脱盐工业为化学制品提供发展机遇
脱盐工业的发展依赖于
广泛的化学制品
　　2009年，脱盐装置投产的数量以及规模达到历年来最高。截至2009年底，全球脱盐装置总数已超过14450套，
这也推动了相关化学品市场出现新高。
　　这些化学物质能调节pH值、控制结垢、除去微粒、防止生物污染、清洁和重新矿化高度精炼后的产品流；此
外，还需要通过特殊的化学过程来合成反渗透（RO）膜。美国BWA水添加剂公司的董事长兼首席运营官Paul Turgeon
指出，全球脱盐市场的平均增长速度约为10%～15％。估计当前全球用于热法和膜法脱盐的化工产品的消费约为5
亿美元（4.03亿欧元）。由于确定脱盐使用的化学制品种类以及使用标准，要受到诸如水源的类型以及质量、脱盐
所使用的方法以及操作条件的严格程度等一系列因素的影响，因此要界定单位水处理过程中化学制品的消耗几乎是
不可能的。
　　根据美国国际海水淡化协会（IDA）的数据显示，截至2009年6月，海水淡化占脱盐总产能的62%。2007～2009
年，海水淡化厂的产能扩大了近30％，其中最大的装置在中东。而热法脱盐产能约占总产能的34%，大部分位于中
东；膜法工艺占61%；电渗析技术（ED）占3.2%；混合技术占0.7%；电极离子化占0.3%。
　　热法脱盐实际上还包含了从盐和其他污染物蒸馏脱盐得到清洁水的过程，能源消耗较大，但由于很大部分都只
需要用到低级别的热源，因此降低了能源成本。而反渗透膜工艺消耗较少的能量，但要使用电力，成本比较昂贵；
同时膜的成本也较高，但是一般至少可以使用7年。反渗透膜是一种半渗透膜，在高压力下，它允许水分子通过，
但是盐以及其他溶解和悬浮颗粒则不能穿过膜。
脱盐工业用化学制品的发展趋势
　　直接影响化学制品消费的脱盐工业，未来的发展主要着重于如何减少能源消耗、提高运营效率和降低成本，同
时也最大限度地减少对环境的影响。 根据不同的给水原料组成，可以设计专用添加剂，使脱盐过程能在较高的温
度和较低的压力，以及越来越高的盐浓度条件下也能完成。添加化学制品的所有的目的就是要提高效率、使废弃物
最小化以及降低成本。
　　在预处理过程中，用于苦咸水和海水淡化的化学制品包括：pH值调节剂、凝结剂和絮凝剂、沉积控制剂（防
垢剂，分散剂等）、杀菌剂和还原剂等。在后处理过程中，需要用到的化学品包括氯、抗腐蚀添加剂和再矿化的化
合物，此外，该过程也需要化学品清洗剂。
　　尽管在热法和膜法工艺中，所使用化学处理过程是相似的，但是所采用的技术不同。美国GE公司电力&水部门
膜化工产品经理Manel Soria表示，“尤其是膜工艺，化学添加剂的设计主要是为了还原和延长膜的寿命、保持系
统的性能，并减少停车时间和形成氧化剂的保护膜。”
    阻垢剂：专业防垢剂替代传统酸
　　不断进步的技术降低了某些化学制品的需求。例如，为防止结垢，原料给水的pH值往往使用氯化氢或硫酸来
进行调节，但是目前使用专业防垢剂来替代传统的酸已经变得越来越普遍。由于处理进水的装置性能的不断提高，
尤其是当一组有机凝聚剂联合起来时，预处理变得更加强大，因此用凝聚剂和絮凝剂（通常使用高分子量聚丙烯酰
胺）来进行物理化学预处理也在逐渐减少。
　　膜法工艺的特种防垢剂是建立在膦酸酯和/或聚丙烯酸酯基础上的，而热法工艺的特种防垢剂则以阴离子顺丁
烯聚合物为基础。这些水溶性化合物与杂质结合，防止其沉积。在热法脱盐工艺中，还需要消泡剂。BWA、GE以及
荷兰企业Thermphos-Dequest等添加剂供应商提供了专门的软件包，使客户能够根据系统特定的操作条件，选择效
率最高的阻垢化工制品和合适的剂量。
　　“正在开发的新阻垢技术，允许使用含有不同杂质状况的水源。同时，他们确保能使更多浓缩的海水有更高的
回收率，但这样也越容易结垢。因此，使用适当的防垢剂避免出现问题是非常关键的，”Thermphos-Dequest全球
营销经理Mark Eyers表示。为了满足日益严格的卤水排放限制，Thermphos-Dequest正在研究新的聚合物和膦酸
酯类化合物以开发更多可持续/能生物降解的阻垢剂，以达到性能要求，同时避免对膜产生生物污染。
　　热法工艺需要在较高的温度下进行，这样能提高操作效率。因此，防垢剂需要持续在这种苛刻的条件下有效地
工作，”Turgeon解释道。BWA的新贝尔加德EV2000系列产品，是以顺丁烯为主干的端基以及侧链改性的窄分子量
分布产品，以满足热法工艺不断增长的需求。
　　杀菌剂：对膜法工艺至关重要
　　杀菌剂也至关重要。它们能够防止生物污损，这是膜法工艺中的一个主要问题。由于要同时满足膜化学和饮用
水监管要求，杀菌剂的选择很有限。氧化杀菌剂如二氧化氯，以及一些有机、非氧化性化合物是常见的杀菌剂。即
使使用这些杀菌剂进行处理，脱盐厂也需要定期用苛性钠和柠檬酸进行清洗。
　　CO2：纯水再矿化提供增长机遇
　　脱盐厂处理过的水往往具有非常高的纯度，因此可能需要进行再矿化，以减少其侵蚀性。BOC澳大利亚（德国
林德气体工程公司的一部分）水&废水部门技术解决方案工程师Merv Ogston认为，这个过程涉及CO2注入以及氢
氧化钙形成碳酸钙的过程，通常还伴随着氯化和氟化。最近在澳大利亚悉尼启动的反渗透新装置，拥有约16t/d CO2
的最高设计容量。“这项淡化水的缓冲技术是目前最具成本效益和效率的方法，” Ogston说：“亚太地区脱盐工业
的发展速度惊人，目前有很多装置已经在运行、在建，或正在规划当中。这为CO2提供了巨大的增长机遇。”
　　反渗透膜：聚酰胺化学合成薄膜替代醋酸纤维素技术
　　膜制造商也明显在脱盐工业的强劲增长中获益。目前的膜是基于聚酰胺化学合成薄膜的，取代了以往的醋酸纤
维素技术。这些材料通常包括聚酯，聚砜，聚醚砜或聚丙烯腈层，与聚酰胺顶层表面结合形成反渗透膜。两家均来
自美国的主要反渗透膜供应商，陶氏水处理及工艺过程处理解决方案和海德还在继续完善各自的技术，以在更低的
压力和能源消费水平，改善盐和固体拦截率，同时减少污染并延长膜的使用寿命。
　　“膜化学物质都非常相似，但有些产品被设计成在较低压力下运行或提供最高的分离率”，海德的应用经理理
查德弗兰克斯指出，“由于盐溶液的渗透压，这项技术实际上正在接近节能的极限。”
脱盐工业用化学制品的研究进展
　　目前，几个小组正在研究替代膜技术。陶氏针对抗氧化反渗透膜的开发，在美国赞助了弗吉尼亚理工研究所和
得克萨斯大学奥斯汀分校的研究。
　　洛杉矶加州大学的科学家用等离子体处理聚酰胺薄膜反渗透膜，以产生接枝到高分子链上的活性中心，从而形
成带电“刷层”，以防止污染。
　　麻省理工学院的研究人员已经开发出一种使用离子浓差极化的微流体装置，具有应用于便携式脱盐的潜力。海
水流经与全氟磺酸（以磺化四氟乙烯为基础的含氟聚合物）连接的微通道，随着一个电场穿过膜，静电力排斥海水
里的盐类，使盐类不能通过膜，从而避免了污染。
　　在西澳大利亚大学，碳纳米管膜在比普通的反渗透膜要求的压力低很多的条件下，能使水穿过膜，而盐类不能
穿过。
　　此外，美国耶鲁大学的研究人员也正在研究一项新的渗透技术，即在膜的一边使用CO2和氨溶解于水中来产生
渗透压，使得水通过膜，而盐类被截流。随后CO2和氨通过加热被去除，最终获得纯水。（吴军 编译）