苦咸水淡化技術(shù)及其發(fā)展淺探

韓亮亮 王培婷

摘要：簡(jiǎn)單介紹了目前苦咸水淡化的各種技術(shù)，根據(jù)各種淡化技術(shù)的發(fā)展改進(jìn)，比較分析了反滲透（RO）、電滲析（ED）、多級(jí)閃蒸（MSF）、多效蒸餾(MED)等淡化技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，各種技術(shù)的聯(lián)合使用將成為日后苦咸水淡化的主流，存在廣闊的發(fā)展空間。

關(guān)鍵詞：苦咸水；淡化；反滲透；多效蒸餾；電滲析

水在人體中占有很大比重，所以說(shuō)水是生命之源。水是現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的關(guān)鍵，控制著經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈，屬于不可替代的資源。中國(guó)作為一個(gè)人口大國(guó)，同時(shí)處于經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的時(shí)代，水資源需求量極大。但是我國(guó)的淡水資源匱乏，人均水資源占有量約為世界平均水平的30%，而且資源分布不均衡，大部分地區(qū)存在資源型缺水和水質(zhì)型缺水現(xiàn)象。尋求新的水源已成為我國(guó)工作的重點(diǎn)，苦咸水淡化將成為緩解用水緊張的重要途徑。

1苦咸水主要淡化技術(shù)及優(yōu)缺點(diǎn)

苦咸水在我國(guó)分布較廣泛，且飲用人口占不安全人口比例的17%左右！天然水質(zhì)超標(biāo)已成為我國(guó)農(nóng)村飲水安全的瓶頸，而對(duì)這些超標(biāo)水的淡化處理，就成了一種解決飲水安全現(xiàn)狀的有效方法。目前來(lái)說(shuō)，苦咸水淡化技術(shù)主要有反滲透、電滲析、離子交換和蒸餾等方法！

1.1反滲透技術(shù)

反滲透（RO）作為一種膜分離過(guò)程，分離過(guò)程的推動(dòng)力是外界提供的壓力。其工作過(guò)程是在半透膜濃溶液的一側(cè)加上一定的壓力，在高于滲透壓的壓力作用下，咸水中純水的化學(xué)位升高并超過(guò)純水的化學(xué)位，水分子從咸水一側(cè)反向地通過(guò)膜透過(guò)到純水一側(cè)，苦咸水淡化即是基于此原理。目前，用于水淡化除鹽的反滲透膜主要有CA膜和芳香族聚酰胺膜兩種。其中，CA膜具有不對(duì)稱(chēng)性，其表皮層結(jié)構(gòu)致密，起脫鹽的關(guān)鍵作用。世界上最大的反滲透苦咸水淡化廠在美國(guó)Yuma市，生產(chǎn)能力為37×104立方米/日淡水，所用的膜組件是卷式反滲透膜組件。?反滲透法可除去 90%以上的溶解性鹽類(lèi)和 99%以上的膠體微生物及有機(jī)物等與其它水處理方法相比具有無(wú)相態(tài)變化、常溫操作、設(shè)備簡(jiǎn)單、效益高、占地少、操作方便、能量消耗少、適應(yīng)范圍廣、除鹽率高和運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。但是反滲透技術(shù)也有其局限性，反滲透作為一種光譜分離法，所得純水并不是滿(mǎn)足人體所需的優(yōu)質(zhì)飲用水，高壓會(huì)造成較高的運(yùn)行費(fèi)用。而且，預(yù)處理工藝復(fù)雜，其處理后的濃水處理也是一個(gè)難題！不過(guò)在西部沙漠地區(qū)可以將其置于沙坑中暴曬，水分蒸發(fā)后處理剩余固體物。

為了解決反滲透膜的預(yù)處理工藝復(fù)雜的問(wèn)題，目前已使用的膜法預(yù)處理方法有微濾（MF）、超濾（UF）、納濾（NF）。其孔徑依次減小，可透過(guò)微粒直徑也越來(lái)越小，所需操作壓力依次升高。納濾膜孔徑介于反滲透和超濾膜之間，膜表面具有納米微孔結(jié)構(gòu)。反滲透膜對(duì)NaCL的去除率超過(guò)95%，然而納濾膜將NaCL脫除率在90%以下，反滲透膜溶質(zhì)的脫除率無(wú)選擇性，而納濾膜對(duì)溶質(zhì)的脫除率具有選擇性。以納濾代替常規(guī)預(yù)處理工藝，主要去除苦咸水中的多數(shù)的結(jié)垢離子和部分NaCL。反滲透和納濾技術(shù)在苦咸水淡化方面優(yōu)勢(shì)很明顯，未來(lái)有很大的發(fā)展前景。

1.2蒸餾法

在當(dāng)今世界已實(shí)用化的三個(gè)主要淡化方法（蒸餾、反滲透、電滲析）中，蒸餾依然是鹽水淡化的主要方法。蒸餾法是使鹽水受熱汽化，然后使蒸汽冷凝而得到淡水的一種淡化方法，蒸餾法淡化結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，操作比較容易，淡化水水質(zhì)好。蒸餾法又區(qū)分有多效蒸餾（ME）、多級(jí)閃蒸（MSF）、壓汽式蒸餾（VC）以及太陽(yáng)能蒸餾等方法。多效蒸餾依據(jù)多個(gè)串聯(lián)的密閉蒸發(fā)容器內(nèi)壓力等于或低于水溫相應(yīng)的蒸汽壓時(shí)，水沸騰而汽化收集淡水，蒸發(fā)器的后一效的操作壓力低于前一效。多效蒸餾應(yīng)用比較廣泛，主要是因?yàn)椴皇芩暮}量的限制，在有廢熱利用的場(chǎng)所使用方便，但設(shè)備使用費(fèi)用高，防腐要求高，結(jié)垢危害較嚴(yán)重。多級(jí)閃蒸就是針對(duì)多效蒸餾的結(jié)垢問(wèn)題的一種改進(jìn)，預(yù)熱海水經(jīng)加熱后，進(jìn)入閃蒸室，因室內(nèi)壓力相對(duì)較低而急速汽化，汽化蒸汽在冷海水管道外冷凝成為淡水，閃蒸所需熱量由加熱海水本身的溫度降低來(lái)提供。多級(jí)閃蒸主要工藝參數(shù)是造水比r、總級(jí)數(shù)n和鹽水最高溫度t0等，這些參數(shù)對(duì)裝置的實(shí)際運(yùn)行和生產(chǎn)效益有很大影響。多級(jí)閃蒸結(jié)垢危害較輕，適用于大型淡化裝置，但是海水循環(huán)量大，濃縮比較低?？膳c大型電廠聯(lián)建，利用電廠余熱。壓汽蒸餾（VC）是把蒸汽壓縮，將之升壓和升溫10℃左右，作為海水蒸發(fā)的熱源。?壓汽蒸餾不用額外提供加熱蒸汽，熱效較高，耗能較低，結(jié)構(gòu)緊湊。但是，造價(jià)較高，易腐蝕結(jié)垢，難以實(shí)現(xiàn)大型化淡化生產(chǎn)。蒸餾法在處理苦咸水方面的成本比膜法高，但它在淡化高濃度苦咸水方面有較大優(yōu)勢(shì)。

1.3電滲析法

電滲析法是利用具有選擇透過(guò)性的離子交換膜，在外加直流電流的電場(chǎng)作用下，使水中陰陽(yáng)離子作定向移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)將離子從水中分離的一種物理化學(xué)過(guò)程。在電滲析裝置中，離子交換膜是核心部件，分為陽(yáng)膜和陰膜，在陽(yáng)極和陰極之間，將陽(yáng)膜和陰膜交替排列，并用特定的隔板隔開(kāi)。進(jìn)入淡室的含鹽水在電場(chǎng)作用下，陽(yáng)離子透過(guò)陽(yáng)膜想陰極遷移，陰離子透過(guò)陰膜向陽(yáng)極遷移，從而使含鹽水變成淡化水。這樣在電滲析器中便組成了濃水和淡水兩個(gè)系統(tǒng)。與此同時(shí)在電極和溶液的界面上發(fā)生電極反應(yīng)。電滲析過(guò)程中的電能消耗主要用來(lái)克服電流通過(guò)溶液及膜時(shí)受到的阻力和進(jìn)行電極反應(yīng)。淡化水的成本與電解質(zhì)濃度有關(guān)，電解質(zhì)濃度越高，所需電流密度越大，產(chǎn)出一噸水的成本也就越高。一臺(tái)電滲析器的組裝方式多種，一級(jí)一段最為基本，可多臺(tái)并聯(lián)可以增加產(chǎn)水量，也可多臺(tái)串聯(lián)可以提高除鹽率，其儀器安裝方式可采用立式或臥式。?電滲析設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，制水成本低，除鹽率較高，但也有缺點(diǎn)，即水回收率低，而且只能去除帶電荷的離子，不能去除細(xì)菌等不帶電荷的粒子，另外，還需對(duì)原水進(jìn)行預(yù)處理等。電滲析的能耗與含鹽量成正比，所以此技術(shù)一般用于低濃度苦咸水的脫鹽。在河南鞏縣的電廠是目前使用的最大的低濃度苦咸水脫鹽電滲析裝置。

2展望

國(guó)內(nèi)外已經(jīng)通過(guò)反滲透法、蒸餾法和電滲析法實(shí)現(xiàn)了苦咸水中氟、硼、氯、硅等離子的高效去除。以后的研究將更加偏向于提高淡化效率、降低運(yùn)行成本和提高設(shè)備性能方面。但是，目前我國(guó)的部分高性能膜材料還依賴(lài)于進(jìn)口，應(yīng)在高性能膜材料的研究方面加大投入，盡早趕上發(fā)達(dá)國(guó)家水平并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。對(duì)于苦咸水的淡化，各種淡化技術(shù)都有其優(yōu)缺點(diǎn)，地方應(yīng)因地制宜采用相應(yīng)的處理工藝。

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作者簡(jiǎn)介：韓亮亮（1992- ），男，河南商丘人，鄭州大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院給水排水工程專(zhuān)業(yè)2011級(jí)本科生；王培婷（1990- ），女，河南許昌人，鄭州大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院給水排水工程專(zhuān)業(yè)2011級(jí)本科生。