集成膜工艺海水淡化与浓海水综合利用_张维润

1概述海水淡化过程生成的浓水处置问题目前受到了重视。虽未见中小规模海水淡化工程对环境有明显影响的报导，但在大型工程中，特别在封闭海域，高盐度浓水对生态环境的影响是显而易见的。根据国家发展循环经济、加强海洋环境保护的要求，在淡化技术基本成熟并投入推广应用以后，浓海水利用技术的开发成为重要课题。从目前集成膜技术在海水综合利用中的进展来看，开发浓缩型离子交换膜电渗析装置及工艺是急需解决的关键技术。上世纪八十年代，西沙200m3/d电渗析海水淡化站的建成，标志着电渗析淡化技术已经成熟，并实现了工程装备全部国产化。由于耗电较大，目前电渗析在海水淡化中较少采用，主要用于苦咸水脱盐。反渗透海水淡化工程技术已达到同容量装置的世界先进水平，成为国内海水淡化的首选技术。反渗透的浓水浓度接近海水的2倍，用反渗透技术进一步浓缩到100g/L以下是可能的。电渗析海水浓缩制盐日本早已实现工业化，浓水浓度达到190～200g/L，这个浓度的渗透压已超过19MPa，采用目前的反渗透技术是不可能的，电渗析在海水浓缩、精制技术中的优势便日渐突现。日本从1960年开始研究电渗析技术，是以海水浓缩为目标，其Ⅰ-Ⅰ价离子选择性透过膜至今处于世界领先地位。海水综合利用是以反渗透-电渗析系统扩展的，其流程见图1。在这些已工业化或正在开发的过程工艺中，我国目前实现的技术仅在海水淡化制取生活用水或工艺用水。众所周知，所有膜装置都有严格的进水水质要求，反渗透浓水足以达到电渗析的进水指标，省去了原海水电渗析浓缩制盐的预处理工序，减少了工程设备投资与运行费用。日本近年来开发了一种电渗析制取高矿化度淡水的技术[1]。电渗析装置采用海水浓缩制盐的1价����������������������������������������!#$%&’(�)*�+,-./����0图1海水综合利用流程略图Fig.1Technologicalprocessforcomprehensiveutilizationofseawater集成膜工艺海水淡化与浓海水综合利用张维润，樊雄(国家海洋局杭州水处理技术开发中心，浙江杭州310012)摘要:综述了反渗透-电渗析集成工艺海水淡化与浓缩水综合利用研发现状与发展趋势。指出具有特殊分离功能的离子交换膜电渗析技术是高度分离、富集海洋化学元素的关键技术。提出了目前需要研究的几个问题。关键词:电渗析;反渗透;综合利用中图分类号:P747文献标识码:A文章编号:1000-3770(2007)02-001-03收稿日期：2006-09-10作者简介：张维润(1941-)，男，教授级高工，研究方向为膜法水处理设备与技术；联系电话：0571-88935342；E-mail：szxkjc@yahoo.com.cn。组分Na+K+Ca2+Mg2+Cl-SO42-PO43-NO3-TDS总硬度海水(mg/L)954048931811201880027900.086<1330575404深海水脱盐水(mg/L)10822121100294040130.185-85365056表1原海水与脱盐水组分比较Table1Comparisonbetweenrawseawateranddesaltedwater第33卷第2期2007年2月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.33No.2Feb.,20071DOI:10.16796/j.cnki.1000-3770.2007.02.001阳离子选择性透过膜，阴膜采用普通离子交换膜。进水取用深海海水，可在200m以下，富含矿物质和稀有元素。在电渗析过程中所有阴离子都可透过阴膜，仅单价阳离子透过阳膜，脱盐水中几乎含有与原海水相近的多价阳离子，组份比较见表1。脱盐水中Mg2+/Na+比例比原海水中高87倍、Ca2+/Na+高59倍。将这种水与反渗透淡化水混合以调整硬度，简化了淡化水的后处理步骤。这种水已成功进入饮料市场和食品工业。据称日本建成了15套这样的装置，韩国和我国台湾也将建立这种装置。2离子交换膜系统应用实例2.1工艺流程1986年，日本德山曹达公司为科威特石油化学公司建成了海水综合利用工厂[2]，采用电渗析浓缩海水制盐、使用单阳离子交换膜电解槽生产氯气和NaOH，流程示意见图2。2.2水质参数与运转状况2.2.1水质参数浓缩型电渗析装置：型号TSW-200;阳离子交换膜：CIM;阴离子交换膜：A-10KS;浓缩室：0.5mm;脱盐室：0.75mm;膜有效通电面积：2m2;膜堆膜对数：1488对;膜堆数：4个;总膜对数：5952对。2.2.2运转状况装置运转状况为：电流密度33～35mA/cm2，隔室流速6cm/s,海水温度23～35℃，浓缩水浓度185～200g/L，直流耗电185～220kWh/tNaCl。离