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摘要：海水深度淡化浓缩将受到反渗透膜污染的影响，而硬度离子的存在将导致膜面发生结垢问题，从而影响海水淡化。通过脱硬预处理实验可以发现，降低海水中硬度离子，能够使海水反渗透膜的膜通量衰减程度得到有效抑制，因此有助于海水深度淡化浓缩。
关键词：海水淡化工程；硬度离子；深度浓缩
引言：
在海水资源综合利用方面，还要采用反渗透技术实现海水深度淡化浓缩处理。但从实践工作情况来看，反渗透膜容易受海水中硬度离子的影响，导致膜面结垢，继而产生浓差极化问题。因此，还应加强海水中硬度离子对海水深度淡化浓缩的影响分析，以便采取有效措施加强硬度离子处理。
1影响海水深度淡化浓缩的因素分析
在海水深度淡化浓缩方面，主要采用反渗透技术，利用反渗透膜对海水中各种离子进行截除，需要避免浓差极化问题的发生[1]。但就目前来看，反渗透膜的膜面会析出部分难溶性盐，导致结垢问题的发生，使膜通量遭到降低，导致系统运行压力增大。受这一因素的影响，在溶剂从高压侧向低压侧透过膜时，大多数溶质将被选择透过性降低的膜阻拦在高压侧，导致溶质发生聚集浓缩现象，促使膜面与主体溶液产生浓度梯度，最终造成溶质通过膜边界层向主体溶液扩散，使得产水水质受到不良影响[2]。
2海水中硬度离子对海水深度淡化浓缩的影响
2.1脱硬实验分析
实际上，造成反渗透膜结垢的主要为海水中钙离子和镁离子等硬度离子，所以需要通过脱硬处理防止膜受到污染。为确定硬度离子给海水深度淡化浓度带来的影响，可以开展脱硬实验，在海水预处理阶段进行碳酸钠和氢氧化钠的添加，使海水中硬度离子得到去除，使脱硬后海水中钙离子和镁离子浓度不超过20mg/L。为加强实验对照，需要采用常规海水预处理方式进行海水处理，处理后钙离子和镁离子浓度基本保持不变。实验采用的海水pH为7.89，电导率为38.7ms/cm，浊度为100NTU，钙离子和镁离子的浓度分别为408mg/L和1295mg/L。去除硬度离子后，需要对海水进行pH调节，然后进行反渗透淡化。在实验期间，需要采用EDTA络合滴定法对钙离子和镁离子的浓度进行测试，并且采用普析通用紫外可见分光光度计进行UV254值的测定，采用哈纳HI8733型电导率仪进行海水电导率的测定。
2.2脱硬实验结果
2.2.1硬度离子浓度的影响
为确定硬度离子浓度给海水深度淡化浓缩带来的影响，需要确定不同硬度离子浓度下的反渗透膜通量。对比常规预处理和实验预处理方法可以发现，在实验初期，反渗透膜的膜通量为24L/㎡·h，对照组和实验组均呈现出膜通量迅速衰减的现象。但经过一段时间后，采用常规预处理方式的膜通量明显衰减更加严重。在达到8h时，采用常规预处理方法的膜通量为21.2L/㎡·h，脱硬处理的膜通量为22.8L/㎡·h。之后，海水膜通量衰减速度变慢，采用脱硬处理方法的膜通量基本稳定，采用常规预处理方式的膜通量仍然有小幅度下降。在19h，经过脱硬处理的膜通量降低9.6%，采取常规方式则降低15.5%。在海水反渗透淡化处理过程中，膜通量之所以会降低，是由于海水中拥有较高盐含量，同时其中包含胶体、小分子有机物等各种物质，将导致膜面结垢，并且出现浓差极化问题。但经过脱硬处理后，海水中钙离子和镁离子得到了大量去除，所以反渗透膜很少发生无机盐结垢问题，因此膜通量衰减速度有所降低。由此可见，对海水进行脱硬处理，能够通过降低硬度离子浓度对膜通量的衰减进行延缓。
2.2.2对有机污染的影响
从反渗透膜受到的影响来看，其发生的有机污染也与硬度离子有关。针对利用不同预处理方式得到的海水体系，制备浓度分别为3mg/L和5mg/L的腐殖酸海水体系，然后对反渗透膜发生的有机污染程度进行分析。对脱硬海水进行观察发现，经过7h后，腐殖酸浓度为3mg/L的体系膜通量下降10%，浓度为5mg/L的体系膜通量下降13.9%。由此可见，增加腐殖酸浓度，将导致膜通量衰减加快。出现这一情况，主要是由于膜表面更容易吸附高浓度腐殖酸，加快膜面的有机污染。对腐殖酸浓度为5mg/L的常规海水体系和脱硬海水体系进行观察比较可以发现，在前2h内，常规海水体系膜通量衰减更快，从23L/㎡·h下降至20.6L/㎡·h，脱硬海水体系膜通量从23L/㎡·h下降至22.4L/㎡·h，衰减速度相对较慢。在2-5h内，海水体系膜通量下降速度变慢，5h后常规海水体系膜通量再次出现迅速下降情况。经过7h运行后，常规海水体系膜通量下降30%，脱硬海水体系膜通量下降13%。分析原因可以发现，在膜运行期间，导致膜污染的主要因素有所改变，前5h同时发生有机污染和无机污染，5h后无机污染成为主要污染因素。而脱硬处理海水反渗透膜经过早期有机污染后，后期由于硬度离子浓度较低较少发生无机污染，因此后期不会出现膜通量迅速下降的问题。
结论：
通过研究可以发现，在海水深度淡化浓缩的过程中，硬度离子浓度将对反渗透膜的渗透效果产生影响，从而影响产水水质。经过脱硬处理的海水体系，反渗透膜通量下降速度明显低于采取常规处理方法的海水体系。在反渗透膜同时发生有机污染和无机污染的情况下，这一现象更加显著。
参考文献：
[1]冯天水.浓海水淡化技术及集成探讨[J].天津化工，2018，32（04）：9-10.
[2]周子凡，李娜，陈忻.淡化后浓海水真空蒸发浓缩析出规律研究[J].广州化工，2017，45（07）：75-77.