濃海水淡化技術(shù)及集成探討

劉少帥 郭家君 王存勇

摘 ?要：海水淡化后必然產(chǎn)生濃海水，但因其對(duì)海洋環(huán)境的危害較大，甚至?xí)?duì)海洋物種造成毀滅性影響，因此不能隨意排入海洋。本文就濃海水淡化集成技術(shù)及集成技術(shù)的優(yōu)化進(jìn)行了深入探討。

關(guān)鍵詞：濃海水;淡化;集成;優(yōu)化

引言：

無論國內(nèi)還是國際，排海都是濃海水處理方式中的一種。而濃海水排海會(huì)造成耐鹽能力弱的海洋生物、深海物種或者海洋幼小生物滅亡，并威脅海洋生物的繁殖與生存、腐蝕海洋產(chǎn)物、威脅海洋生態(tài)環(huán)境。其原因在于濃海水的排入會(huì)升高海洋局部的鹽度、提升局部環(huán)境溫度或使局部出現(xiàn)大量重金屬，海水淡化時(shí)的各種化學(xué)藥劑也會(huì)隨之排入海洋。

一、濃海水淡化技術(shù)

海水淡化是對(duì)海水進(jìn)行脫鹽處理，使其變成淡水。這種工藝共有20多種，按原理可劃分為熱法與膜法。熱法就是蒸餾法，將海水加熱成蒸汽，做冷凝處理，獲得淡水[1]。這種工藝的環(huán)境適應(yīng)性比較強(qiáng)，對(duì)水質(zhì)要求不高，即使海水污染十分嚴(yán)重，水中的生物活性極高，也可以生產(chǎn)出純度較高的淡水。熱法海水淡化工藝主要有多級(jí)閃蒸、多效蒸餾、壓汽蒸餾等。膜法就是反滲透法，“膜”是用特殊材料制成的只有淡水能通過的反滲透膜，若單純地只用反滲透膜隔開海水和淡水，會(huì)發(fā)現(xiàn)淡水漸漸向海水滲透。因此使用膜法進(jìn)行海水淡化，必須對(duì)海水施壓，使海水主動(dòng)向淡水滲透，滲透時(shí)除了淡水外，鹽分等其他成分都會(huì)被滲透膜留住。膜法海水淡化工藝包括反滲透、電滲析等。熱法與膜法工藝之間的集成有膜法與熱法、熱法與熱法、膜法預(yù)處理與海水淡化工藝、膜法與膜法集成四種類型。

二、濃海水淡化技術(shù)集成

任何一種單獨(dú)的技術(shù)，在應(yīng)用時(shí)都會(huì)有局限性存在，因此可通過技術(shù)集成，發(fā)揮各自特長，提高濃海水淡化效果，降低資金投入。

（一）濃海水淡化工藝集成

經(jīng)過電滲析法淡化后產(chǎn)生的濃海水，可作為原料水，利用熱法繼續(xù)提取淡水和多種鹽分結(jié)晶，淡水總回收率接近八成。對(duì)反滲透工藝留下的濃鹽水進(jìn)行電滲析處理，產(chǎn)出品質(zhì)較高的食用鹽，能減輕濃鹽水排放危害，增加經(jīng)濟(jì)收益。對(duì)海水進(jìn)行超濾處理后，利用反滲透技術(shù)進(jìn)行淡化處理，能使膜污染降低，使?jié)夂Ｋ挟a(chǎn)出更多淡水，并獲得多種鹽產(chǎn)品[2]。用石灰將海水軟化，再利用反滲透膜將淡水分離出來，通過電滲析器對(duì)留下來的濃海水進(jìn)行二次濃縮，最后蒸發(fā)結(jié)晶，能實(shí)現(xiàn)海水零排放，這種集成技術(shù)的成熟度較高，在電廠的特殊能源條件下比較適用。在二次濃縮后，對(duì)濃海水提溴，然后再使其中的大部分都結(jié)晶為粗鹽，其余部分進(jìn)入離子膜電解裝置，得到氫氧化鈉和氯氣，再通過納濾膜分離一、二價(jià)離子，利用二價(jià)離子溶液和堿制備氫氧化鎂，并使一價(jià)離子返回反滲透膜，如此形成循環(huán)生產(chǎn)及利用系統(tǒng)。

（二）能源與海水淡化集成技術(shù)

該集成技術(shù)是利用能夠不斷重新生成的能源或工業(yè)余熱，對(duì)淡化設(shè)備進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，有環(huán)保、高效率、高收益的特點(diǎn)。

太陽能可以轉(zhuǎn)化為熱能或者電能。利用由太陽能轉(zhuǎn)化而來的熱能驅(qū)動(dòng)淡化設(shè)備時(shí)，還要通過電磁技術(shù)對(duì)海水做預(yù)處理，不僅能殺滅或者清除水中的細(xì)菌，還有磁化效果。以這種海水為原料水使用反滲透技術(shù)時(shí)，需要的滲透壓要比正常情況下更低。

風(fēng)能和海水淡化集成，有分離式和耦合式兩種，前者的能源是風(fēng)能轉(zhuǎn)化的電能，這種電能可獨(dú)立供電，也可并入電網(wǎng);后者用來驅(qū)動(dòng)設(shè)備的是由風(fēng)能轉(zhuǎn)化而來的機(jī)械能[3]。

將風(fēng)能與太陽能聯(lián)合起來，共同驅(qū)動(dòng)海水淡化設(shè)備，可使風(fēng)能直接轉(zhuǎn)化為熱能，使海水的蒸發(fā)過程更短、速度更快。利用風(fēng)能發(fā)電與反滲透技術(shù)研制出來的系統(tǒng)，可對(duì)發(fā)電量與淡水生產(chǎn)量做智能控制，使海水與風(fēng)能被循環(huán)利用。

此外還有核能。核能是清潔高效的能源，以核能與海水淡化技術(shù)集成可建立專門進(jìn)行海水淡化的工廠，也可建立集發(fā)電、供熱和制淡為一體的核能淡化廠。

其他可應(yīng)用的新能源主要有生物質(zhì)能、氫以及海洋能等。其中生物質(zhì)能和其他能源耦合的難度比較小，技術(shù)也較為成熟，有較好的前景。工業(yè)余熱在濃海水淡化方面的應(yīng)用（如火電廠和熱法淡化技術(shù)集成）有降低成本的作用，并可使能源得到更徹底的應(yīng)用。

（三）發(fā)電-淡化-濃海水開發(fā)集成技術(shù)

將發(fā)電、海水淡化、鹽場(chǎng)及鹽化工廠設(shè)置于上、中、下游，可以形成完備的電能-淡水-鹽產(chǎn)品循環(huán)生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)。將電廠發(fā)電技術(shù)與海水淡化技術(shù)相結(jié)合，利用熱法提出溴素，再將無溴的濃海水排入鹽田晾曬，得到原鹽和精鹽，并利用鹽化工廠，將母液中的無機(jī)鹽提出來，能減輕或避免發(fā)電及海水淡化后濃海水排放等原因?qū)е碌哪茉蠢速M(fèi)或環(huán)境破壞。

三、濃海水淡化集成技術(shù)的全面優(yōu)化

對(duì)濃海水淡化集成技術(shù)進(jìn)行全面優(yōu)化，與投資與操作的成本有很大關(guān)系。投入資金的高低由工廠位置、設(shè)備購買與安置、輸送網(wǎng)絡(luò)及能源供應(yīng)等因素來進(jìn)行決定;操作成本涉及到在能源消耗過程中發(fā)生的費(fèi)用、化學(xué)試劑消耗過程中發(fā)生的費(fèi)用和設(shè)備與系統(tǒng)操作過程中發(fā)生的費(fèi)用及維護(hù)過程中發(fā)生的費(fèi)用等等。

對(duì)該技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，目的是使?jié)夂Ｋ某杀鞠陆担M最大努力減少對(duì)環(huán)境的影響，使綜合效益獲得提高。在進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，要使現(xiàn)有資源獲得最大限度的利用，并不斷對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，鎖定淡化系統(tǒng)的不足之處和約束條件，并充分利用其優(yōu)勢(shì)，與相關(guān)的工藝配合，使資源的利用率獲得提高[4]。

對(duì)濃海水淡化集成技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，應(yīng)該根據(jù)系統(tǒng)的需求，先建立模型，并用遺傳算法、智能算法等思路，通過優(yōu)化軟件進(jìn)行求解，或者用計(jì)算機(jī)語言編程的方式求解，再進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，從中選出最優(yōu)方案。

四、結(jié)束語

濃海水淡化工藝集成能實(shí)現(xiàn)多種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，能源與海水淡化集成技術(shù)則可以減少外來能源的消耗甚至實(shí)現(xiàn)零消耗，還可以避免二次污染。而水電聯(lián)產(chǎn)的方式可以提高能源利用率，降低濃海水淡化成本，電-水-鹽聯(lián)產(chǎn)的方式則有望通過資源集成的方式實(shí)現(xiàn)海水零排放，使所有相關(guān)生產(chǎn)廠獲得最大的收益。

參考文獻(xiàn)

[1] ?仇汝臣，岳坤，王玉爽，曹毅.海水淡化技術(shù)研究進(jìn)展及展望[J].現(xiàn)代化工，2017，37（09）：49-51+53.

[2] ?唐智新，吳禮云，吳剛，梁紅英，孫雪，薛臘梅.低成本海水淡化技術(shù)研究及應(yīng)用[J]. 中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2018（02）：58-60.

[3] ?馮天水.濃海水淡化技術(shù)及集成探討[J].天津化工，2018，32（04）：9-10.

[4] ?劉承芳，李梅，王永強(qiáng)，朱明璇.海水淡化技術(shù)的進(jìn)展及應(yīng)用[J].城鎮(zhèn)供水，2019（02）：54-58+62.