據IWA國際水(shuǐ)協會微(wēi)信公眾平臺2017年(nián)3月(yuè)16日(₩rì)訊 現今的(de)脫鹽水(shuǐ)廠，無論是(shì)海(hǎi)水(shuǐ)淡化(huà)還是(shì)苦鹹水(shuǐ)淡化"(huà)，大(dà)多(duō)是(shì)用(yòng)一(yī)次過濾的(de)方式，也(yě)就(jiù)是(shì)濃縮 液沒有(yǒu)經過循環就(jiù)會被處理(lǐ)掉。采用(yòng)這種單級工(gōng)藝的(de)海(hǎi)水(shuǐ)淡化(huà)廠的(de)水(shuǐ)回收率一(yī)≥般隻有(yǒu)35～50%。除了(le)回收率之外(wài)，能(néng)耗是(shì)另一(yī)個制(zhì)約反滲透取得(de)進一(yī)步突破的(de)因素。
　　如(rú)何改變工(gōng)藝設計才能(néng)降低(dī)能(néng)耗呢(ne)？為了(le)找到(dào)這個問題的(de)答(dá)案×，來自(zì)美(měi)國耶魯大(dà)學的(de)一(yī)個科(kē)研團隊最近(jìn)對5種反λ滲透脫鹽工(gōng)藝進行(xíng)了(le)建模分(fēn)析。下(xià)圖是(shì)這個團隊的(de)主要(yào)成員：膜界著名的(de)梅納赫姆·伊利米勒（Menac<hem Elimelech）教授（人(rén)稱“膜王”），阿克沙伊·德希穆克（Akshay Deshmukh）（左）和(¥hé)傑伊·韋貝爾（Jay Werber）（右）。

　　著名雜志(zhì)Science曾經在2011年(nián)刊載了(le)伊利米勒教授的(de)一(yī)篇關于海(hǎi)水(s"huǐ)淡化(huà)的(de)綜述文(wén)章(zhāng)”The future of seaw→ater desalination: Energy, technology, and the environment&rdqu₹o;。在這篇文(wén)章(zhāng)裡(lǐ)，伊利米勒教授表示，傳統的(de)單級反滲透技(jì)術在降耗問題已經到(dào)了(le)瓶頸 期。

　　2017年(nián)，由伊利米勒教授帶領的(de)耶魯大(dà)學研究團隊在期刊Desalination上(shàng)發表了(le)題為“ Can batch or semi-batch processes save energy in reverse osmosis des‍alination?”的(de)文(wén)章(zhāng)。第一(yī)作(zuò)者傑伊·韋貝爾表示，“海(hǎi)水(shuǐ)淡化(huà)反滲透的γ(de)單位能(néng)耗已經從上(shàng)世紀70年(nián)代的(de)16千瓦小(xiǎo)時/立↔方米降至今天的(de)2千瓦小(xiǎo)時/立方米。如(rú)今大(dà)多(duō)數廠的(de)能(néng)耗在2.5～3.5千瓦小(xiǎo)時/立方♠米。我們想在伊利米勒教授當年(nián)文(wén)章(zhāng)的(de)基礎上(shàng)，對工(gōng)藝設計進行(xíng)一(yī)次嚴謹的(de)δ探討。我們模擬的(de)目的(de)不(bù)是(shì)去(qù)尋找最便宜的(de)解決方案，而是±(shì)想搞清其能(néng)耗情況。” 
　　這篇文(wén)章(zhāng)深入淺出地(dì)討論了(le)反滲透技(jì)術在海(hǎi)水(shuǐ)淡化(huà)應用(yòng)的(de)理(lǐ)論和(hé)實踐↕的(de)問題。他(tā)們首先對工(gōng)藝重要(yào)組成進行(xíng)介紹，然後討論了(le)理(lǐ)論最低(dī)能(néng)耗€，以此來闡述限制(zhì)每種工(gōng)藝的(de)根本因素，接著再分(fēn)析影(yǐng)響工(gōng)藝實際運行(xíng)效率的(de)≤因素，并在文(wén)章(zhāng)最後部分(fēn)討論了(le)包括投資成本、運行(xíng)經驗和(hé)工(gōn∑g)藝穩固性等方面的(de)問題。
　　研究團隊對五種反滲透具體工(gōng)藝進行(xíng)建模分(fēn)析：
　　A. One-stage（一(yī)級反滲透）
　　B. Two-stage（雙級反滲透）
　　C. Ideal batch（理(lǐ)想批處理(lǐ)式反滲透）
　　D. Batch（批處理(lǐ)式反滲透）
　　E. Semi-batch（半批處理(lǐ)式反滲透）

5種反滲透工(gōng)藝的(de)流程示意圖

　　上(shàng)圖是(shì)耶魯團隊考察的(de)5種反滲透工(gōng)藝的(de)簡圖。一(yī)級式和(hé)半批處理(lǐ§)式反滲透工(gōng)藝已在商業市(shì)場得(de)到(dào)應用(yòng)，後者有(yǒu)一(yī)個可(kě)能(néng)更為大(dà)家(jiā)熟悉的(de)名字叫CCD 系統（closed circuit desalination–閉環淡化(huà)）。CCD系統的(de)技(jì)術代表是(shì)美(měi)國的(de≈)Desalitech公司，最近(jìn)他(tā)們正與咨詢公司西(xī)圖CH2M一(yī)起在位‍于加州橙郡的(de)21世紀水(shuǐ)廠地(dì)下(xià)水(shuǐ)補給系統（Groundwater Replenishment Sy↔stem-GWRS）合作(zuò)，做(zuò)一(yī)個為期六個月(yuè)的(de)CCD中試試驗。理(lǐ)想批處理(lǐ)式（Ideal batch）指的(de)是(shì)理(l÷ǐ)論上(shàng)完全加壓的(de)批處理(lǐ)反滲透工(gōng)藝。半批處理(lǐ)式反滲透批處理(lǐ)式則使用(yòng)能(néng)量回收設備和(hé)$一(yī)個非承壓循環水(shuǐ)箱（unpressurized recycle tank）。

美(měi)國加州橙郡21世紀水(shuǐ)廠地(dì)下(xià)水(shuǐ)補給系統GWRS的(de)反滲透車間

　　研究團隊成員阿克沙伊·德希穆克表示：“我們對每種工(gōng)藝的(de)回收率和(hé)單位體積出水(shuǐ)的(deε)能(néng)耗進行(xíng)分(fēn)析對比。正如(rú)我們預期的(de)，性能(néng)最好(hǎo)的(de)工(gōng)藝是(shì)理(lǐ)想批處理>(lǐ)式工(gōng)藝，它的(de)單位能(néng)耗是(shì)最低(dī)的(de)。傳統的(de)一(yī)級反滲透的(de)能(néng)耗則最高©(gāo)，回收率也(yě)隻有(yǒu)50%。通(tōng)過這些(xiē)比較，我們發現使用(yòng)批處理(lǐ)式和(hé)↑半批處理(lǐ)式都(dōu)能(néng)降低(dī)能(néng)耗。或者多(duō)級反滲透工(gōng)藝也(yě)行(xíng)，但(dàn)是(shì)它的(de)弊端是(shì)有(y♠ǒu)些(xiē)情況下(xià)它增加了(le)設備或者泵的(de)投資成本。批處理(lǐ)式和(hé)半批處理(lǐ)式工(gōng)藝比目前得(de)到(dào)商業應用(yòng)的(♣de)工(gōng)藝復雜得(de)多(duō)，但(dàn)在工(gōng)藝的(de)穩固性上(s♥hàng)它們卻有(yǒu)優勢。”

通(tōng)過模擬計算(suàn)得(de)到(dào)的(de)5種反滲透工(gōng)藝的(de)回收率和£(hé)單位能(néng)耗的(de)比較結果

　　耶魯大(dà)學團隊的(de)這個研究還考慮了(le)因為膜材料和(hé)管道(dào)輸送帶來的(de)壓差的(de)影(yǐng)響，并發現↕雖然批處理(lǐ)式或半批處理(lǐ)式工(gōng)藝能(néng)更接近(jìn)理(lǐ)論的(de)最低(•dī)單位能(néng)耗值(1.1千瓦小(xiǎo)時/立方米)，但(dàn)它們也(yě)尤其容易受到(dào)管道(dào)或閥門造成的(d>e)壓差抑制(zhì)。傑伊·韋貝爾說：“因為需要(yào)對大(dà)量濃水φ(shuǐ)進行(xíng)循環，所以這個影(yǐng)響非常明(míng)顯。” 例如(rú)，在循環壓差為0.1bar®的(de)條件(jiàn)下(xià)，雙級反滲透的(de)能(néng)耗多(duō)于理(lǐ)想批處理(lǐ)式工(gōng)藝，但(dàn)壓差為0.5bar<的(de)時候，兩級工(gōng)藝卻比後者更高(gāo)效。另外(wài)，批處理(lǐ)式工(gōng)藝的(de)成本因素目前還是(shì)會使它們在能(néng)耗效率的(de)優勢←黯然失色。“我們想嘗試展現的(de)是(shì)，如(rú)果你(nǐ)要(yào)建海(hǎi)水(shuǐ)淡化(huà)廠，不(bù)同的(de)工(gōng§)藝會帶來怎樣不(bù)同的(de)能(néng)耗差異，”傑伊·韋貝爾說道(d‌ào)。