脱盐技术在给水排水中的应用

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）

　　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。

*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。

　　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。

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。