海水淡化工程淡化水后处理研究

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摘 要：文章围绕海水淡化工程中，淡化水的后处理进行了研究，分析了淡化水的水质特征及其对市政管网系统的影响，介绍了淡化水后处理的方法原理，最后对海水淡化水后处理工程提出了一些建议。

关键词：海水淡化；淡化水；后处理；市政管网

随着海水淡化在我国的迅速发展以及淡水资源的日益短缺，淡化水大规模进入供水管网是必然趋势。据初步统计[1]，截止2010年底，我国建成并投产的海水淡化装置总数为76套，总产水能力55.78万立方米/年。其中，38套用于市政供水，占总装置数的49%。淡化水是非传统的饮用水源，其纯净度虽然达到甚至优于普通饮用水，但是由于海水淡化过程对水中杂质和绝大多数离子的脱除率很高，在脱除海水中盐分和有害离子的同时，也脱除了对人体健康有益的成分，更为重要的是未经处理的淡化水是腐蚀性水质，其硬度、碱度和pH都较低，进入市政管网后会腐蚀管网。因此淡化水在入网前，需要进行后处理。

1 淡化水的特性

目前，大型海水淡化工程主要有蒸馏法和反渗透法。蒸馏法主要包括MSF和MED两种方法，MSF和MED得到的淡水水质基本一致，含盐量低，TDS一般小于10mg/L，pH一般在5.0～6.7之间，Cl-，SO42-，F-，HCO3-等含量都非常低，产品水不含细菌和有害元素。反渗透法的脱盐率一般可达99%以上，还能够截留糖类，氨基酸，细菌，病毒等物质，TDS高于反渗透法所得淡化水，一般为20～500mg/L，pH一般在6.0～7.0之间。

海水淡化工程无论采用蒸馏法还是反渗透法，所产淡化水均有一个共同的特征，那就是矿物质含盐量低，pH呈弱酸性。这样的水质特征显然与传统饮用水水质有较大区别，同时也决定了淡化水的腐蚀性[2]。

2 市政管网系统及淡化水入网问题

构成市政管网系统最主要的部分是管道，在我国城市供水管网主要品种有：钢管、铸铁管、水泥砂浆内衬球磨铸铁管网、塑料管等。淡化水进入钢管、铸铁管网为主的市政管网系统，带来的主要问题是“红水”现象，即水体中铁离子浓度超标，体现在外观是水质发红。淡化水进入水泥砂浆内衬球磨铸铁管网为主的市政管网系统，带来的主要问题是pH值上升。

3 淡化水后处理的方法

海水淡化工程淡化水后处理的方法主要有再矿化法和投加缓蚀剂法。

3.1 再矿化法

再矿化法通过调节pH和提高碱度、硬度，以增加水的缓冲能力改善碳酸盐平衡，增大保护碳酸钙垢层在管道内壁沉积和压缩的倾向，降低水的腐蚀性，减小铁离子等的释放。再矿化的方法主要有与其他水源混合法、添加药剂法和溶解矿石法。

3.1.1 与其他水源混合法淡化水与富含矿物质的水源混合，可以增加矿物质的含量，达到缓解其腐蚀性的作用。目前，采用淡化水与自来水混合较多，淡化水与自来水混和还有一个非常重要的好处是能够减轻居民对淡化水的抵触心里，淡化水属于新兴事物，居民或多或少对其存在着质疑，而将其与居民常用的自来水混合，则能够减轻这种抵触心里。

3.1.2 添加药剂法直接在淡化水中添加药剂，石灰、纯碱、小苏打、氯化钙和二氧化碳等以改变淡化水水质。

添加药剂法通常将两种或者几种药剂混合使用，其中比较适合大型海水淡化工程的是添加石灰和二氧化碳法。

反应方程式：

CO2与石灰联用工艺操作安全，运行简单，所以在大型海水淡化工程中得到了较为广泛的应用，比如在沙特MadinatYanbuAl-Sinaiyah的SWRO装置和澳大利亚黄金海岸的反渗透海水淡化工厂（12.5×104m3/d）中均采用了这种方法。

3.1.3 溶解矿石法。将淡化水通过盛有矿石的溶解池，通过溶解矿石中的碳酸钙实现矿化[3]。

矿石材料一般使用石灰石，由于矿石在中性溶液中溶解速率很慢，因此需要在淡化水中添加酸性物质来增加酸性，通常使用的是二氧化碳和硫酸。

（1）在淡化水中通入二氧化碳气体，酸化的淡化水流经装载石灰石颗粒的床层，与石灰石发生反应。

反应方程式如下：

二氧化碳溶解石灰石法的优点是：石灰石来源广泛而且价格低廉，性质稳定便于存放；缺点是：反应速率缓慢，反应过程不彻底，会有的多余的二氧化碳残留在淡水中，需要用氢氧化钠或者纯碱进行中和。

（2）在淡化水中添加硫酸，酸化的淡化水流经石灰石填料层，与石灰石快速发生反应[4]。反应方程式如下：

硫酸溶解石灰石法显著的优点是只需要部分淡化水通过填料层矿化，该部分占全部淡化水的18～45%，矿化后再与剩余的淡化水混合即可。缺点是溶解的钙离子与碱度的比例是2：1，甚至更大。所以为了保证水质稳定，使用硫酸溶解石灰石矿化后还需要调节碱度[4]。

3.2 投加缓蚀剂法

除了从改善淡化水水质稳定性的角度来降低其腐蚀性之外，还可以投加缓蚀剂剂来降低腐蚀性。投加缓蚀剂法中缓蚀剂的选择和用量至关重要，目前常用的有：磷系、硅系缓蚀剂。

磷系缓蚀剂包括正磷酸盐、聚磷酸盐。正磷酸盐能与多种金属离子在较宽pH范围内形成几种难溶的固相物质，从而能在铁管和镀锌管上形成保护层，从而有效控制“红水”现象的发生。聚磷酸盐可与水中的钙、镁、铁等阳离子生成难溶的络合物，在金属管道内壁形成保护膜来缓蚀。硅酸盐缓蚀剂常用的是水玻璃，其作用机理是通过延缓溶解性亚铁腐蚀产物的扩散作用，降低其腐蚀产物穿过硅酸盐保护膜的速率，从而降低亚铁被氧化的速率。

3.3 矿化和投加缓蚀剂联合法

矿化和投加缓蚀剂也可以联合起来使用。米子龙[5]等提出在调节淡化水pH，碱度，硬度后投加0.25～0.50mg/L的聚磷酸盐缓蚀剂，有效的降低管段铁释放量并使之趋于稳定。汪义强[6]等人提出了投加石灰提高出水pH值和水质稳定性、进一步增投食用Na3PO4缓蚀剂加速管道内壁保护的措施，有效的解决了南方某市的供水管网红水问题。

4 结束语

（1）由于固有的工艺特性，海水淡化水具有离子去除率高的特点，但也因此具有稳定性差、腐蚀性强的水质特征。这样的水体直接进入传统市政管网，必然但来诸多问题，因此必须进行后处理。

（2）淡化水后处理的方法主要有再矿化法和投加缓蚀剂法，其中再矿化方法比较适用于大型海水淡化工程，实际应用也比较多。

（3）淡化水的后处理方法的选择必须综合海水淡化工程方法和规模、水源特点、市政管网特点以及经济实力等多方面因素，根据实际情况确定最终方法。

参考文献

[1]王琪，郑根江，谭永文，等.中国海水淡化工程运行状况[J].水处理技术，2011，37（10）：12～14.

[2]王晓玲，徐克，苏立永，等.蒸馏海水淡化产品水对铸铁材质腐蚀研究[J].海洋技术，30（1）：99～102.

[3]王奕阳，申屠勋玉，赵丹青，等.海水淡化后矿化处理工艺[J].水工业市场，2012.6：58～60.

[4]左世伟，解利昕，李凭力，等.海水淡化水矿化过程研究[J].化学工业与工程，2010.27（2）：163～166.

[5]米子龙，张晓健，陈超，等.淡化海水并网供水的管网铁释放控制技术研究[J].中国给水排水，28（19）：37～40.

[6]汪义强，张金松.利用石灰与Na3PO4缓蚀剂改善管网水质[J].中国给水排水，2004.20（5）：99～100.