隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的高速發(fā)展和人口的急劇增加，淡水資源短缺已經(jīng)成為人們面臨的巨大挑戰(zhàn)；開發(fā)利用海水資源，進(jìn)行海水淡化。成為開源節(jié)流、解決淡水短缺的一個(gè)重要途徑。目前膜法海水淡化日益成為海水淡化的主流技術(shù)，主要有已獲得大規(guī)模應(yīng)用的反滲透、正在發(fā)展的正滲透和膜蒸餾等技術(shù)。
本文在簡(jiǎn)要介紹海水淡化的工藝流程的基礎(chǔ)上，著重介紹工作原理，以及工藝流程中出現(xiàn)的具體問題及解決措施。海水淡化分為三個(gè)子過程：預(yù)處理流程、膜處理流程、污泥濃縮處理流程。
預(yù)處理流程
預(yù)處理流程主要功能是除去海水中的懸浮物、藻類及微生物等物質(zhì)，使出水水質(zhì)達(dá)到后續(xù)膜處理的要求，為海水淡化膜處理子系統(tǒng)供水；根據(jù)海水取水水質(zhì)，海水平均懸浮物含量為781~1902㎎/L，無法滿足海水淡化的超濾要求，必須對(duì)海水淡化原水進(jìn)行預(yù)處理，使懸浮物將至2㎎/L以下。
工藝流程為：海水原水經(jīng)過原水升壓泵升壓后，通過玻璃鋼管輸送至海水原水預(yù)處理站內(nèi)混凝沉淀池，進(jìn)行沉淀處理以除去海水淡化原水中較大的固體懸浮雜質(zhì)?？紤]到海水含沙量較大，混凝反應(yīng)沉淀池排泥需用一定水量，即海水原水經(jīng)混凝反應(yīng)沉淀池后產(chǎn)生混凝反應(yīng)澄清水，污泥水通過混凝反應(yīng)沉淀池底部的排泥管排入附近排水溝，自流至污泥沉淀池。經(jīng)混凝反應(yīng)沉淀池處理后的海水自流至V型濾池中進(jìn)一步過濾處理以保證進(jìn)入海水淡化車間的海水水質(zhì)。V型濾池自用一部分清水沖洗，其余部分供給清水池。
混凝沉淀池
混凝沉淀池是將混合、絮凝、沉淀集成一體，能有效的去除水中的顆粒、細(xì)菌、有機(jī)物、懸浮物、濁度和部分膠體，使出水濁度小于5NTU。
混凝沉淀原理：水中雜質(zhì)按照其雜質(zhì)形態(tài)，可分為懸浮物、膠體物質(zhì)和溶解物。懸浮物質(zhì)：包括草本、垃圾等大塊物質(zhì)和顆粒粒徑大于100μm以上的泥沙。在水中粒徑大于100μm以上的懸浮雜質(zhì)可以依靠重力進(jìn)行除去。溶解物質(zhì)：由于水的溶解能力很強(qiáng)，某些礦物質(zhì)溶解于其中，并且在水中離解成離子狀態(tài)，其粒徑小于1μm以下；
膠體物質(zhì)：多為黏土微粒、高分子物質(zhì)、微生物、細(xì)菌等(粒徑一般在1μm-100μm之間，光線照射上去被散射而呈現(xiàn)渾濁現(xiàn)象。)高分子物質(zhì)一般來源于動(dòng)植物的蛋白類化合物，或已分解的蛋白類，如腐殖酸、腐殖質(zhì)等。黏土膠體是造成水渾濁的主要原因，而腐殖質(zhì)是水體帶色的主要原因。對(duì)于膠體雜質(zhì)由于布朗運(yùn)動(dòng)、水化作用和膠體顆粒帶電，使膠體顆粒顆粒分散狀態(tài)保持不變。根據(jù)雙電層理論中膠體的膠核和吸附層組成膠粒帶負(fù)電，膠粒和擴(kuò)散層組成的膠團(tuán)呈電中性，水中的微小顆粒一般均帶負(fù)電荷；它們之間既相互排斥又在水中不斷做布朗運(yùn)動(dòng)，故極為穩(wěn)定而不易下沉。為改變這種情況，在水中投加混凝劑，混凝劑溶解后，提供大量正離子。正離子擴(kuò)散，大量正離子涌入帶負(fù)電的膠體擴(kuò)散層乃至吸附層，使膠粒之間的靜電斥力消失，同時(shí)在范德華力、化學(xué)吸附等原因的共同作用下，使膠體顆粒失去穩(wěn)定性，在攪拌水體的有利條件共同作用下，不斷碰撞吸附，生成較大的絮粒；這種網(wǎng)狀一樣的絮粒具有很強(qiáng)的吸附能力，不僅能吸附碰撞懸浮顆粒，還能吸附有機(jī)物、細(xì)菌甚至溶解雜質(zhì)；并用它的鏈狀結(jié)構(gòu)把雜質(zhì)鏈接起來形成整體，稱為絨體；絨體在形成和下降過程中逐漸增大，在一定的水利條件下即能從水中分離、沉降下來，使水由渾變清。
膜處理流程
膜處理流程的主要功能：除去海水中預(yù)處理子系統(tǒng)無法除去的小粒徑膠體及鹽分，從而為除鹽水系統(tǒng)提供合格的淡化水，膜處理是海水淡化系統(tǒng)的核心部分。
預(yù)處理系統(tǒng)產(chǎn)生的原水，經(jīng)過清水泵升壓后，經(jīng)過超濾裝置、反滲透裝置、陰陽離子交換器等，轉(zhuǎn)變成除鹽水。
超濾裝置主要有平板式、管式、螺旋卷式、浸沒式等，下面主要介紹管式超濾裝置；超濾膜組件由PVC外管、中心出水管及中空纖維膜絲組成；中空纖維膜絲由2-3㎝的環(huán)氧樹脂密封在PVC外筒中，原水從毛細(xì)管的內(nèi)部進(jìn)入，過濾時(shí)，比膜孔徑大的顆粒被截留在膜的表面，并存留在毛細(xì)管間；而濾液以及包含在濾液中的離子和小于膜孔徑的顆粒物通過膜表面，并被收集到集水管中，此為過濾過程，驅(qū)動(dòng)力為進(jìn)水和出水之間的壓力差，采用內(nèi)壓式全量過濾，即進(jìn)水全部通過膜成為產(chǎn)品水，沒有濃水排放。超濾裝置運(yùn)行一段時(shí)間后，由于膜元件逐漸被水中顆粒、膠體堵塞，引起水流阻力上升，產(chǎn)水量下降；另外，超濾膜截留的生物能力較強(qiáng)，經(jīng)過殺菌過程后僥幸逃生的微生物會(huì)在超濾膜表面聚集，并進(jìn)行生長(zhǎng)繁殖，導(dǎo)致超濾膜的污染失效，根據(jù)超濾膜壓差必須進(jìn)行反洗、化學(xué)加強(qiáng)反洗、化學(xué)清洗。
反滲透裝置是用一張只透水而不能透過鹽的半透膜將淡水和鹽隔開，淡水會(huì)自然地透過半透膜至鹽水一側(cè)，這種現(xiàn)象稱為滲透；當(dāng)滲透到鹽水一側(cè)的液面達(dá)到某一高度時(shí)，滲透的自然趨勢(shì)被這一壓力所抵消從而達(dá)到平衡，這一平衡壓力稱為該體系的滲透壓；如果在鹽水一側(cè)加一個(gè)大于滲透壓的壓力，鹽水中的水會(huì)通過半透膜到淡水側(cè)，此現(xiàn)象為反滲透。
反滲透膜組件利用反滲透原理，去除水中的各種鹽分。在反滲透膜的原水側(cè)加壓，使原水中的一部分純水沿與膜垂直方向透過膜，水中的鹽類和膠體物質(zhì)在膜的表面濃縮，剩余部分原水與膜平行的方向?qū)饪s的物質(zhì)帶走。透過膜的水中僅殘留少量鹽分，收集利用透過水。膜元件的通流量越大，回收率越高則其表面濃縮的程度越高，由于濃縮作用，膜表面的物質(zhì)濃度與主體水流中的物質(zhì)濃度不同，產(chǎn)生濃度極化現(xiàn)象，濃度極化現(xiàn)象會(huì)消耗更多的能量。
離子樹脂交換器依據(jù)的工作原理為雙電層理論，即離子交換樹脂上的可交換離子，是由許多活性集團(tuán)在水中發(fā)生電離作用而形成的，當(dāng)離子交換樹脂遇到水時(shí)，離子交換樹脂上的可交換離子在水分子的作用下，有向水中擴(kuò)散的傾向，從而使樹脂活性集團(tuán)上留有與可交換離子相反的電荷，形成正的或負(fù)的電場(chǎng)，由于異性電荷的吸引力而抑制了可交換離子的進(jìn)一步擴(kuò)散；其結(jié)果即為在濃度差擴(kuò)散和靜電引力兩種相反力的作用下，形成雙電層式的結(jié)構(gòu)。主要分為陽離子樹脂交換器、陰離子樹脂交換器、混合離子樹脂交換器；經(jīng)反滲透處理后的產(chǎn)水進(jìn)過陽離子樹脂交換器，水中的陽離子被樹脂活性集團(tuán)中的氫離子所置換，從而達(dá)到除去水中陽離子的目的；陰離子樹脂交換器，使水中得陰離子被樹脂的活性集團(tuán)中的氫氧根離子所置換，從而達(dá)到除去水中陰離子的目的。混合樹脂離子交換器，可以看成是由許多陰陽樹脂交錯(cuò)排列而成的多級(jí)符合床，基本消除反離子的影響，交換，出水水質(zhì)穩(wěn)定、純度高。
污泥濃縮流程
海水淡化污泥濃縮子處理子系統(tǒng)組要功能：接納污泥沉淀池排泥，將污泥進(jìn)一步濃縮并脫水成形，為外運(yùn)創(chuàng)造有利條件，并回收濃縮池出水，起到節(jié)水增效作用。
本文通過介紹海水淡化的工藝流程，預(yù)處理流程、膜處理流程、污泥濃縮處理流程，將每個(gè)流程中的工作原理詳細(xì)分析，并提出解決問題的處理措施。海水淡化應(yīng)用技術(shù)工藝種類較多，每項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)和要求各不相同，應(yīng)結(jié)合具體問題具體分析。
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