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脱盐技术在给水排水中的应用

论文类型 技术与工程 发表日期 1987-06-01
来源 《中国给水排水》1987年第3期
作者 蔡邦肖
摘要 蔡邦肖   脱盐技术既能有效地将海水、苦咸水变成淡水,又能将废水、污水变成可再利用的水源。   脱盐技术主要指:(1)蒸馏法。包括,单级蒸发(F)、多级闪蒸(MSF)、浸管蒸发(ST)、压缩蒸发(VC),水平管蒸发(HTE)、垂直管蒸发(VTE);(2)选择渗透膜法。包括,电渗析(ED)、反渗碳透(RO) ...

蔡邦肖

  脱盐技术既能有效地将海水、苦咸水变成淡水,又能将废水、污水变成可再利用的水源。
  脱盐技术主要指:(1)蒸馏法。包括,单级蒸发(F)、多级闪蒸(MSF)、浸管蒸发(ST)、压缩蒸发(VC),水平管蒸发(HTE)、垂直管蒸发(VTE);(2)选择渗透膜法。包括,电渗析(ED)、反渗碳透(RO)、超滤(UF);(3)混合法(HYB)。
选择渗透膜法是一种起步较晚的薄膜分离水处理方法,装置结构紧凑,操作管理简便,运行安全可靠,其装置规模和应用数量在日益增长。因此,我国以及国外许多国家和地区都广泛地采用蒸馏法和选择渗透膜法。

一、脱盐技术的发展状况

  因各种脱盐技术的开发时间不同,在给水排水中应用的程度也有差别,表1列出了自1965年以来,世界各地脱盐技术淡化水量的统计(不包括100m3/d以下的淡化水量)

从淡化水量看脱盐技术的进展(单位:m3/d)
F HTE MSF ST VC VTE HYB ED RO
1965 3238 0 36022 791 0 2835 0 946 0 43832
1966 2254 0 29921 129 0 3856 0 409 0 36569
1967 902 0 37640 0 136 16033 0 2998 0 57709
1968 7492 0 99043 833 0 5858 0 934 0 114160
1969 745 0 136241 3431 124 15924 0 20258 0 176723
1970 1094 0 73314 1681 1534 19328 0 4913 3551 105415
1971 768 1098 215800 3094 1013 24790 0 20601 7186 274350
1972 348 5754 63621 0 3738 1363 1498 8340 14236 98898
1973 1093 0 164871 0 4256 30621 11355 5946 38737 257689
1974 1457 17372 89418 5043 11219 1300 238 18929 64147 209123
1975 4393 503 344084 1494 5368 34346 299 28534 54204 473225
1976 3265 1503 117515 0 12782 7300 0 7228 73072 222665
1977 481 4051 196352 9600 9714 481 0 23572 143382 387633
1978 757 2752 337088 7440 6043 14402 0 50931 127727 547140
1979 481 6218 285105 0 25206 0 0 26826 339292 683128
1980 1922 17883 739464 0 19016 75530 3999 29139 210959 1097912
1981 0 14675 184701 0 12187 0 0 27011 106080 344654
1982 0 24532 377306 0 24549 0 5000 58066 74373 563826
1983 1476 8240 1076735 0 23246 0 0 28699 366209 1504605
1984 0 1080 635241 0 19107 0 0 27020 113636 796084
1985 0 2100 775360 0 16870 150 0 56328 67081 917889

  表1表明,从1965-1985年,除单级蒸发、浸管蒸发、混合法外,各种脱盐方法的淡化水量几乎逐年增加。淡化水量最高的是多级闪蒸法,其次为反渗碳法。
  表2列出了截止1984年底,世界上各种脱盐方法为不同用途而制备淡化水量[1]的统计(仅是100m3/d以上淡化水量的工厂累计值)。从表2数据看,各种脱盐技术以饮料加工业制备的淡化水量最高,依次为工业生产用水、锅炉补给水、军事设施用水等。
表2中“其它”一项用途包括化工分离浓缩、废水处理等方面,在日产100m3以上规模的脱盐技术中,以反渗透和电渗析两种方法运用得最多。因为脱盐技术可化害为利,并可实现闭路循环重复利用的处理工艺。
  据不完全统计[1,2],至1984年底,世界各地各种脱盐装置的淡化水量为:中东地区最高(占60.69%),美国次之(占11.05%),非洲和欧洲分别占7.71%和6.56%(详见表3)。由此可见,脱盐装置较大量地用于给水排水的是一些水资源极为缺乏的中东、非洲等地区和一些经济发达、生活水准较高的美国、欧洲等国家和地区。
  表3表明,这些国家或地区的淡水,运用多给闪蒸法最多(占67.95%),其次是反渗透法、电渗析法、垂直管蒸发法和压缩蒸发法。

为不同用途制备的淡化水量统计表(单位:m3/d) 表2
用途 F HTE MSF ST VC VTE HYB ED RO
工业 饮料加工 136 64716 5583169 14669 22835 108923 5268 142756 721495 6663967
工业生产 2794 30411 983589 43926 63499 111915 6034 174126 598236 2014530
锅炉补给 41088 12032 49052 37368 93419 60711 0 20206 208658 522534
军事设施 0 480 65689 1494 18950 0 0 37114 48787 172514
旅游设施 0 0 4905 0 5776 0 0 10286 27909 48876
试验工厂 0 120 19221 0 1359 5871 11355 0 7855 45781
农业灌溉 0 0 264 0 0 0 0 0 6187 6451
其它 0 0 0 0 0 0 0 82071 363395 445466

世界各地各种脱盐装置的淡化水量(单位:m3/d) 表3
国家或地区 F HTE MSF ST VC VTE HYB ED RO %
中东 252 46893 5236065 11720 61933 9072 4566 156674 674232 6201407 60.69
非洲 1614 6577 490109 1152 46793 1391 1199 84952 154502 788289 7.72
欧洲 7099 9892 364881 36379 18376 52659 5000 60028 116092 670406 6.56
苏联 0 0 49671 0 0 190558 0 0 12680 252909 2.48
埃及 2618 11798 247619 1332 0 7473 537 28642 81658 381677 3.74
美国 31667 220 53062 36105 61887 1514 11355 49143 884654 1129607 11.05
北美(除美国) 0 0 34475 473 667 1146 0 0 28094 64855 0.63
中美及加勒比海域 0 26490 209441 10175 2376 21143 0 981 14978 285584 2.79
南美 768 4789 15913 121 7036 1046 0 2443 15632 47748 0.47
澳洲及太平洋海域 0 1100 4653 0 6770 1418 0 1625 0 15566 0.15
伊朗 0 0 236912 0 18873 0 0 0 29077 284862 2.79
日本 0 0 0 0 0 5302 0 28642 61345 95289 0.93
44018 107759 6942801 97457 224711 292722 22657 413130 2072944 10218199 100
%* 0.43 1.06 67.95 0.95 2.20 2.86 0.22 4.04 20.29

*占这些国家地区总淡化水量的百分数。

二、脱盐技术的应用实例

  近几年来,许多大型的海水、苦咸水反渗透淡化工厂在世界各地陆续兴建。几个最大的海水、苦咸水反渗透淡化工厂的情况[3]示于表4。

世界大型的海水、苦咸水反渗透淡化工厂 表4
厂址 原水mg/L 淡化水mg/L 装置容量(m3/d) 装置形式 装置制造者 工厂承建者 投运日期
吉达(沙特阿拉伯) 42000(红海水) 50(二级淡化) 12000 卷式 U.O.P(美国) Flaid Systems Division U.O.P美国 1979年1月
利雅得(沙特阿拉伯) 1470(深井水) 200 50700 B-9中空纤维 Du Pont (美国) Ames Crosta Ba bcock 公司,英国 1979年秋
基伟斯特(美国) 38000(海水) 370(一级淡化) 11300 B-10中空纤维 Du Pont(美国) 美国水服务公司 1980年12月
Ghar-Lapsi(马尔他岛) 39000(海水) 500(一级淡化) 20000 B-10中空纤维 Du pont(美国) 美国设备工程技术公司 1982年夏
尤马(美国) 3200(地表水) 283 36000 卷式     计划1984
Punta Moron(委内瑞拉) 37000(海水) 100(二级淡化) 3780 一级,B-10 二级,B-9中空纤维 Du Pont(美国) Permutit Company of Paramus 美国新泽西州 约1984

  目前,正在全世界电厂运转的脱盐装置中日产100-3000m3以上淡化水的大型反渗透装置台数已达203台[2],这些装置生产78100m3/d以上的淡化软水作为电厂锅炉补给水,见表5。

全世界电厂运转的大型反渗透装置 表5
产水量(m3/d) 装置台数
海水 苦咸水 废水
100以上 4 125 12 141
1000以上 3 50 8 61
3000以上 1     1
8 175 20 203

限于篇幅仅列举以下应用实例。

1、位于美国Rosario, Baja Califor-nia 的Mexico′s Comisio′n Federal de Electricidad 反渗透工厂,用Du Pont 公司生产的B-9、B-10中空纤维渗透器,将TDS为26500mg/L的海水淡化成50mg/l的软化,产量为600m3/d,用于电厂锅炉补给水。
2、日本鹿岛钢厂在1971年至1975年期间陆续建成日产13400m3淡化水卷式反渗透工厂,将当地的北浦湖水淡化后再经离子交换处理,用于锅炉补给水。
3、1977年初,美国U.O.P.公司在奥兰奇建造了一个处理量为18925m3/d城市污水的卷式反渗透工厂。1982年底,英国Ames Crosta Babcock有限公司采用1300个Du Pont公司生产的C-1醋酸纤维素膜卷式组件,在沙特阿拉伯吉达市包建一个处理量为30000m3/d污水的反渗透工厂,该厂于1984年投入运行,反渗透净化水作为水利灌溉和非饮用的市政用水。
4、日本三井石油化学(株)会社在日本环境省的资助下,于1977年开始用选择渗透膜法净化大楼排水的研究,开始采用超滤技术处理建筑面积为20373m2(地上11层,地下2层)大楼中洗脸间、浴室、厕所等处排放的43m3/d的污水[4],设计的超滤处理能力为30m3/d。处理工艺流程:大楼排水→4.5m3反应槽进行生物法处理→超滤法净化。超滤膜为透水量140-180L/m2.h的IRIS3038型,板式组件为UFP70型。装置有效膜面积为35.7m2,实际净水能力为70m3/d。经超滤处理的大楼排水为无色、无臭、透时,COD含量在1mg/L以下,可回用于冲洗地面、厕所等。
5、造纸工业排放的废水量大,且严重污染环境。但是,这种废水经反渗透(或超滤技术处理后,不仅净化了水(可回用),而且回收了有用物质(如:胶状木质素磺酸盐,分散剂,香兰剂等)。
1976年,丹麦DDS公司为挪威的一家造纸厂提供了一套由14个板式组件组成的、具有39m2膜面积的反渗透装置[5],用于处理6%浓度的亚硫酸盐造纸废水,处理量为300m3/d,反渗透净化水为150m3,浓度为12%的浓缩液量为150m3(送去蒸发)。用这样的反渗透工艺处理,每年需耗用1100t油料,总运转费用每m3净化水为1.71美元。
目前世界上规模最大的超滤法浓缩分离碱性造纸废水的装置已于1981年6月在日本大王造纸(株)三岛工厂建成[6.7]。整个装置共用664个由日东电工(株)生产的、总有效膜面积为1480m2的NTU-3580--P18LP型管式超滤组件,8台泵,运行压力1.0-0.5MPa设计处理量为3600m3/d,进入超滤组件的废水温度为50-55℃,膜的平均通量为9.7mL/cm2.h。组件的清洗每隔两天进行一次,每次清洗时间为2-3h。装置运行全部自动控制,实行无人操作,维修管理人员由其它设备的发行人员兼任。超滤透过液量为3382m3/d,浓缩液量为218m3/d,COD和色度的去除率分别为79%和93.2%。

三、展望

  1、各种脱盐技术将以淡化海水、苦咸水为中心,并逐步向处理各种工业污水的领域扩展。
  2、蒸馏法将以供沿海工业区和大型海滨电站用水为重点,向加强多效降膜蒸发技术并以双重目的(热电造水)工艺方向发展[8]
  3、选择渗透膜[3]将(1)以完善膜的选择渗透性为核心,大力开展各种不赂用途的膜的研制和生产,逐步向品种多样化、产品系列化、规格标准化的水平迈进;(2)以现有装置形式为基础,致力提高膜分离装置的性能,努力向大型化、高效化、实用化发展;(3)以提高净水水质为标准,积极扩大膜法水处理技术的推广应用和研究。
  4、将以反渗透法,多级闪蒸法为主体,广泛实行膜法与蒸馏法以及与其它水处理技术之间的工艺组合,不断向最优化推进。

参考文献

[1]造水技术(日文),11,4(1985)67-71。
[2]水处理技术(日文),11,5(1985)65-66。
[3]蔡邦肖,《反渗透、超滤净水技术》,1986年浙江省给水排水会议交流资料,1986年9月15日。
[4]日笠腾,化学经济(日文),9(1982)69-73。
[5]Dr.Techn,et al.,Desalination,24(1978)141-154。
[6]水原周,造水技术(日文),8,4(1982)43-47。
[7]H.OKamoto,et al.,"Treatment of Paper-Plant Wastewater by Ultrafjltration, A Case History", in .S. Sourirajan & T.Matsuura, ACS Symposium Series 281 (1985)273-281.
[8]王世昌,水处理技术(中文),11,5(1985)9-11。

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