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(chēng)：化學(xué)工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)：化學(xué)工程與工藝班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師：職稱(chēng)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(guò)程，而反滲透膜法由于具有設(shè)備簡(jiǎn)單、效率高、占地小、操作方便、沒(méi)有相態(tài)改變、無(wú)需加熱、能量消耗少、適應(yīng)性強(qiáng)等顯著特點(diǎn)已成為淡化海水最主要方法之一。本文簡(jiǎn)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(zhǎng)到2300×104m3/d，而且還

2、在以10%～30%的年增長(zhǎng)率攀升。供養(yǎng)的人口不僅有中東的若干國(guó)家，還有美國(guó)、俄國(guó)、日本、意大利、西班牙等發(fā)達(dá)國(guó)家的部分地區(qū)，達(dá)1億之眾。從海水淡化的技術(shù)種類(lèi)來(lái)說(shuō)，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(diǎn)，近10年來(lái)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(duì)水及鹽類(lèi)溶解度的差異而將其分離。在半透膜兩側(cè)分別為淡水

3、及含鹽類(lèi)之溶液。依熱力學(xué)定律，物質(zhì)會(huì)趨向較低化學(xué)勢(shì)能的方向移動(dòng)，因鹽水的化學(xué)勢(shì)能較清水為低，故由淡水一側(cè)會(huì)產(chǎn)生滲透流，通過(guò)膜面，進(jìn)入鹽水溶液，直到膜兩側(cè)化學(xué)勢(shì)能達(dá)到平衡為止。當(dāng)兩側(cè)的壓力差等于滲透壓時(shí)，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(shí)，則鹽水的化學(xué)勢(shì)能會(huì)高于清水，而使鹽水中的水份，通過(guò)膜面流向清水側(cè)，此種現(xiàn)象即稱(chēng)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(diǎn)反滲透法較其他淡化方法有如下主要優(yōu)點(diǎn)①裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，整個(gè)工程設(shè)備也較簡(jiǎn)單，占地?。虎谠O(shè)備的成本較低；③

4、操作管理方便；④運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)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(guò)程污染的水再生利用及宇宙航行中水的回收再用等；⑥能量消耗較低，因?yàn)闆](méi)有相態(tài)的改變，所以消耗的能量?jī)H用于推動(dòng)泵的電能；⑦在常溫下進(jìn)行操作，減輕了鍋垢和腐蝕問(wèn)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(jià)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

5、來(lái)的研究結(jié)果。1953年Florida大學(xué)和California大學(xué)在美國(guó)鹽水局的資助下對(duì)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，GulfGeneralAtomics與AerojetGeneral開(kāi)創(chuàng)了RO的商業(yè)時(shí)代，在美國(guó)鹽水局的資助下，開(kāi)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(guó)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

6、出可以一級(jí)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(gè)80年代，反滲透海水淡化研究的重點(diǎn)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(shí)也省去了保安過(guò)濾器，使反滲透的進(jìn)水水質(zhì)從傳統(tǒng)

7、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(lèi)物質(zhì)，延長(zhǎng)了反滲透膜的使用壽命。經(jīng)過(guò)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(duì)稱(chēng)膜和復(fù)合膜的研發(fā)是創(chuàng)新的兩個(gè)范例。4.1.1不對(duì)稱(chēng)膜Loeb和Sourirajan于1960年制得了世界上第一高脫鹽率，高通量，不對(duì)稱(chēng)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

8、厚)，傳質(zhì)速度極低，無(wú)實(shí)用價(jià)值，而不對(duì)稱(chēng)膜僅表皮層是致密的(約0.2μm厚)，就這一點(diǎn)，使傳質(zhì)速度提高了近3個(gè)數(shù)量級(jí).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(duì)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，其創(chuàng)新點(diǎn)在于膜的脫鹽層和支撐層分別由優(yōu)選的材料來(lái)制備，如脫鹽層(