程方琳，于金旗，刘宇坚，胡永健，张松建

（北京赛诺膜技术有限公司，北京 100083）

热法海水淡化浓盐水水质的分析与利用

程方琳，于金旗，刘宇坚，胡永健，张松建

（北京赛诺膜技术有限公司，北京 100083）

通过对热法海水淡化的浓盐水进行了为期约两个月的数据分析，并搭建一套中试装置，研究了组合工艺对该浓盐水温度、浊度和电导率的处理效果。接近两个月的测量结果显示，热法海水淡化的浓盐水pH（8.0～8.2）比较稳定，电导率（55～60mS/cm）、温度（37～44℃）和浊度值（5～100NTU）变化较大。采用冷却塔-多介质过滤-超滤-反渗透组合工艺，可有效对热法海水淡化浓盐水进行脱盐处理，使一部分浓盐水达到回收利用的目的。另外，该组合工艺可有效降低浓盐水的温度，去除浓盐水的浊度和电导率，为后续实际膜法海水淡化处理工程提供了依据。

热法海水淡化，浓盐水；反渗透；水质分析；利用

海水淡化能够有效解决全球淡水资源短缺问题，然而其生产过程中所产生浓盐水的处理一直困扰着人们。海水淡化浓盐水含盐量高且含溶解性固体多，其性质主要由原料水的组分及预处理工艺，所使用化学试剂（阻垢剂、杀菌剂、絮凝剂和消泡剂等）决定。海水淡化浓盐水主要分为两类，一类是热法海水淡化（包括多级闪蒸、多效蒸发和压汽蒸馏等）产生的浓盐水，蒸馏法淡化时，浓盐水与冷却海水混合后排放，其排放水浓度比海水约高10%～15%；另一类是膜法海水淡化（反渗透为主）产生的浓盐水，回收率为50%时，反渗透海水淡化中排放浓盐水盐度是自然海水浓度的两倍。目前，国际上浓盐水的处理方式主要是直接排放和循环再利用。直接排放会对环境造成一定的污染，排放到海洋中的浓盐水会对海洋浮游植物的生长、繁殖能力和细胞形态产生一定的影响。浓盐水的再利用和零排放技术是比较理想的处理方式，但其受处理成本的限制难以推广使用。浓盐水的处理费用受其特性、排放前的处理水平和处理方式、浓盐水体积以及环境特征等影响，一般约占总海水淡化成本的5%～33%。

首钢京唐钢铁联合有限公司海水淡化项目，采用热法低温多效蒸馏工艺，其产生的浓盐水进入盐场制成固体盐，多余的部分经工农业消耗后排入大海，减少了对环境的污染。现该公司拟建一座日处理量2万吨/天膜法海水淡化设施，进水采用热法海水淡化浓盐水，以达到循环经济和保护环境的目的。笔者通过分析研究该海水淡化浓盐水性质，并根据其水质特性采用冷却塔-多介质过滤—超滤—反渗透组合工艺，对其进行了中试研究，为后续实际工程项目提供数据支持。

1 实验部分

1.1 实验用水水质

首钢京唐钢铁联合有限公司采用热法蒸馏工艺进行海水淡化，该工艺所用曹妃甸区海水和产生的浓盐水水质详细指标见表1。其中，曹妃甸海洋检测数据为该地区海水全年统计平均值，热法海水淡化浓盐水检测数据，为北京赛诺水务科技有限公司委托第三方检测得出的结果。

表1 热法海水淡化浓盐水和海水水质指标

1.2 工艺流程

中试装置设置在唐山首钢京唐钢铁联合有限公司内，整个系统集中于一个集装箱。中试工艺流程见图1。热法海水淡化浓盐水首先进入冷却塔降温，然后进入多介质过滤进行过滤，以保证超滤进水悬浮物满足要求，然后流经超滤单元，去除胶体悬浮物等，并降低浊度和SDI15值，最后流经反渗透单元进行脱盐。

图1 中试工艺流程

1.3 实验装置及其控制参数

中试装置设置冷却塔1座，其设计进水量为10m3/h，进水温为45℃，出水温为35℃，作用是降低项目进水水温，保证后续膜系统在水温40℃以下运行，从而避免高温对膜元件结构造成破坏，影响使用寿命。

设置多介质过滤器1台，采用石英砂和无烟煤填料，其主要作用是去除进水中的大部分悬浮物和颗粒物，使其产水悬浮物≤ 5mg/L，从而保证后续超滤的稳定运行。

实验装置的核心单元“微滤—反渗透”为北京赛诺水务科技有限公司产品。超滤单元采用北京赛诺水务有限公司开发的大尺寸超滤膜组件，设计最大进水压为0．4MPa，进水温度为0～40℃，运行方式为死端过滤。膜材料为PVDF，膜孔径为0．1μm，膜面积为80m2。反渗透单元设置3组膜组件，单只膜面积40ft2，采用LG进口反渗透膜，膜片为聚酰胺复合膜，型号是LG SW 400 GR，配套进口高压泵，保证其稳定的脱盐和产水。反渗透设计进水温度为35℃，进水压力60～65bar，产水量1．5～1．8m3/h。整套工艺主要控制参数见表2。

表2 工艺主要控制参数

1.4 分析方法

海水淡化浓盐水的pH、温度、浊度和电导率是影响膜法海水淡化系统的重要参数。中试实验时间为2016年10月24日至12月27日，运行期间，对整个系统进水（即热法海水淡化浓盐水）的pH、温度、浊度和电导率每天各检测1～2次。温度采用笔式ORP/ T直接测定；pH采用便携式雷磁pH计测量；电导率采用便携式电导率仪（0～200mS/cm）测量；溶解性总固体（TDS）采用180℃烘干法测定；浊度采用哈希的浊度仪（0～50 NTU）测量。

2 结果与讨论

2.1 水质情况统计分析

连续检测约两个月的热法海水淡化浓盐水pH和水温变化趋势如图2所示。从图中可以看出，pH值在检测期间比较稳定，波动较小，一般在8．0～8．2之间，在后续实际项目中，不需要特意去调节。而水温波动比较明显，在37～44℃之间变化。从进水温度分布图（图3）可以看出，97次检测数据中，有90%的温度点集中在40～42℃，平均进水温度41℃。该温度已经超过一般超滤、反渗透厂家给出的膜运行温度范围（0～40℃），温度改变会影响膜的性能，若温度过高会使膜渗透性能增强，脱盐效率降低，不利于反渗透除盐的效果。因此，在后续用膜法海水淡化工艺处理该类浓盐水时，需采取有效降温措施，来保证整个膜系统的长期运行效果。

图2 进水水温和pH统计

图3 进水水温分布图

连续约两个月的热法浓盐水电导率和浊度变化趋势如图4所示。电导率大小同含盐量成正比，含盐量越高，膜法除盐中渗透压越大，浓度差也越大，致使系统脱盐率下降，所以保持稳定的进水电导率，是保证膜法海水淡化脱盐系统稳定运行的一个重要因素。从图4可知，热法海水淡化浓盐水的电导率在55～60mS/cm之间波动，水质还算稳定。进水浊度在5NTU到100NTU之间大范围波动，极不稳定。根据图5所示进水浊度分布图可知，在检测的97次数据当中，有90%的数据点集中在10～30 NTU之间，而平均浊度仅为19．7NTU。浊度值超出膜系统进水水质要求（超滤膜＜10NTU，反渗透膜＜1NTU），因此，用膜法海水淡化回收该类浓盐水，需在预处理阶段去除浊度，可采用多介质过滤器、砂滤和活性炭等过滤设施。

图4 进水电导率和浊度情况

图5 进水浊度分布图

2.2 中试运行效果分析

2.2.1 冷却塔运行效果

超滤膜和反渗透膜的膜通量会随着水温的升高而增大，然而，过高的进水温度会改变膜的性能，影响系统最终的脱盐效果和产水水质。本实验中所用PVDF超滤膜和反渗透聚酰胺复合膜进水温度，要求控制在0～40℃，而热法海水淡化浓盐水温度在37～44℃之间（见图2），因此，需设置一冷却塔进行降温处理。中试期间环境温度在-5～10℃，浓盐水经过冷却塔的降温效果见图6。冷却塔进水平均温度41℃，经过冷却塔降温后，水温可降低约7℃，降至平均温度33．9℃，达到后续膜单元对进水温度的要求。

图6 冷却塔降温效果

2.2.2 多介质过滤-超滤对浊度的去除效果

浊度值可反映悬浮物的大小，是超滤和反渗透进水必须考虑的重要参数，其值越高，越容易造成膜的污染。膜污染会影响膜的使用寿命，当膜污染严重时，需要更换超滤或反渗透膜，更换膜则会增加运行成本。有报道显示，反渗透膜成本占投资总成本的20%～30%，更换膜所需费用为运行总成本的25%～30%，严重影响了反渗透海水淡化的经济性。为了保护超滤膜和反渗透膜，一般超滤单元进水浊度控制在10 NTU以下，反渗透进水浊度控制在1NTU以下。图7是中试期间热法海水淡化浓盐水（原始进水）、多介质过滤产水和超滤产水中的浊度变化值。由图7可知，原始进水浊度值在5～100NTU之间，经多介质过滤后，浊度值降至10NTU以下，再经超滤后浊度值小于0．1NTU，该组合工艺具有良好的去除浊度性能，可在一定程度上预防后续反渗透单元的膜污染问题。

图7 多介质过滤-超滤对浊度的去除效果

2.2.3 超滤—反渗透对电导率的去除效果

电导率值能够反映水中各类溶解盐的多少，系统进、出水的电导率变化可表示系统脱盐效果。中试实验中记录的浓盐水、超滤产水和反渗透产水的电导率值见图8。如图所示，超滤进水（浓盐水）和产水电导率几乎未有变化，均在55～60mS/cm之间波动，平均值均为57．3mS/cm，而经过反渗透单元后，产水电导率平均值为739μS/cm，接近自来水电导率值（一般为125～1250μS/cm），可中水回用。并且，其平均脱盐率约为98．7%，达到反渗透单元控制参数中脱盐率大于97%的设计要求。

图8 超滤—反渗透对电导率的去除效果

3 结语

（1）对热法海水淡化产生的浓盐水，进行为期约2个月的检测结果显示：浓盐水pH比较稳定，基本在8．0～8．2之间；水温波动比较明显，在37～44℃之间变化，90%的温度点集中在40～42℃，平均进水温度41℃；电导率在55～60mS/cm之间波动；浊度值极不稳定，在5NTU到100NTU之间大范围波动，90%的数据点集中在10～30NTU之间，平均浊度为19．7 NTU。

（2）冷却塔进水平均温度41℃，出水平均温度33．9℃，水温可降低约7℃，达到后续膜单元对进水温度的要求；多介质过滤—超滤组合工艺对浊度去除效果极佳，出水可直接安全进入后续反渗透单元；超滤—反渗透组合工艺脱盐率平均值为98．7%，满足设计要求，产水可中水回用。

（3）冷却塔—多介质过滤—超滤—反渗透组合工艺对热法海水淡化浓盐水具有良好的脱盐效果，后续可考察该组合工艺浓缩水的除钙、镁或晒盐处理，以使海水淡化浓盐水达到合理资源化利用和保护环境的目的。

[1]F．H． Butt, Faizur Rahman, U． Baduruthamal． Characterization of foulants by autopsy of RO desalination membranes [J]．Desalination, 1997, 114(1):51～64．

P747

A

1671-0711（2017）09（上）-0187-04

大中型海水淡化产业化技术研发及应用——5万t/d水电联产与热膜耦合研发及示范，项目编号：2015BAB10B00。