淺談反滲透膜法技術(shù)淡化海水

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1、學(xué)年論文論文題目：淺談反滲透膜法技術(shù)淡化海水學(xué)院名稱：化學(xué)工程學(xué)院專業(yè)：化學(xué)工程與工藝班級：姓名：學(xué)號指導(dǎo)教師：職稱定稿日期：2010年12月31日摘要:海水淡化，就是利用海水脫鹽生產(chǎn)淡水的技術(shù)過程，而反滲透膜法由于具有設(shè)備簡單、效率高、占地小、操作方便、沒有相態(tài)改變、無需加熱、能量消耗少、適應(yīng)性強(qiáng)等顯著特點已成為淡化海水最主要方法之一。本文簡單介紹了反滲透膜法技術(shù)及創(chuàng)新，以及其發(fā)展和前景。關(guān)鍵詞：海水淡化；反滲透膜；工藝；淡水1概論世界淡化水的總產(chǎn)量從60年代至今已經(jīng)增長到2300×104m3/d，而且還在以10%～30%的年增長率攀升。供養(yǎng)的人口不僅有

2、中東的若干國家，還有美國、俄國、日本、意大利、西班牙等發(fā)達(dá)國家的部分地區(qū)，達(dá)1億之眾。從海水淡化的技術(shù)種類來說，目前主要的還是蒸餾法，但是，反滲透海水淡化技術(shù)由于其設(shè)備投資省、能量消耗低、建造周期短等諸多優(yōu)點，近10年來發(fā)展速度很快，目前最大的反滲透海水淡化廠產(chǎn)水規(guī)模已經(jīng)達(dá)到11×104m3/d，在21世紀(jì)將與蒸餾法一起成為海水淡化的主導(dǎo)技術(shù)[1]。2反滲技術(shù)2.1反滲透法的原理利用半透膜中分子晶格空隙對水及鹽類溶解度的差異而將其分離。在半透膜兩側(cè)分別為淡水及含鹽類之溶液。依熱力學(xué)定律，物質(zhì)會趨向較低化學(xué)勢能的方向移動，因鹽水的化學(xué)勢能較清水為低，故由淡水

3、一側(cè)會產(chǎn)生滲透流，通過膜面，進(jìn)入鹽水溶液，直到膜兩側(cè)化學(xué)勢能達(dá)到平衡為止。當(dāng)兩側(cè)的壓力差等于滲透壓時，則達(dá)到平衡狀。若在鹽水一側(cè)施加大于滲透壓之壓力時，則鹽水的化學(xué)勢能會高于清水，而使鹽水中的水份，通過膜面流向清水側(cè)，此種現(xiàn)象即稱為反滲透[2]。2.2反滲透法工藝流程圖1反滲透法工藝流程圖[3]2.3反滲優(yōu)點反滲透法較其他淡化方法有如下主要優(yōu)點①裝置結(jié)構(gòu)簡單，整個工程設(shè)備也較簡單，占地?。虎谠O(shè)備的成本較低；③操作管理方便；④運(yùn)轉(zhuǎn)費用低；⑤適應(yīng)性強(qiáng)，效率高，應(yīng)用范圍廣。不僅可用于海水和苦咸水脫鹽，而且也可用于使各種工業(yè)過程污染的水再生利用及宇宙航行中水的回收

4、再用等；⑥能量消耗較低，因為沒有相態(tài)的改變，所以消耗的能量僅用于推動泵的電能；⑦在常溫下進(jìn)行操作，減輕了鍋垢和腐蝕問題；⑧不需要大量的水用于熱散逸，減輕了熱污染；⑨不需要熱量，并能從苦咸水或其他不能利用的水獲得價格比蒸餾法低的淡水[4-6]；3發(fā)展歷程發(fā)現(xiàn)滲透現(xiàn)象已有200多年的歷史，現(xiàn)代的反滲透(ReverseOsmosis，RO)的海水淡化則是上世紀(jì)年代以來的研究結(jié)果。1953年Florida大學(xué)和California大學(xué)在美國鹽水局的資助下對反滲透水淡化進(jìn)行了研究，結(jié)果表明二醋酸纖維素制成的膜可以從海水中提取淡水。60年代末期，GulfGeneral

5、Atomics與AerojetGeneral開創(chuàng)了RO的商業(yè)時代，在美國鹽水局的資助下，開發(fā)了二醋酸纖維素膜制成的螺旋式構(gòu)型組件。同期，美國DuPont公司研制出了以尼龍一66為膜材料的中空纖維組件，并于1970年應(yīng)用于苦咸水的淡化。1971年。DuPont公司推出采用聚芳香酞胺中空細(xì)纖維組件，1973年末又推出可以一級脫鹽由海水制飲用水的膜組件。70年代中期，Dow化學(xué)公司、日本Toyobo公司先后推出了三醋酸纖維紊中空纖維膜組件FluidSystemsDivision與FilmTec推出了螺旋卷式聚酞胺薄膜復(fù)合膜。整個80年代，反滲透海水淡化研究的重點

6、集中在提高膜的脫鹽率和水通上。90年代出現(xiàn)的采用徽濾、超濾或納濾等膜技術(shù)作為反滲透海水淡化系統(tǒng)的預(yù)處理工藝，使得反滲透海水淡化裝更加可靠。用膜技術(shù)作為海水反滲透的預(yù)處理，不需要加入絮凝劑、殺菌劑和還原劑等化學(xué)藥品，同時也省去了保安過濾器，使反滲透的進(jìn)水水質(zhì)從傳統(tǒng)處理方法能夠達(dá)到的出水污染指數(shù)小于3改進(jìn)到小于1，能有效去除進(jìn)料海水中的膠體類物質(zhì)，延長了反滲透膜的使用壽命。經(jīng)過幾十年的不斷發(fā)展和改進(jìn)，海水淡化反滲透復(fù)合膜的性能已經(jīng)有了較大的提高，產(chǎn)生了很高的經(jīng)濟(jì)效益。[7-8]4反滲透膜法的淡化海水技術(shù)新進(jìn)展4.1反滲透膜的技術(shù)進(jìn)步在反滲透膜發(fā)展的歷史中，不對

7、稱膜和復(fù)合膜的研發(fā)是創(chuàng)新的兩個范例。4.1.1不對稱膜Loeb和Sourirajan于1960年制得了世界上第一高脫鹽率，高通量，不對稱醋酸纖維素(CA)反滲透膜，其創(chuàng)新在于，以往的膜皆為均相致密膜(約011mm厚)，傳質(zhì)速度極低，無實用價值，而不對稱膜僅表皮層是致密的(約0.2μm厚)，就這一點，使傳質(zhì)速度提高了近3個數(shù)量級.上世紀(jì)70年代研制了優(yōu)異的CA-CTA膜，其中之一的性能為在10.2MPa操作壓力下，對35000mg/LNaCl溶液，脫鹽率99.4%～99.7%，水通量20～30L/(m2·h)。4.1.2復(fù)合膜復(fù)合膜的概念是在1963年提出的

8、，其創(chuàng)新點在于膜的脫鹽層和支撐層分別由優(yōu)選的材料來制備，如脫鹽層(