太阳能纳滤苦咸水淡化技术在西北地区饮用水处理中的应用

第27卷第18期2011年9月甘肃科技GansuScienceandTechnologyVol.27No.18Sep.2011太阳能纳滤苦咸水淡化技术在西北地区饮用水处理中的应用刘莉，王庚平，赵虎群(甘肃省膜科学技术研究院，甘肃兰州730020)摘要:采用适合西北地区苦咸水专用的NF膜，以3种典型的苦咸水水质为例，研究利用以太阳能为动力的直流水泵和纳滤法对苦咸水进行淡化，为解决居住分散且无常规电力供应的牧区人畜饮水问题指出了一条新的途径。关键词:纳滤膜;苦咸水;光伏发电中图分类号:X52西北地区地下水水质属于苦咸水，绝大部分地区地下水含盐量超标，无法饮用。长期饮用会造成脱发、腹泻等现象，严重影响人民的健康。在西北地区的农村和牧区，还存在着部分农牧居民居住分散，集中供电难以实现，喝的是苦咸水，没有常规电力的供应直接导致水处理无法进行，据统计，仅甘肃的无电人口就达523394。因而探索利用可再生能源之一的太阳能作为动力提供能源就应运而生了。采用太阳能为动力的纳滤水处理装置，解决人们的饮水困难问题，可以整体解决农村的饮用水水质，改善农村的生活质量。1离网独立光伏发电(太阳能)技术离网光伏发电技术指的是完全独立于现有电网，为没有常规电网供电能力的用户提供电力服务，它的基本目的是利用太阳能光伏发电技术向常规电网不能到达，而又必须使用电力的用户提供电力服务。光伏系统是指利用太阳能电池将太阳辐射能直接转换为电能的发电系统。它有太阳电池板、控制器、直流/交流逆变器、蓄电池组和直流/交流负载组成［2］，如图1所示。图1太阳能发电系统2纳滤苦咸水淡化工艺及处理原理苦咸水是经预沉淀和精密过滤器预处理后，再经纳滤、浓水排放，淡化水收集。选用中低度苦咸水试验水源。其工艺流程如下:苦咸水→预沉淀(可选)→供水泵→精密过滤→(直流)压力泵→纳滤膜分离→淡化水(浓水排放)→淡水收集。渗透及反渗透是一种物理现象，含有盐份的水有一种自然渗透压力，当把含盐水(原水)与纯水用微孔直径为万分之一微米的半透膜隔开时，纯水由于渗透压的作用将透过半透膜而进入原水侧。相反，要是在原水侧施加一高于其本身渗透压的压力，则原水中的分子将透过半透膜而进入纯水侧，但原水中的盐份、细微杂质、有机物等成分却不能进入纯水侧，这就是反渗透。基于此种原理，人们发明了反渗透膜和反渗透技术，并将其应用于水处理。纳滤技术是从反渗透技术中分离出来的一种膜分离技术，是超低压反渗透技术的延续和发展分支。纳滤膜存在着纳米级的细孔，且截留率大于95%的最小分子约为1nm。在过去的很长一段时间里，纳滤膜被称为超低压反渗透膜(LPRO:LowPressureReverseOsmosis)，或称选择性反渗透膜或松散反渗透膜(LooseRO:LooseReverseOsmosis)。日本学者大谷敏郎曾对纳滤膜的分离性能进行了具体的定义:操作压力≤1.50MPa，截留分子量200～1000，NaCl的截留率≤90%的膜可以认为是纳滤膜。3太阳能纳滤膜法苦咸水淡化试验研究一般来讲，含盐量1～5g/L的水叫低盐度苦咸水，10g/L以上为高盐度苦咸水。黄河流域微咸水和咸水资源量见表1，依据此法分类，对表1中青海、甘肃、宁夏、内蒙、陕西等西北地区和黄河流域苦咸水进行分析，低盐度苦咸水占苦咸水总量的84.7%，中、高盐度苦咸水占苦咸水总量的15.3%，因而西北地区的苦咸水淡化的水源以含盐量1～5g/L低盐度苦咸水为主［3］。表1黄河流域微咸水和咸水资源量省(区)2～5g/L≥5g/L面积(m2)资源量(亿m3/a)面积(m2)资源量(亿m3/a)合计资源量(亿m3/a)青海甘肃宁夏内蒙陕西山西河南5502473515202873284214328070.971.473.297.674.930.441.8614324192276924149380.371.400.4841.460.030.971.844.698.156.390.471.86合计24.373．1实验装置太阳能动力系统由太阳能板，太阳能控制器，蓄电池组成。淡化机由纳滤膜组件，直流供水泵，直流高压泵，阀门，管线和装置架构成，核心部件为1根2521的卷式纳滤膜。最高耐受压4.0MPa、最高耐受温度40℃、pH范围:3～11。预过滤采用10μm滤芯。实验流程如下所示:苦咸水→预沉淀(可选)→供水泵→精密过滤→(直流)压力泵→纳滤膜分离→淡化水(浓水排放)→淡水收集3.2实验原料及仪器实验时各采用1000～2000mg/L，2000～3000mg/L，3000～5000mg/L的苦咸水，考察其产水特性和工艺参数，最后达到淡化的目的。流量计:现场测定，以L/H记。电导仪:选用DDS—307型电导率仪进行现场测定，以us/cm计。太阳光强度检测计:TN3000。3.3实验过程实验在