高从堦，周　勇，刘立芬

（浙江工业大学，浙江　杭州　310014）

反渗透海水淡化技术现状和展望

高从堦，周勇，刘立芬

（浙江工业大学，浙江杭州310014）

反渗透膜技术于20世纪60年代取得突破性进展，促使反渗透海水淡化在近50年间高速发展，淡化产能自20世纪90年代起激增。海水反渗透（SWRO）淡化已成为目前投资最省、成本最低的利用海水制备饮用水的过程。文中主要对海水反渗透淡化的发展状况进行了介绍，如膜和组件的改进，关键设备高压泵和能量回收装置效率的提高，多种工艺过程的不断发展，包括预处理和后处理的新工艺，以及对环境的影响和相应对策等。反渗透技术的发展也推动了其他膜分离技术的进步，并扩展其应用领域。预计在不久的将来，膜技术在海水淡化和水再利用、扩大和保护水资源、循环经济、清洁生产、改造传统产业、节能减排及提高人民生活水平等方面发挥的作用会越来越显著。

海水淡化；反渗透膜；反渗透工艺；能量回收；环境影响

缺水已成为世界性的问题，成为制约社会进步和经济发展的瓶颈。随着经济的持续发展和人民生活水平的不断提高，本来紧张的水资源供需矛盾更加尖锐，故水资源问题的解决对实现社会的可持续发展是非常迫切的。

除了加强管理、严格立法控制污染和过度采用、提高水价、推行节水农业、清洁生产和推广节水工艺等措施外，脱盐技术可将海水、咸水、污水和废水等转变成饮用水、工业用水、农业用水和生态用水等，在扩大水资源中发挥了重要作用，其中膜分离技术是关键技术之一。

除技术可行性之外，随着水资源的匮乏、用水量需求的增加、常规方法生产水的成本的提高以及脱盐生产水成本的下降，使脱盐水在经济上也增强了竞争力。可以相信，这一趋势会越来越扩大，膜分离技术的作用也会越来越显著。

本文主要对海水反渗透（SWRO）淡化进行介绍，包括膜和组件的改进，高压泵和能量回收装置效率的提高，多种工艺过程的发展等。反渗透技术的发展也带动了其他膜分离技术的不断进步，扩大了膜分离的领域。随着膜分离技术的不断进步，它在海水淡化和水再利用中的作用会越来越大，在扩大和保护水资源方面的作用会越来越突出，在循环经济、清洁生产、改造传统产业、节能减排、提高人民生活水平等方面发挥的作用会越来越重要。

1　反渗透海水淡化——颠覆性的创新工艺技术

海水淡化是自古以来人们的梦想之一，但由于技术和价格的限制而难以实现。19世纪出现了浸没式蒸发器，但仅限于远洋船只等应急使用；第二次世界大战促进了脱盐技术的发展，但仍限于多效和压汽蒸馏；20世纪50年代，美国意识到水资源的重要战略意义，石油危机之后便是水资源危机，专设盐水局，30年内拨专款14亿美元研发新的脱盐技术。1954年电渗析（ED）实用化，1960年反渗透（RO）膜获突破性进展，并于1970年开始实用化，1990年后，随着RO膜性能的提高，价格的下降，高压泵和能量回收效率的提高，海水反渗透（SWRO）淡化成为投资最省、成本最低的利用海水制备饮用水的过程。在20世纪60年代末，淡化水产量仅8 000 m3/d，到1990年达1.32×107m3/d，2006年在3.75×107m3/d以上，2010年在6.52×107m3/d以上，2015年在8.64×107m3/d以上，其迅猛增长的趋势是少见的；其中，反渗透技术约占淡化装机容量的60%以上。

除SWRO之外，反渗透广泛用于苦咸水淡化以及纯水和超纯水的制备，反渗透—电去离子（EDI）纯水制备技术，已完全取代了传统的阳阴离子交换工艺，与传统方法相比，该系统具有出水质量高、连续生产、使用方便、无人值守、不用酸碱、不污染环境、占地面积小和运行经济等一系列优点，被称为“绿色”纯水制备系统，在电子、电力、化工、石化、医药、饮料、食品、冶金等各行业广泛采用；反渗透苦咸水淡化在中、西部大开发中已经并将进一步发挥作用；反渗透预浓缩技术是在膜下游获得淡水的同时，上游料液被浓缩，这已在化工、医药、食品和中草药等领域得以广泛应用；在环保方面，反渗透也用于石化、钢铁、电镀、矿山、放射、生活、垃圾渗滤、微污染等废水的浓缩处理，水回用、达标排放或零（近零）排放等。

所有这些充分展示了这一颠覆性的创新工艺技术的强大威力。这是由于SWRO的系列创新——理念创新、材料创新、技术创新、设备创新、（集成）工艺技术和应用创新的结果［1］。

2　反渗透膜和组器的创新进展

2.1反渗透膜的进步

在反渗透膜发展的历史中，不对称膜和复合膜的研发是创新的两个范例［2］。

2.1.1不对称膜Loeb和Sourirajan于1960年制得了世界上第一高脱盐率、高通量、不对称醋酸纤维素（CA）反渗透膜，其创新在于，以往的膜皆为均相致密膜（约0.1～0.2 mm厚），传质速度极低，无实用价值，而不对称膜仅表皮层是致密的（约0.2 μm厚），就这一点，使传质速度提高了近3个数量级，这大大地促进了膜科技的发展；20世纪70年代研制了优异的CA-CTA膜，其中之一的性能为在10.2 MPa操作压力下，对35 000 mg/L NaCl溶液，脱盐率99.4%～99.7%，水通量20～30 L/m2·h［3］。

2.1.2复合膜复合膜的概念是在1963年提出的，其创新点在于膜的脱盐层和支撑层分别由优选的材料来制备，如脱盐层（约0.1～0.2 μm厚）是芳香族聚酰胺，支撑层是聚砜，这使膜的性能进一步提高。历年来，开发了许多不同用途的复合膜，如用于海水淡化的“高脱盐型”、纯水制备的“超低压和极低压型”、废水处理的“耐污染型”等。最近海水淡化的“高脱盐型”复合膜性能大大提高，在5.52 MPa操作压力下，对35 000 mg/L NaCl溶液，脱盐率99.8%，水通量40 L/m2·h以上［4］。

目前国际上最佳商品化的复合膜，其皮层为芳香聚酰胺，有水通量大、脱盐率高、耐生物降解、pH范围广，且有一定的游离氯容许范围等优点。但在耐氯、耐热、耐污染、耐化剂和高区分分离等方面，有待进一步改进；当然，水通量和脱盐率的提高，一直是膜改进的首选［5-6］。

（1）无纺布和底膜的改进。反渗透复合膜用多孔无纺布起增强和支持其上的聚砜底膜（支撑层）和脱盐层，要求强度高、薄（100 μm）、均匀、孔隙率高等；聚砜底膜（支撑层）要求无缺陷、薄（50 μm）、孔均匀、孔隙率高、结构呈密度梯度型、与其下的多孔无纺布和其上的脱盐层结合牢固等。

有的研究认为通过底膜和脱盐层间界面的改性、增加底膜表面的极性有利于复合膜产水率和脱盐率的提高；调节底膜铸膜液中添加剂品种和用量，如加入含环氧基的化合物或含异氰酸基的化合物等，使底膜缺陷少、孔径更均匀、孔隙率更高［7-8］。

（2）新的功能单体。 通过研究功能单体与膜性能的关系，希望为新型反渗透复合膜的研究提供依据。在功能单体中引入能与水分子形成氢键的功能团、亲水基团、磺酸基等，提高膜的截留率、水通量、耐氯性和抗氧化性［9-10］。除最通用的间苯二胺（m-PDA）和均苯三甲酰氯（TMC）外，报道过的酰氯类功能单体有：间苯二甲酰氯（IPC）、对苯二甲酰氯（TPC）、5-氧甲酰氯-异酞酰氯（CFIC）和5-异氰酸酯-异酞酰氯（ICIC）、3，4，5联苯三酰氯（BTRC）和3，3，5，5联苯四酰氯（BTEC）等；报道过的多胺类功能单体还有对苯二胺（PPD）、2，4-二氨基甲苯（m-MPDA）、磺酸间苯二胺（SMPD）、3，3'-二氨基二苯砜、4-氯间苯二胺、4-硝基间苯二胺、p，p′2二氨基二苯甲烷（DDM）、聚乙烯亚胺、氨基葡萄糖等［11-13］；还有的报道，先让少量多胺与多元酰氯反应，生成一定分子量的酰氯中间体，而后界面聚合。

（3）界面聚合的参数控制。界面聚合制备复合膜是一非常复杂的过程，要获得性能优异的复合膜，有很多参数控制必须严格控制，如：支撑膜的处理、水和油相中的各组分的选择和配比、pH、接触时间、反应时间、热处理温度和时间……以调控膜的亲水性、荷电性和表面粗糙度等［14-15］。

①通常在水相中加入不同酸吸收剂，控制反应的pH，同时调节胺的扩散：如樟脑磺酸（CSA）/三乙胺（TEA）和1，1，3，3-四甲基胍（1，1，3，3-tetramethylguanidine）/甲基苯磺酸（Toluene sulfonic acid）等季铵盐类相转移催化剂，极性疏质子溶剂六甲基磷酰三胺（HMPA），邻氨基苯甲酸三乙胺盐，间氨基苯甲酸三乙胺盐，2-（2-羟乙基）吡啶，4-（2-羟乙基）吗啉等亲水性添加剂。有时在水相中加入不同调节剂，进一步调节胺的扩散，如少量的丙酮、2-丁氧基乙醇、丙三醇、二甲亚砜等，进一步提高膜的通量。通过向MPD水相中加入对苯二酚，再与TMC反应可制得耐氯性优于聚酰胺膜的聚酯酰胺膜等［16-17］。

②通常在油相中加入不同添加剂，在油相/水相的界面处遇水而发生水解反应，水解生成的分子可以调节聚酰胺分子和薄膜的微结构，如钛酸丁酯、磷酸三丁酯（TBP）、磷酸三苯酯（TPP）等［18］。

总之，添加剂对膜性能的影响非常大，可以提高膜的亲水性和通量，改善抗生物污染和耐化学性等。

（4）表面改性

①物理改性。表面涂层是最简单常用的物理改性方法。聚乙烯醇（PVA）、聚乙二醇（PEG）、壳聚糖（CS）、聚乙撑胺等高度亲水性材料常被用来直接涂覆到膜的表面增强膜的亲水性和抗污染能力［19-24］。聚乙烯亚胺（PEI）则可通过分子间氢键被自组装到常规聚酰胺膜表面改变膜的荷电性和亲水性，进而改善膜的耐污染性［25］。表面涂层的优点是操作简单，涂层物质可选择性高，改性初期效果较好，但存在易脱落、增大渗透阻力和降低膜通量的缺点。

②化学改性。复合膜的化学改性是用一些特定的化学试剂处理膜面，或者采用接枝聚合方法来调节复合膜表层分子的化学结构，以获得性能提高的复合膜。例如，将聚酰胺层用过硫酸钾、过硫酸铵或过硫酸钠溶液浸泡，烘干后可使反渗透复合膜的耐氯性、耐氧化性和抗污染性进一步提高［24］。或者，用含有环氧基、异氰酸基或硅氧基的化合物溶液处理膜，可使膜面粗糙度明显减小，荷电趋于中性，降低膜的表面能，减弱污染物在膜面的吸附，从而提高膜的抗污染能力［26-28］。在商业化的聚酰胺反渗透复合膜表面接枝上亲水的氨基磺化聚醚砜（SPES-NH2）、PVA、PVAm、PAA、PEG、PEMAEMA、甜菜碱（PSVBP）、MTAC等，含-（CH2CH2O）N-的亲水支链，分子刷结构的支化聚环氧烷（PAO）聚合物，或海因衍生物等，可明显改善膜的表面亲水性和光滑度，增强膜的抗污染能力和/或耐氯性［29-36］。

③等离子体改性。由于等离子体法比传统方法制备的聚合层具有更好的热稳定性和粘附性，因此有可能改善反渗透膜的渗透性、选择性和抗污染性。如在界面聚合之前用等离子处理聚砜超滤膜，引入亲水性单体丙烯酸、丙烯腈、丙烯胺、乙二胺等，使反渗透膜的水通量、截留率和耐氯性都有明显的改进［37-38］。

（5）有机-无机纳米粒子杂化和仿生膜的研究

①有机/无机纳米粒子杂化反渗透膜（TFN）。2007年，美国加州大学洛杉矶分校（UCLA）的Hoek课题组与加州大学河滨分校（UCR）的Yan课题组合作将纳米级分子筛填充至聚酰胺反渗透复合膜中，使膜的水通量提高近两倍，而盐截留率基本保持不变，并首次提出了超薄纳米复合反渗透膜（TFN）的概念［39-40］。纳米粒子分散在高分子膜中，可对膜的细微结构和宏观性能产生不同程度的影响，研究包括分子筛的种类、粒径大小和均匀性、孔结构和大小、膜中分散均匀性、有机/无机界面调控、交联度、微小缺陷、分子筛的孔道效应等，与膜结构、亲水性、荷电性、化学、热力学和机械稳定性等关系是十分必要的［41-45］。例如，将纳米沸石分子筛分散到水相或油相中进行界面聚合反应时，得到的TFN复合膜性能会大不一样。当在聚酰胺膜中嵌入其它纳米粒子如碳纳米管、氧化石墨烯、石墨烯、纳米银或TiO2等时［46-48］，膜也将展示不一样的细微结构和宏观性能。

②仿生膜的研究。由于水通道蛋白（AQPs）具有独特的水通道（约3 nm）、水分子靶向点和优异的选择性，将它们嵌入到聚酰胺反渗透复合膜活性皮层中制得的仿生膜，理论上可使膜的水通量提高2个数量级［49-50］。例如Zhao等直接将由蛋白脂质体固载的水通道蛋白添加到水相通过界面聚合制备了TFC水通道蛋白基仿生膜，对NaCl的截留率为97%，而水通量显著提升，高达4 L/m2h bar（测试条件：10 mM NaCl，5 bar），比BW30膜和SW30HR膜的水通量分别高约40%和1个数量级［51］。虽然水通道蛋白的嵌入可显著提高膜的水通量，但前提是能筛选到合适的载体，目前报道使用的有蛋白脂质体、蛋白聚合物囊泡或者嵌段共聚物，以使固载的水通道蛋白能与基底膜更好地相容，并且被包覆，从而具有好的化学稳定性，最终在水环境中发挥独一无二的功能［52］。Saeki认为水通道蛋白的三维结构太复杂，并且对基底膜很敏感，于是选择将结构更简单的短杆菌肽（GA）嵌入荷正电的双层脂质体中，然后在外加压力下（0.15 MPa）通过静电作用固载于荷负电的磺化聚醚砜纳滤膜（NTR-7450）上制得具有反渗透性能的仿生膜，该膜对NaCl的截留率高于97%，水通量可达11.08 L/m2·MPa-1，但远低于理论值［53］。

2.2膜组器技术的不断发展

20世纪60年代海水淡化研究初期，先用的是板式和管式小型试验设备。反渗透膜组器技术的创新，使膜的性能得以充分发挥，这里特别提出的是中空纤维反渗透器和卷式反渗透元件。

2.2.1中空纤维反渗透器经多年的研究开发，1975年美国DuPont公司推出B-10型海水脱盐用聚酰胺中空纤维反渗透器；1980年日本Toyobo公司推出Hollosep型海水脱盐用CTA中空纤维反渗透器。其特点是：中空纤维束一端或两端密封并开孔，中心是多孔的海水供水管，海水从此供入，径向向外流过中空纤维束，淡化水透过中空纤维壁到中空纤维内孔，流到开孔的一端或两端，收集起来后，由产水管排出，浓的海水由浓水口排除。具有自支撑结构，组件制备工艺简单，放大效应小，安装和操作简便，具有最高的膜面积堆砌密度［54］。

2.2.2卷式反渗透元件卷式元件概念是1964年提出的，经过10多年的多次更新换代，在20世纪70年代后期商品化，随着性能不断提高，价格越来越便宜，使反渗透海水淡化成本不断下降，成为海水淡化的主要用膜组器。其构思巧妙：用两张膜的背面夹一产水流道材料，其开口为中心产水收集管，膜的正面衬上进水流动网格，数叶这样的排列，三面涂粘合剂后，绕中心产水收集管卷起来呈筒状；再两端切齐，装上抗应力器并包以胶带或纤维增强树脂外壳而成；进水经流动网格轴向流动，产水螺旋状由外向内到中心收集管。其特点在于:可大规模、高产速制造，可低流速下运行，安装和操作简便，结构紧凑，装填密度大，可在压力容器内串接多个元件等。经膜片对的数目和宽度、流道隔网的式样和厚度、粘合和密封方式、多个元件产水的收集方式和端封等的不断研究和改进，目前，复合膜广泛用于卷式元件的大规模生产，元件的直径为4 inch，8 inch，16～18 inch等，以8 inch的居多。如φ 203 mm×1 016 mm的复合膜卷式元件，对35 000 mg/L海水，5.5 MPa下，25℃，8%～10%回收率，产水量达30 m3/d，脱盐率99.8%左右［55-56］。

膜元件仍在不断改进提高:如膜面积增加以多产水，增加膜叶数以减少产水流动阻力，膜密封改进以保证高脱盐，大型化和自动化以更高效可靠，提高耐压性使之更耐用，元件端封改进使之更可靠和简便等［57］。从而发展了海水淡化用高压反渗透膜、系列中低压反渗透膜、超低压反渗透膜、极低压反渗透膜和抗污染反渗透膜等元件，用于各种不同的应用。

3　关键设备的不断改进

目前，反渗透海水淡化成为有竞争力的工艺，高效率的高压泵和能量回收装置的作用都功不可没，使SWRO本体能耗在3 kWh/m3以下，总能耗在4 kWh/m3左右。2005年在美国的现场运行表明，SWRO本体能耗仅1.58 kWh/m3。

3.1高压泵的不断改进［58］

产业链中高压泵作为膜法海水淡化用关键设备也得到快速的发展:除高压泵的品种和型号不断增多，容量不断增大，以及效率不断提高（达80%以上）。

目前反渗透海水淡化处理系统中使用的高压泵主要有3种：往复式容积泵、多级离心高压泵和高速离心泵。往复式容积泵主要用于额定流量较低的场合，通常流量＜80 m3·h-1，它的特点是：效率高，一般大于85%，且高效率范围大，对应一定流量，可达到不同的扬程，基本上都可保证在高效率点工作。

多级离心高压泵主要有以下几类：水平中开式多级离心高压泵、节段式多级离心高压泵和不锈钢冲压泵。水平中开式多级离心高压泵适用流量大于220 m3·h-1的场合，流量越大，泵的效率越高，效率可达75%～85%，特点是轴向推力小，维护保养方便，但制造成本高。节段式多级离心高压泵用于中等流量，80～220 m3·h-1。效率在65%～80%，特点是结构简单、体积小、重量轻、价格相对便宜。不锈钢冲压泵也只用于中小流量场合，通常流量＜95 m3·h-1，它的特点是：效率不高，一般小于70%，但体积小，重量轻，操作维护方便。高速离心泵适用于小流量场合，10～70 m3·h-1，泵效率为50%～75%。特点是体积较小，但效率较低，噪音大。

3.2能量回收装置的不断改进

通常，反渗透海水淡化系统的操作压力一般为5.0～6.0 MPa，从膜组器中排放的浓海水压力仍高达4.8～5.8 MPa。如果按照通常40%的水回收率计算，浓海水中约有60%的进料压力的能量，具有巨大的回收价值和意义。反渗透海水淡化能量回收装置的作用就是把反渗透系统高压浓海水的压力能量回收再利用，从而大幅降低反渗透海水淡化的制水能耗和成本。

按照工作原理，能量回收装置主要分为水力涡轮式和功交换式两大类。在水力涡轮式能量回收装置中，能量的转换过程为“压力能—机械能（轴功）—压力能”，其能量回收效率约35%～70%。功交换式能量回收装置，只需经过“压力能—压力能”一步转化过程，其能量回收效率高达90%以上，已成为国内外研究和推广的重点。

最早的能量回收装置是水力透平式，瑞士Calder.AG公司的Pehon Wheel透平机和Pump Ginard公司的Francis透平机，效率一般为50%～70%。经过改进的设计，最具代表性的有丹麦Grundfos公司生产的BMET透平直驱泵和美国PEI公司生产的Hydraulic Turbo charger，能量的转换效率可提高至65%～80%。

功交换式能量回收装置有瑞士Calder.AG公司的DWEER能量回收装置、德国KSB公司的SalTec DT压力交换器、德国SiemagTransplan公司的PES压力交换系统和美国ERI公司1997年推出的PX装置等。其中PX装置被绝大部分海水反渗透设备选用，其次是DWEER能量回收装置［59-60］。

PX装置有如下几个特点：效率非常高，可达95%；核心部件使用陶瓷材质，尺寸稳定、永不腐蚀；无需电气连接，占地面积小，操控简单；质量可靠，寿命长；全球应用案例多，使用的经验丰富。

国内对能量回收装置的研究起步较晚，进行反渗透用能量回收装置研究的主要有中科院广州能源所、天津大学、杭州水处理中心和天津海水淡化与综合利用研究所等4家单位，研发方向均为双液压缸功交换式能量回收装置或阀控式压力交换能量回收装置，有望取得突破和产业化。

4　工艺过程的持续开发

对海水淡化，随着反渗透膜和组器技术的进步，SWRO工艺也不断地发展，主要工艺过程如下：

4.1微滤和超滤用于海水预处理

鉴于传统预处理技术的局限性，提出了利用膜分离技术作为海水反渗透预处理工艺流程。通过现场试验，将微滤（MF）和超滤（UF）用于海水预处理不仅技术可行，而且也相当经济，用MF或UF替代传统的预处理的混凝/多介质过滤工艺，由于供水水质好，RO比常规法可多产水20%，这样用膜面积少，压力容器少，管路省，占地面积小，从而投资费用低；同时RO膜清洗周期长，用试剂少，省劳力、运行时间长，其运行费用也低［61-62］。

4.2海水淡化新工艺的不断进步

4.2.1一级海水淡化工艺20世纪80年代中期以后，RO膜的脱盐率达99.2%以上，这为一级SWRO创造了条件。海水经一级RO后，产水即为饮用水，水回收率30%～35%［63］。

4.2.2高压一级海水淡化工艺这是近年来，为了进一步提高回收率而提出的新工艺之一。通常一级SWRO的操作压力在5.5 MPa，压力提高到8.0 MPa，使回收率从35%提高到50%以上是经济的。这样，取海水量减少，预处理的设施和各种药剂用量相应减少，泵和高压泵所用电力也省，操作和维修劳力也省。当然，要求的操作压力要相应提高，这就需要耐高压的膜元件，另外相应的工艺也应进一步改进［63］。

4.2.3高效两段法这是提高回收率的新工艺，是一级两段工艺的改进，在两段间设增压部分，第一段的浓海水经增压和最终的能量回收部分相结合进入第二段，这也可使回收率达60%。该工艺不仅适合于新建的SWRO厂，且可将以前的一级SWRO厂增设第二段，使其产量增加一半［64］。

4.2.4二级海水淡化工艺目前该工艺用来从海水中制取含盐量在20～40 mg/L的软化水［47］。

4.2.5高通量的膜元件两段设计或部分两段设计这既使操作费用降低，又达到脱硼的要求，完全可补偿高一点的投资［64］。

4.2.6集成工艺和过程优化（1）SWRO与纳滤（NF）集成。20世纪90年代，提出RO与NF结合的海水淡化新工艺，但集成的工艺有不同，一是纳滤在RO之前，纳滤的产水为RO的进水，这对RO很有利；另一种是将纳滤放在RO之后，RO的浓水为纳滤的进水，纳滤的产水返到RO之前，作为RO的进水，这可大大提高回收率。

（2）SWRO与多级闪蒸（MSF）或多效蒸馏（MED）集成。SWRO与MSF集成已商品化，如阿联酋的富查伊拉（Fujeirah）水电联产厂就采用这一集成技术，其中，MSF产淡水28.4×104m3/d，SWRO产淡水17.0×104m3/d，这一集成技术使工厂的生产更灵活，产水的成本更低。

（3）NF与SWRO和MSF/低温多效蒸馏（LT-MED）集成。以纳滤作为预处理，实际为部分脱盐（主要是去硬度），通常可除去海水中Ca2+、Mg2+和HCO3-在70%以上，除SO42-在90%以上，再与SWRO和MSF（LT-MED）结合，NF产水的60%经RO转化为产品水，RO浓水的80%由MSF转化为淡水，同时MSF的余热可加热NF和RO的进水［65］。

（4）SWRO与电渗析（ED）集成。电渗析技术的最早应用是在20世纪的50年代用于苦咸水淡化，60年代应用于浓缩海水制盐，80年代初，我国在西沙建立了当时世界上最大的200 m3/d的ED海水淡化站。随着电渗析技术不断发展，其制水能耗不断降低，重新受到人们青睐，在小型海水淡化装备上，电渗析法有望有一席之地；SWRO与倒极电渗析（EDR）集成，SWRO淡化后，EDR对淡化的浓海水进行浓缩，进而与海水浓缩制盐结合，对海水与电能进行有效利用，可进一步达到节能降耗的要求。也有人提出电渗析与反渗透的集成，先用电渗析淡化海水到3 000 mg/L左右，再用反渗透制取饮用水［66］。

（5）其他集成工艺。如水电联产和热膜耦合，再进一步与供热（汽）、化工、综合利用等过程集成，将发电、海水淡化与盐、碱联产等综合开发，是值得提倡和推广的生态产业链新概念，海水淡化联产、海水淡化浓盐水零排放、浓盐水化学资源提取的系统整合，实现了海水淡化产业的绿色可持续发展。海水淡化与水电、核电联产，可以充分利用产业互补优势，解决电厂废热排放问题，同时降低海水淡化成本，提高海水淡化产品水的价格优势，有助于海水淡化产业规模的不断扩大；海水淡化浓盐水零排放技术与海水淡化主体工艺相结合，可以有效解决海水淡化浓盐水的环境影响问题，促使海水淡化产业向绿色产业靠拢，有利于可持续发展；此外，零排放的实现与浓盐水化学资源的提取可以同时进行，可从浓盐水中生产多种工业原料，创造额外的市场价值。既具有经济效益，又具有环境效益［67］。

（6）过程优化。使产水成本最低的反渗透海水淡化系统优化设计目标是确定系统的最优结构、最优操作条件、同时给出系统的主要技术参数，以获得系统经济的主要经济指标如投资成本、运行成本、运行能耗等。多数反渗透厂的优化和设计方法多应用反渗透网络模型对不同条件下的反渗透厂进行研究，提出更接近实际、且经济可行的新模型，采用费用最小为优化目标，获得最优的网络结构和操作条件。如Young M.Kim，et.al.从海水取水、预处理系统、反渗透网络建模、能量回收系统、后处理系统、浓盐水排放和环境影响等各方面总结了大规模反渗透海水淡化的优化设计的研究进展、存在的问题和未来的研究方向［68-69］。

4.3膜清洗、除污和消毒［70］

在长期运行中，膜的表面上会逐渐有进水中存在的各种污染物的沉积而引起膜的污染，这造成系统性能的下降，所以防止膜污染是反渗透应用中最重要的方面之一。膜的定期清洗和消毒是防治膜污染的主要措施之一。

典型的膜清洗工艺包括物理清洗与化学清洗两种类型，膜的清洗先要查找污染原因，针对不同的污染物，选择不同的清洗技术，如，机械清洗、化学清洗（酸、碱、螯合剂、表面活性剂和酶等）和组合清洗等，下面仅介绍两个新技术。

4.3.1两相混合流体清洗目前正在欧洲研发的清洗技术是用溶解的二氧化碳来清洗卷式膜。这些二氧化碳水溶液在没进入系统之前先让其达到饱和，进入系统后由于压头损失压力降低，然后二氧化碳就会从溶液中释放出来，形成二氧化碳泡沫，这些二氧化碳泡沫会清理到那些积累的生物杂质。

4.3.2正渗透（FO）的反冲洗［71］这是液压反冲洗的一种方法，高浓度盐溶液在很短的时间内注入进水管路系统，淡化水侧的水透过膜，可从膜的表面剥离并清除污染物，这种操作的好处是能够持续使用，并且能够减少或完全不用化学试剂。

4.4淡化水后处理系统

反渗透法淡化产品水总溶解性固体含量范围为200～300 mg/L，硬度和pH较低，硼含量较高。该产品水要作为饮用水或工业用纯水，还要对该产品水进行调硬度、pH和脱硼，以及深度脱盐，才能满足使用要求［72］。

4.4.1淡化水的硬度调节及脱硼 （1）调硬度。海水淡化水中矿物质含量很低，因此为了让水可口、无腐蚀性，且满足人体的健康需要，有必要对其进行一定程度的再矿化处理。再矿化过程的选择，是由管理的水质标准决定的。如在淡化水中引入钙离子、碳酸盐碱度和镁离子等，所用方法有：用源水掺混，投加化学药剂，石灰石、白云石和氧化镁溶解，离子交换等［72］。

①掺混。一般来说，用低盐度的苦咸水、地下水或者其他来源的可饮用水与淡化水掺混，来提高供水的可靠性和灵活性是常用的。

②投加化学药剂。在海水淡化水中加入一些必要药剂，从而获得想要的均衡的矿物含量。所用的化学药品包括：二氧化碳（CO2），石灰（Ca（OH）2），碳酸氢钠（NaHCO3），碳酸钠（Na2CO3）和氯化钙（CaCl2）等组合的试剂。目前，世界范围内最常用的加入化学试剂的方法是二氧化碳和氢氧化钙，这种再矿化的方法的优势在于钙和重碳酸盐有着相同的比例［72］。

（2）脱硼。反渗透海水淡化的水中硼的浓度难满足国家饮用水标准0.5 mg/L这一要求。目前国际上大型反渗透海水淡化工程应用中，最常见的脱硼方法是采用部分或全部二级反渗透工艺，也有的选用高脱硼的膜组件进行海水淡化，使淡化水中硼的浓度达到饮用水标准要求；用脱硼树脂使淡化水中硼的浓度满足饮用水标准要求，也是淡化水中除硼可选的主要工艺之一［73-74］。

4.4.2淡化水的深度脱盐反渗透海水淡化装置生产的淡化水的总溶解性固体含量相对较高，一级反渗透海水淡化产水的总溶解性固体含量范围为200～500 mg/L。一般工业用水，根据要求可直接用或混用；为进一步提高水质，除去溶解在水中的微量元素，制造出纯水和超纯水，还必须进行二级反渗透，再将产品水进行深度脱盐，以满足飞速发展的电子、电力、制药、食品、化工、轻工、航空航天和冶金等行业的严格的要求［75］。

离子交换技术是传统的深度脱盐技术，可除去反渗透淡化水中剩余的盐分，使之达到特定工艺用水要求。最新发展是用电除离子技术（EDI），它是将电渗析和离子交换技术相结合，使水中阴阳离子透过阴阳离子交换膜，达到水的纯化，同时，水分子在电场作用下产生氢离子和氢氧根离子，使离子交换树脂可连续再生而无需酸和碱，控制不同工艺条件，可制备不同等级的纯水和超纯水（1～18 MΩ·cm）。

5　对环境的影响及对策

虽然SWRO能为缺水地区提供所需的淡水，但用SWRO大规模生产淡水也有其负面的影响。一是SWRO本体能耗在3 kWh/m3淡水，这意味着产1 t淡水，要消耗1 kg的油，会产生2 kg多的CO2。二是SWRO的回收率一般为40%，那么60%的原海水成为浓海水并排放到海中，这将对所排放的海区的环境和生态产生一定的影响。另外有药剂、噪音、占地和景观等的影响。这些影响可通过进一步提高过程的效率来降低能耗、使用清洁的和可再生能源、浓海水的合理排海和综合利用、不用或使用绿色药剂、以及其他相应措施来解决或减缓［76-80］。

5.1清洁、可再生能源的应用

清洁、可再生能源主要有核能、太阳能、风能和地热能等。它们都具有储量大、可持续利用、环境友好等特点，在合适的地方、需求和选择合适的工艺下，它们是可优先选择。如澳大利亚的珀斯反渗透海水淡化厂是大规模利用可再生能源（风能）的海水淡化系统；核能可直接驱动反渗透海水淡化厂或通过热-膜集成工艺利用它的热和电来进行海水淡化；太阳能和风能是很多岛屿和边远地区中小型海水淡化装置的优选能源［82-83］。

5.2浓海水处置

5.2.1浓海水排放目前国际上浓海水排放基本采用直接排海的方法。为了降低浓海水对海洋环境的影响，多将浓海水通过管道在离海岸一定距离之处喷射分散，与海水混合，降低浓海水的盐度，再由海流携带至别处；有条件的地方，也可采用浓海水与电厂冷却水或污水处理场的达标排放污水混合稀释排海的方法［84-86］。

5.2.2浓海水综合利用浓海水综合利用包括利用浓海水制盐、制碱、提溴、镁、钾、锂、铀和碘等。

浓海水可经电渗析浓缩—蒸发结晶制盐，电渗析浓缩卤水浓度可达200 g/L，吨盐耗电可降到150 kW·h，由于该工艺占地面积少，不受气候条件的影响，且产品纯度高，30多年来经济技术指标取得了很大进展，在日本、韩国和我国台湾地区均有应用［87-88］。

海水提钾有希望的工艺是离子交换富集法，其中离子筛法是近期开发的一种新分离技术，它是根据沸石离子筛对钾离子的选择性吸附的原理，通过吸附和洗脱两个过程，从洗脱液中再分离和转化钾盐产品。国内已有日产万吨级的示范项目［89］。

目前，从海水提取溴素的工艺技术有空气吹出法或水蒸气蒸馏法，但浓海水中溴的浓度仍较低，采用空气吹出法有设备庞大、电耗高等问题；近年来国内外相继试验离子交换吸附法、液膜法、气态膜法等新工艺，但有待技术的突破［89］。

海水中镁的含量仅次于钠，只有镁盐合理开发利用才可实现可持续的海水综合利用。国外利用浓海水制取氢氧化镁和高纯氧化镁技术已形成数百万吨的产业化规模。在我国，海水中镁资源的开发利用仅限于利用苦卤生产氯化镁和硫酸镁。镁及镁化物是重要的工业原料，在合金、耐火、建筑和环保等材料行业及化工行业具广泛应用，应加强开发力度［89］。

海水提锂的研究在日本、美国和韩国等国已开展多年，均采用吸附剂法，并有中试现场。

目前，尖晶石型锂锰氧化物离子筛的效果最好。国内的海水提锂研究刚起步，也开展了锂离子筛的研制和吸附研究，接近国际先进水平。今后应注重离子筛在海水提锂中的应用研究，以尽快形成海水提锂技术，为实现海水提锂工业化奠定基础。锂是一种自然界中最轻的金属，被公认为推动世界进步的能源金属。锂是国民经济和国防建设中具有重要意义的战略物资，在新型绿色能源材料、新合金材料、核聚变材料等高技术领域具有广阔的发展前景。海水锂的资源量则非常巨大，因此，应加强研究和开发力度［90］。

铀是核工业原料，陆地储藏总量约500万t U308，为满足核工业发展的需求，从20世纪60年代开始，英、美、日等国开始海水提铀的研究。目前从海水中提取铀的方法主要有吸附法、共沉淀法、离子交换法和液膜萃取法等。其中，吸附法是目前研究最多、最有希望的方法。吸附法海水提铀是由吸附、脱附、浓缩、分离等工序组成，其最重要的是要研制高性能的吸附剂，其中主要有以肟胺基化合物螯合吸附剂为代表的有机类和以水合氧化钛络合吸附剂为代表的无机类等。日本利用肟胺基树脂进行了海水吸附铀放大试验，我国也开展过吸附法海水提铀的研究工作，但至未取得突破性进展［89］。

5.3新型环境友好的和高效的防垢剂、防污染剂和膜清洗剂的应用

海水的预处理和清洗能不用或少用化学试剂是发展的新动向，如电磁法和电化学法防垢与渗透法清洗等；若用化学试剂，应选择新型环境友好的和高效的品种，如可生化降解的聚琥珀酸和聚天冬氨酸缓蚀阻垢剂，生物基的羧甲基菊粉阻垢剂，及柠檬酸和谷氨酸等［91-93］。

6　重大项目和工程简介

6.1我国反渗透（膜）法海水淡化技术发展

政府对海水淡化技术（含反渗透）的研究和开发工作十分重视，包括1967-1969年的全国海水淡化会战。自“七五”以来，已连续5个五年计划对膜分离技术（含反渗透）作为重点项目进行支持，包括国家支撑计划、“863”计划、“973”计划和自然科学基金等各类项目，还先后资助成立了国家液体分离膜工程技术研究中心、海水淡化技术联盟、海水淡化产业联盟等。围绕海水淡化、苦咸水淡化等技术的需求，重点研究反渗透膜用原料，突破海水淡化膜的大规模产业化技术关键，日产万吨级反渗透系统配套的海水高压泵和千吨级配套的能量回收装置开发取得重大突破，反渗透膜压力容器已完全实现国产化，单机设计产水量为10 000 t/d和12 500 t/d的反渗透海水淡化装置已运行多年……使海水淡化形成核心竞争力，打破国际垄断。此外，曹妃甸百万吨海水淡化进京工程项目已经通过可行性方案论证，正在启动实施下一步工作［94］。

6.2韩国的高效反渗透的海水工程和构筑（SEAHERO）计划简介

韩国的该计划从2006年12月开始运作，正式从2007年9月开始实施，2012年底完成。

该项目的主要目标是力争在5年内把韩国打造成膜法海水淡化的世界性技术强国，研究开发拥有自主产权的主要设备及工程能力。主要在以下3方面有所突破（3L）：Large Scale（大规模）:建成单机27 000 m3/d的能力，并建成样板工程；Low Energy（低能耗）：海水淡化工厂的总耗电低于4 kWh/m3；Low Fouling（低污染）：通过预处理技术开发，将现有的淤塞密度指数（SDI）水平降低一半，并且研究出比SDI更具有代表性的指标。

韩国政府投资1.6亿美元，由韩国科技研究院的In S Kim教授主持，分成4个子课题，共有600名科研人员参加，除了大学、研究所以外，还有11家企业参加，其中包括负责海水淡化反渗透膜开发的世韩（现改名熊津）、负责系统工程的斗山重工、负责高压水泵的HYUSUNG任原等。

该项目分4个课题，课题1研究费约4千万美元，约200人参加，主要来自大学，负责预处理，后处理技术开发及膜评价技术的研发；课题2研究费约4千万美元，约200人参与，主要来自韩国科技研究院，另有部分企业负责操作系统的优化和膜、高压泵和压力容器的开发；课题3研究费约7千万美元，主要由企业实施，约150人参与，负责海水淡化系统集成及样板工程的建设；课题4研究费约1千万美元，主要由企业实施，约有50人参与，负责海水淡化系统的运行、维护和管理的研究开发［95］。

6.3日本百万吨/天膜法水处理系统简介

该项目是为增强日本未来对大规模海水淡化的竞争力提出的。项目的执行期为2009-2014年，总资助0.34亿美元，有11个大学、18个公司等31个单位共140人参加。其目标是发展可持续的先进水处理技术，实现低能耗、低成本和低环境影响的要求，解决21世纪面临的全球水资源问题。该系统分两部分，一是研究百万吨级的最尖端和智能的海水淡化系统，以保障水的稳定和安全的供应；二是研究百万吨级的创新的废水处理系统，变通常的只消耗水为还可以生产水（再生水）和能源。该系统有8个主题，其中5个是核心技术：高性能膜和大尺寸元件、取水技术、压力阻尼渗透（PRO）、高效能量回收和极耐用的低成本管材，另3个是系统工艺技术：百万吨级海水淡化系统的优化、水资源再生的污水集成膜系统和环境友好的SWRO系统。既重视目前急需的技术，也考虑未来的重要技术［96］。

7　海水淡化的未来——结语

海水淡化的发展是一个不断创新的过程，60多年来，开发的蒸馏法 （MSF、MED、VC）和反渗透法（RO）已大规模应用，使海水淡化成本大幅度下降。尽管海水淡化的方法多种多样，但主要的仍是膜法和热法两种，目前中东地区以热法为主，美、欧、澳、日等以SWRO为主。SWRO由于投资能耗、淡化水成本等都最低，建设周期也短，在国际竞标中屡屡中标，很有竞争力。近几年来，大型反渗透膜元件规范和标准化，标准尺寸16 inch或18 inch的膜元件已应用于大规模反渗透装置中。在水热电联产场合（含核能），RO、MED、集成膜法、热膜耦合等海水淡化系统都可考虑［1］。

海水淡化产量从50多年前的日产不足1万m3发展到目前的日产量约8 640万m3，其中，反渗透占了60%以上，解决近3亿人口的供水和发展问题，为缓解“水的危机”发挥了重要作用［97］。

除SWRO之外，RO仍将继续广泛用于苦咸水淡化以及纯水和超纯水的制备和饮用水净化，RO预浓缩技术仍将在化工、医药、食品和中草药等领域进一步推广应用；RO在环保方面，仍将用于石化、钢铁、电镀、矿山、放射、生活、垃圾渗滤、微污染等废水的浓缩处理，水回用、达标排放或零（近零）排放等［98］。

其他的方法也在不断地技术创新、进步和发展，如研究中的新淡化技术：新电渗析、膜蒸馏、正渗透、喷雾淡化、膜电容吸附和新冷冻法等也部分应用或展现应用潜力。在反渗透带动下发展的各种膜分离技术（液体和气体分离膜等）在促进循环经济、清洁生产、改造传统产业、节能减排、技术进步、环境保护和人民生活水平提高等方面应用越来越广，发挥的作用越来越显著［99-106］。

［1］Seema S，Shenvi A M，Isloor A F，et al.A Reviewon RO Membrane Technology:Developments and Challenges［J］.Desalination，2015（368）:10-26.

［2］Malaeb L，Ayoub GM.Reverse Osmosis Technologyfor Water Treatment:State ofthe Art［J］.Desalination，2011（267）:1-8.

［3］Sourirajan S.Reverse Osmosis［M］.NewYork:Academic，1970.

［4］Cadotte J E，Petersen R J，Larson R E，et al.A NewThin-Film Composite Seawater Reverse Osmosis Membrane［J］.Desalination，1980（32）:25-31.

［5］Ismail A F，Padaki M，Hilal N，et al.Thin Film Composite Membrane—Recent Development and Future Potential［J］.Desalination，2015（356）:140-148.

［6］KooJ Y，KimN.Composite Polyamide Reverse Osmosis Membrane and Method ofProducingthe Same:US，6015495［P］.2000-01-18.

［7］艾森MS，塞米亚特R，瓦因罗特N.用于反渗透、纳米过滤和超滤的聚砜聚合物和膜，CN101861350A［P］.2010.

［8］Sotto A，Rashed A，Zhang R X，et al.Improved Membrane Structures for Seawater Desalination by Studying the Influence of Sublayers［J］.Desalination，2012，（287）:317-325.

［9］Lee K P，Arnot T C，Mattia D.A Reviewof Reverse Osmosis Membrane Materials for Desalination—Development to Date and Future Potential［J］.J Membr Sci，2011（370）:1-22.

［10］Xie W，Geise G M，Freeman B D，et al.Polyamide Interfacial Composite Membranes Prepared from m-phenylenediamine，Trimesoyl Chloride and a NewDisulfonateddiamine［J］.J Membr Sci，2012（403）:152-161.

［11］张所波，李磊，王献红.含联苯结构的芳香聚酰胺反渗透复合膜，CN1935338［P］.2007.

［12］Liu L F，Cai Z B，Shen J N，et al.Fabrication and Characterization of a Novel Poly（amide-urethane@imide）TFC Reverse Osmosis Membrane with Chlorine-Tolerant Property［J］.J Membr Sci，2014（469）:397-409.

［13］Wang H，Li L，Zhang X S，et al.Polyamide Thin-Film Composite Membranes Prepared from a Novel Triamine 3，5-Diamino-N-（4-aminophenyl）-Benzamide Monomer and m-phenylenediamine［J］.J Membr Sci，2010（353）:78-84.

［14］Ghosh A K，Jeong B H，Huang X F，et al.Impacts of Reaction and Curing Conditions on Polyamide Composite Reverse Osmosis Membrane Properties［J］.J Membr Sci，2008（311）:34-45.

［15］Kong C L，Kanezashi M，Yamomoto T，et al.Controlled Synthesis of High Performance Polyamide Membrane with Thin Dense Layer for Water Desalination［J］.J Membr Sci，2010（362）:76-80.

［16］Zhao L，Ho W S W.Novel Reverse Osmosis Membranes Incorporated with a Hydrophilicadditive for Seawater Desalination［J］.J Membr Sci，2014（455）:44-54.

［17］邹昊，金焱，徐坚，等.双层聚酰胺表层复合反渗透膜及其制备方法，CN101462025［P］.2009.

［18］武少禹.一种调节聚酰胺反渗透复合膜界面结构的方法，CN102258949A［P］.2011.

［19］Hirose M，ItoH，Tanaka K.Osmosis Membrane，USPatent，5989426［P］.1999-11-23.

［20］吴宗策，蔡志奇，刘霞，等.低污染复合反渗透膜的生产方法，CN200610051205.8［P］.2007-03-07.

［21］吴宗策，蔡志奇，赵晓阳，等.低污染复合反渗透膜，CN200610200816.4［P］.2008-02-27.

［22］Kwon Y N Chan.Change of Surface Properties and Performance Due to Chlorination of Crosslinked Polyamide Membres［D］.U.S.CA:Stanford University，2005.

［23］Tang C Y，Kwon Y N，Leckie J O.Probing the Nano-and Micro-Seales of Reverse Osmosis Membranes-A Comprehensive Characterization of Physiochemical Properties of Uncoated and Coated Membranes by XPS，TEM，ATR-IR and Streaming Potential Measurements［J］.J Membr Sci，2007（287）:146-156.

［24］HiroseM，Kurita-gun S，ItoH，etal.HighlyPermeableCompositeReverseOsmosisiMembrane，USPatent5989426［P］.1997-01-08.

［25］Zhou Y，Yu SC，GaoCJ，et al.Surface Modification ofThin FilmComposite Polyamide Membranes byElectrostatic SelfDeposition of Polycations for Improved FoulingResistance［J］.Separation and Purification Technology，2009（66）:287-294.

［26］Zhang T L，Zhu C Y，Ma H M，et al.Surface Modification of APA-TFC Membrane with Quaternary Ammonium Cation and Salicylaldehyde toImprove Performance［J］.J Membr Sci，2014（457）:88-94.

［27］KochkodanV H N.A Comprehensive Reviewon Surface Modified Polymer Membranes for Biofouling Mitigation［J］.Desalination，2015（356）:187-207.

［28］Wu J J，Contreras A E，Li Q L.Studying the Impact of RO Membrane Surface Functional Groups on Alginate Fouling in Seawater Desalination［J］.J Membr Sci，2014（458）:120-127.

［29］Hu Y，Lu K，Yan F，et al.Enhancing the Performance ofAromatic Polyamide RO by Surface Modification via Covalent Attachment of Polyvinyl Alcohol（PVA）［J］.J Membr Sci，2016（501）:209-219.

［30］Wu J，Wang Z，Wang Y，et al.Polyvinylamine-Grafted Polyamide Reverse Osmosis Membrane with Improved Antifouling Property［J］.J Membr Sci，2015（495）:1-13.

［31］Xu J，Wang Z，Wang J，et al.Positively Charged Aromatic Polyamide Reverse Osmosis Membrane with High Anti-Fouling Property Prepared byPolyethylenmine Grafting［J］.Desalination，2015（365）:398-406.

［32］WangJ，WangZ，WangJ，et al.Improvingthe Water Fluxand Bio-Fouling Resistance ofReverse Osmosis（RO）Membrane Through SurfaceModification byZwitterionic Polymer［J］.J Membr Sci，2015（493）:188-199.

［33］Rahaman M S，Therien-Aubin H，Ben-Sasson M，et al.Control of Biofouling on Reverse Osmosis Polyamide Membraens Modified with Biocidal Nanoparticles and AntifoulingPolymer Brushes［J］.J Mater Chem.B2014（2）:1724-1732.

［34］MengJ Q，CaoZ，Ni L，et al.ANovel Salt-Responsive TFCROMembrane HavingSuperior Antifoulingand Easy-CleaningProperties［J］.J Membr Sci，2014（461）:123-129.

［35］Blok J A，Chhasatia R，Dilag J，et al.Surface Initiated Polydopaminegrafetedpoly（［2-（methacryoyloxy）ethyl］Trimethylammonium Chloride）Coatings to Produce Reverse Osmosis Desalination Membranes with Anti-Biofouling Properties［J］.J Membr Sci，2014（468）：216-223.

［36］Wei X Y，Wang Z，Zhang W，et al.Surface Modification of Commercial Aromatic Polyamide Reverse Osmosis Membranes by Graft Polymerization of3-allyl-5，5-dimethylhydantoin［J］.J Membr Sci，2010（351）:222-233.

［37］Son S H，Jegal J.Preparation and Characterization of Polyamide Reverse Osmosis Membranes with Good Chlorine Tolerance［J］.J Appl PolymSci，2011（120）:1245-1252.

［38］Kwon Y N，Hong S P，Choi H W，et al.Surface Modification of a Polyamide Reverse Osmosis Membrane for Chlorine Resistance Improvement［J］.J Membr Sci，2012（415-416）:192-198.

［39］JeongB H，Hoek E MV，YanY S，et al.Interfacial Polymerization ofThin Film Nanocomposites:A NewConcept for Reverse Osmosis Membranes［J］.J Membr Sci，2007（294）:1-7.

［40］Lind ML，Eumine S D，Nguyen T V，et al.Tailoring the Structure of Thin Film Nanocomposite Membranes to Achieve Seawater RO Membrane Performance［J］.Environ Sci Technol，2010（44）:8230-8235.

［41］Buonomenna MG.Nano-Enhanced Reverse Osmosis Membranes［J］.Desalination，2013（314）:73-88.

［42］Xu GR，WangJ N，Li CJ.Strategies for Improvingthe Performance ofthe Polyamide Thin FilmComposite（PA-TFC）Reverse Osmosis（RO）Membranes:Surface Modifications and Nanoparticles Incorporations［J］.Desalination，2013（328）:83-100.

［43］Chan E P，Mulhearn WD，HuangYR，et al.Tailoringthe PermselectivityofWater Desalination Membranes via Nanoparticle Assembly［J］.Langmuir，2014（30）:611-616.

［44］Dong H，Zhao L，Zhang L.et al.High-Flux Reverse Osmosis Membranes Incorporated with NaY Zeolite Nanoparticles for Brackish Water Desalination［J］.J Membr Sci，2015（476）:373-383.

［45］Ismail A F，Padaki M，Hilal N，et al.Thin Film Composite Membrane—Recent Development and Future Potential［J］.Desalination，2015（356）:140-148.

［46］David Cohen-Tanugi，Jeffrey C Grossman.Nanoporousgraphene as a Reverse Osmosis Membrane:Recent Insights from Theory and Simulation［J］.Desalination，366（2015）:59-70.

［47］DaerS，KharrazJ，GiwaA，etal.RecentApplicationsofNanomaterialsinWaterDesalination:ACriticalReviewandFutureOpportunities［J］.Desalination，2015，（367）:37-48.

［48］Yin J，DengBL.Polymer-MatrixNanocomposite Membranes for Water Treatment［J］.J Membr Sci，2015（479）:256-275.

［49］TangCY，ZhaoY，WangR，et al.Desalination byBiomimetic Aquaporin Membranes:ReviewofStatus and Prospects［J］.Desalination，2013，（308）:34-40.

［50］TangCY，WangZY，Petrini'I，et al.Biomimetic Aquaporin Membranes ComingofAge［J］.Desalination，2015（368）:89-105.

［51］Zhao Y，Qiu C，Li X，et al.Synthesis of Robust and High-Performance Aquaporin-Based Biomimetic Membranes by Interfacial Polymerization-Membrane Preparation and ROPerformance Characterization［J］.J Membr Sci，2012（423-424）:422-428.

［52］Li X，Wang R，Wicaksana F，et al.Preparation ofHigh Performance Nanofiltration（NF）Membranes Incorporated with Aquaporin Z［J］.J Membr Sci，2014（450）:181-188.

［53］Saeki D，Yamashita T，Fujii A，et al.Reverse Osmosis Membranes Based on a Supported Lipid Bilayer with Gramicidin A Water Channels［J］.Desalination，2015（375）:84-53.

［54］KumanoA，FujiwaraN.CelluloseTriacetateMembranesforReverseOsmosis，in:LiNN，FaneAG，HoWSW，MatsuuraT.（Eds.），Advanced Membrane Technologyand Applications［M］.John Wiley&Sons，NewJersey，2008:21-45.

［55］Ng H Y，Tay K G，Chua S C，et al.Novel 16-inch Spiral-Wound RO Systems for Water Reclamation—A Quantum Leap in Water Reclamation Technology［J］.Desalination，2008，（225）:274-287.

［56］Koutsou C P，Karabelas A J.A Novel Retentate Spacer Geometryfor Improved Spiral Wound Membrane（SWM）Module Performance［J］.J Membr Sci，2015（488）:129-142.

［57］Karabelas A J，Kostoglou M，Koutsou C P.Modeling of Spiral Wound Membrane Desalination Modules and Plants-Review and Research Priorities［J］.Desalination，2015（356）:165-186.

［58］叶晓琰，许国乐，胡敬宁.反渗透海水淡化高压泵的优化选择［J］.水处理技术，2008，34（9）:79-91.

［59］Song D W，Wang Y，Xu S，et al.Control Logic and Strategy for Emergency Condition of Piston Type Energy Recovery Device［J］.Desalination，2014（348）：1-7.

［60］Wu L M，Wang Y，XuE L，et al.Employing Groove-Textured Surface to Improve Operational Performance ofRotary Energy Recovery Devicein Membrane Desalination System［J］.Desalination，2015（369）:91-96.

［61］Henthorne L，Boysen B，State-of-the-art ofReverse Osmosis Desalination Pretreatment［J］.Desalination，2015（356）:129-139.

［62］JamalyS，Darwish MN，Ahmed I，et al.A Short Reviewon Reverse Osmosis Pretreatment Technologies［J］.Desalination，2014（354）: 30-38.

［63］Fritzmann C，LöwenbergJ，Wintgens T，et al.State-of-the-art ofReverse Osmosis Desalination［J］，Desalination，2007（216）:1-76.

［64］ChongTH，LooSL，KrantzWB.Energy-Efficient Reverse Osmosis Desalination Process［J］.J Membr Sci，2015（473）:177-188.

［65］Heijman S G J，Guo H，Li S，et al.Zero Liquid Discharge:Heading for 99%Recovery in Nanofiltration and Reverse Osmosis［J］.Desalination，2009（236）:357-362.

［66］Galama A H，Daubaras G，Burheim O S，et al.Seawater Electrodialysis with Preferential Removal of Divalent Ions［J］.J Membr Sci，2014，（452）:219-228.

［67］高从堦，阮国岭.海水淡化技术与工程［M］.北京：化工出版社，2015：228-245.

［68］KimYM，KimSJ，KimY S，et al.OverviewofSystems EngineeringApproaches for a Large-Scale Seawater Desalination Plant with a Reverse Osmosis Network［J］.Desalination，2009（238）:312-332.

［69］高从堦，阮国岭.海水淡化技术与工程［M］.北京：化工出版社，2015：444-471.

［70］高从堦，阮国岭.海水淡化技术与工程［M］.北京：化工出版社，2015：278-282.

［71］Qin J J，Oo M H，Kekre K A，et al.Development of Novel Backwash Cleaning Technique for Reverse Osmosis in Reclamation of SecondaryEffluent［J］.J Membr Sci，2010（346）:8-14.

［72］Shemer H，Hasson D，Semiat R.State-of-the-art Reviewon Post-treatment Technologies［J］.Desalination，2015（356）:285-293.

［73］Wolska J，Bryjak M.Methods for Boron Removal fromAqueous Solutions—AReview［J］.Desalination，2012（310）:18-24.

［74］Güler E，Kaya C，KabayN，et al.Boron Removal fromSeawater:State-of-the-art Review［J］.Desalination，2015（356）:85-93.

［75］Su W Q，Pan R Y，Xiao Y，et al.Membrane-Free Electrodeionization for High Purity Water Production［J］.Desalination，2013（329）: 86-92.

［76］Sadhwani J J，Vena J M，Santana C.Case Studies on Environmental Impact of Seawater Desalination［J］.Desalination，2005（185）: 1427-1434.

［77］Sánchez-Lizaso J L，Romero J，Ruiz J，et al.Salinity Tolerance of the Mediterranean Seagrass Posidonia Oceanic:Recommendations toMinimize the Impact ofBrine Discharges fromDesalination Plants［J］.Desalination，2008（211）:602-607.

［78］MezherT，FathH，AbbasZ，etal.Techno-EconomicAssessmentandEnvironmentalImpactsofDesalinationTechnologies［J］.Desalination，2010（266）:263-273.

［79］Gonzalez E，Arconada B，Delgado P，et al.Environmental Research on Brine Discharge Optimizing:A Case Study Approach［J］.Desalinationand Water Treatment，2011（31）:197-205.

［80］高从堦，阮国岭.海水淡化技术与工程［M］.北京：化工出版社，2015：669-692.

［81］RaluyR G，Serra L，Uche J.Life Cycle Assessment ofDesalination Technologies Integrated with Renewable Energies［J］.Desalination，2005（183）:597-609.

［82］Ghaffour N，Bundschuh J，Mahmoudi H，et al.Renewable Energy-Driven Desalination Technologies:A Comprehensive Review on Challenges and Potential Applications ofIntegrated Systems［J］.Desalination，2015（356）:94-114.

［83］高从堦，阮国岭.海水淡化技术与工程［M］.北京：化工出版社，2015：374-407.

［84］Alameddine I，El-Fadel M.Brine Discharge from Desalination Plants:A Modeling Approach to an Optimized Outfall Design［J］.Desalination，2007（214）:241-260.

［85］Morillo J，UseroJ，Rosado D，et al.Comparative Study of Brine Management Technologies for Desalination Plants［J］.Desalination，2014（336）:32-49.

［86］高从堦，阮国岭.海水淡化技术与工程［M］.北京：化工出版社，2015：683-692.

［87］Reig M，Casas S，Aladjem C，et al.Concentration of NaCl from Seawater Reverse Osmosis Brines for the Chlor-alkali Industry by Electrodialysis［J］.Desalination，2014（342）:107-117.

［88］Korngold E，Aronov L，Daltrophe N.Electrodialysis of Brine Solutions Discharged from an RO Plant［J］.Desalination，2009（242）: 215-227.

［89］高从堦，阮国岭.海水淡化技术与工程［M］.北京：化工出版社，2015：562-668.

［90］Hoshino T.Preliminary Studies of Lithium Recovery Technology from Seawater by Electrodialysis Using Ionic Liquid Membrane［J］.Desalination，2013（317）:11-16.

［91］Liu D，Dong W B，Li F T，et al.Comparative Performance of Polyepoxysuccinic Acid and Polyaspartic Acid on Scaling Inhibition by Static and Rapid Controlled Precipitation Methods［J］.Desalination，2012（304）:1-10.

［92］Chauhan K，Kumar R，Kumar M，et al.Modified Pectin-based Polymers as Green Antiscalantsfor Calcium Sulfate Scale Inhibition［J］.Desalination，2012（305）:31-37.

［93］Chaussemier J M，PourmohtashamE，Gelus D，et al.State ofArt ofNatural Inhibitors ofCalcium Carbonate Scaling.A ReviewArticle［J］.Desalination，2015（356）:47-55.

［94］高从堦.大陆海水淡化技术发展与展望［R］.2014两岸工程科技交流论坛，2014.

［95］Kim S，Cho D，Lee MS，et al.SEAHERO R&D Program and Key Strategies for the Scale-up of a Seawater Reverse Osmosis（SWRO）System［J］.Desalination，2009（238）:1-9.

［96］Kurihara M.Mega-ton Water System Project-Overview and Progress［R］.Symposium Program at Nihonbashi Mitsui Hall，Tokyo，November 21，2013.

［97］Peñate B，García-Rodríguez L.Current Trends and Future Prospects in the Design of Seawater Reverse Osmosis Desalination Technology［J］.Desalination，2012（284）:1-8.

［98］高从堦.“海水淡化”提案的60年［R］.北京国际海水淡化高层论坛，2012.

［99］高从堦，阮国岭.海水淡化技术与工程［M］.北京：化工出版社，2015：24-25.

［100］Alkhudhiri A，NidalHilal N.Membrane Distillation:AComprehensive ReviewArticle［J］.Desalination，2012（287）:2-18.

［101］Drioli E，Ali A，MacedonioF.Membrane Distillation:Recent Developments and Perspectives［J］.Desalination，2015，（356）:56-84.

［102］Chung T S，Zhang S，Wang K Y，et al.Forward Osmosis Processes:Yesterday，Today and Tomorrow［J］.Desalination，2012（287）: 78-81.

［103］Shaffer DL，Werber J R，JaramilloH，et al.Forward Osmosis:Where are We Now？［J］.Desalination，2015（356）:271-284.

［104］WangZ，Dou BJ，ZhengL，et al.Effective Desalination byCapacitive Deionization with Functional Graphenenanocomposite as Novel Electrode Material［J］.Desalination，2012（299）:96-102.

［105］Zhao Y J，Wang Y，Wang R G，et al.Performance Comparison and Energy Consumption Analysis of Capacitive Deionization and Membrane Capacitive Deionization Processes［J］.Desalination，2013（324）:127-133.

［106］KangJ，KimT，JoK，et al.Comparison ofSalt Adsorption Capacityand EnergyConsumption Between Constant Current and Constant Voltage Operation in Capacitive Deionization［J］.Desalination，2014（352）:52-57.

Recent Development and Prospect of Seawater Reverse Osmosis Desalination Technology

GAO Cong-jie，ZHOU Yong，LIU Li-fen
Zhejiang University of Technology，Hangzhou 310014，Zhejiang Province，China

The reverse osmosis（RO）membrane technology achieved breakthrough progress in the 1960s，resulting in fast development of seawater reverse osmosis desalination over the past half century.The world's desalination capacity has been rapidly increasing since 1990.Seawater reverse osmosis（SWRO）desalination has become a novel process for producing drinking water from seawater with the lowest investments and costs.This paper systematically reviews the development status of SWRO technology，such as improvement in membrane performance and related element structure，efficiency enhancement of high pressure pumps and energy recovery devices（ERD），unceasing development of technical processes including pretreatment and post-treatment，as well as impacts on the environment and related countermeasures.The development of RO technology has also promoted the progress of other membrane separation processes and extended their application fields.In the near future，it can be predicted that the membrane-based technologies will play an increasingly prominent role in seawater desalination and water reuse，augmentation and protection of water resources，cicular economy，clean production，traditional industry updating，energy conservation and emission reduction as well as enhancement of people's living standards.

seawater desalination；reverse osmosis membrane，reverse osmosis technology；energy recovery；environmental impacts

P747；TQ028.8

A

1003-2029（2016）01-0001-14

10.3969/j.issn.1003-2029.2016.01.001

2016-01-06

国家重点基础研究发展计划（973计划）资助项目：面向应用的高性能水处理膜设计与制备（2015CB655300）

高从堦（1942-），男，中国工程院院士，主要从事功能膜分离、海水淡化、水处理、膜与（水）资源、环境、清洁生产和传统产业改造等方面研究。E-mail:gaocj@zjut.edu.cn