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水是生命的源泉，是地球上不可替代的寶貴的自然資源，是人類賴以生存和發(fā)展的不可缺少的基本物質(zhì)，同時也是一個國家綜合國力的戰(zhàn)略性的經(jīng)濟(jì)支撐。當(dāng)前，水污染和水資源短缺已成為世界性問題，成為制約社會進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸，引起了世界的普遍關(guān)注。全世界總貯水量為13.6億km3，地球表面有2/3被水覆蓋，但是其中97.5%是海水，在余下的2.5%的淡水中又有87.1%是人類難以利用的兩極冰蓋、冰川。據(jù)估計fll，世界每年可供利用的淡水為0. 09億至0.14億km3，但水量分布極不均勻。美洲水量最充裕，而非洲和西亞則嚴(yán)重缺水。目前，世界上有80個國家約巧億人口面臨淡水不足，其中26個國家(主要是發(fā)展中國家)約3億人完全生活于缺水狀態(tài)。國際上，1972年，聯(lián)合國第一次人類環(huán)境會議發(fā)出“水將導(dǎo)致嚴(yán)重的社會危機(jī)”的呼吁。1994年，近80個國家的環(huán)境部長出席的國際首次飲用水和環(huán)境會議上，呼吁各國采取一致行動，像解決臭氧問題那樣，認(rèn)真解決水資源危機(jī)。2000年3月召開的第二屆水資源論壇與部長級會議上，通過了《海牙宣言》，制定了確保水資源的相關(guān)計劃[f2l我國多年平均水資源總量為28000億m3m，居世界第6位，但年人均水資源量僅2200m3，約為世人均水資源量的1/4，屬于全球14個嚴(yán)重缺水的國家之一[fllo沿海地區(qū)包括沿海11個省、市、自治區(qū)，土地面積約為130萬km2，占全國的13.5%，居住了全國40%的人口，提供了60%以上的國民生產(chǎn)總值，擁有的淡水資源卻只占全國的26%}3}，年人均水資源量大部分低于SOOm3。青島是我國嚴(yán)重缺水的沿海城市之一，年人均水資源量僅334m30 2003年青島市原水用量達(dá)到10. 63億m3m，而目前全市現(xiàn)有水資源可利用量僅為10.55億m3m(含引黃濟(jì)青客水量1.11億m3)，水資源缺口為0.08億立m3;預(yù)計到2010年青島市原水需求總量將達(dá)到13.05億m3m，供需缺口將達(dá).42億 m3[1] o    在這水危機(jī)和水污染的時代，淡水資源短缺已成為一個嚴(yán)峻的問題。從總體上講，解決缺水問題必須節(jié)流與開源并舉。但是，隨經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，即使嚴(yán)格控制用水，未來的水資源短缺形勢仍十分嚴(yán)峻。因此，在節(jié)水同時，重視開發(fā)水源也很重要。    面對浩瀚的海洋，發(fā)展海水淡化技術(shù)、向海洋要淡水是全世界解決水資源短缺的共同趨勢。早在上世紀(jì)50年代，為解決“水的危機(jī)”，美國從1952年起專設(shè)鹽水局，74年后轉(zhuǎn)為資源技術(shù)局，不斷推進(jìn)水資源和脫鹽的技術(shù)進(jìn)步[[4]。經(jīng)過近50年的研究、開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，形成蒸餾法和膜法兩大主流技術(shù)，海水淡化不僅技術(shù)上可行，而且經(jīng)濟(jì)上也可接受，發(fā)展十分迅速。大多數(shù)國家由于水資源問題的口益突出，都直接卷入了海水淡化的發(fā)展潮流[f2l。目前，世界上無論中東的產(chǎn)油國家還是西方的發(fā)達(dá)國家，都十分重視海洋經(jīng)濟(jì)、發(fā)揮海岸優(yōu)勢，建設(shè)有相當(dāng)規(guī)模的海水淡化廠或海水淡化示范裝置。從上世紀(jì)七十年代至今，世界范圍內(nèi)海水淡化的裝機(jī)容量以高于6%的速度增長。青島市地處黃海之濱，環(huán)抱膠州灣，海岸線長730公里，海域無冰凍現(xiàn)象，海濱以沙灘和花崗巖為主，海水清澈透明，水質(zhì)優(yōu)良;“三島一灣，一線展開”的城市布局，呈現(xiàn)出沿海岸線“組團(tuán)”發(fā)展的大城市框架，工業(yè)布局趨海調(diào)整，為海水淡化產(chǎn)業(yè)提供了廣闊的發(fā)展空間。此外，海水淡化不受時空和氣候的影響，且供水穩(wěn)定，有利于沿海地區(qū)減少地表和地下水的開采。淡化后的水質(zhì)清潔無菌，猶如純凈水，含鹽量遠(yuǎn)低于普通飲用水，可以很好的解決沿海地區(qū)居民的喝水問題。因此，海水淡化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展不僅能夠為青島提供新水源，減少對客水的依賴，同時也能夠有效地改善水環(huán)境，減少耕地占用，有利于實現(xiàn)青島經(jīng)濟(jì)健康持續(xù)發(fā)展，符合青島市海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略，是目前青島市正在大力發(fā)展的新興海洋科技產(chǎn)業(yè)。    膜分離技術(shù)用于脫鹽始于1953年，美國C. E. Reid教授在佛羅里達(dá)大學(xué)首先發(fā)現(xiàn)醋酸纖維素具有良好的半透性。1960年，美國加利福尼亞大學(xué)的S.Loeb和S. Sourirajan制得世界一張高脫鹽率、高通量的不對稱醋酸纖維素反滲透膜[5]。上世紀(jì)70年代初，美國DuPont公司研制出由芳香族聚酞胺中空纖維制成的B-10滲透器使膜分離技術(shù)真正應(yīng)用于海水淡化。與此同時，美國陶氏公司和口本東洋紡公司先后開發(fā)出三醋酸纖維素中空纖維反滲透器用于海水和苦咸水淡化。上世紀(jì)80年代中期之后，特別是近幾年，反滲透海水脫鹽(Seawater Reversesmosis, SWRO)復(fù)合膜技術(shù)、高回收率工藝、功或壓力交換器集成技術(shù)、段間能量回收集成技術(shù)，使膜法成為全球發(fā)展最快也是最主要的海水淡化方法，淡化本下降近一半f6_iol。目前全世界最大的膜法海水淡化工程是以色列Ashkelon口產(chǎn)淡水3.3X105m3。較著名的國內(nèi)外膜法海水淡化研發(fā)機(jī)構(gòu)和工程及膜公司有:以色列IDE科技有限公司、美國陶氏、美國GE、法國威立雅水務(wù)、英國Weir熱能，口本海德能、荷蘭諾瑞特、加拿大澤能、杭州水處理中心、天津淡化所、浙江歐美塞爾、北京賽恩斯特(CNC)水技術(shù)公司等。4海水淡化預(yù)處理工藝及其重要性由于海水中的鹽度、硬度、總固溶物及其它雜質(zhì)的含量均較高反滲透膜污堵，蒸餾淡化裝置結(jié)垢等問題，導(dǎo)致運(yùn)行、維護(hù)費(fèi)用、能耗及造水成本增加，因此必須對進(jìn)料海水進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理。預(yù)處理可以降低清洗的次數(shù)(清洗費(fèi)用一般占總運(yùn)行費(fèi)用的5一20% ) fls}、延長反滲透膜的使用壽命和提高蒸餾淡化裝置的熱效率、降低淡化過程的能耗及維護(hù)費(fèi)用。因此，合理的預(yù)處理工藝是淡化裝置成功運(yùn)行的決定性因素之一。無論是哪種海水淡化技術(shù)，在制定海水預(yù)處理方案時應(yīng)充分考慮到: ①海水中存在大量微生物、細(xì)菌和藻類。海水中細(xì)菌、藻類的繁殖和微生物的生長不僅會給取水設(shè)施帶來許多麻煩，而且會直接影響海水淡化設(shè)備及工藝管道的正常運(yùn)轉(zhuǎn);②風(fēng)浪、潮汐作用使海水中混雜大量泥沙，濁度變化大，易造成海水預(yù)處系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定; ③海水具有較大腐蝕性，海水預(yù)處理系統(tǒng)設(shè)備要考慮耐腐蝕性。 傳統(tǒng)的海水預(yù)處理工藝包括多個環(huán)節(jié):加氯殺菌、在線絮凝、兩級多介質(zhì)濾(粗過濾和精過濾)、加酸調(diào)pH、加阻垢劑和還原劑(NaHS03、保安過濾等。但傳統(tǒng)的多介質(zhì)和保安過濾器并不能有效去除膠體和懸浮物質(zhì)。C.K.Teng等【i6}在新加坡沿岸對傳統(tǒng)預(yù)處理工藝進(jìn)行考察后做出結(jié)論，5}m和1}m精密過濾器產(chǎn)水的SDI值分別為6.16.7,  4.36.2，遠(yuǎn)不能達(dá)到反滲透進(jìn)水的要求((SDI<4. 0。此外，在反洗之后的濾餅形成，高濃度的膠體和懸浮物質(zhì)會隨出水排出來;在兩次反洗之間的過濾過程中濾速會加快，導(dǎo)致膠體和懸浮物質(zhì)提前穿透。因此，出水水質(zhì)會產(chǎn)生較大波動，在預(yù)防結(jié)垢和污染方面均能力有限。隨著反滲透膜技術(shù)和蒸餾技術(shù)的口臻完善，預(yù)處理工藝已成為海水淡化的主要制約因素。上世紀(jì)90年代末，集成膜系統(tǒng)的研究開發(fā)，將超濾膜分離技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的預(yù)處理方法應(yīng)用于海水淡化中。OF是一種以壓力為推動力的膜分離技術(shù)，其膜孔徑通常為2} 1 OOnm，截留分子量一般為O. S}SOOkDa}l}}。采用OF海水預(yù)處理工藝，具有下列優(yōu)點(diǎn):①能夠截海水中固體懸浮物，膠體和微小細(xì)菌，降低淤泥污染指數(shù)(SDI，從而降低了RO膜污染的趨勢，且OF出水水質(zhì)穩(wěn)定，不受原海水水質(zhì)變化的影響;②可取代傳統(tǒng)預(yù)處理工藝中的多個步驟?？臻g利用率高，與傳統(tǒng)預(yù)處理工藝相比，可節(jié)省約50%的空間[y s}，且操作工藝簡單可靠，管理方便;③減少對環(huán)境的影響。傳統(tǒng)預(yù)處工藝需加入若干化學(xué)試劑(如絮凝劑、殺生劑、水質(zhì)穩(wěn)定劑、阻垢劑等)，且最終隨濃水排放，無論哪種排放方案，或多或少均會對環(huán)境產(chǎn)生不利影響【‘9];采用OF技術(shù)后，化學(xué)試劑的使用量將大幅度減少，從而減輕環(huán)境壓力。成功第一張人工超濾膜。1907年，Bechhold首次采用“超濾”一詞，其詞頭“ultra-"表示它能截留的粒子比微濾(詞頭“micro-"更小。1963年，首家生產(chǎn)超濾膜的公司一一Amicon公司誕生。隨后，各種膜材料相繼問世，超濾進(jìn)入快速發(fā)展階段，并廣泛應(yīng)用于食品、化學(xué)、醫(yī)藥等工業(yè)中。近年來，淡化界眾多人士致力于超濾作為海水淡化預(yù)處理方面的研究。2. 1超濾作為海水淡化預(yù)處理工藝的應(yīng)用研究進(jìn)展上世紀(jì)90年代末以，由于集成膜系統(tǒng)的興起，采用超濾作為海水淡化預(yù)處理工藝的研究口漸增多。目前，國內(nèi)外常用sDl(污染指數(shù))和濁度[20]來表示超濾膜的進(jìn)水和出水水質(zhì)。 Graeme Pearce等[2‘]在美國Tampa Bay、紅海和地中海進(jìn)行了超濾中試研究，采用Hydranautics的40"HYDRAcap OF組件代替?zhèn)鹘y(tǒng)預(yù)處理過程，OF膜進(jìn)料流量控制在9598 L/h，跨膜壓力(TMP)為((1.5}2.1)X 10-2 MPa} OF系統(tǒng)水回收率可達(dá)94%。結(jié)果表明，OF是傳統(tǒng)海水淡化預(yù)處理的強(qiáng)有力的替代工藝，不僅過程簡單、易操作，并且能夠為RO提供穩(wěn)定進(jìn)水。RO運(yùn)行狀況如表1-2所示直接表明OF可以使RO清洗周期延長，膜更換率降低，通量增加，水回收率增力日。