人类在21世纪面临严重的淡水紧缺问题，水资源缺乏已成为关系到贫穷、可持续发展乃至世界和平与安全的重大问题。因此海水淡化越来越受到重视，利用海水淡化技术从海水中制取饮用水，已成为人们取得淡水的一种重要手段。
目前世界上采用的主要的海水淡化方法(包括多级闪蒸(MSF)、多效蒸发(MED)、反渗透(RO))中，RO技术因其具有投资少、操作方便、建设期短、占地面积小等优点而得到较为广泛的应用，按现有的统计结果发现RO法在海水淡化技术中占有的比例有逐年增加的趋势，21世纪的海水淡化市场中海水反渗透(SWRO)将是主要的海水淡化方法。然而，要保证反渗透装置能够长期稳定地运行，给水预处理是至关重要的。
1.海水预处理的目的
海水中悬浮物、胶体物质和可溶性有机高分子聚集在膜表面会使膜受到污染；微生物和细菌会使膜受到侵袭；微生物和细菌的残体还会以固体形式析出，使膜性能变坏；水的温度、pH值、余氯含量、压力等参数的劣化会引起膜水解、氯化；由溶质引起的膜结构变化还会导致膜的透水率下降。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)，可以减缓膜污染，延长膜的寿命，保证反渗透系统长期稳定运行。
2.SWRO中传统预处理方法存在的问题
海水中不仅硬度偏高，而且有着各种微生物，特别是水温较高的表层海水。微生物污染不仅给引水设施，而且给淡化系统造成各种麻烦和事故。反渗透膜表面的污染，造成了产水量和脱盐率的下降、组件压差的增大等问题，所以SWRO淡化运行能否顺利，给水的预处理十分关键。在SWRO传统的海水预处理中一般包括:灭菌、沉降、过滤、软化、脱气等，研究发现这些传统处理方法在预防结垢和污染方面均能力有限[2]，主要表现为以下几个方面:
(1)为去除海水中存在各种细菌和海藻类物质，SWRO系统常规预处理工艺为石英砂过滤(或无烟煤、锰砂等多个介质过滤)、活性炭过滤、3 μm～10 μm精密过滤，有时还有软化器。去除细菌的效果不理想，不能确保RO给水无菌[3]。有时被活性炭吸附的有机物还含有细菌繁殖的温床。
(2)为了控制海水中各种微生物的繁殖，常增设NaClO发生器，有时还加CuSO4控制海藻。但是聚酰胺(PA)RO膜对氯敏感，易被氯氧化而降解。醋酸纤维素(CA)RO膜耐氯虽好些，但在某些金属离子存在时，也易被氯氧化而降解。而且CA膜还易被细菌污染，并成为细菌的培养源和繁殖地。因此，这两类膜组件的给水均需除氯处理，通常采用NaHSO3去氯，但这种方法并不能解决海洋微生物的污染问题，当海水温度高于25℃时，产生所谓“后繁殖”现象，会加速细菌的污染。PA膜需用大量的NaHSO3去除氯和溶解氧，创造保护膜的还原气氛，增加了运行成本。
(3)常规预处理方法的工艺冗长，先是对给水间歇式加氯，再加絮凝剂和凝聚剂，然后经二级压力多介质过滤器去除已絮凝的液体物质，接着添加阻垢剂和NaHSO3，再经过保安过滤器，这样就造成处理工艺冗长和处理成本增加。从上面可以看出:一是操作烦琐；二是费用高(估计占设备总投资的30%～40%，占运行费用的20%～30%)；三是需经相当长的一段时间才能生产出合格的滤水。
鉴于传统预处理方法有工艺繁杂、费用高、且所得过滤水产质量不稳定等许多不足之处。因此，国内外逐渐采用微滤、超滤、纳滤、集成技术等新型工艺补充和取代传统的海水反渗透的预处理。
3.新型海水预处理技术
3.1微滤(MF)技术
微滤(MF)技术是一种新型膜处理技术，以连续微滤(Continuous Microfiltration)CMFPRO为代表，采用0.2 μm孔径的中空纤维膜，材质为聚丙烯、磺化聚醚砜或醋酸纤维，由内向外死端过滤。该膜可使胶体颗粒和细菌数量减少几个数量级，提高净化水的水质，并可在很低的横流速下运行。CMFPRO技术采用空气反冲洗，以自动频繁脉冲方式和短时间的冲洗来保持稳定的产水通量，与常规过滤器因反冲洗而出现的停运相比，这种脉冲清洗的时间特别短，因此非常适于过滤固体含量高的液体。
采用连续微滤CMF代替传统的单介质或多介质过滤器、活性炭过滤器等进水的预处理方法，不需加入絮凝剂、杀菌剂和余氯脱除剂等化学药品，不但免除了介质和活性炭的频繁更换，而且也省去了保安过滤器，并且连续膜过滤的出水的SDI值小于3，浊度小于0.2 NTU，TSS小于1 mgPL，大肠杆菌小于3个PL，颗粒粒径<0.2 μm，能够达到反渗透系统对进水水质的要求。与传统预处理方法相比，采用连续微滤技术改进了反渗透系统的进水水质，延长了反渗透膜的使用寿命，提高了系统的回收率，大大减少设备占地面积，减少操作费用，降低劳动强度，并可以有效的实现微滤过程的自动化控制。
3.2超滤(UF)技术
超滤技术是一种以机械筛分原理为基础，以膜两侧压差为驱动力的膜分离技术。它的筛分孔径小，可截留水中的细菌、病毒、胶体、大有机分子、油脂、蛋白质、悬浮物等。
超滤技术有中空、卷式、平板、管式等几种组件类型，其中中空纤维膜是超滤技术中最为成熟与先进的一种形式，这种新型的毛细管型UF膜(中空纤维膜)可以处理高度污染的表层海水。该型UF膜器的特点是具有频繁、短时、自动清洗毛细管膜的功能，且具有在较低的错流流速下运行的能力。该UF膜截留分子质量为(150～200)×103u，可确保RO在高通量和高截留率下操作，低压过滤和反洗，反洗水更容易处理，水回收率为65%，产水量提高10%，过滤水质显著提高，减少运行费用，减少了化学药剂投加量，该预处理能耗低[11]。Brehant等用中空纤维UF膜预处理表层海水，其UF出水SDI<1，且出水水质非常稳定，而传统的双重介质过滤仅能降到2.5左右，且水质不稳定。
3.3纳滤(NF)技术
纳滤(NF)技术是一种新型分子级膜分离技术。其膜材料可采用多种材料，如醋酸纤维素、醋酸—三醋酸纤维素、磺化聚砜、磺化聚醚砜、芳香聚酰胺复合材料和无机材料等，孔径在1 nm以上，一般在1 nm～2 nm；截留相对分子量200～1000；对NaCl的截留率小于90%，截留二价的Ca2+、Mg2+和SO42-离子，大幅度降低了进料水的浊度、硬度和TDS的含量，解决了传统海水淡化过程中存在结垢污染等许多问题，保证膜组件的安全稳定运行，并大幅度提高水的回收率。NF膜的最大特点是膜本体带有电荷，因而对有机物具有良好的去除效果。其对有机物的去除可用优先吸附—毛细管流原理解释。膜本体带有电荷，这也使它在很低操作压力下(仅0.5 MPa[14])仍具有较高的脱盐率。另外，NF膜还对无机离子进行选择性分离，使得它特别适合于海水的脱盐处理。有研究表明，NF膜对细菌和病毒等也具有好的去除性能；且不需添加剂；对色度的去除也非常有效。
Hassan等报道了NF在海水淡化预处理方面的一系列研究和应用工作，其NF透过液(NFP)的SDI<1，且NFP中硬度离子的浓度大大降低，在118 MPa的操作下SO42-离子的去除率达到93.13%，Ca2+、Mg2+离子的去除率超过80%，NaCl浓度也较大幅度的降低，总溶解性固体TDS的截留率为37.13%～54.11%，水的回收率为40%～45%。
3.4纳滤集成技术
近年来，国外成功开发了将NF作为RO及M SF的预处理，组成了NF-RO，NF-MSF及NF-SWRO-MSF集成淡化技术。海水经N F技术处理后，去除了80%以上的硬度，TDS下降了40%左右，且去除了所有的有机污染物，从而提高了SWRO的操作压力和整个系统的回收率(回收率可达60%左右)，且能保证SWRO膜组件的安全，长期稳定运行。
沙特阿拉伯盐水转化公司(Saline Water Conver2sion Corporation，SWCC)，进行的NF-SWRO集成海水淡化实验，采用4″×40″的NF膜元件，与无NF预处理的SWRO相比，集成过程的SWRO水回收率，在4.0 MPa压力下为48%，为相同压力下前者的3倍，在516 MPa压力下为50%左右，为相同压力下前者的2倍，且经过NF处理过的SWRO进料中TDS浓度已经很低。表明采用纳滤预处理操作压力可有较大幅度的降低，水回收率可有较大幅度的提高。
SWCC用NF透过液(NFP)作为MSF的进料补充水进行了NF-MSF集成淡化实验，在20m3Pd的小试装置上连续运行了1200h，MSF最高操作温度为120℃，实验过程不加入任何防垢剂、酸或防泡剂。没有观察到结垢现象，在相同的操作条件下，与传统的MSF相比，采用N F预处理后，化学品的消耗量大大降低，减少了对环境的污染，且NF-MSF系统循环盐水中的Ca2+和SO42-离子的浓度大幅度降低，结垢的可能性大大降低。
SWCC将NF-SWRO的排放浓盐水作为MSF的补充水进料，构成NF-SWRO-MSF集成系统，循环盐水中Ca2+和SO42-离子的浓度远远低于传统MFS装置循环盐水中的浓度，甚至远低于其在天然海水中的浓度，故结垢的可能性很小，所需的加酸量也很少，仅为使用天然水的18%或更低。另外，利用MSF排热段预热的海水经过NF预处理并作为RO淡化过程的进料，可以减少季节水温变化对过程的影响，产水成本可进一步降低。
4.结语与建议
综上所述，传统的海水淡化预处理方法正在逐渐被淘汰，而采用微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)和纳滤集成技术作为海水淡化预处理，可以大幅度降低进料水的浊度、硬度和TDS的含量，显著减少过程化学品的添加量和膜器本身的清洗次数，使过程环境更好，解决传统海水淡化工程中存在结垢污染等许多问题，从而大幅度提高水回收率，降低成本。
采用将微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)和RO组合起来的集成膜(Integrated Membrane System，IMS)技术是海水淡化预处理发展的趋势，据预测采用UF-NF-RO，NF-SW-RO-MSF集成技术，NF膜对海水中SO42-的截留率可达到98%，大幅度降低了后续RO和MSF的结垢可能性，而且TDS也有一定程度的减少，可提高整个系统的回收率，非常有利于改善蒸馏法和膜法海水淡化。
我国的海水淡化预处理技术研究和应用还处于初始阶段，所以我们要吸收和借鉴国外海水淡化集成系统的先进经验，向开发智能型、处理效率高、能量综合利用、符合技术经济要求的集成性工艺努力。在高起点上加大力度开发海水淡化预处理技术，加快我国海水淡化产业的发展，势在必行。
