反渗透海水淡化在线水质分析仪表选型

牛丽婷

(天津华新鼎盛科技有限公司，天津 300384)

1 前言

随着全世界范围内水资源短缺形势的加剧，海水淡化水作为一种非常规水资源，逐步被沿海国家接受并受到前所未有的重视。近十年来，为解决全国沿海及海岛地区的水资源短缺问题，国内陆续建设了大量海水淡化工程。截至2017年底，全国已建成海水淡化工程136个，工程规模118.9万t/d，分布于沿海9个省市。我国海水淡化技术主要分为反渗透法、低温多效蒸馏法两种，其中反渗透技术的市场占有率约为68.4%[1]，反渗透海水淡化技术在相当长一段时间内仍是海水淡化主流技术。

反渗透海水淡化工艺流程较长，反渗透膜对进水水质要求又相当严格，水质分析仪表的合理配置与选型对于反渗透海水淡化系统的安全可靠运行起到了非常重要的作用。

2 反渗透海水淡化工艺流程简述

反渗透海水淡化技术，其原理是在外加压力驱动下，水通过半透膜进入膜的低压侧，而海水中的盐分被阻挡在膜的高压侧，并从浓缩端排出，从而达到盐与水有效分离的目的。反渗透海水淡化技术主要是利用反渗透膜的选择透过性实现从海水中制取淡水。反渗透海水淡化技术具有投资少、能耗低、规模灵活等优势。

完整的反渗透海水淡化工艺流程包括取水、预处理、脱盐、后处理和输配等工艺单元，如图1所示。由于反渗透膜对进水水质要求非常严格，从始端取水到末端输配都需要对水质进行严格的监测和管控。目前，国际上反渗透海水淡化技术正朝着大型化、智能化、低碳化的方向发展，对海水淡化过程的水质分析与监测提出了更高要求。

图1 反渗透海水淡化工艺流程图Fig.1 Process flow chart of reverse osmosis desalination

3 反渗透海水淡化系统基本在线水质监测项目

反渗透海水淡化是以海水为原料制造淡水的过程，水质控制贯穿于海水淡化的全部流程单元。对于实际的海水淡化系统，必须配备必要的在线水质分析仪表，实时监测必要的水质项目，以保证系统在期望的状态运行。

根据HY/T 074-2018《反渗透海水淡化工程设计规范》、GB/T 50619-2010《火力发电厂海水淡化工程设计规范》等规范的有关规定，结合国内外实际海水淡化工程的仪表配置设计，总结反渗透海水淡化系统的基本在线监测项目如表1 所示。

表1 反渗透海水淡化系统基本在线水质监测项目Tab.1 Basic online water quality monitoring project of reverse osmosis desalination

注：●表示必要监测项目，○表示可选监测项目

3 反渗透海水淡化水质分析仪表选型要点

3.1 电导率仪

电导率(electrical conductivity，EC)反映了电解质溶液传导电流的能力，用于间接表征水溶液中盐分或离子的含量。海水淡化的原海水电导率通常在49 mS/cm左右，海水淡化产品水电导率通常≤2 000 μS/cm。反渗透海水淡化工程中用到的在线电导率仪主要分为两类，反渗透膜前用的电导率仪是海水型电导率仪，其测量范围宜选1 mS/cm～200 mS/cm；反渗透膜后的电导率仪是淡水型电导率仪，其测量范围宜选0 mS/cm～10 mS/cm。

3.2 浊度仪

浊度反映了水中悬浮物对光线透过时所发生的阻碍程度，用于间接表征水溶液中悬浮物的含量。我国海岸线较长，不同海域海水浊度差异很大，其中舟山海域海水浊度最高时超过300 NTU。反渗透海水淡化产品水浊度通常≤1 NTU。海水淡化工程中用到的在线浊度仪主要选用低量程浊度仪，测量范围宜选0 NTU～100 NTU。当原海水水质属于高浊海水时，可选用中高量程浊度分析仪，其量程范围宜选0 NTU～1 000 NTU。

3.3 SDI仪

污染指数(silt density index，SDI)反映了水中污染物对液体分离膜的污染程度，用于间接表征水中胶体、悬浮物、金属氧化物及有机物等含量，是评价反渗透给水水质的一项重要指标。反渗透海水淡化过程中，通常要求反渗透膜进水SDI≤5[2]。国内外SDI仪采用的测试方法是基于美国材料与试验协会(American Society for Testing and Materials，ASTM)发布的标准，即ASTM D4189-07。目前，市场上的SDI仪主要分为两类，一类是属于半自动在线测量，即每次测试前需要手动更换过滤头并启动测量；另一类是属于全自动在线测量，即每次测试前无需任何手动操作，但测量周期通常≥0.5 h。根据测量过程中间隔时间的不同，SDI分为SDI5、SDI10和SDI15，对应的间隔时间分别是5 min、10 min和15 min，其中SDI15应用最为广泛。SDI仪选型时，通常选用的量程范围为0～6(SDI15)。

3.4 ORP计

氧化还原电位(oxidation-reduction potential，ORP)反映了水溶液的电化学特性，用于间接表征反渗透给水的氧化还原性能，是评价反渗透给水水质的一项重要指标。在反渗透海水淡化系统中，为避免上游管路设备被微生物污染，要求在取水端进行加氯杀菌。但反渗透膜的分离层由芳香聚酰胺高分子材料构成，其耐氧化性较差，反渗透给水在进入膜前必须消除余氯。为监测反渗透给水中的余氯含量，通常选用ORP作为替代参数进行监控。反渗透给水的ORP值通常≤+300 mV。ORP计选型时，通常选用的量程范围为-2 000 mV～+2 000 mV。

3.5 pH计

pH值定义为水中氢离子活度的负对数，用于表征水体酸碱性的强弱。原海水的pH值比较稳定，一般在7.8～8.1之间，其中标准海水pH值为8.1。反渗透海水淡化系统中控制pH值的主要目的是控制膜前的结垢污染和膜后产品水的腐蚀性。海水淡化产品水的pH值通常在5.5～7.0之间，呈弱酸性，用于市政供水时必须进行碱度调节。pH计选型时量程固定，选用的范围为0～14。

3.6 余氯仪

余氯定义为水体中以次氯酸、次氯酸盐和单质氯形式存在的氯，用于表征水的消毒效果。反渗透海水淡化系统中，需要设置余氯监测点的位置有两处，一处位于预处理单元，另一处位于后处理及输配单元。在海水淡化预处理管线内，为抑制微生物生长繁殖，需要保持0.5 mg/L～1.0 mg/L的余氯浓度。在海水淡化后处理管线内，为保证消毒效果，按照GB5749-2006《生活饮用水卫生标准》，要求与消毒剂接触30 min后出厂水中的余氯浓度≥0.3 mg/L。海水淡化预处理单元中的余氯仪通常用ORP计替代，海水淡化后处理系统中的余氯仪不宜用ORP计替代。余氯仪选型时，通常选用的量程范围为0 mg/L～5.0 mg/L。

4 海水淡化分析仪表选型注意事项

(1)海水介质环境相对恶劣，其中含有大量氯离子，极易引起金属材料腐蚀，这在海水淡化水质分析仪表选型时，需要引起足够重视。

(2)凡是与海水直接接触的材料应优先选用非金属材质，当无非金属材质可以替代时，需选用双向不锈钢或是，特种合金等耐腐蚀金属材质。

(3)海水淡化工程地点处于海岸线附近，海水淡化在线水质分析仪表的应用环境比内陆严苛，仪表选型时应注意考虑防盐雾腐蚀、防潮等因素。

(4)海水淡化取水、预处理单元所用仪表需要考虑长期使用过程中海洋生物附着可能产生的风险。

5 结语

目前，反渗透海水淡化在线水质分析仪表应用中存在的主要问题是仪表可靠性较差，大多数水质分析仪表仍选用的是自来水厂或污水厂所用的常规仪表，不是针对海水淡化厂研发的仪表，根据国外海水淡化长期发展经验，海水淡化水质分析仪表将逐步走向专业化。此外，随着物联网、大数据等新技术的发展，对海水淡化水质分析仪表智能化的要求会越来越高。因此，建议国内水质分析仪表厂商加大研发力度，加快在海水淡化水质分析仪表专业化、智能化领域布局，以提升国内海水淡化产业竞争力。