利用可再生能力源的反滲透淡化污染

胡順利

（河鋼承鋼能源事業(yè)部，河北 承德 067102）

地球表面75%的土地被水覆蓋，其中3%的水源能飲用。隨著我國工業(yè)化生產(chǎn)及農(nóng)業(yè)化發(fā)展，預計在2025年全世界發(fā)生缺水情況。海水占據(jù)地球水資源的97%，海水淡化是解決水資源短缺問題的有效方法。海水在淡化過程中，成本控制及環(huán)境污染問題是一種面對的挑戰(zhàn)，經(jīng)過多年的研究，利用可再生能源能夠減少污染。

1 鋼廠的化學污染

鋼廠冶煉時會發(fā)生化學反應產(chǎn)生煤氣流，造成環(huán)境污染，其污染主要集中在造渣工程、除塵工程和冷卻排水工程。常見的污染有原料廠揚塵、燒結(jié)機的煙塵、水渣、沖渣水及煙氣等。鋼廠化學污染主要是PM2.5，所排放的白煙就是PM2.5，污染形式主要包括大氣污染和水污染。

在工業(yè)廢氣的處理上，現(xiàn)階段主要有四種比較有效的方法，一種是微生物分解技術(shù)，一種是活性炭吸附技術(shù)、一種是催化燃燒技術(shù)、一種是光解凈化技術(shù)。以下我們對于四種技術(shù)進行一一說明。

（1）微生物分解技術(shù)。微生物分解技術(shù)顧名思義就是通過微生物來降解鋼廠產(chǎn)生的廢氣，降解的方法是將微生物固定在專門用來降解的介質(zhì)上，廢氣在通過的時候，內(nèi)部的有毒有害的氣體或者是顆粒物會被微生物分解。微生物分解技術(shù)不僅節(jié)能環(huán)保，而且成本較低，操作簡單，但是現(xiàn)階段還處于實驗室進行試驗，不能進行大范圍的工業(yè)應用，在加上這種分解技術(shù)對微生物的各方面要求較高，需要進行進一步的研究和改良。

（2）活性炭吸附法?；钚蕴课椒ú还苁窃诿裼眠€是在工業(yè)用途上，使用的范圍都很廣，它主要是通過活性炭內(nèi)部的空隙對廢氣中的分子進行吸附，一般在鋼廠廢氣處理中是第一道處理工序。但僅依靠活性炭并不能完全地鋼廠排除的廢氣進行處理，因其容易飽和，不能處理所有廢氣，需要不斷進行活性炭更換才能達到所有廢氣處理目的，故運營成本高，加之操作不當容易造成二次污染，故應用要求非常高。

（3）催化燃燒。催化燃燒是現(xiàn)階段工業(yè)廢氣污染治理中最常用的處理方法，它的處理方法主要是通過燃燒的方式將將有害的其他燃燒轉(zhuǎn)化，使氣體轉(zhuǎn)換成無污染的物質(zhì)。催化燃燒的處理方式對設(shè)備的要求很高，因此投入的成本較多。

（4）光解凈化。光解凈化也是現(xiàn)階段鋼廠廢氣處理中有效的手段，但是它的原理也是比較高的，處理的手段主要是通過高分子的改變，使污染物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而使鋼廠排放的廢氣得到改善。但是這項技術(shù)使用周期比較長，在維護和處理上也比較簡單，成本也比較低，在日后鋼廠廢氣發(fā)揮著越來越多的作用。

2 反滲透技術(shù)

（1）反滲透技術(shù)的定義。反滲透技術(shù)的工作原理是，在高于溶液透壓的作用下，通過不能透過半透膜的特點將物質(zhì)和水分離。反滲透膜具備孔徑非常小的特點，在滲透過程中可以有效去除水中溶解的鹽類、膠體、微生物、有機物等。此外，反滲透膜還在脫鹽技術(shù)中得到廣泛應用，對成分復雜的溶液進行大壓力的滲透，從而分離水分。

（2）反滲透技術(shù)的工藝流程。反滲透技術(shù)的工藝流程相對比較復雜，在污水進行處理之前，必須對污水進行相應的預處理，提前除去水中的不溶雜質(zhì)，對于反滲透膜的壓力起到了減小的作用，增加了反滲透膜使用的壽命，反滲透技術(shù)的頂處理裝置通過以下結(jié)構(gòu)組成。

（3）沉降池。在一個存放污水的水池中，添加聚合氯化鋁等化學絮凝劑，針對水質(zhì)的酸堿PH值進行調(diào)整，破壞污水的膠體環(huán)境，在這個化學反應中，一些懸浮雜質(zhì)會自行沉降池底。此時需要應用到以下設(shè)備及系統(tǒng)：①過濾器。污水中的不溶雜質(zhì)可以通過過濾器進行處理，過濾器中裝有活性炭、沙石等具備吸附能力的物質(zhì)。②去COD氧化池。可以氧化污水中的雜質(zhì)，防止反滲透膜被堵塞。③UF微濾系統(tǒng)。UF氯化膜上一種表面布滿微小細孔的滲透膜，與反滲透膜相比，孔徑更小，對于污水中的雜質(zhì)只能攔截一些微小的不溶雜質(zhì)。污水在經(jīng)過預處理之后還需要對阻垢劑和保安過濾裝置進行處理，在此之后才能將高壓泵送入反滲透裝置中進行處理。

3 可再生能源研究現(xiàn)狀

（1）風能。我國陸地風能資源約為2.5億kw，海上可利用風能資源7.5億kw，占據(jù)世界總體的第三位。對2018年風電裝機容量進行探究，新增風機容量已經(jīng)達到2100萬kw，累計裝機容量為8010萬kw，居于世界領(lǐng)先位置。在大力研究陸地風電的過程中，海上風電也取得顯著的進展，我國第一個大型海上風電項目，總裝機量達到10萬kw。目前，我國各省份風電利用小時平均為2810h，風電棄風限電總量在100億kw·h，風電并網(wǎng)運行問題是我國風電穩(wěn)定發(fā)展的制約性因素。

（2）太陽能。我國地域?qū)拸V，太陽能資源較為豐富，相關(guān)統(tǒng)計顯示，我國陸地每年接受太陽能照射的總量為50*1018KJ，我國多數(shù)地區(qū)日照小時數(shù)在2200h以上，每年光伏新增裝機量達到260萬kw，累計裝機量在389kw。

（3）海洋能。我國海岸線長度達到1.8km，具有6500個大小不一的島嶼，海域面積約為470萬km2，海洋能資源較為豐富，海上可利用資源包括潮汐能、潮流能、波浪能、鹽差能等，其中，潮汐能、波浪能、潮流能是具有發(fā)展?jié)摿Φ目稍偕茉础Ｏ嚓P(guān)報道中記載，我國海岸的潮汐能資源可開發(fā)總裝機量約為2200萬kw，潮流能可開發(fā)總裝機容量為1500萬kw。

4 膜法海水反滲透淡化方法

我國海上可再生能源利用率較高，發(fā)展空間大，發(fā)電裝機規(guī)模不斷拓展。但存在風能、太陽能、海洋能不穩(wěn)定的現(xiàn)狀，比如，發(fā)電量與用電負荷不匹配或者不可預見等問題，無法保證電能的持續(xù)供應，使其發(fā)展受到嚴重影響。若將可再生能源與海水淡化反滲透系統(tǒng)結(jié)合，將蓄電轉(zhuǎn)化為蓄水，不只能提升可再生能源發(fā)電設(shè)備的利用時間，還能降我國淡水資源短缺的問題解決，建立可再生能源及海水能源的新型經(jīng)濟循環(huán)模式。

（1）優(yōu)化系統(tǒng)性能。海水資源中的含鹽量為35h/L，膜法海水淡化利用兩級反滲透系統(tǒng)，產(chǎn)水含鹽量能在3mg/L以下，產(chǎn)水一般是工廠后續(xù)處理的系統(tǒng)供水，對水質(zhì)的要求相對較高。以可再生能源為基礎(chǔ)的膜法海水淡化系統(tǒng)針對沿?；蛘吆u居民的日常用水情況為例，水中的含鹽量在500mg/L以下便能滿足日常需求。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，一級海水反滲透系統(tǒng)能實現(xiàn)99%以上的脫鹽率，保證海水的含鹽率在350mg/L以下，一級海水淡化系統(tǒng)出水可為居民日常生活提供幫助，根據(jù)海水硼離子含量結(jié)合高脫硼海水反滲透膜等展開反滲透二級處理，從而保證淡水質(zhì)量，并進一步降低投資費用及能耗，保證海水淡化系統(tǒng)在不穩(wěn)定電源狀態(tài)下的運行。

（2）系統(tǒng)設(shè)備優(yōu)化。常見的海水淡化系統(tǒng)是根據(jù)水源的需求進行工作，在追求經(jīng)濟效益的同時，將單系列設(shè)備出力做到最大，一般情況下，系列設(shè)備出力能達到100m3/h～400m3/h，可設(shè)置2個～4個系列，這種情況下能節(jié)省設(shè)備投資及縮減用地面積，針對可再生能源為電能的海水淡化系統(tǒng)，應當將電能消耗作為基礎(chǔ)，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)備出力情況，提供電量的優(yōu)化設(shè)計方案?？稍偕茉茨芩峁┑碾娏﹄S著風速及光照的外部條件變化，電負荷也在發(fā)生變化，針對海島或孤網(wǎng)運行的地區(qū)，利用海水淡化系統(tǒng)具有不可預見性，若無法保證電力的持續(xù)供應，所使用的設(shè)備應當結(jié)合大小搭配的原則，設(shè)置2～3系列小出力設(shè)備，每系列設(shè)備用電負荷應當占據(jù)整體的十分之一，能滿足低電量狀態(tài)下的穩(wěn)定運行。

（3）蓄電變?yōu)樾钏?。膜法海水淡化系統(tǒng)中具有超濾產(chǎn)水箱及淡水箱，對超濾產(chǎn)水及反滲透產(chǎn)水進行儲存，設(shè)備具有臨時儲存作用，滿足系統(tǒng)的用水需求，容量一般設(shè)置在1h～2h處理水量。在增加水箱容積過程中，需在儲存一段時間后滿足系統(tǒng)負荷生產(chǎn)的淡水量，從而將富余的電量轉(zhuǎn)化為蓄水量，將能源供電量及用電量不穩(wěn)定的問題解決。蓄電變?yōu)樾钏哂休^多的優(yōu)勢，比如，對于復雜的技術(shù)而言，蓄水所投入的設(shè)備只有水箱及水池，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，制作工作成熟，單體設(shè)備容積能達到10000m3以上，設(shè)備投資相對較少。蓄電池轉(zhuǎn)換效率一般是70%～80%，蓄水能直接儲存產(chǎn)品，無需二次轉(zhuǎn)化，提升系統(tǒng)效率[4]。

5 結(jié)語

我國可再生能源較為豐富，發(fā)電裝機規(guī)模也在不斷拓展，但發(fā)電量不夠穩(wěn)定及用電負荷匹配度不足，若將可再生能源與海水淡化系統(tǒng)結(jié)合，能對成熟的膜法海水淡化系統(tǒng)進行優(yōu)化與調(diào)整，實現(xiàn)取長補短，將蓄電轉(zhuǎn)變?yōu)樾钏?，在提升能源利用率的同時，解決我國水資源的短缺的問題，并滿足環(huán)保目標。