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海水淡化工艺浅析

北极星水处理网  来源:电力设备  作者:方帅磊  2020/1/19 15:39:08  我要投稿  

北极星水处理网讯:摘要:水资源是关系国家经济发展和社会进步的重大战略问题,海水淡化工程是解决水资源短缺问题的重要举措,已成为解决沿海地区淡水资源短缺的重要方法。本文讲述海水淡化工艺流程和原理,以及工艺流程中出现的具体问题及解决措施。

关键词:反渗透;海水淡化;工艺

引言

随着经济社会的高速发展和人口的急剧增加,淡水资源短缺已经成为人们面临的巨大挑战;开发利用海水资源,进行海水淡化。成为开源节流、解决淡水短缺的一个重要途径。目前膜法海水淡化日益成为海水淡化的主流技术,主要有已获得大规模应用的反渗透、正在发展的正渗透和膜蒸馏等技术。

本文在简要介绍海水淡化的工艺流程的基础上,着重介绍工作原理,以及工艺流程中出现的具体问题及解决措施。海水淡化分为三个子过程:预处理流程、膜处理流程、污泥浓缩处理流程。

预处理流程

预处理流程主要功能是除去海水中的悬浮物、藻类及微生物等物质,使出水水质达到后续膜处理的要求,为海水淡化膜处理子系统供水;根据海水取水水质,海水平均悬浮物含量为781~1902㎎/L,无法满足海水淡化的超滤要求,必须对海水淡化原水进行预处理,使悬浮物将至2㎎/L以下。

工艺流程为:海水原水经过原水升压泵升压后,通过玻璃钢管输送至海水原水预处理站内混凝沉淀池,进行沉淀处理以除去海水淡化原水中较大的固体悬浮杂质。考虑到海水含沙量较大,混凝反应沉淀池排泥需用一定水量,即海水原水经混凝反应沉淀池后产生混凝反应澄清水,污泥水通过混凝反应沉淀池底部的排泥管排入附近排水沟,自流至污泥沉淀池。经混凝反应沉淀池处理后的海水自流至V型滤池中进一步过滤处理以保证进入海水淡化车间的海水水质。V型滤池自用一部分清水冲洗,其余部分供给清水池。

混凝沉淀池

混凝沉淀池是将混合、絮凝、沉淀集成一体,能有效的去除水中的颗粒、细菌、有机物、悬浮物、浊度和部分胶体,使出水浊度小于5NTU。

混凝沉淀原理:水中杂质按照其杂质形态,可分为悬浮物、胶体物质和溶解物。悬浮物质:包括草本、垃圾等大块物质和颗粒粒径大于100μm以上的泥沙。在水中粒径大于100μm以上的悬浮杂质可以依靠重力进行除去。溶解物质:由于水的溶解能力很强,某些矿物质溶解于其中,并且在水中离解成离子状态,其粒径小于1μm以下;

胶体物质:多为黏土微粒、高分子物质、微生物、细菌等(粒径一般在1μm-100μm之间,光线照射上去被散射而呈现浑浊现象。)高分子物质一般来源于动植物的蛋白类化合物,或已分解的蛋白类,如腐殖酸、腐殖质等。黏土胶体是造成水浑浊的主要原因,而腐殖质是水体带色的主要原因。对于胶体杂质由于布朗运动、水化作用和胶体颗粒带电,使胶体颗粒颗粒分散状态保持不变。根据双电层理论中胶体的胶核和吸附层组成胶粒带负电,胶粒和扩散层组成的胶团呈电中性,水中的微小颗粒一般均带负电荷;它们之间既相互排斥又在水中不断做布朗运动,故极为稳定而不易下沉。为改变这种情况,在水中投加混凝剂,混凝剂溶解后,提供大量正离子。正离子扩散,大量正离子涌入带负电的胶体扩散层乃至吸附层,使胶粒之间的静电斥力消失,同时在范德华力、化学吸附等原因的共同作用下,使胶体颗粒失去稳定性,在搅拌水体的有利条件共同作用下,不断碰撞吸附,生成较大的絮粒;这种网状一样的絮粒具有很强的吸附能力,不仅能吸附碰撞悬浮颗粒,还能吸附有机物、细菌甚至溶解杂质;并用它的链状结构把杂质链接起来形成整体,称为绒体;绒体在形成和下降过程中逐渐增大,在一定的水利条件下即能从水中分离、沉降下来,使水由浑变清。

膜处理流程

膜处理流程的主要功能:除去海水中预处理子系统无法除去的小粒径胶体及盐分,从而为除盐水系统提供合格的淡化水,膜处理是海水淡化系统的核心部分。

预处理系统产生的原水,经过清水泵升压后,经过超滤装置、反渗透装置、阴阳离子交换器等,转变成除盐水。

超滤装置主要有平板式、管式、螺旋卷式、浸没式等,下面主要介绍管式超滤装置;超滤膜组件由PVC外管、中心出水管及中空纤维膜丝组成;中空纤维膜丝由2-3㎝的环氧树脂密封在PVC外筒中,原水从毛细管的内部进入,过滤时,比膜孔径大的颗粒被截留在膜的表面,并存留在毛细管间;而滤液以及包含在滤液中的离子和小于膜孔径的颗粒物通过膜表面,并被收集到集水管中,此为过滤过程,驱动力为进水和出水之间的压力差,采用内压式全量过滤,即进水全部通过膜成为产品水,没有浓水排放。超滤装置运行一段时间后,由于膜元件逐渐被水中颗粒、胶体堵塞,引起水流阻力上升,产水量下降;另外,超滤膜截留的生物能力较强,经过杀菌过程后侥幸逃生的微生物会在超滤膜表面聚集,并进行生长繁殖,导致超滤膜的污染失效,根据超滤膜压差必须进行反洗、化学加强反洗、化学清洗。

反渗透装置是用一张只透水而不能透过盐的半透膜将淡水和盐隔开,淡水会自然地透过半透膜至盐水一侧,这种现象称为渗透;当渗透到盐水一侧的液面达到某一高度时,渗透的自然趋势被这一压力所抵消从而达到平衡,这一平衡压力称为该体系的渗透压;如果在盐水一侧加一个大于渗透压的压力,盐水中的水会通过半透膜到淡水侧,此现象为反渗透。

反渗透膜组件利用反渗透原理,去除水中的各种盐分。在反渗透膜的原水侧加压,使原水中的一部分纯水沿与膜垂直方向透过膜,水中的盐类和胶体物质在膜的表面浓缩,剩余部分原水与膜平行的方向将浓缩的物质带走。透过膜的水中仅残留少量盐分,收集利用透过水。膜元件的通流量越大,回收率越高则其表面浓缩的程度越高,由于浓缩作用,膜表面的物质浓度与主体水流中的物质浓度不同,产生浓度极化现象,浓度极化现象会消耗更多的能量。

离子树脂交换器依据的工作原理为双电层理论,即离子交换树脂上的可交换离子,是由许多活性集团在水中发生电离作用而形成的,当离子交换树脂遇到水时,离子交换树脂上的可交换离子在水分子的作用下,有向水中扩散的倾向,从而使树脂活性集团上留有与可交换离子相反的电荷,形成正的或负的电场,由于异性电荷的吸引力而抑制了可交换离子的进一步扩散;其结果即为在浓度差扩散和静电引力两种相反力的作用下,形成双电层式的结构。主要分为阳离子树脂交换器、阴离子树脂交换器、混合离子树脂交换器;经反渗透处理后的产水进过阳离子树脂交换器,水中的阳离子被树脂活性集团中的氢离子所置换,从而达到除去水中阳离子的目的;阴离子树脂交换器,使水中得阴离子被树脂的活性集团中的氢氧根离子所置换,从而达到除去水中阴离子的目的。混合树脂离子交换器,可以看成是由许多阴阳树脂交错排列而成的多级符合床,基本消除反离子的影响,交换彻底,出水水质稳定、纯度高。

污泥浓缩流程

海水淡化污泥浓缩子处理子系统组要功能:接纳污泥沉淀池排泥,将污泥进一步浓缩并脱水成形,为外运创造有利条件,并回收浓缩池出水,起到节水增效作用。

结语

本文通过介绍海水淡化的工艺流程,预处理流程、膜处理流程、污泥浓缩处理流程,将每个流程中的工作原理详细分析,并提出解决问题的处理措施。海水淡化应用技术工艺种类较多,每项技术的应用标准和要求各不相同,应结合具体问题具体分析。

原标题:海水淡化工艺浅析

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