监测海水淡化过程的紫外光谱技术

生产淡水的脱盐过程对许多国家来说是极其重要的。随着加州等地区面临淡水枯竭和干旱等日益严峻的挑战，以及总用水量的不断增加，这种需求将继续增长。¹

一般来说，淡水的定义是少于1000毫克^－1溶解固体总浓度(TDS)。

当这个浓度超过10,000毫克时，水被认为是含盐的^－1大约35000毫克^－1，这种水的浓度甚至比海水的浓度都高，属于卤水。²

反渗透是降低TDS水平的一种典型的海水淡化方法。这是一个部分可渗透膜将淡水与离子和其他不需要的物种分开的地方。

与热加工水相比，反渗透在能量上是有利的。然而，这仍然是一个能源密集型的过程，就所需的膜而言，可能是非常昂贵的。

水经过次氯酸等氯化合物预处理，以保护昂贵的膜免受生物污染，并优化能源效率。^3.

然而，任何无残留的氯离子对膜都是有害的，还原剂如焦亚硫酸钠(Na₂年代₂O₅)被许多大型海水淡化厂用来中和剩余的氯。⁴

通过过量添加还原剂，剩余氯对膜的风险被降至最低。由于氯还原过程和所需还原剂的数量都受工艺参数的影响，因此准确的加药是具有挑战性的。

随着过程监测技术的最新发展，结合化学计量分析和化学计量分析，现在可以实时测定还原剂中的硫酸氢盐和亚硫酸盐浓度紫外可见光谱．⁵

这使得只需添加所需数量的还原剂就可以监控氯还原过程。这样做意味着水的安全不会受到影响，也不会损害脆弱的薄膜，同时减少了需要进一步清理的数量，并节省了不必要的化学废物。

分析过程

废水监测和管理是紫外-可见光谱技术的一个常用应用。它可用于在线分析，是一种无损测量技术。

当与化学计量学等光谱建模相结合时，它可以成为监测甚至复杂反应混合物的强大工具。

要考虑的两种主要硫种是HSO_3.^-所以_3.^2－适用于pH值4.5-10范围内的盐水。紫外可见光谱这是一种监测还原剂浓度的合适技术，因为这两种物质在190-300 nm波长区域都有吸收特征。

附加的溶解离子及其分子间相互作用的存在会影响硫酸盐物种的吸收光谱;它们的存在是分析真实海水样本的挑战。

因此，需要偏最小二乘分析和化学计量学技术对复杂系统进行精确测量。

使用所提出的模型可以测定海水样品的亚硫酸盐浓度，对超纯水的测量也可以达到类似的精度。

该分析方法对亚硫酸氢盐种类的亚硫酸氢盐浓度的测定具有合理的准确性，但较低。

样品前处理，如水软化，可以提高测量的准确性，但总的来说，这是一种低成本、可行的方法来改善海水淡化厂的处理。

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除在线数据分析外，在海水淡化厂使用这种方法还需要在紫外范围内使用高质量的UV- vis光谱仪，以及耐化学兼容的样品探针。

tec5在过程监控UV-Vis系统开发方面建立了专业知识。该公司为不同的光谱技术提供许多产品⁶，包括MultiSpec UV-Vis系统。⁷

该多规格UV-vis可用于波长>190 nm，并提供了一个令人印象深刻的信噪比~20 000。这种能力是理想的跟踪低亚硫酸盐浓度的海水。

MultiSpec系统提供了极好的投资回报，因为添加膜保护添加剂本身是昂贵的。它还通过其易于实施的方法降低了海水淡化过程的操作成本，无论是膜保护和化学品使用减少。

在不存在腐蚀问题的情况下，即使在盐浓度最高的情况下，也可以使用各种耐化学腐蚀的探头。由于系统的采样时间很短，测量可以在几毫秒内完成。

关键是要有在线、快速的测量能力，以监测还原化学和添加剂的混合情况，以确保只使用必要的化学浓度。

可选项包括OPC和Modbus, 4.20 mA或接口作为闭环控制连接到DCS/SCADA系统的一部分，以集成到过程控制系统。

多spec Pro II过程软件包含在tec5紫外-可见光谱仪中，能够进行复杂样品(如海水)分析所需的化学计量学，另外还有一个可编程接口，可根据需要定制。

该公司还可以根据定制系统的要求提供额外的模块。

tec5 UV-Vis解决方案是一种易于使用、坚固和紧凑的方法，用于保护反渗透膜。

参考文献

1. 研究市场网，(2020)全球海水淡化设备市场分析，2020欧洲杯下注官网https://www.businesswire.com/news/home/20200727005345/en/Global-Water-Desalination-2020欧洲杯下注官网Equipment-Market-Analysis-2020-2027---ResearchAndMarkets.com访问19^th2021年4月
2. W. E. Godsey(2020)水力压裂用水，https://www.epa.gov/sites/production/files/documents/02_Godsey_-_Source_Options_508.pdf访问19^th2021年4月
3. 刘秋芳，刘庆芳，金善华(2009)。反渗透海水淡化系统的预处理策略。海水淡化,249(1),308 - 316。https://doi.org/10.1016/j.desal.2008.09.010
4. (2007)。最先进的反渗透脱盐技术。海水淡化,216(1 - 3),1 - 76。https://doi.org/10.1016/j.desal.2006.12.009
5. Birkmann, J.， Pasel, C.， Luckas, M.， & Bathen, D.(2019)。海水中亚硫酸氢盐和亚硫酸盐含量测定方法的建立。Chemie-Ingenieur-Technik, 91(11), 1563 - 1574。https://doi.org/10.1002/cite.201900004
6. tec5。(2021)产品。https://www.tec5.com/en/products,访问10^th2021年3月
7. tec5。(2021) Multi-Spec紫外可见。https://www.tec5usa.com/multispec-system访问18^th2021年4月

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