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我反渗透复合膜制备设备研制成功科技日报 2012年04月18日 星期三 本报讯 （于洋 张兆军）中科院长春应化所张所波研究员主持的中科院科研装备研制项目“海水淡化反渗透复合膜制备设备”近日通过了专家验收。专家组一致认为，该项目自主设计的中试海水淡化反渗透复合膜制备设备结构新颖，具有良好的调控性能，适用于反渗透复合膜制备工艺的研究，并能连续制备反渗透复合膜，为科学研究及工业化生产提供了基础研究平台。 反渗透海水淡化是解决水资源短缺问题的重要战略手段。反渗透复合膜是膜法海水淡化的关键材料，它可以将海水、苦咸水、污水转化为纯净的淡水，在工农业生产中发挥重要作用。但目前我国绝大多数的反渗透膜依赖进口，主要原因是缺乏先进的膜材料及精密的生产设备。反渗透膜制备设备是研究和生产反渗透膜的核心技术装备，装备的缺乏严重限制了我国膜材料的研究应用进程。因此研究发展具有国际先进水平的膜材料及制备设备具有重要意义。 在中国科学院科研装备专项的支持下，中科院长春应化所成立了由反渗透复合膜材料制备及设备制造的科研人员和工程技术人员组成的复合膜制备设备研究小组，于2009年开始了“海水淡化反渗透复合膜制备设备”的研究开发。经过2年多的研发，他们解决了设备的温度控制、张力控制、纠偏控制等关键技术问题，利用PCL实现对设备硬件系统和软件系统的协调优化，制备出集聚合、热交联、成膜、后处理等多种功能为一体的反渗透复合膜制备设备，填补了国内空白。目前，该设备已在相关单位进行了反渗透复合膜配方及工艺的研究，试用效果良好。该设备的成功研制不仅可以系统研究各种制备条件对膜性能的影响规律，深入了解成膜原理及关键影响因素，更有助于打破垄断，提升我国在膜材料制备方面的研究水平，为反渗透膜的规模化生产提供技术支撑。该项目研制期间申请发明专利3项，2项已获授权。
既要满足国家“十五”863重点示范工程的生产用水，又要不和严重缺水城市的居民“争水”，华能玉环电厂果断作出“向大海要水”，此举不仅解决了生产的全部用水，还反过来可解决所在地区1/3的居民用水。 2008年3月24日，是一个很平凡的日子，但对于中国华能集团玉环电厂来说，却是个不同寻常的日子，因为，这一天宣告着我国最大的“双膜法”35000吨/日海水淡化工程已成功运行两年，宣告着我国已经具备大型海水淡化工程设计、施工和运营的经验。向大海要水中国华能集团玉环电厂是国家“十五”863计划“超超临界燃煤发电技术”课题的依托工程和超超临界国产化示范项目，总装机4台百万千瓦级机组平均每小时用水量达1330吨。电厂位于浙江省玉环岛西侧，三面环山，一面临海。玉环岛陆地面积小，低山丘陵，集水面积不足，没有修建大型水库的条件，天然降水虽充沛，但淡水资源非常紧张，人均拥有水资源仅656吨，远低于浙江省2400吨及全国2700吨人均水平。玉环县水利局原副局长钱云飞在谈及玉环县的水资源时说：“2002年以来，玉环县遭遇连年的大旱，枯水季节县城居民3天供一次水，供水时间只有2、3小时，给电厂专用的里墩水库也是玉环县比较大的水库，由于大坝建在海涂淤泥上，设计沉降高度是2.8米，但当水面沉降到1．2米时就出现了管涌，整个水库不得不放水维修，政府曾从台州紧急调水甚至考虑把调水作为长远规划，但工期太长、造价也高。”如何保障生产用水，又不与当地百姓“争水”？玉环电厂果断作出“向大海要水”的决策，即通过海水淡化解决电厂的全部生产用水和生活用水，处理规模高达35000吨/日。然而，国内运营的海水淡化工程大多为几百吨或者几千吨，尚无万吨级以上工程可借鉴，国外更没有一家大型电厂全部采用海水淡化供应淡水，同时和玉环电厂相似的美国Tampa Bay项目在运行中又出现了问题。科研人员在对数万页的国内外数据资料分析研究的基础上，结合玉环当地能源紧张、水污染严重、水质变化大等实际情况，决定大胆尝试和采用膜法海水淡化的技术工艺，并且为确保拟建海水淡化工程系统运行的安全、经济和高效性，先期邀请了6家跨国公司竟标，6 家公司分别在现场采用不同的技术工艺进行了为期5个多月的中试，科研人员在对每天的运行和性能指标进行仔细对比分析之后，最后选用北京赛恩斯特科技有限公司的双膜法（超滤加双膜法）工艺。安全、经济、高效又节能的海水淡化技术工艺最适合我国国情海水淡化的技术工艺发展至今有20多种，但大规模工程常用的只有膜法（反渗透）和热法（蒸馏法）两种，由于生产同等质量的淡水，膜法所消耗的能源仅为热法的40%―60%。因此，在全球能源普遍紧缺的前提下，除能源丰富的海湾国家外，膜法海水淡化被世界各国广为采用。膜法海水淡化工艺分预处理和脱盐两部分，传统工艺在海水的预处理阶段一般采用消毒、杀菌、沙石、多介质过滤、活性碳除氯等相结合的工艺，但由于海水的悬浮物杂质多、细菌微生物复杂、胶原体多，传统的预处理工艺常常技术路线长、操作难度大，稍有不慎，就会使预处理之后的水中微生物残留物含量高，当海水进入反渗透膜后，就很容易造成反渗透膜的生物污染和堵塞，使产水率下降，不仅需要频繁地清洗膜，保证高产水率，而且还使膜的使用寿命缩短。而新的膜法预处理工艺以其流程短、工序少、能耗低、产能高、寿命长、占地面积小等独特的技术优势不仅确保淡化系统运行安全性，而且使整个系统运行成本大大降低。承担此工程设计和建设的北京赛恩斯特科技有限公司总经理吴红梅在接受采访时说：“双膜法已经成功应用在燕山石化30000吨/日炼油废水回用工程和邯钢21000吨/日钢铁废水回用工程上，系统连续运行平稳，出水水质完全符合设计要求。在设计玉环电厂水处理技术方案时，本着节能降耗，降低成本的原则，我们对以前的双膜法做了两大改进，首先，采用低压浸入式超滤膜。就是把膜直接浸入水箱中，不再使用价格昂贵的玻璃钢壳，这样不仅省去了壳与壳之间的繁琐连接，还使膜材料的清洗和安装更为方便和快捷，因此成本低、抗污染性强、系统集成度高、便于维护。由于膜装置是膜法海水淡化工程的核心，约占工程总投资的40%，仅此一项改进，就使工程的总投资减少了15%-20%；第二，采用高效能量回收装置。在一级反渗透系统中处理掉的 “浓”水，其剩余压力很高，以前这部分水都是白白排放掉的，造成能量的极大浪费，现在，我们使用了效率为94%的能量回收装置，依靠水压，在不需任何驱动的情况下，将它再能量转换到原料海水中。新工艺使系统吨水能耗降低到4度左右，比传统工艺降低了30-40%。另外，系统设计实现标准模块化，产能可无限放大。”我国发展大规模海水淡化时机已成熟，到2020年总投资高达560亿元玉环电厂海水淡化工程，不仅解决了企业自身全部生产和生活用水，还在枯水季节，反过来提供给玉环县城10000吨/日的居民用水，相当于县城用水总量的1/3。它的成功运行，给我国沿海地区的工业企业和城市的开源和节流起到了很好的榜样和示范作用，也为我国建设10万吨以上的大规模海水淡化工程奠基了基础，向大海要水不仅是解决我国沿海地区淡水资源短缺的现实选择，也是实现以水资源可持续利用，保障沿海地区经济社会可持续发展的战略性措施。我国是海洋大国，海岸线长达18000公里。据国家统计局资料显示，我国沿海11省、市、区以全国15%的土地，养活了全国40%的人口，创造了全国67%的国内生产总值，沿海城市的发展不仅是全国经济发展的示范园，也是中国经济发展的基石。但沿海地区水资源的总量仅占全国的1/4，北方沿海天津、河北、辽宁和山东4省市人均综合用水量仅为269吨，南方沿海7省市人均综合用水量为560吨，均处于极度缺水状态，部分地区地下水超采，已经造成地面下沉、海水倒灌、生态环境恶化。水短缺已经成为制约沿海经济可持续发展的重要瓶颈之一。对此，国家发改委、国家海洋局、财政部在2005年及时颁布《海水利用专项规划》，其中对沿海地区的城市和高耗水企业利用海水做出了明确要求：沿海的电力、石化、冶金等行业要以海水解决作为工业冷却水和工业纯净水，其中电力企业直接利用海水约占总量的85%；新建的电力、石化、冶金等企业要求配套建设海水淡化作为纯净水；对现有企业要进行改造，将现有的自来水、纯净水改造成以海水淡化水作为工业纯净水。此外，对沿海16省市的“十一五”海水淡化目标也做出了具体的战略部署，要求2010年建设若干个10万吨/日以上的海水淡化示范工程，实现海水淡化水量80吨/日-100万吨/日，对沿海的缺水贡献率16-24%，海水淡化国产化率大于60%；2020年，建设若干个20-50万吨/日的大规模工程，海水淡化水量达到250万吨/日-300万吨/日，对沿海的缺水贡献率26-37%，海水淡化国产化率大于90%。要实现这些目标，总投资就需410-560亿元。此外，政府还把海水淡化列为《当前国家重点鼓励发展的产业、产品和技术目录》、《当前优先发展的高新技术产业化重点领域指南》等，并组织国债资金支持海水淡化的科技攻关和示范项目，海水淡化已经成为21世纪我国令人瞩目又商机无限的朝阳产业。
海水淡化盐度检测方法及参数标定 （1．华东理工大学 机械学院，上海 200237；2华东理工大学 机械学院，上海 200237） 摘要：介绍一款海水淡化盐度监控系统，主要就此传感器电路设计及其参数标定方法进行探讨。模拟电路部分主要是振荡电路和集成放大电路，参数标定着重介绍二元代数插值方法，并就提高测量精度提出改进方法。 关键词：电导；传感器；盐度；A/D转换；参数标定0、 对海水盐度的监控在海水养殖和海水淡化等产业上十分重要，就目前产业的发展，越来越需要对盐度进行自动检测和控制。鉴于此，我们开发了一款盐度控制器，只需改变此标定精度和I/O接口定义，可应用于许多不同的场合。下面就此传感器部分的电路设计和一具体应用的标定进行探讨。
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