CFHI
2010年第4期（总136期）
yz.js@cfhi.com
设计与计算CFHITECHNOLOGY
摘要：简要介绍了各种海水淡化方法和预处理的目的；对海水预处理方法以及影响因素进行详细深入的分析研
究，根据不同的取水条件、水质情况和海水淡化方法等对海水淡化预处理系统的选择依据进行探讨，对预处理系
统的发展提出建议。
关键词：海水淡化；传统预处理；膜法预处理；Actiflo
中图分类号：P747文献标识码：B文章编号：1673-3355（2010）04-0003-06
Comparisonandselectionofpretreatmentsystemforseawaterdesalination
ChangLifengLiXuemin
Abstract:Thepaperintroducesavarietyofmethodofseawaterdesalinationandtheaimofpretreatmentsystem,including
deepanalysisandstudyofthemethodandinfluencefactorofpretreatmentseawater;discussionofbasisselectedfor
pretreatmentsystemofseawaterdesalinationinconsiderationofdifferentseawaterintakecondition,seawaterqualityand
desalinationmethod;makingthesuggestionforthedevelopmentofpretreatmentsystem.
Keywords:Seawaterdesalination;traditionalpretreatment;membranepretreatment;Actiflo
据统计当今地球上只有1%的淡水可以被人们
直接饮用。相比之下，海水给人们提供了无尽的
资源。海水淡化技术作为解决水资源短缺的主要
手段，已经给40个国家提供了干净的饮用水
[1]
。
海水淡化预处理技术是保证海水淡化装置稳
定、可靠、长期运行的关键因素之一，目前主要
应用的海水淡化预处理方法有常规预处理、膜法
预处理和Actiflo高效沉淀池。作为对海水淡化装
置至关重要的预处理系统，究竟哪种方法更适合
并不是绝对的。本文根据不同的取水条件、水质
情况和海水淡化方法等因素对几种预处理方法进
行了比较分析，并结合实践对海水淡化预处理系
统的选择进行了探讨。
1主要海水淡化方法原理及特点
1.1MSF
经过加热的海水，依次在多个压力逐级降低
的闪蒸室进行蒸发，将蒸汽冷凝而得到淡水。同
时盐水逐级增浓，直到其温度接近（但高于）天然
海水温度。
MSF具有工艺成熟、维护量小、运行可靠、
对原水预处理要求低和使用寿命长、出水品质好等
优点，适合于大型和超大型淡化装置，主要在海湾
国家采用。目前，MSF单套处理能力达到了7.6万
m
3
/d，造水比可以达到12
[2~3]
。主要缺点是动力消
耗大、传热管腐蚀穿孔时将污染水质。
1.2LT-MED
LT-MED是指盐水的最高蒸发温度低于70℃
的淡化技术，其特征是将一系列的水平管降膜蒸发
器串联起来并被分成若干效组，用一定量的蒸汽输
入通过多次的蒸发和冷凝，从而得到多倍于加热蒸
汽量的蒸馏水。
LT-MED系统操作弹性大、效率高、操作安全
可靠，其造水比和效数有关，效数越大，造水比越
高。对原料海水的预处理要求低，过程循环动力消
耗小，出水品质好；缺点是盐水蒸发温度不能超过
1.一重集团大连设计研究院有限公司助理工程师，辽宁大连116600
2.一重集团大连设计研究院有限公司高级工程师，辽宁大连116600
海水淡化预处理系统的比较和选择
常利峰
1
，李雪民
2
10.3969/j.issn.1673-3355.2010.04.003
7
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70℃，制约其进一步提高热效率。
1.3SWRO
SWRO是以压力差为驱动力除盐的淡化方法。
在反渗透膜的海水侧施加高于渗透压的压力，使水
分子透过反渗透膜，在另一侧得到淡水。
SWRO过程无相变，能耗低，仅为热法的1/
40；设备系统模块化，安装容易；厂房占地面积
小，建设周期短。缺点是海水预处理要求严格，操
作要求高，膜更换费用高，海水温度低的情况下需
要加热处理。
1.4集成淡化系统
集成淡化系统的目的是充分发挥各方法的优势
及合理利用能量，降低成本获取综合效益。大致有
三种形式：海水淡化方法自身及方法间的集成；能
源与海水淡化技术的集成；发电-海水淡化-综合
利用的深度集成
[4]
。第一种形式主要是热法海水
淡化（MSF、LT-MED）和SWRO技术的集成。其
特征在于：（1）热法淡化过程的产水水质高于
SWRO产水水质，将二者混合可以更好的使用，降
低硼含量，满足WHO要求。（2）电水比随时间
和季节变化时，集成淡化系统可以增加操作灵活
性，并在离开用电峰值时帮助减轻SWRO负荷增
加的波动
[5]
。（3）可以减少取水量和预处理量，
降低能耗。（4）优化SWRO的进水温度，提高膜
的使用寿命
[6]
。世界上最大的混合脱盐厂富查伊
拉水电厂海水淡化总生产能力是454400m
3
/d饮用
水，其中62.5%是由5个MSF装置和一个相连的
循环电厂生产，37.5%由SWRO装置生产
[7]
。
2海水淡化预处理的目的
2.1蒸馏法对预处理要求
海水是一个复杂的稀溶液体系，总固溶物
（TDS）高达3.45%，其巨量的钙镁离子所形成的
碳酸盐、碳酸氢盐、硫酸盐、氯化物等又导致海水
具有很高的硬度。在蒸发过程中，这些盐因受热分
解，抑或转化成不同的形态而沉淀在传热面上就会
形成水垢。海水中溶解氧的存在将对蒸馏法装置产
生两方面的不良影响：一是氧气作为腐蚀电极的氧
电极，使设备的金属材料溶解腐蚀；二是长期的氧
化物积累，在传热管中会产生氧化物污垢，降低传
热效率，并产生新的腐蚀区域。海水中溶解的以及
蒸发过程中产生的二氧化碳等不凝气体，会在传热
面上积累而形成气膜，降低传热速度。此外，海水
中存在的悬浮物、胶体、细菌和藻类也会沉积在传
热管表面，降低传热速度，缩短清洗周期，增加能
耗，提高运行成本。因此，为了保证蒸馏法海水淡
化（MSF、LT-MED）装置成功运行，必须除去这
些有害成分。
2.2SWRO对预处理的要求
海水中的悬浮物和胶体物质在海水淡化过程中
会沉积在膜表面，使膜受到污染；微生物和细菌在
适宜的温度下，易在水体中、管道中、膜表面和淡
化设备中大量繁殖，使膜受到侵蚀；微生物和细菌
的残体还会以固体形式析出，使膜性能变坏；海水
中含有的结构复杂的长链有机化合物，如腐殖酸有
很强的亲水性，会强烈地吸附在膜面上，随着pH
值的下降，使膜更易于污染，而且在氯化被降解
时，会成为细菌可消化吸收的营养物，从而造成细
菌的大量繁殖；海水中的铁盐和锰盐一方面会降低
水的电阻率，另一方面在空气中氧的作用下极易生
产氢氧化物沉淀，堵塞水流通道、增加膜电阻、缩
短膜的使用寿命。
因此，海水淡化之前需要通过预处理去除海水
中悬浮物、有机物、胶体物质、微生物、细菌及某
些有害物质（如铁、锰、钙等），这样可以减缓膜
污染，延长膜的寿命，保证SWRO系统长期稳定
运行。
3主要海水淡化预处理方法
海水淡化预处理方法随海水淡化工艺要求的不
同而不同，由于热法海水淡化对原水预处理要求
低，导致针对热法海水淡化预处理方法的研究工作
长期以来并没有得到重视，而工程上一直采用混凝
沉淀法（对于LT-MED）或者是简单的脱碳脱氧处
理（对于MSF）
[8]
。在技术领域内报道的研究都是
与SWRO有关的预处理方法，包括常规预处理和
膜法预处理。
3.1常规预处理法
SWRO常规预处理包括加氯或次氯酸钠杀菌灭
藻；混凝、沉淀（澄清）、过滤去除悬浮杂质、胶
体物质等；加酸调节pH值和加阻垢剂防止碳酸盐
和硫酸盐的结垢沉淀；当有机物含量较高时，可采
取加氯、混凝、澄清、过滤工艺，或者同时采用活
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图1Actiflo高效沉淀池
性炭过滤处理；另外还要加还原剂或活性炭去除预
处理系统出口余氯；针对海水中油污染，需采用气
浮池除油。为了保证系统更可靠稳定运行，在进入
SWRO系统前，还要设置保安过滤器。常规预处理
方法运行相对可靠，且技术成熟，但占地面积大。
目前具体实施过程有以下几种：
（1）海水———取水构筑物———气浮池———砂滤
池—保安过滤器
[9]
；
（2）海水———取水构筑物———混凝———双介质
过滤器———保安过滤器；
（3）海水———取水构筑物———混凝/絮凝/沉
淀———双介质过滤器———保安过滤器；
（4）海水———沉井———砂床过滤器———（阻垢
剂）保安过滤器
[10]
。
即通过海滩沉井取水，利用岸边砂砾层的天然
过滤特性过滤，加入混凝剂使海水中小的悬浮物混
凝沉降，由多介质过滤器过滤，加阻垢剂去除结垢
组分，防止在反渗透膜上结垢，降低膜的寿命和产
水回收率；
（5）海水———取水构筑物———重力过滤器———
活性炭过滤器———0.5μmMF过滤器。
活性炭过滤器能够吸附和去除有机物以及异
臭、异味及余氯，但活性炭使用一段时间后需再生
处理，该方法适用于海水有机物含量过高而有异
臭、异味的地区。
3.2膜法预处理
膜法预处理主要包括微滤（MF）、超滤（UF）
和纳滤（NF）三种。MF在去除悬浮固体、降低
SDI上效果明显，费用较海滩井少，仅为传统方法
的一半。NadeemA.Burneyetal.
[11]
和S.Ebrahimet
al.
[12]
对SWRO淡化工艺MF预处理系统进行分析
后认为，MF预处理系统和沙滩井一样有效，比常
规预处理节省大量成本。而UF不但可以截留悬浮
固体和大的细菌，还可以截留大分子、胶体和小细
菌
[13]
。NF是介于UF和RO之间的膜过程，对二
价和多价离子及相对分子质量在200~1000之间的
有机物有较高的脱除性能，对单价离子和小分子的
脱除率则相对较低，因此特别适于海水软化，即去
除海水中易结垢的Ca
2+
、Mg
2+
、SO
4
2-
等离子。在天
津市1000t/dSWRO淡化示范工程中应用天津膜天
膜工程技术有限公司自行研制开发的CMF作为
SWRO的预处理工艺
[14]
。
膜法预处理具有占地面积小、设备少、污染
轻、预处理出水水质高等优点，但膜法对分子质量
相对低的含氧有机物如丙酮、酚醛、丙酸几乎无
效，同时，也面临着运行稳定性较传统工艺差，膜
本身易受污染，透过率衰减，膜损坏以及盐分沉积
和膜结垢等问题，UF和MF膜约5~10年就需要更
换。对原水需要严格预处理和常规处理，还要定期
进行化学清洗，运行费用高，存在膜阻塞和膜污染
问题
[15]
。
膜法预处理的实施过程有以下几种：
（1）海水———取水构筑物———混凝———多介质
过滤器———微滤；
（2）海水———取水构筑物———混凝———多介质
过滤器———超滤；
（3）海水———取水构筑物———混凝———砂
滤———超滤；
（4）海水———取水构筑物———自清洗过滤
器———超滤
[16~17]
；
（5）海水———取水构筑物———气浮池———超滤
[18]
；
（6）海水———沉井———超滤。
其中（1）~（5）属于浅海开放式取水，由于
水质差，污染严重，在膜法预处理之前需要进行常
规预处理，以达到超滤膜或者微滤膜的进水要求。
3.3Actiflo高效沉淀池
Actiflo高效沉淀池是一种集含砂絮凝和斜板澄
清优势于一体的高速沉淀工艺，主要包括混凝池、
聚合物和细砂注入池、絮体熟化池及斜管沉淀池
（见图1）。
Actiflo工艺结合了细砂“积极”絮凝和斜管沉
淀工艺，利用细砂作为絮体形成絮核，在高分子聚
合物的作用下，将絮粒或悬浮固体黏附在细砂上，
可以有效地去除浊度、色度、TOC、藻类、隐孢
子、铁和锰等。除此以外，Actiflo技术还可以应用
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表1Actiflo高效沉淀池与常规沉淀池性能对照表
项目Actiflo高效沉淀池常规沉淀池
原理斜管+微砂沉淀传统重力自然沉淀
出水水质好一般
抗负荷变化（稳定性）好差
占地面积非常小很大
设备投资较高低
土建投资低较高
运行容易容易
运行费用低高
维护容易容易
表2四大洋盐度统计
海洋表层平均盐度（%）大洋中心最高盐度（%）
大西洋3.543.79
太平洋3.53.65
印度洋3.483.6
北冰洋<3.53.5
于以下特殊情况如：进水污染物和水量变化较大，
如突发的浊度和悬浮物浓度升高；低温或温度变化
剧烈导致絮凝困难；原水中由高色度和低浊度引发
的轻微絮化以及原水中藻类生长旺盛。因此Actiflo
高效沉淀池比常规沉淀池更好、更有效（见表1）
[19]
。
4影响海水淡化预处理的因素
4.1原水来源
世界海水的平均盐度是35‰，欧洲的波罗的
海在近海外的海域为20‰；中部海域为6‰~8‰，
而北部海域和东部只有2‰，而气候干热的红海盐
度高达42‰，还含有大量的红褐色藻类物质，地
中海海水的盐度也高达37‰，仅次于红海（见表
2）。
黑海深层是高盐水，上层海水又受到生物分泌
的秽物和尸体腐烂污染。
中东地区的海湾水有“四高”，即高温（夏天
高达40℃）、高菌藻、高石油污染和高盐度（总含
盐量高达40000mg/l）
[20]
。
我国的黄海含沙量非常高，渤海海水有机物含
量等指标均较一般海水高，浊度、悬浮物等指标随
天气、季节等因素的变化波动很大。
此外，近海岸海水由于受到生活污水、工厂污
水的污染，水质比大海深处和远处的海水水质已相
差很多。
因此，在波罗的海选择SWRO和膜法预处理
是可行的，而且非常经济，而在盐度高、海藻含量
高的红海采用Actiflo高效沉淀池更为有效。
4.2取水方式
（1）海滩井取水
海滩井取水是在海岸线边上建设取水井，从井
里取出经海床渗滤过的海水，作为海水淡化厂的原
水。通过这种方式取得的原水由于经过了天然海滩
的过滤，海水中的颗粒物被海滩截留，浊度低，水
质好，并且水温变化幅度小，某些地区的海滩井取
水可以直接作为SWRO的进料水。但是在美国加
利福尼亚北部的MorroBay反渗透海水淡化厂则遇
到了取水含铁过高的问题。另外还有低溶氧的问题
[21]
。
（2）深海取水
深海取水是通过管道将35m深处的海水引到
泵房的取水方式。深海的海水水质好，水温更低，
对热法海水淡化来说，不仅可以减少预处理成本，
而且低温海水可以使淡化水出水温度更低，对提高
造水比和后续处理有一定优势；但是对于SWRO
来说，虽然可以大幅减少预处理的负担，但是不能
满足进水温度要求，原水需要预热
[21~22]
。
（3）浅海取水
浅海取水是在海面以下1~6m处取水，水质较
差，含泥沙、小鱼、水草、海藻、水母及其它微生
物，该区域的海水污染比较严重，预处理成本高。
4.3可能的污染
针对船舶海上事故，海洋石油开发意外泄漏造
成海洋污染，在选择预处理系统时必须考虑所采用
的预处理系统能否承受水质的突然变化及是否具有
除油设施。
4.4当地工人的技术储备
如果当地混凝沉淀法水处理技术应用比较多，
技术成熟，那么选择常规预处理或者Actiflo高效
沉淀池可以节省操作工人的技术培训成本，而欧美
日等国家和地区是膜和膜组件的生产大国，膜分离
水处理容量占有较高的比重，处理能力较大，优先
考虑膜法预处理
[23]
。
10
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5最佳预处理系统的选择
海水淡化装置能否长期稳定地运行，良好的海
水预处理是至关重要的。在确定预处理系统时应根
据海水淡化方法、海水淡化设备材质和影响预处理
的诸多基本条件，综合考虑造水比（热法）、膜的
特性（SWRO）、投资成本和运行成本等因素。
5.1MSF
MSF装置中常会发生结垢和金属腐蚀现象。
使设备传热效率下降、管道堵塞、设备腐蚀加重，
严重时还会造成停产。因此MSF装置预处理主要
就是防软垢（CaCO
3
，Mg(OH)
2
）、硬垢（CaSO
4
）
和金属腐蚀。另外，海水中的不凝气体（CO
2
、O
2
）
会降低传热效率，O
2
还会加重换热管的腐蚀，也
需要在预处理中去除。
结垢是海水淡化生产中难以解决的实际问题。
尽管MSF淡化工艺对海水水质适应性强，对预处
理要求低，但结垢现象还是时有发生。主要原因是
阻垢剂的阻垢效果不完全。如果将膜法预处理应用
到MSF中，虽然会增加预处理成本，但是可使
MSF最高盐水温度提高，浓缩倍数增大，产量增
加和提高造水比。不仅能大幅减少结垢趋势，还会
大幅降低金属腐蚀机率、减少清洗次数，延长
MSF装置寿命，投资成本虽有所增加，但是运行
成本却得以降低，投资回报也会随着淡水产量的增
加和运行时间的延长而增大。
沙特阿拉伯的盐水转化公司（SWCC）研究人
员对NF-MSF集成的研究发现：NF用于MSF预处
理后，没有观察到结垢现象，SO
4
2-
去除率高达
98%，Ca
2+
、Mg
2+
去除率高达93%，淡化水产量由
35%增加到80%，且MSF装置的最高盐水温度可
提高到120~160℃，而产品能耗降低了26.7%
[4，24~25]
。
5.2LT-MED
在LT-MED中最高盐水温度不超过70℃，但
结垢和腐蚀依然是影响装置稳定运行的最主要因
素。需要通过预处理去除悬浮物以及防软垢
（CaCO
3
，Mg(OH)
2
）和防腐蚀。而且如果能够去除
硬垢（CaSO
4
），LT-MED淡化装置就可以将盐水蒸
发温度由70℃提高至80℃或者更高，进一步提高
热效率。目前LT-MED预处理主要采用常规预处
理和Actiflo高效沉淀池。威立雅公司在SIDEM公
司设计的首钢京唐LT-MED淡化工艺中采用
Actiflo高效沉淀池对开放式取水进行预处理，大大
提高了LT-MED装置的性能
[26]
。IDE在LT-MED
海水淡化工艺中采用离子陷阱去除海水中的重金属
离子，能防止LT-MED装置中的铝合金换热管发
生金属腐蚀
[27]
。
另外，如果将膜法预处理应用到LT-MED中，
同样会延长LT-MED装置寿命，降低运行成本，
投资回报也会随着淡水产量的增加和运行时间的延
长而增大。
5.3SWRO
SWRO预处理的目的就是为了防止膜表面受污
染和表面结垢沉淀。通常水中的悬浮物、胶体物质
和可溶性有机高分子聚集在膜的表面会使膜受到污
染；微生物和细菌会使膜受到侵蚀；微生物和细菌
的残体还会以固体形式析出，使膜性能变坏；铁、
锰等金属氧化物和二氧化硅以及碳酸钙、氢氧化镁
等会在膜表面形成沉淀降低透水率；水的温度、
pH值、余氯含量、压力等参数的劣化会引起膜的
水解、氧化。另外，不同膜材料的化学稳定性，对
给水预处理的要求也各不同。
得利满公司在西澳大利亚洲佩斯南部的SWRO
淡化厂规模143000m
3
/d，采用开放式取水，双介
质过滤器和保安过滤器的常规预处理，通过2年半
的观测证明常规预处理对于这一工厂的SWRO是
有效可行的
[28]
。P.J.Remize等人在对SWRO混凝
沉淀加介质过滤器预处理（CPP）和MF预处理进
行试验比较时，发现前者的SDI15为3.5，后者的
SDI15为2.5，MF的微生物去除效果也优于CPP，
但对溶解有机物去除率却是CPP高于MF。而且
MF膜受到非常严重的污染，并最终导致SWRO的
渗透流速下降30%
[29]
。而RichFranks等人在对太
平洋海水进行SWRO预处理研究时发现，在海水
处于偶尔的高生物活性状态时，无论是介质过滤器
还是膜法预处理都不能解决生物污染的问题；而在
没有海藻的情况下，介质过滤和膜法预处理产水都
能满足SWRO进水水质要求
[30]
。
UF、NF和MF与SWRO结合已是海水淡化的
一种有效方法，但因其对有机物去除能力有限且自
身易受污染等问题，要求对原水进行严格预处理以
及化学清洗，所以膜法预处理的运行费用高，而
Actiflo高效沉淀池因其对低温、浊度高、海藻多的
海水有一定优势，在SWRO淡化选择预处理时可
以考虑Actiflo高效沉淀池，或者将膜法预处理与
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土皆
Actiflo相结合。
5.4集成海水淡化系统
集成海水淡化系统海水预处理的选择应综合考
虑取水条件、水质和集成海水淡化系统的形式等因
素，按照成本最低、工艺最优的原则，在条件允许
的情况下，通过实施监测分析水质和试验确定和优
化预处理的最佳工艺。
6结语
综上所述，常规预处理和膜法预处理技术各有
千秋。常规预处理方法运行相对可靠，技术成熟，
但占地面积大。膜法处理占地面积小，出水水质
优，但运行的稳定性较传统工艺差，运行费用高；
Actiflo高效沉淀池改进了常规预处理方法中的混凝
沉淀工艺，对原水适应性强，构造紧凑，占地面积
小，处理效果好，操作简便。
从常规预处理到膜法预处理及Actiflo高效沉
淀池，虽然预处理工艺不断得到优化，但是仍然不
能完全满足热法和SWRO淡化装置对进水水质的
要求，无法保证其长期稳定有效运行。因此，首先
应进一步改进RO膜和其它低压（MF，UF，NF）
膜的性能，提高耐腐蚀耐污染性，降低进水要求，
同时，应该开发新的预处理工艺，如无机膜预处
理，沸石分子筛离子交换去除结垢离子等。
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收稿日期：2010-05-27
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