反渗透海水淡化技术在舰船上的应用_梁承红

180梁承红：反渗透海水淡化技术在舰船上的应用反渗透海水淡化技术在舰船上的应用反渗透海水淡化技术在舰船上的应用梁承红，邢红宏，李荫，金靓婕（海军航空工程学院基础实验部，山东烟台264001）梁承红：反渗透海水淡化技术在舰船上的应用摘要：摘要：海水淡化是维持舰船所需淡水供应和补充的唯一途径。阐述了反渗透海水淡化技术在反渗透膜、预处理和能量回收装置等关键技术上的发展，介绍了反渗透海水淡化技术在舰船上的应用。关键词：关键词：反渗透；海水淡化；舰船1概述1概述随着人们对远洋航行的日益重视，舰船不断向大型化、现代化发展，日常所需淡水的补充对保证舰船续航力、自持力和战斗力具有重要意义。一艘36765kw的蒸汽动力装置的中型驱逐舰[1]，其主机耗汽量为200t/h，编制人员为200人（人均生活用淡水量为30kg），每天需补充淡水量约为100m3。航母上的蒸汽弹射器每推动一架飞机起飞，约消耗1m3淡水。美国“尼米兹”级航母每天所消耗的淡水，相当于一个人口为二十万人的城巿每天所用淡水量。可见舰船在航行，尤其是远程航行期间，单靠贮水舱无法保证日常的淡水补充，需要安装海水淡化装置，以达到经常性补充淡水的目的。海水淡化技术种类很多，有蒸馏法（多级闪蒸、多效蒸馏、压汽蒸馏（VC）等）、膜法（反渗透、电渗析、膜蒸发等）、离子交换法、冷冻法等，但适用于大规模淡化海水的方法只有多级闪蒸（MSF）、多效蒸馏（MED）和反渗透法（RO）。20世纪70年代，海水淡化中空纤维膜研制成功并投入商业化生产，反渗透海水淡化（SWRO）技术得到快速发展。1989年至1997年，采用SWRO技术得到的淡化水产量占世界海水淡化市场的份额由6%提高到14%[2]。舰船的空间比较小，要求船用海水淡化装置体积小、重量轻、启用快和自动化程度高，所以船用海水淡化装置一般采用多级闪蒸和反渗透淡化工艺。目前，国内外舰船用海水淡化装置仍以蒸馏法为主，但SWRO技术在舰船上的应用也日益得到重视，成为蒸馏法的有力竞争对手。2SWRO技术的发展2SWRO技术的发展2.1反渗透法海水中溶解着多种盐分，以其来源看，海水应含有地球上所有的元素，依目前的技术水平已测定出有80多种元素，它们构成海水中各种有机物和无机物。海水淡化，又称海水脱盐，是从海水中获取淡水的技术和过程，需要通过物理、化学或物理化学方法实现。用一张半透膜将稀溶液与浓溶液隔开，稀溶液会向浓溶海水集水井取水泵超滤超滤水池泵反渗透装置高压泵及能量回收保安滤器泵PH调节消毒淡水池图1反渗透海水淡化流程图加药加药浓海水排放或利用加药2011年第10期2011年10月化学工程与装备ChemicalEngineering&Equipment梁承红：反渗透海水淡化技术在舰船上的应用181液渗透并保持相应的渗透压，此现象称为渗透。如果在浓溶液处放回大于渗透压的压力，则浓溶液会向稀溶液一侧渗透，此现象称为反渗透。反渗透海水淡化法是一种膜分离淡化法，该法是利用只允许溶剂透过、不允许溶质透过的半透膜将海水与淡水分隔开，若对海水一侧施加一大于海水渗透压的外压，那么海水中的纯水将通过半透膜进入到淡水中。无论是大型还是小型的SWRO装置，其系统流程都是相似的。传统的反渗透海水淡化流程如图1所示。2.2SWRO技术的发展SWRO技术进步的主要标志在于反渗透膜性能的不断改进、预处理技术的进步、高压泵及能量回收装置效率的提高。目前，反渗透淡化水技术已是国际上淡化水的主流技术。2.2.1反渗透膜性能的改进1930年提出反渗透海水淡化的概念，1953年美国佛罗里达大学的C．E．Reid教授研究结果证明利用醋酸纤维素膜可以从海水中抽取淡水，1960年，美国加利福尼亚大学的S．Loeb和S．Sourirajan成功制得了世界上第一张高脱盐率、高通透量的可用于海水脱盐的不对称醋酸纤维素反渗透膜。上世纪80年代初Filmtec公司推出了性能优异、实用的FT-30复合反渗透膜，80年代末高脱盐率的全芳香族聚酰胺复合膜实现了工业化，到90年代，中压、低压和超低压高脱盐聚酰胺复合膜进入市场。经过几十年的不断发展，海水淡化反渗透膜的性能有了较大的提高，膜材料从初期单一的醋酸纤维素非对称膜发展到表面聚合技术制成的交联芳香族聚酰胺复合膜等新型材料高效膜。专用于海水淡化的“高脱盐型”复合膜，在5.52Mpa的操作压力下，对35000mg/L的NaCl溶液，脱盐率为99.8%，水通量为40L/m2﹒h以上[3]。目前的反渗透膜，水通量是1978年的2倍，抗压密、耐水解和抗污染等综合性能已大为提高，脱盐率可达99%，海水经一次脱盐即可满足生活饮用水的标准[4]，这一技术优势，使得反渗透淡化技术在供应舰船饮用水方面具有很强的优势。膜材料和制膜工艺虽已取得较快发展，但在耐水解、耐生物降解、耐氯和其他氧化剂、