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北極星水處理網訊:摘要：水資源是關係國家經濟發展和社會進步的重大戰略問題，海水淡化工程是解決水資源短缺問題的重要舉措，已成為解決沿海地區淡水資源短缺的重要方法。本文講述海水淡化工藝流程和原理，以及工藝流程中出現的具體問題及解決措施。
關鍵詞：反滲透；海水淡化；工藝
引言
隨著經濟社會的高速發展和人口的急劇增加，淡水資源短缺已經成為人們面臨的巨大挑戰；開發利用海水資源，進行海水淡化。成為開源節流、解決淡水短缺的一個重要途徑。目前膜法海水淡化日益成為海水淡化的主流技術，主要有已獲得大規模應用的反滲透、正在發展的正滲透和膜蒸餾等技術。
本文在簡要介紹海水淡化的工藝流程的基礎上，著重介紹工作原理，以及工藝流程中出現的具體問題及解決措施。海水淡化分為三個子過程：預處理流程、膜處理流程、汙泥濃縮處理流程。
預處理流程
預處理流程主要功能是除去海水中的懸浮物、藻類及微生物等物質，使出水水質達到後續膜處理的要求，為海水淡化膜處理子系統供水；根據海水取水水質，海水平均懸浮物含量為781~1902㎎/L，無法滿足海水淡化的超濾要求，必須對海水淡化原水進行預處理，使懸浮物將至2㎎/L以下。
工藝流程為：海水原水經過原水升壓泵升壓後，通過玻璃鋼管輸送至海水原水預處理站內混凝沉澱池，進行沉澱處理以除去海水淡化原水中較大的固體懸浮雜質。考慮到海水含沙量較大，混凝反應沉澱池排泥需用一定水量，即海水原水經混凝反應沉澱池後產生混凝反應澄清水，汙泥水通過混凝反應沉澱池底部的排泥管排入附近排水溝，自流至汙泥沉澱池。經混凝反應沉澱池處理後的海水自流至V型濾池中進一步過濾處理以保證進入海水淡化車間的海水水質。V型濾池自用一部分清水衝洗，其餘部分供給清水池。
混凝沉澱池
混凝沉澱池是將混合、絮凝、沉澱集成一體，能有效的去除水中的顆粒、細菌、有機物、懸浮物、濁度和部分膠體，使出水濁度小於5NTU。
混凝沉澱原理：水中雜質按照其雜質形態，可分為懸浮物、膠體物質和溶解物。懸浮物質：包括草本、垃圾等大塊物質和顆粒粒徑大於100μm以上的泥沙。在水中粒徑大於100μm以上的懸浮雜質可以依靠重力進行除去。溶解物質：由於水的溶解能力很強，某些礦物質溶解於其中，並且在水中離解成離子狀態，其粒徑小於1μm以下；
膠體物質：多為黏土微粒、高分子物質、微生物、細菌等（粒徑一般在1μm-100μm之間，光線照射上去被散射而呈現渾濁現象。）高分子物質一般來源於動植物的蛋白類化合物，或已分解的蛋白類，如腐殖酸、腐殖質等。黏土膠體是造成水渾濁的主要原因，而腐殖質是水體帶色的主要原因。對於膠體雜質由於布朗運動、水化作用和膠體顆粒帶電，使膠體顆粒顆粒分散狀態保持不變。根據雙電層理論中膠體的膠核和吸附層組成膠粒帶負電，膠粒和擴散層組成的膠團呈電中性，水中的微小顆粒一般均帶負電荷；它們之間既相互排斥又在水中不斷做布朗運動，故極為穩定而不易下沉。為改變這種情況，在水中投加混凝劑，混凝劑溶解後，提供大量正離子。正離子擴散，大量正離子湧入帶負電的膠體擴散層乃至吸附層，使膠粒之間的靜電斥力消失，同時在範德華力、化學吸附等原因的共同作用下，使膠體顆粒失去穩定性，在攪拌水體的有利條件共同作用下，不斷碰撞吸附，生成較大的絮粒；這種網狀一樣的絮粒具有很強的吸附能力，不僅能吸附碰撞懸浮顆粒，還能吸附有機物、細菌甚至溶解雜質；並用它的鏈狀結構把雜質連結起來形成整體，稱為絨體；絨體在形成和下降過程中逐漸增大，在一定的水利條件下即能從水中分離、沉降下來，使水由渾變清。
膜處理流程
膜處理流程的主要功能：除去海水中預處理子系統無法除去的小粒徑膠體及鹽分，從而為除鹽水系統提供合格的淡化水，膜處理是海水淡化系統的核心部分。
預處理系統產生的原水，經過清水泵升壓後，經過超濾裝置、反滲透裝置、陰陽離子交換器等，轉變成除鹽水。
超濾裝置主要有平板式、管式、螺旋卷式、浸沒式等，下面主要介紹管式超濾裝置；超濾膜組件由PVC外管、中心出水管及中空纖維膜絲組成；中空纖維膜絲由2-3㎝的環氧樹脂密封在PVC外筒中，原水從毛細管的內部進入，過濾時，比膜孔徑大的顆粒被截留在膜的表面，並存留在毛細管間；而濾液以及包含在濾液中的離子和小於膜孔徑的顆粒物通過膜表面，並被收集到集水管中，此為過濾過程，驅動力為進水和出水之間的壓力差，採用內壓式全量過濾，即進水全部通過膜成為產品水，沒有濃水排放。超濾裝置運行一段時間後，由於膜元件逐漸被水中顆粒、膠體堵塞，引起水流阻力上升，產水量下降；另外，超濾膜截留的生物能力較強，經過殺菌過程後僥倖逃生的微生物會在超濾膜表面聚集，並進行生長繁殖，導致超濾膜的汙染失效，根據超濾膜壓差必須進行反洗、化學加強反洗、化學清洗。
反滲透裝置是用一張只透水而不能透過鹽的半透膜將淡水和鹽隔開，淡水會自然地透過半透膜至鹽水一側，這種現象稱為滲透；當滲透到鹽水一側的液面達到某一高度時，滲透的自然趨勢被這一壓力所抵消從而達到平衡，這一平衡壓力稱為該體系的滲透壓；如果在鹽水一側加一個大於滲透壓的壓力，鹽水中的水會通過半透膜到淡水側，此現象為反滲透。
反滲透膜組件利用反滲透原理，去除水中的各種鹽分。在反滲透膜的原水側加壓，使原水中的一部分純水沿與膜垂直方向透過膜，水中的鹽類和膠體物質在膜的表面濃縮，剩餘部分原水與膜平行的方向將濃縮的物質帶走。透過膜的水中僅殘留少量鹽分，收集利用透過水。膜元件的通流量越大，回收率越高則其表面濃縮的程度越高，由於濃縮作用，膜表面的物質濃度與主體水流中的物質濃度不同，產生濃度極化現象，濃度極化現象會消耗更多的能量。
離子樹脂交換器依據的工作原理為雙電層理論，即離子交換樹脂上的可交換離子，是由許多活性集團在水中發生電離作用而形成的，當離子交換樹脂遇到水時，離子交換樹脂上的可交換離子在水分子的作用下，有向水中擴散的傾向，從而使樹脂活性集團上留有與可交換離子相反的電荷，形成正的或負的電場，由於異性電荷的吸引力而抑制了可交換離子的進一步擴散；其結果即為在濃度差擴散和靜電引力兩種相反力的作用下，形成雙電層式的結構。主要分為陽離子樹脂交換器、陰離子樹脂交換器、混合離子樹脂交換器；經反滲透處理後的產水進過陽離子樹脂交換器，水中的陽離子被樹脂活性集團中的氫離子所置換，從而達到除去水中陽離子的目的；陰離子樹脂交換器，使水中得陰離子被樹脂的活性集團中的氫氧根離子所置換，從而達到除去水中陰離子的目的。混合樹脂離子交換器，可以看成是由許多陰陽樹脂交錯排列而成的多級符合床，基本消除反離子的影響，交換徹底，出水水質穩定、純度高。
汙泥濃縮流程
海水淡化汙泥濃縮子處理子系統組要功能：接納汙泥沉澱池排泥，將汙泥進一步濃縮並脫水成形，為外運創造有利條件，並回收濃縮池出水，起到節水增效作用。
結語
本文通過介紹海水淡化的工藝流程，預處理流程、膜處理流程、汙泥濃縮處理流程，將每個流程中的工作原理詳細分析，並提出解決問題的處理措施。海水淡化應用技術工藝種類較多，每項技術的應用標準和要求各不相同，應結合具體問題具體分析。
原標題:海水淡化工藝淺析
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