l、前言 　　水是生命的源泉，是社會和經(jīng)濟發(fā)展的命脈，是人類寶貴的不可替代的自然資源。當前缺水已成為世界性問題，成為制約社會進步和經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸，解決水資源的供需矛盾，對我國的可持續(xù)發(fā)展是非常迫切的和重要的。我國沿海地區(qū)僅占全國土地面積的15％，人口的40％，但創(chuàng)造著60％以上的社會總產(chǎn)值，和全國一樣，沿海城市，特別是北方地區(qū)以及島嶼的供水嚴重不足，形勢嚴峻。沿海地區(qū)有豐富的海水資源，用海水淡化技術向大海要淡水，滿足沿海城鎮(zhèn)和島嶼對淡水的需求或緊缺需求，是自古以來人們所夢寐以求的，現(xiàn)在已變?yōu)楝F(xiàn)實。反滲透海水淡化不僅技術上完全可行，而且在許分情況下是經(jīng)濟的。 　　2、反滲透的發(fā)展概況 　　海水淡化是從海水中獲取淡水的技術和過程。早在50年代，為解決“水的危機”，美國從52年起專設鹽水局，74年后轉(zhuǎn)為資源技術局，不斷推進水資源和脫鹽的技術進步，其中反滲透法海水淡化（SWRO）就是1953年據(jù)膜和海水界面有一純水層而提出的；73年日本通產(chǎn)省下設造水促進中心，專門研究節(jié)能的脫鹽技術，歐洲則在尤里卡等計劃下推動海水淡化的發(fā)展，它們也都以膜法為重點。經(jīng)過近50年的研究、開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，SWRO自70年代進入海水淡化市場之后，發(fā)展十分迅速。RO用膜和組件已相當成熟，組件脫鹽率可高達 99.5％以上，有約20年的經(jīng)驗積累， SWRO工藝過程也逐漸成熟，近年來，功交換器和壓力交換器的開發(fā)成功使能量回收效率都高達90%以上[3]，從而使SWRO的本體能耗在3kWh/m3淡水以下，成為從海水制取引用水最廉價的方法，進一步增強了SWRO的競爭力。近幾年來，在國際海水淡化招標中，SWRO以投資最低，能耗最省，成本最低，建造周期短等優(yōu)勢而屢屢中標。SWRO所以能如此成功，與其在膜、組器、設備和工藝等方面的創(chuàng)新性開拓是分不開的。下面是著幾方面的簡要的發(fā)展概況： 　　3、反滲透的一些重大的創(chuàng)新進展 　　3.1反滲透膜的進步 　　在反滲透膜發(fā)展的歷史中，不對稱膜和復合股的研發(fā)是創(chuàng)新的兩個范例。 　　3.1.1 不對稱膜 　　Loeb和Sotrirajan于1960年制得了世界上第一高股鹽率，高通量，不對稱醋酸纖維素（CA）反滲透膜，其創(chuàng)新在于，以往的膜皆為均相致密膜（約0．lmrn厚），傳質(zhì)速度極底，無實用價值，而不對稱膜僅表皮層是致密的（約0.2m厚）就這一點，是傳質(zhì)速度提高了近3個數(shù)量級，表1給出了1968年研制的CA－CTA膜的性能。目前通用的CA反滲透膜多用于表面水處理，表2給出了其基本的膜性能。 　　3.1.1 復合膜 　　不對稱膜在高壓下中間過渡層有壓密現(xiàn)象，使水通量下降，為此在1963年提出了復合膜的概念，其創(chuàng)新點在子膜的脫鹽層和支撐層分別由優(yōu)選的材料來制備，如脫鹽層（約0.2m厚）是芳香族聚酰胺，支撐層是聚砜，這是膜的性能進一步提高. 　　3.2 膜組器技術的不斷發(fā)展 　　反滲透膜組器技術的創(chuàng)新，伸膜的性能得以充分的發(fā)揮，這里特別提出的是中空纖維反滲透器和卷式反滲透元件。 　　3.2.1 中空纖維反滲透器 經(jīng)過多年的研究開發(fā)，1970年美國DuPont公司推出B－9型苦咸水脫鹽用中空纖維反滲透器，作為重大化工進展而獲得1971年美國化工學會獎。其特點是：一支直徑4英寸的反滲透器可內(nèi)含90萬條φ084μm，φ142μm的中空纖維，表面積達150m2，在2.6MPa下苦咸水脫鹽可達8m3/d以上。 　　3.2.2卷式反滲透元件 　　同樣地，自1964年提出卷式元件概念，經(jīng)十多年的多次更新?lián)Q代，卷式元件也于1970年代中商品化，其構(gòu)思是數(shù)個膜對繞中心多孔產(chǎn)品水管卷起來，呈筒狀，其中，膜對是由兩張膜（脫鹽層向外）和置于中間的產(chǎn)水流道布組成，除靠中心多孔產(chǎn)品水管的一邊外，其他三邊都用粘合劑密封；使用時，將其放入壓力容器中，這一構(gòu)型使膜片的使用和生產(chǎn)（特別是復合膜）得以急劇擴展。 　　目前廣泛使用的組件就是上述的這兩種，中空纖維組件堆砌密度達10000m2/m3，卷式元件的達1000m2/m3，雖然后者堆砌密度低些，但對進水預處理的要求不像中空纖維組件那么嚴。目前廣泛應用的中空纖維組件有DuPont公司的芳族聚酸胺的（如B－10型6845TR，產(chǎn)水量約26m3／d）和日本東洋紡的三醋酸纖維素的（如HR8355，產(chǎn)水量約12m3／d）。卷式元件多由美、日的數(shù)家公司生產(chǎn)如美國的Filmtec和Hydranautics，日本的Nitto和Toray等，現(xiàn)多用復合膜制作，且以直徑為 8英寸的居多（一般產(chǎn)水量約20m3／d）。 　　3.3關鍵設備的不斷改進 　　與此同時，膜脫鹽用的關鍵設備，如高壓泵和能量回收裝置也得到快速的發(fā)展。除高壓泵的品種和型號不斷增多，容量不斷增大，以及效率不斷提高之外，特別應提及的是能量回收裝置，反滲透海水淡化所以能成為有競爭力的過程，能量回收裝置的作用功不可沒。 　　第一代能量回收裝置是與高壓泵電機主軸相連的渦輪機，用脫鹽后的高壓濃海水沖擊來回收能量，效率約50％；第二代產(chǎn)品是水力渦輪增壓器，其優(yōu)點是不必與泵的主軸相連，安裝方面，效率也在50％左右；第三代產(chǎn)品為功或壓力交換器，互接將壓力由濃海水傳給新進的海水，效率大于90％，這樣反滲透海水淡化的本體耗電降到3kwh／m3以上。 　　3.4工藝過程的持續(xù)開發(fā) 　　據(jù)反滲透膜和組器技術的進步，SWRO工藝也不斷地發(fā)展，主要工藝過程如下： 　　3.4.1二級海水淡化工藝1970年代商用RO膜脫鹽率僅在95一98％時，為了從海水中制取飲用水而采用此工藝，第一級的產(chǎn)水（約2000mg/L）,再經(jīng)第二級進一步淡化為飲用水，第二級的濃水返回第一級作為部分進水，顯然該過程能耗是高的，約10kwh/rn3以上。 　　3.4.2一級海水淡化工藝1970年代末，特別是1980年代中期以后，RO膜的脫鹽率達99.2%以上，這為一級SWRO創(chuàng)造了條件。海水經(jīng)一級 RO后，產(chǎn)水即為飲用水（300－ 400mg/1），水回收率30—35%。 　　3.4.3高壓一級海水淡化工藝這是近年來，為了進一步提高回收率而提出的新工藝之一。通常一級SWRO的操作壓力在5.5MPa，而若提高到8.4 MPa下操作，則可達60％的回收率，這樣海水預處理省了，試劑用量少了，能耗也低了，新建的SWRO廠可采用該工藝 　　3.4.4高效兩段法這也是提高回收率的新工藝，這是一級兩段工藝的改進，在兩段間設增壓部分，第一段的濃海水經(jīng)增壓和最終的能量回收部分相結(jié)合進入第二段，這也可使回收率達60％。該工藝不僅適合于新建的研件SWRO廠，且可將以前的一級SWRO廠增設第二段，變其產(chǎn)量增加一半。 　　另外沙特海水轉(zhuǎn)化公司的研發(fā)中心提出納濾（NF）－RO）一蒸餾的新工藝；也有人提出利用深海的靜壓力進行SWRO淡化，相似地，上海一環(huán)境公司提出用人造水柱的靜壓力進行SWRO淡化等。 　　4. SWRO技術的延伸 　　4.1 RO脫鹽技術 　　除SWRO淡化，解決沿海地區(qū)和島嶼用水緊張狀況之外，RO廣泛用于苦咸水淡化以及純水和超純水的制備，并成為最經(jīng)濟的工藝過程。其中，純水和超純水的制備約占RO市場的70—80％，涉及電子、電力、化工、石化、醫(yī)藥、飲料、食品、冶金等各行業(yè)；苦咸水淡化將在西部大開發(fā)中進一步發(fā)揮作用。 　　4.2 RO預濃縮技術 　　在膜下游獲得淡水的同時，上游料液被濃縮，由于滲透壓的限制，將無機鹽和小分子物質(zhì)濃縮到10％左右是經(jīng)濟的，這已在化工、醫(yī)藥、食品和中草藥等領域得以應用，在環(huán)保方面，RO也用于電鍍、礦山、放射、垃圾滲濾等廢水的濃縮處理，水回用或達標排放。 　　4.3 RO集成工藝 　　RO膜過程有其特點也有其限度和使用要求，為了發(fā)揮RO的優(yōu)勢，采用集成膜過程是十分重要的。如上述的純水和超純水制備、物料的濃縮、海水的全利用等基本上都是RO與其他技術集成的。RO發(fā)揮了其脫鹽和預濃縮的作用。 　　4.4 納濾（NF） 　　納濾膜和工藝都是在RO膜和工藝研發(fā)的基礎上形成的，NF膜的孔徑在納米級，其對單價鹽類易透過，而對多價鹽和分子量1000以下的物質(zhì)截留率很高，這一特點，決定了其在飲用水凈化、水軟化及生物、醫(yī)藥、化工等行業(yè)的分離、凈化和濃縮中的廣泛應用，成為改造傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝，開發(fā)新工藝過程方面的一項重要技術。圖13—－15是幾個納濾應用的流程示意（略）。 　　5、海水淡化的技術經(jīng)濟評價 　　海水淡化的技術經(jīng)濟評價是正確把握技術方案的重要環(huán)節(jié)之一，在大多數(shù)情況下是決定性的。該評價是在統(tǒng)一可比的條件下，對各方案進行綜合分析，既考慮技術上的先進、高效、可靠性、安全、簡便和靈活等，又要考慮經(jīng)濟上的節(jié)能降耗、投資省、成本低、人工少等，還應考慮環(huán)境因素，如是否有三廢和處理措施及對環(huán)境的影響等。 　　嚴格按照技術經(jīng)濟評價的原則、標準和方法，遵循評價采用的各個步驟，在技術經(jīng)濟綜合分析的基礎上，確定各方案的優(yōu)劣并提出取舍意見。下面僅給出近幾年國際招標和咨詢的一個海水淡化工程的例子。 　　6、結(jié)語 　　40多年來，RO從一個概念，至實驗室最終成為目前股鹽技術中的姣姣者，是大量創(chuàng)新的思維，創(chuàng)新的技術編織而成的結(jié)果。RO技術可認為已接近發(fā)展的頂峰期，但仍有相當大的余地可進一步發(fā)展，特別是集成工藝方面，將是RO更大發(fā)揮優(yōu)勢的主要方向。