噪處理。滄州的苦咸水淡化使用的是多級離心泵，使用效果 有待驗證。從目前的情況看，根據不同的淡化規模選擇高效率、合適的高壓泵是反滲透海水淡化需要解決的問題。?
3.2 預處理工藝有待優化
　　 嵊山鎮的海水淡化采用了多介質過濾、活性炭過濾兩級預處理流程，過濾速度分別為8m/h 和10 m/h，預處理的結果保證了進入反滲透海水的污染指數＜4，大部分時間在2～3之間。長海縣的預處理流程采用了多介質過濾、細砂過濾兩級預處理流程，過濾速度分別為9 m/h和5 m/h。由于取水方式不同，經預處理后的進水污染指數在2.8～3.4之間，達到了反滲透的進水要求。但對于不同的海水水質，如何優化預處理的工藝流程，恰當地選擇預處理濾速從而達到保證預處理質量、降低工程造價和預處理成本的目的，是反滲透海水淡化工程設計和設備供貨廠商需要解決的技術問題。
3.3 設備和管道腐蝕防護水平有待提高
　　反滲透海水淡化由于海水的腐蝕性強、工程難度大而有別于一般的苦咸水淡化，工程設計和設備供貨單位應對此給予高度的重視。目前投運的反滲透海水淡化工程或多或少的都存在設備、管道的腐蝕防護力度不夠等問題。如馬跡山的海水淡化工程由于設備和管道腐蝕問題，影響了設備的正常運轉，目前正在進行防腐的技術改造；嵊山鎮海水淡化工程的預處理和高壓管路也發生了明顯的銹蝕；長海縣海水淡化工程的預處理設施防腐處理不徹底，發現罐體的內部腐蝕，使得鐵銹類金屬氧化物堵塞保安過濾器，導致保安過濾器濾芯的頻繁更換，進口設備的高壓閥門、保安過濾器等也發生銹蝕。這些腐蝕現象的發生，有些屬于設計不當造成的，有些屬于供貨廠家沒有完全按照設計要求供貨造成的。如果不能有效地解決，將影響設備的使用壽命，降低淡化裝置的利用率和服務年限。
3.4 工程設計和設備供貨的資質需要規范
　　海水淡化技術是海洋資源利用技術的重要領域，海洋開發的特點是高投資、高風險和高利潤。海水淡化的工程設計和設備供貨是結合了多種海洋學科、材料與防腐等技術在內的綜合技術，對工程設計和設備供貨的廠商均應有嚴格的資質要求。海水淡化技術將是下世紀解決沿海城市和地區淡水不足的有效途徑，許多企業看上了這一點，紛紛介入海水淡化和水處理行 業，在推動了該行業技術進步的同時，也帶來了無序競爭，使得海水淡化和水處理市場良莠不齊。如果不加強管理，規范工程設計和設備供貨的資質，建設單位從地區利益和眼前利益出發選擇設備供貨和工程設計單位的結果，將會對工程造成損失和制約行業的健康發展。

4 反滲透海水淡化技術的發展對策

　　鑒于我國反滲透海水淡化取得的巨大成就和面臨的問題，建議采取如下對策以促進技術的發展和實現產業化。?
4.1 加快海水淡化用反滲透復合膜的研制
　　目前，國內海水淡化所用反滲透復合膜均從國外進口，國產反滲透膜與國外產品還存在一定的差距。反滲透膜是反滲透海水淡化的核心，反滲透膜的國產化與產業化不能解決，勢必影響我國反滲透海水淡化技術的發展。我國海水反滲透膜的研制已經具有三個五年計劃攻關的良好基礎，國家應進一步支持海水反滲透膜的研制，使得在“十五”期間形成反滲透海水淡化膜的技術突破，盡快實現國產化和產業化，在促進國內反滲透淡化技術發展的同時，進入國際市場。
4.2 解決反滲透海水淡化配套設備的國產化
　　在反滲透膜選定的情況下，反滲透海水淡化系統的能量消耗等指標主要取決于選用的高壓泵和能量回收裝置的效率。目前，國內海水淡化所用高壓泵和能量回收透平都是從國外進口，其零備件也得從國外進口，在浪費外匯額度的同時也給設備的維護帶來許多不便。國內的多級離心泵、柱塞泵制造技術已經十分成熟，并被成功地用于油田注水，經過適當地攻關，完全可以生產用于反滲透海水淡化的高壓泵。能量回收透平的技術核心是高速葉輪的制造，國內的三元扭曲葉輪制造技術居國際領先水平，并被廣泛地用于進口壓縮設備的技術升級和改造，經過科技攻關，完全有可能實現能量回收透平的國產化，達到提高性能、降低造價的目標。只有實現了反滲透膜、高壓泵、能量回收透平的國產化和產業化，才有可能實現我國反滲透海水淡化的產業化，在推動技術進步的同時，躋身國際海水淡化市場。
4.3 強強聯合，優化工程化技術
　　反滲透膜、高壓泵和能量回收裝置的國產化只是解決了反滲透淡化工程的器件和設備問題。性能優良的器件和設備組合不一定形成運轉良好的淡化工程，因此，反滲透的工程設計技術急需優化。優化的方式可〖JP2〗采用強強聯合，集合國內的優勢力量攻克海水反滲透的海水取水、海水預處理和反滲透主體設計等技術關鍵，形成工程設計的優化技術集成，在此基礎上建立海水反滲透工程設計的國家標準，指導海水反滲透的工程設計和供貨，推動行業的健康發展。
4.4 加強管理， 規范資質
　　海水反滲透淡化工程屬于海洋工程。國家有關部門應加強此方面的管理，規范工程設計和設備供貨廠商的資質，做到持證上崗，杜絕無證經營，用管理和法律手段保證行業的健康發展。

參考文獻：
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收稿日期： 1999-09-28