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在苦咸水淡化方面几种膜技术的运用及其各自发展状况-伊春超滤膜,伊春反渗透膜,伊春滤芯

在苦咸水淡化方面几种膜技术的运用及其各自发展状况-伊春超滤膜,伊春反渗透膜,伊春滤芯

电渗析器的主要部件为阴、阳离子交换膜、隔板与电极。隔板构成的隔室为液流经过的通道,淡水经过的隔室为脱盐室,浓水经过的隔室为浓缩室。把阴、阳离子交换膜与浓、淡水隔板交替排列,重复叠加,再加上一对端电极,就成了电渗析器。电渗析器有三种组装方式,为一级一段(产水量大,用于大中型)、一级多段(脱盐率较高,产水量小,用于中小型),和多级多段。有立式和卧式两种安装方式。

电渗析技术适用于低浓度苦咸水脱盐,例如:1987年投产的山东长岛县大钦岛电渗析地下苦咸水(含盐量3000~5000mg/L)淡化试验站,工程造价12.5万元。该工程采用两台电渗器,隔板尺寸为400mm×1600mm×85mm每台240对膜,一级两段组装,共两级四段串联运行。到2001年,运行12年来,每天产水20立方米(每小时2.5立方米),脱盐率80%,水回收率60~80%,每立方淡水平均耗电5kW·h,维修费占造水成本5%,生产一吨淡水成本为2.135元左右。2001年7月,黄骅市水务局在北京、上海科研机构的帮助下,采用电渗析法和多层过滤技术,建成了苦咸水淡化站,每小时可供淡水2吨,工程投资一般为13万~14万元,其中设备费为5万~6万元,土建工程为7万~8万元,制水成本为4.1元/吨。总共建淡化站72个,结束了8.5万农饮用苦咸水的历史。截至目前,已有127个村建起了苦咸水淡化站,11.7万人喝上了达到国家饮用水标准的水。沧州市迅速将其经验进行推广,计划到2005年,再解决659个饮水特困村,惠及67.5万人。该市决心协助大城、青县、衡水等地完成苦咸水淡化任务后,再向甘肃、青海挺进。河北省内的唐山、衡水、廊坊等市和黑龙江、甘肃等省都纷纷来沧州取经。伊春超滤膜,伊春反渗透膜,伊春滤芯

电渗析技术在低浓度苦咸水淡化方面最先占据了较大的市场,至今,产水量约60×104立方米/日,年产离子交换膜40多万平方米以上。目前,有140余套日产量在1000~5000立方米的苦咸水ED装置在运转,将含量在1500~3000mg/L的苦咸水淡化成生活用水。仅山西省大同矿物局10多个矿区日处理量就达2万多吨,作为冷却用水和生活用水使用。低浓度苦咸水脱盐的最大ED装置建于河南巩县电厂,日产水量7200立方米。工艺用水的最大ED装置建于金山石化公司,日产水6600立方米。现在中、小型(ED)苦咸水脱盐装置分布在华北、西北等地约3000余套。

反渗透(RO)是以压力为驱动力的膜分离过程。反渗透技术研究始于1953年,最先在美国,1960年从实验室走向工业化。1970年推出芳香聚酰胺中空纤维制成的反渗透器,主要用于苦咸水脱盐,1970年末,又成功推出了卷式反渗透组件;1980年推出用于海水淡化的复合反渗透膜;20世纪90年代,开发出超低压高脱盐率全芳香族聚酰胺复合膜。目前,反渗透膜已成为一种成熟的膜分离技术。世界上最大的反渗透苦咸水淡化厂在美国Yuma市,生产能力为37×104立方米/日淡水,用的是卷式反渗透膜组件。

我国反渗透膜技术研究始于1965年,但直到1997年才在浙江省舟山市嵊山岛建成第一个500立方米/日反渗透示范工程。近年来,我国反渗透海水和苦咸水淡化进入快速发展时期。随着RO膜和相关技术的进步,RO在苦咸水淡化中的竞争地位越来越强,2000年在河北省沧州市建18000立方米/日苦咸水淡化厂时,由于该厂原水含盐量为12402.25mg/L,属于较高浓度苦咸水,采用何种技术淡化?为此进行了多种经济技术比较,如果用电渗析法脱盐,其耗电指标介于7.0~18.5kW·h之间,能耗大;如用多级闪蒸淡化,动力消耗大、运转费用高;用技术成熟的压汽蒸馏,但它的最大产量为3000立方米/日,需6台并联才能达到产水要求,缺乏规模效益;低多效蒸馏淡化法虽适用该项目,但设备投资高达19000万元,单位造水成本67元/立方米。而同样规模的反渗透淡化装置投资为2200万元左右,单位造水成本2.5元/立方米,远远比低多效蒸馏淡化方法便宜,故选用了反渗透法。该水源水的浊度较高,放置4~24h后浊度仍为40NTU,因此,原水进入淡化之前设置了预处理(集水、澄清沉淀池)。预处理前,还需加次氯酸钠(2mg/L)灭菌,菌后,再加絮凝剂(聚合氯化铁5mg/L),经两级过滤(多介质过滤器和细砂过滤器)。为使系统具有较高的回收率,预处理反冲洗水采用经多级过滤和防结垢处理的反渗透浓水,以使自用原水量降至最低。由于反渗透复合膜,对氯的耐受程度只有1000mg/(L·h),而过滤器出水通常含余氯0.1~1.0mg/L,所以要在过滤器出水中加入亚硫酸氢钠(3mg/L),来还原水中余氯,使游离氯含量<0.1mg/L,达到反渗透装置的进水要求。另外,还采用添加阻垢分散剂(Flocon260(27mg/L))和盐酸(30%浓度),以防止膜内碳酸钙、硫酸钙、钡的结垢和铁铝氧化物及其他污染物的沉积。综合考虑了各方面因素,最后选用了一级二段反渗透处理方式(一段为苦咸水反渗透膜,二段为海水反渗透膜),同时在一、二段膜中间增设能量回收装置,以减少系统能耗。回收率定为>65%,既保证水源的充分利用,又防止了回收率过高对膜的损害。现在,该厂已建成,反渗透装置主体电力消耗2.0(kW·h)/立方米(产水),加入引水及其他附属设备用电共计2.5(kW·h)/立方米,单位造水成本则为2.48元/立方米。伊春超滤膜,伊春反渗透膜,伊春滤芯

2001年末,塔河油田苦咸水处理工程(两套处理量为12立方米/小时的反渗透(RO)脱盐装置)的运行,解决了该油田生活和生产用水(电站用软化水)。该工程投产后,100天就可收回286.94万元的投资,当年就获益300万元,实际全年获利600万元。

2002年,国家计委批准的甘肃定西10000立方米苦咸水脱盐RO示范项目,原水浓度为3500mg/L,制取淡水的浓度为150mg/L,水回收率大于70%,估算成本为0.77元/立方米。据资料介绍,大庆油田RO苦咸水处理量产已近1.2×104立方米/日,主要是作为生活饮用。

目前,反渗透和电渗析已成为苦咸水淡化的主要方法,已成为解决广大苦咸水地区用水紧张的重要技术手段。而反渗透技术因其成本和效果更好,开始被越来越多的地方和部门选用。

纳滤技术的开发和应用比反渗透膜大约晚20年。纳滤膜介于反渗透和超滤膜之间,其膜表面具有纳米微孔结构。反渗透膜对NaCL的脱除率在95%以上,而纳滤膜一般将NaCl脱除率在90%以下,反渗透膜几乎对所在溶质都有很高的脱除率,而纳滤膜只对特定的溶质具有脱除率。纳滤膜主要去除一个纳米左右的溶质粒子,截留分子量一般为100~2000。纳滤膜主要用于脱除三卤甲烷中间体(THM),异味、色度、农药、合成洗涤剂、可溶有机物等致病因子,以及脱除苦咸水中钙离子、镁离子等离子成分。我国在山东省长岛县海岛建成的南隍城水厂(144立方米/日),就采用了NF苦咸水淡化装置。该装置操作压力0.75MPa,淡水回收率56%,吨水耗电1.43kW·h,产水符合饮用要求。目前国外城市饮用水已有日产水5万立方米级的大型纳滤装置。纳滤技术在21世纪将成为水净化的首选技术。

反渗透常规预处理技术主要是消毒、凝聚、絮凝、过滤工艺,由于其占地较大,运行维护较复杂,近年来,随着膜技术的发展,已开发出膜法预处理,主要包括微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)。纳滤作为预处理,主要脱除苦咸水中的大部分的结垢离子和一部分NaCl。采用MF-RO系统,纳滤作预处理,NF脱除部分硬度和TDS,既不用添加防垢剂,又提高RO的水回收率,降低了25%能耗,可降低造水成本30%,经济效益明显。据资料介绍,目前各种淡化方法在能耗方面都无法与RO竞争。一般来说,RO为4~5(kW·h)/立方米、ED为14~16(kW·h)/立方米、MED为9~10(kW·h)/立方米、MFS为12~14(kW·h)/立方米。反渗透和纳滤技术在苦咸水淡化方面显示出相当的优势,因此,还需对它下大力进一步气深入研究,力争走在世界前列。伊春超滤膜,伊春反渗透膜,伊春滤芯

最近,中科院长春应化所与葫芦岛玉柴北方膜工业有限公司研制的“界面控制制备耐氯芳香聚酰亚胺反渗透复合膜的方法”获得了国家发明专利。他们研制的膜其分离功能(脱盐与透水性)和氧化稳定性(耐氯性≥5000~20000ppm(Cl).h,)均达到国际先进水平。为我国创立拥有自主知识产权的膜材料、膜工艺、膜过程研究,开发高效膜法海水、苦咸水淡化综合技术,规模制造耐氯反渗透膜打下了基础。

国家城建、水利、地矿许多部门历经数十年在苦咸水的研究、开发、利用和淡化等方面做了相当的大量工作。他们查明了苦咸水在我国的分布、储量和水文地质条件以及浅层微咸水存在的利害关系,总结了在农业试验区开采利用浅层微咸水的研究成果,为今后开发利用苦咸水资源奠定了坚实的基础。总之我国科技工作者经过几十年的艰苦奋斗,在这方面取得了不少的成果。

据《21世纪中国可持续发展水资源战略研究》报告,到2010年,我国需水量7300亿立方米,而可供的水量为6200~6500立方米,缺水量约1000亿立方米。缺水最严重的为东部沿海地区、西部苦咸水地区和内陆大中型城市。随着我国经济会的发展,预计2030年我国人口达到高峰时,淡水资源紧缺的形势将更加严峻。因此,研究开发利用非传统水资源(海水、苦咸水、中水)实用技术,适度开发苦咸水已是当务之急。

中央、领导同志对水资源问题极为重视,多次要求以水资源的可持续利用支持经济会的可持续发展,为实现综合利用海水、微咸水等非传统水资源的策,发布了《当前国家鼓励发展的节水技术、设备(产品)目录》(第一批),该目录包括了海水、苦咸水利用设备在内的6类产品,凡是开发、研制、生产和使用列入目录的设备,将按有关规定给予税收优惠支持。我国计划到2005年,新增海水及苦咸水利用量达到50亿立方米。

据统计,截至20世纪末,国产和进口膜产品及膜法水处理工程年销售额已达20亿人币。预计2005年,我国膜市场需求将在50亿元以上,年均增速继续保持在15%左右,2015年,膜市场需求可望超过200亿元,将占到世界总量的10~15%左右。

当前我国膜技术与世界先进国家相比有较大差距,主要是膜的品种少、性能差,现在首要的是尽快研制出达到国际水平的各种高性能膜,并使之尽快实现产业化;同时与国际同行加强合作,力争早日突破世界上未解决的某些关键技术,如新的廉价能源技术、传热技术、材料技术以及新过程等,使我国尽快赶上或超过世界水平。形势的要求,领导的重视,有力的策,广阔的市场,展示出我国苦咸水的开发利用的前景。

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