海水淡化反渗透膜最新进展及其应用

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1、海水淡化反渗透膜最新进展及其应用田华1，尹华1,　朱列平1，（1．蓝星东丽膜科技（北京）有限公司）摘要：膜法海水淡化已成为重要的主流技术应用在脱盐领域，其突出优点是成本低。本文介绍了影响反渗透海水淡化成本的两个重要因素、反渗透海水淡化膜的最新进展，并展望了未来海水淡化反渗透膜的发展趋势。关键词：反渗透膜，海水淡化，低能耗，高通量，高脱盐，高脱硼反渗透海水淡化技术至上世纪70年代商业化以来，其高效、低能耗、清洁、少污染、操作管理方便等特点使其成为当今先进的脱盐技术。经过50多年的研究开发及产业化，反渗透海水淡化膜及膜组件性能得到大幅度的提高，其脱盐率已高达99.8%，而产水量提高了

2、2-3倍多。随着能量回收系统转化效率的提高、配套设备性能提高以及工艺优化，反渗透海水淡化本体最低吨水能耗已降到3Kwh/m3以下，制水吨水成本降到0.5-0.7美元/m3[1]。能耗及制水吨水成本的降低促进了反渗透海水淡化的快速发展。据统计，2005年全球反渗透海水淡化总产能为5,000,000m3/d，而2009年则达到了15,000,000m3/d。在亚洲地区，2000年总产能为412,000m3/d，2009年则达到了2,100,000m3/d，其中中国的总产能比例由2000年的3%提高到了目前的23%，也就是说我国反渗透海水淡化产能已经超过480,000m3/d（包括在建

3、），相比2000年的12,400m3/d的产能来说提高了38倍多[2]。随着社会经济的快速发展，水资源的日趋短缺和污染，在近岛和沿海地区，优先采用反渗透脱盐技术开辟新水源已在全球达成共识。最近二十年，虽然能耗和成本已经取得了欣慰的降低，但其较高的制水成本仍然是制约该技术大规模地普及应用在市政行业、钢铁行业等工业领域，因此，面临日趋紧张的能源及环境危机，进一步开发及应用低能耗高通量、高脱盐及高脱硼反渗透膜元件已成为目前海水淡化领域最重要的研究课题和发展方向。1.影响反渗透海水淡化制水成本的两个重要因素1.1.能耗海水淡化反渗透系统制水成本主要由预处理、RO系统投资及折旧、系统能耗、

4、取水及浓水排放、能量回收系统组成，表1说明了SWRO（膜法海水淡化系统）各种成本的大致比例，其中系统能耗就占据了30%的比例，而RO系统的主要驱动力来源于高压泵，其能耗比例就达到了60%以上。表1SWRO成本比例[3]项目成本百分比（*1）SWRO系统投资及折旧40%系统能耗30%取水、浓水排放、预处理15%其它15%合计100%（*1）说明：成本百分比受工程规模影响图1表明了SWRO系统运行成本中最大的影响因素为系统电耗，其次为设备固定投资及折旧。7图1SWRO运行成本分析[4]综合表1和图1，系统能耗确实是海水淡化工厂制水成本的最主要的构成要素，众所周知，海水由于含盐量高，其

5、渗透压高，所需要的操作压力高，故高压泵电耗大。因此，降低系统能耗是削减制水成本的重要途径。1.1.产水水质产水水质不仅影响其用途，而且与投资及运行成本息息相关。比如，在电厂锅炉补给水中，如果SWRO产水水质较好，可以大大降低后处理（如二级RO、离子交换、EDI等）的运行负荷。又如，在市政饮用水行业，硼的脱除应该是海水淡化工艺中需要克服的最重要课题之一。硼在自然界中以硼酸的形式存在，经实验室动物口服试验证明硼酸主要表现在雄性生殖系统的痕迹上。然而，在反渗透海水淡化领域中，硼的去除较难，这是因为海水中含有相当高的硼浓度(4~7mg/L)。虽然通常的海水淡化膜元件拥有高于90%的脱硼率

6、，这仍然是不够的，因此，在脱硼要求的传统海水淡化中，为了使产水中硼浓度满足要求，必须通过SWRO+BWRO工艺，如图2显示。图2传统脱硼SWRO+BWRO工艺流程在如图2所示工艺中虽然在高pH值下脱硼率较高，但是以下几个问题不容忽视：碱化学品的消耗、高pH值下膜寿命缩短、难溶盐结垢潜在风险等。在某些海域，如果海水中硼浓度不是很高，采用高脱硼率的膜元件通过一级SWRO即可以保证产水中的硼浓度达到限制要求，从而可以大幅度降低投资成本。由表2可见，高脱硼膜元件的应用可以最大幅度降低产水中硼的浓度，原水含硼5mg/L时，采用95%的脱硼率的膜元件即可以保证产水中硼浓度小于1mg/L，否则

7、必须采用双级RO或其它后处理工艺。因此，产水水质的要求也是影响反渗透系统成本的重要因素。中国沿海水质与日本相似，如果产水对硼有1mg/L以下的限制要求，采用高脱硼一级海水淡化系统即可以生产出高品质的产水，从而降低系统投资成本。7表2单级SWRO脱硼计算SWRO产水中硼浓度区域（温度、TDS、硼浓度）膜元件脱硼率90%95%97%99%日本（25℃、3.5%、5mg/L）1.50.80.40.2东南亚（32℃、3.5%TDS、5mg/L硼）1.71.00.50.2中东（38℃、3.