海水淡化预处理研究

　　摘要：水资源短缺形势十分严峻，水资源问题己经成为国家经济、社会发展的重大问题，而全球总水量的97.2%是海水，因此，淡化海水并加以综合利用，是现实发展的正确选择，是解决问题的关键。而本文着重对海水淡化预处理进行了研究。

　　关键词：海水,淡化,预处理

　　相对世界平均水平而言，我国人均和亩均拥有量均不能达标，人均拥有量仅仅为平均水平的25%，亩均量也仅为平均水平的75%。据相关报道:我国六百个以上中大型城市中不同程度的缺水城市就占了总数的四分之三，这之中有三十多个城市缺水现象尤其明显，严重影响了正常的生产生活。

　　因此，水资源短缺形势十分严峻，水资源问题己经成为国家经济、社会发展的重大问题，而全球总水量的97.2%是海水，因此，淡化海水并加以综合利用，是现实发展的正确选择，是解决问题的关键。

　　1.海水水源情况

　　首钢京唐钢铁联合有限责任公司钢铁厂海水淡化工程所需原海水由海水取水泵站取自内港池。渤海湾海水质指标见表1-1。

　　2.海水淡化预处理的目的

　　目前，世界范围内，主要使用的海水淡化工艺为蒸馏法和膜法，对于不同的海水淡化工艺，预处理技术所要达到的目的各不相同。在多级闪蒸、低温多效蒸发等蒸馏法海水淡化工艺中，为了确保装置的成功运行以及满足不同的过程工艺及水质要求，必须进行不同程度的海水预处理。

　　海水是一个复杂的稀溶液体系，其总固溶物(TDS)高达34500mg/L(3.45%)。巨量的钙镁离子所形成的碳酸盐、碳酸氢盐、硫酸盐、氯化物等又导致海水具有很高的硬度，在蒸发过程中，这些盐因受热分解，抑或转化成不同的形态而沉淀在传热面上就会形成水垢;海水中溶解氧的存在将对蒸馏法装置产生两方面的不良影响:一是氧气作为腐蚀电极的氧电极，使设备的金属材料溶解腐蚀，二是长期的氧化物积累，在传热管中会产生氧化物污垢，降低传热效率，并产生新的腐蚀区域;海水中溶解的以及蒸发过程中产生的二氧化碳等不凝气体，会在传热面上积累而形成气膜，降低传热速度。反渗透海水淡化工艺的核心技术是反渗透膜。海水中悬浮物、胶体物质和可溶性有机高分子聚集在膜表面会使膜受到污染;微生物和细菌会使膜受到侵袭;微生物和细菌的残体还会以固体形式析出，使膜性能变坏;水的温度、pH值、余氯含量、压力等参数的劣化会引起膜水解、氯化;由溶质引起的膜结构变化还会导致膜的透水率下降。此外，海水中存在的悬浮物、胶体、细菌和藻类也会沉积在传热管表面，降低传热速度，缩短清洗周期，增加能耗，提高运行成本。造成的结果便是严重降低了膜的使用寿命，增加了清洗次数，提高了造水成本。可见，针对海水淡化预处理技术研究的不断发展正是解决这些问题的关键所在。

　　3.软垢的成因及控制方法

　　海水中主要盐类组成为Nael(2.68%)、MgCi(0.32%)、MgSo(0.22%)、CaSo4(0.12%)、KCi(0.07%)和NaBr(0.008%)，这既意味着海水中含有丰富的化学资源，也同时意味着这将导致海水含有很高的硬度。在蒸馏法海水淡化过程中，这些碳酸盐、碳酸氢盐、硫酸盐等受热分解或者转化成不同形态的沉淀物，造成传热面上结构现象。水垢分为软垢(碱性垢)和硬垢(硫酸钙垢)，碱性垢由海水中碳酸氢盐分解而成以上两种沉淀物的溶解度均随温度的升高而降低。针对以上两种碱性垢的处理方法主要有PH控制法和水质稳定法。PH控制法是向海水中投加硫酸或者盐酸，预先分解海水中存在的碳酸氢盐，使得碳酸氢钙在传热过程中不会受热分解，进而形成碳酸钙和氢氧化镁沉淀。由于此法成本低，操作方便，在蒸馏海水淡化法中得到了广泛的使用。

　　水质稳定剂法也就是我们所说的药剂法，通过向海水中加入水质稳定剂(阻垢剂)，是海水中的Ca2+、Mg2+不致形成盐类沉淀，此法同样易于操作，只是成本略高于PH控制法。

　　4.硬垢的成因及阻垢原理

　　由于从硫酸钙水合物向硫酸钙的转变时间，在现有的操作工况下，均进行缓慢。大概需要若干小时到若干天才能完成，所以，在CaSo4·1/2H2O还没来及转为CaSo4时，浓盐水便被替换排出。

　　海水预处理过程中，PH控制法(酸法)对硬垢的阻垢是没有作用的，成垢所需的清理费用相当昂贵。不过，针对硬垢的药剂法有效，对CaSO4而言，防垢措施主要是:温控法、浓度控制法和药剂法。

　　5.原水混凝沉降除浊技术

　　海水中悬浮的粗大颗粒(大于100微米)，在其自身重力作用下沉落下来;而其中的悬浮胶体颗粒，都带负电荷，通过絮凝剂(带正电性无机高聚物絮凝剂或阳离子高分子絮凝剂)的投加(通过降低胶体表面电势)使其凝结积聚成为大颗粒，即可沉降除去。常用的絮凝剂有:硫酸铝、三氯化铁、聚合氯化铁和聚丙烯酞胺等，其中，铁因易与腐殖质反应而不常使用。根据原水最大含砂量的不同，可以进行絮凝剂的选择。影响絮凝剂絮凝效果的因素主要有:原水悬浮物的特性、原水酸碱度以及原水温度。

　　6.原水脱气技术

　　对水中的二氧化碳和氧气等气体的去除过程称为脱气处理。海水中溶氧量与海域、温度有关，范围在每升5至8毫克。对蒸馏法而言，溶解氧在中性和碱性环境下对蒸馏法装置氧腐蚀以及传热效率产生影响。

　　由于水中溶解氧的存在，氢氧化亚铁很快被氧化为氢氧化铁沉淀，对输水管道和设备造成腐蚀的同时，产生的沉淀在管路积累，堵塞管道，从而降低了传热效率。而水中以游离状态存在的二氧化碳遇到钙、镁离子会生成对应的碳酸盐沉淀，形成的垢样。因此，在海水淡化技术中需进行脱气预处理。

　　参考文献：

　　[1]樊雄，张维润.膜法与蒸馏法海水淡化方法的技术经济分析[J].电力设备，2007，8(7):44一47.

　　[2]陈明玉，袁建军.膜蒸馏海水淡化研究进展及发展趋势[J1.天津化工，2007，21(3):1一4.

　　[3]周利民，峙嵘，许文苑.蒸馏/反渗透海水淡化及其耦合工艺研究[J].海湖盐与化工，2006，35(2):21一25.

《海水淡化预处理研究》

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