海水淡化浓盐水反渗透浓缩技术研究

韩 伟，李立峰，阿音嘎，王 璐，王嘉繁

（鄂尔多斯市环保投资有限公司，内蒙古鄂尔多斯 017000）

近年来，随着我国海水淡化行业的迅速发展，沿海地区的淡水资源越来越匮乏，污染问题也越来越突出。目前，国内外海水淡化工程大多采用直接或混合稀释方式进行处理，因此，有关研究人员已开始关注海水淡化浓盐水技术。而随着海水淡化规模的扩大，大量高浓度海水的排放将会对海洋环境造成严重的污染，因此，实施高浓度浓盐水的资源化与减量排放是一种行之有效的方法。将海水淡化浓盐水反渗透浓缩技术结合起来，既能解决浓盐水的排放，又能提高海盐的产量。

1 概述

近年来，反渗透膜分离技术因其原料无相变、相对能耗低、除盐效果好、工艺成熟、设备简单、自动化程度高、操作简单、管理方便等特点而被广泛应用于各工业领域。然而，现有的海水淡化浓盐水反渗透工艺的设计产水量只有75%，而实际产水量则要低得多，只有30%左右的浓盐水。而有的地下水或者是海水，浓度可高达50%。目前我国大部分海水淡化浓盐水 RO工艺生产的浓盐水未经任何处理就直接排出，既浪费了大量的水资源，又浪费了大量的能源，还对周边环境造成了严重的影响。目前，海水淡化浓盐水反渗透的研究主要有以下3个方面。

1）减量。优化反渗透工艺设计，降低浓缩水的产量。

2）无害化。针对直接排放 RO浓水会给环境带来危险的现状，探讨一种经济、有效的方法来减少对环境的伤害。

3）回收。寻找回收 RO浓水的方法，使其变废物为宝。

其实，海水淡化浓盐水反渗透回用过程中要考虑到许多方面的问题，这些问题并非相互独立，必须综合考虑，相互补充。

2 低温多效蒸馏海水淡化主要设施

2.1 取水设施

取水泵站的取水口和抽水泵站是一体的，它是开放式的。抽水泵站共有14台循环水泵，并计划预留一期抽水泵，一期工程12台，并配有循环泵入口截污栅装置、控制闸门、自动二次旋转过滤器、水泵液控蝶阀出口阀等。泵站的进水口是一个公共的前池，出水管道是一个整体。整个泵站由进水前池、净水池、水泵房组成，前池与泵站平行，以确保与泵站的正常连接；池底高程-12.0m，比港池底部高7.60m，为取水提供充足的蓄淤量；泵站的进水口大小分别是4.7m×3m和3.7m×3m，进水口顶部标高为-9.0m，海水取水口处最大流动速度为0.35m/s；进水口顶标高可充分保证取水要求。

为了达到污水处理的需要，共安装10个旋流过滤器。每条通道均装有一套全自动清洁式旋风过滤器，其主要性能指标为：网室的单侧宽度为3.0m，水室深度为12m，设计的过流速度为4.79m3/d，网格大小为4.43mm×4.43mm，过网速度为0.8m/s。每个过滤器都配有一个冲洗泵。

2.2 海水淡化主体设施

热脱盐设备采用MED-TVC方式，从海水到新鲜的过程，主要是用这个装置来实现。总共4个设备，总产水量50 000m3/d，单套计划产水量12 500m3/d。

该设备的主要蒸汽来源于钢厂的蒸汽系统，所需的蒸汽为57t/h×2=114t/h，压力0.40~0.90MPa，在热式海水脱盐设备进行一次凝结后，将其送至2×300MW的自备电厂，在脱盐设备中工作后，再与二次蒸气混合，因此，凝结水量增大，质量降低，2×300MW的自备电厂，冷凝水量为156t/h、盐分<3.5mg/L、水温<40℃、海水淡化厂出水压力>0.25MPa。

海水淡化是将海水中的盐去除，从而获得纯净的淡水。采用炼钢厂多余的蒸汽对海水进行加热，将其蒸发，冷凝，得到需要的蒸馏水，生产规模50 000t/d。 它包含四个脱盐设备，每个设备由七个效用单元组成，单套装置产水规模12 500t/d，产品水电导率小于10μS/cm

3 主要技术方法

3.1 以排放为目的

（1）单独处理排放

高钙镁离子、高硬度是海水淡化浓盐水反渗工艺中存在的问题。一般情况下，只要进行简单的软化处理，就可以达到排放标准。在软化过程中，加入石灰、纯碱等，使之与浓盐水中的钙、镁等物质发生化学反应，形成碳酸盐沉淀，同时将其排出，从而降低了水的硬度，减轻了对环境的影响。

以下是其化学反应方程式：

（2）混入其他废水共同处理

对大多数生产单位而言，除生产车间产生的海水反渗透浓盐水外，还会产生其他各类污水。比如生产过程中产生的生产废水、工厂生活污水等。将每种污水分类，分别进行处理通常是不经济的。所以大多数公司都会将这些特殊的污水进行分流，然后再进行混合。

海水淡化浓盐反渗工艺的水质是高硬度、高含盐量，而浊度和 COD等主要污染物的含量较低。采用海水反渗透法将浓盐水与其他污水混在一起，对污水进行稀释和调整，从而减少污水处理系统的污染负荷。

有的企业的废水中含有大量的碱性物质，如碳酸钠、氢氧化钠等，这些碱能与海水中的钙、镁发生化学反应，从而使水的硬度下降。

以某铝厂为例，对其海水反渗透浓盐水工艺进行了改进。利用生产过程中产生的碱水和海水反渗透浓盐水进行混合，使硫酸镁的硬度得到充分的还原，从而达到了回收利用的目的，每年节约了176万元。

3.2 以减量化为目的

减量是指 RO系统本身，只要设计得好，生产出的水质量比较稳定，就可以保证系统中的浓盐水达到最优。在反渗透工艺的设计中，采用了两种方式降低浓缩液的产出率。一种方法是提高流动通过反渗透膜装置的长度，另外一种方法是使浓盐水回流。

提高通过反渗透膜装置的水流长度。当海水通过反渗透膜单元时，海水会通过隔膜，将浓盐水与淡水进行分离。从理论上讲，通过薄膜单元的水越多，就可以获得更多的淡水和更高的回收率。由于便利性和标准化等问题，目前市面上各种薄膜元件的长度和尺寸都已经确定，但是可以根据工艺要求将其串联起来。而且，因为流速和压力的降低，膜片也不能太长，必须采用分段式，也就是多片膜片的串联。

在保证出水水质和系统稳定性的情况下，通过在反渗透设计中适当地增加段数，降低浓盐水的产生量，提高系统的回收率。

但是，膜系统的伸长，就要求提高膜的推力，也就是要提高泵的功率，或增加泵的数目。这就导致了系统的设备投资和运营费用的增长。

浓盐水回流：所谓的“浓盐水回流”，就是将 RO系统中的浓水排出，与进水混合，然后再进入膜组件中进行反渗透，为提高 RO的回收率提供了一种行之有效的方法。特别是在系统出水量少、水流不能通过12m的膜片装置时，更是如此。

然而，随着浓盐水的回流，进入水中的污染物浓度增加，增加了反渗透系统的结垢危险，需要对其进行有效的操作控制与管理。若生产单位采用的 RO系统，其进水质量稳定，超过设计指标，处理能力仍有一定的剩余，可以考虑采用此技术进行系统的 改造。

例如，在化学工程中，TDS的入水率较设计值降低40%左右。为了提高回收率，对其进行了改造，将部分反渗透浓盐水回流，与原水进行一定比例的混合，然后进行反渗透。在生产过程中，对进水的含盐量、系统的回收率、操作温度等进行了严格的控制，使生产过程中的高浓度盐水的排放得到了明显的降低。

还有一些厂的反渗透浓盐水，由于其含盐量低，可以进行部分回流，部分回用来对滤池进行回流，从而大幅降低了浓水的排放，降低了生产成本。

3.3 以回用为目的

从反渗透原理及国内外大量实例来看，即使采用了合理的反渗透系统，使其回收率达到最优，也要有25%以上的浓度。对于钢铁、化工等大型企业，其生产的高含盐量，一小时可达数百吨。如果将其作为污水进行处理，将会造成巨大的能源、水资源的浪费。因此，寻找一条合理的循环利用方法，实现污水置换部分淡水，既有实际意义，又有较大的环境效益。

根据国内外的实际情况，采用多种方法回收海水反渗透浓盐水，大部分都是按照自己的生产特性来设计的。浓缩的盐水可以被回收到公司其他适当的工厂中，也可替代原有的自来水，如冲洗，清扫等厂区。

近年来，随着我国节能减排、建设循环经济的要求，我国海水反渗透浓盐水回收利用项目已在全国各地推广，具有许多可借鉴的工程经验。

某厂采用高压反渗透法将其放入高水箱内，然后根据需要将水用于冲车、冲地、酒桶外壁、清洁车间等。3个月内，可节省2.5万元的水电费，5.8万元的煤耗，一年内可收回全部的投资费用。

利用反渗透技术，对钢铁企业的冷却水、生活污水等进行了处理，提出了利用浓盐水进行反渗透预处理的方法。一次投入5万元，可节省500 000m3的用水，具有明显的经济效益。

利用海水反渗透浓盐法处理锅炉灰渣，提高了灰渣的沉降效率，同时可减少10%的循环水补水量。

某啤酒厂利用海水反渗透法生产出的高浓度海水，用于锅炉的水膜除尘器，可节约用水量90 000t/a，节约水费、排污费20 0000元/a。

国内一家企业，对纯净水生产中的反渗透及前一级超过滤装置产生的浓水进行了循环，并将其用作工厂废气清洗塔的稀释式喷淋水。该工程改造后，可节省25m3/h的用水，每年可节省210 000t的自来水，半年内就可以收回投资，节能减排的效果十分显著。

通过大量的工程实践，说明了如何从生产实际出发，充分考虑到企业的实际情况，将海水反渗透浓盐水在企业内部消化，是一种高效解决海水反渗透浓盐水、合理利用水资源的方法。

水处理技术的选择决定了污水处理项目的成功与否，其处理技术的合理性与处理效果、运行稳定性、投资、运行成本、管理水平有关。所以，在水处理系统的选择上，必须根据企业的具体条件，充分考虑各个影响因素，选择合适的废水处理技术，以使其达到最佳的处理效果，并取得最大的经济、社会和环境效益。

结合生产实际，在保证工艺条件的前提下，既能满足生产的要求，又能满足生产的实际需求。因4次浓缩，盐分含量高，硬度高，水质稳定，pH基本无明显变化，是一种高浓度盐水。通过对 RO流程的实际运营和管理，得出了采用海水淡化浓盐水反渗透技术对一次 RO排放的浓盐水进行处理。

由于原水的温度会随着季节的变化而变化，为了使 RO设备能够长时间稳定工作，在 RO设备的前端安装了原水加热系统——板式换热器，热源为低压水蒸气。

主体工艺采用浓水一级反渗透+浓水反渗透+三效蒸发工艺。

4 工业生产过程中产生的浓盐水处理现状

工业用水最多的是炼化、煤化、钢铁、电力等行业。目前，工厂生产的高浓度盐水正成为限制“零排放”的一个重要因素。目前国内外对高浓度海水的处理技术多为膜法和热法蒸馏。

随着浓盐水淡化技术的不断发展，浓盐水可以采用相同的工艺处理。对不同的浓盐水工艺进行了对比，提出了采用喷雾蒸发、冷冻等工艺对浓盐水进行进一步浓缩、结晶的方法。这两种工艺可以很好地解决目前工艺中存在的问题。并且由于它具有在空气中无垢、不腐蚀污染设备、利用自然能节省能源等优势，将是处理高浓度海水的最好途径。

5 结束语

浓海水在蒸馏浓盐水时，由于原低值海水的存在，导致各个阶段的海水浓度呈稳定的升高趋势。所以，在利用浓海水蒸馏浓盐水时，应事先加盐或提前通风，以增加盐分的利用率。而浓海水脱盐工艺中，因海水淡化而造成的藻类、细菌、浮游动物、原生动物等浮游生物群落的变化，以及各种设施、管理设计等因素的作用，尚待进一步探讨。