随着现代化建设的迅速发展,人类对水的需求量也迅速增
长,但供水量却有减无增,且水污染日趋严重,使得全国范围乃至
全球性的供水矛盾日益突出。有预测称人类在石油危机之后,下
一个危机就是水危机。目前全世界约有80 个国家和地区严重缺
水,占地球陆地面积的60 % ,有15 亿人缺少饮用水。我国人口占
世界22 % ,而淡水占有量仅为8 % ,是世界12 个严重贫水国之
一[1 ] ,解决水危机已经是势在必行。
1 海水淡化的意义
解决水资源危机的出路无非有两条,一是“节流”,二是“开
源”。“节流”并不能从根本上解决水资源短缺的问题。“开源”即
增加某一地区水资源的供应量,目前常用的方法主要有开采地下
水、实施跨流域调水和海水(苦咸水) 淡化[2 ] 。过量开采地下水和
跨流域调水都会一定程度引起生态的恶化和自然系统的破坏,而
海水淡化却是一条有效且极具发展前途的途径。目前陆地上淡
水资源紧缺,但海洋中却蕴藏着丰富的淡水,其总量约占海水的
97 % ,海水不但储量巨大,而且不受气候的影响。
2 海水淡化技术
海水淡化技术是通过脱除海水中的大部分盐类,使处理后的
海水达到生活用水标准的水处理技术。海水淡化方法按分离过
程分类,主要有蒸馏法、膜法、结晶法、溶剂萃取法和离子交换法
等。其中蒸馏法又有多级闪蒸(MSF) 、多效蒸发(ME) 和压汽蒸
馏(VC) 之分,膜法海水淡化技术则包含了反渗透法(RO) 和电渗
析法( ED) ,结晶法则由冷冻法和水合物法构成。虽然淡化方法有
许多种,但多年的实践表明真正实用的海水淡化方法只有MSF ,
1) 紫外线消毒法不能提供剩余的消毒能力,当处理水离开反
应器之后,一些被紫外线杀伤的微生物在光复活机制下会修复损
伤的DNA 分子,使细菌再生。2) 石英套管外壁的清洗工作是运
行和维修的关键。当污水流经紫外线消毒器时,其中有许多无机
杂质会沉淀、粘附在套管外壁上。因此,必须根据不同的水质采
用合理的防结垢措施和清洗装置,开发研制具有自动清洗功能的
紫外线消毒器。3) 目前国产紫外灯执行直管型石英紫外线低压
汞消毒灯的国家行业标准,灯的最大功率为4 W,且有效寿命一
般为1 000 h～3 000 h ,而进口低压灯管的有效运行时间可达
8 000 h～12 000 h ,中压灯管也可达5 000 h～6 000 h。4) 在我国
目前污水厂紫外消毒系统招标中,有些污水厂由于大量工业污水
的导入,使得排放的污水色度加深,但招标文件中的污水紫外透射
率参数仍采用国外提供的数值,造成与国内污水实际情况差别很
大,为将来紫外设备的运行达到消毒要求留下了难以克服的障碍。
2 结语
1) 紫外光用于城市污水二级处理出水的消毒可以满足目前
国内景观及绿化用水要求。2) 该技术具有无二次污染的特点,应
用前景广阔。3) 能耗低、运行费用低;自动化程度高;维护简便。
4) 在设备选用方面,低压高强度紫外灯的综合技术经济指标优于
中压高强度紫外灯。
参考文献:
[1 ] 黄君礼. 新型水处理———二氧化氯净化技术[M] . 北京:化
学工业出版社,2005.
[2 ] 高乃云,乐林生. 饮用水消毒技术[M] . 北京:化学工业出版
社,2006.
[3 ] 何文杰,李伟光,张晓健. 安全饮用水保障技术[M] . 北京:
中国建筑工业出版社,2006.
[4 ] 黄俊礼. 二氧化氯分析技术[M] . 北京:中国环境出版社,
2000.
[5 ] 储金宇. 臭氧技术及应用[M]. 北京:化学工业出版社,2002.
[6 ] G. Sakamoto ,B. Topp. Ultraviolet Disinfection Technology in
Ontario : The Past , The Present and The Future. WEAO Con2
ference ,Hamilton ,Ontario ,April ,2000.
[7 ] K. HO ,P. Bohm. Evaluation of UV Light Disinfection Process
in Richmond Hill WPCP. Research Project of the Ministry of
the Environment (MOE) ,1984.
[8 ] 张大芳. 超滤法在中水回用中的应用[J ] . 山西建筑,2008 ,
34 (15) :1762177.
The research and development of disinfection technology in wastewater treatment
QIN Jian AO Yang
Abstract : The necessary of disinfection in waster water treatment and disinfection has become an important part of wastewater reuse technolo2
gy , introduces principles of disinfection as well as merits and shortcomings if disinfection technology including liquid chlorine , chlorine dioxide ,
ozone , disinfection by ultraviolet light and so on , the ultraviolet disinfection will be applied widely and replace chemical disinfection in water
treatment .
Key words : disinfection , liquid chlorine , chlorine dioxide , ozone , ultraviolet
·176 ·
第35 卷第21 期
2 0 0 9 年7 月 山西建筑
SHANXI ARCHITECTURE
Vol. 35 No. 21
J ul. 2009
. 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
ME ,VC 和RO 等几种[4 ] 。海水淡化方法的分类及特点如表1 所
示[3 ,5 ] 。实际应用过程中选用何种淡化方法,需要考虑淡化装置、
原水水质、使用场所、能源费用及气候条件等因素。统计分析表
明,目前RO 是两大最重要的淡化技术之一[6 ] 。
表1 海水淡化方法的分类和特点
方法分类
原水浓度
mg/ L
原水预
处理
脱盐率
%
产品水水质
mg/ L
能耗最佳应用领域
蒸馏法
MSF 不限不需要≤5 较低
ME 不限要求低≤10 较低
对水质要求高, 有余、
废热能的地区和单位
VC 不限要求低1～5 低无热源的海岛地区
膜分离法
RO 约20 000 要求高80～95 150～500 较低生活饮用,一般工业用
ED 约2 000 50 约1 000
在适宜的
范围内低
一般工业用
3 反渗透海水淡化
3. 1 反渗透法的工作原理
反渗透法属于一种膜分离技术,其工作原理如图1 所示。
在没有外力的情况下,半透膜纯水侧的水分子会透过膜进入
到咸水侧,当咸水一侧施加大于该溶液渗透压的压力P 时,在高
于渗透压的压力P 作用下,咸水中纯水的化学位升高并超过纯水
的化学位,水分子就可以从纯水一侧反向的通过膜透过到纯水一
侧,海水淡化就是基于此原理。
3. 2 反渗透的预处理、能耗和浓盐水处理
3. 2. 1 海水淡化预处理
由于海水中的硬度,总固体溶解物和其他杂质的含量均较
高,在运行过程中,膜本身对于pH 值、温度和化学物质较为敏感。
同时,反渗透膜对进水的要求相对较高,如果进水水质不佳,产水
率就非常低。另外,RO 制水成本仍旧颇高与膜进水的预处理也
有很大关系。因此海水在进入膜法淡化装置之前必须进行预处
理。反渗透进水的水质指标要求如表2 所示[7 ] 。
表2 反渗透进水水质要求
项目指标
水温/ ℃ 20～35
pH值3～11
浑浊度/ NTU < 0. 3
污染指数FI < 4
余氯/ mg·L - 1 < 0. 1
CODMn/ mg·L - 1 < 2
Fe/ mg·L - 1 < 0. 1
注:所有指标均是针对聚酰胺膜
3. 2. 2 海水淡化预处理技术
由于传统的海水预处理方法,工序复杂,预处理成本较高,已
不能适应RO 低能耗和高产水量的要求。
在这种情况下,采用全膜法预处理代替传统的化学品预处理
就成为一种必然的发展趋势。SWRO 淡化过程膜法预处理主要包
括微滤(MF) 、超滤(UF) 和纳滤(NF) 三种。MF 在去除悬浮固体、
降低SDI(淤塞密度指数) 上效果明显,是传统方法费用的1/ 2。而
UF 不但可截留悬浮固体和大的细菌,还可截留大分子、胶体和小
细菌。NF 是介于UF 和RO 之间的膜过程,其对于一价和二价离
子的选择透过性对防止结垢和减少进料TDS 方面有特殊的作用。
3. 2. 3 反渗透能耗问题
输进SWRO 系统的大部分能量被留在浓水流中,但目前一般
反渗透的回收率仅为40 %左右,回收率低导致淡化成本高,因此
提高海水淡化的回收率很有必要。提高回收率的一种方法是增
大操作压力,但能耗也会随着压力的增大而线性增长[8 ] 。
据资料报道[9 ,10 ] ,已经有试验对能量回收及能量回收方式进
行了研究。现在还出现了一种新型的反渗透系统:将反渗透系统
设置在海水水面以下,充分利用海水的静水压力,使系统可以在
很大程度上降低系统的能耗[11 ] 。
3. 2. 4 浓盐水的处理
海水淡化对环境的不利影响主要是浓盐水的排放问题。浓
盐水不仅含盐量高,而且还含有海水预处理时引入的化学物质及
海水原水所含的各种有害物质,如果排放不当,就会对土壤、地表
水、海洋环境等造成污染。国外常用的浓盐水处理技术包括直接
排放法和浓盐水再利用两类。选择浓盐水处理方法时需考虑浓
盐水的排放量、组成、排放地的物理或地理环境、操作费用等因
素。其中操作费用是要考虑的重要因素之一,因为浓盐水的处理
费用约占总淡化成本的5 %～33 %[12 ] 。
4 结语
1) 地球上的淡水资源危机越来越严重,鉴于海水资源丰富,
人们把目光投向了大海, 这依赖于海水淡化技术的发展。2)
SWRO 技术近几年来发展迅速,其以低投资费、低能耗、低产水价
的优势正日益成为海水淡化的主导技术,预计其将成为新世纪的
主要海水淡化技术。3) 反渗透在应用中还存在不足的地方,在发
展的过程中还有待不断优化,以促进海水淡化向高效化、低能化
和规模化的目标发展,切实解决淡水资源短缺的危机。 |
