海水与苦咸水资源利用的技术方向

Posted 2023-01-15 脱盐

篇首语：山高有攀头，路远有奔头。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了海水与苦咸水资源利用的技术方向相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

海水淡化是指将3500mg/L的海水淡化至500mg/L以下的饮用水。目前，世界上装机应用的海水淡化方法主要有反渗透法(RO)和多级闪蒸(MSF)、多效蒸发(MED)。苦咸水脱盐是将高含盐量的地表、地下苦咸水脱盐至生活用水或工业用初级纯水，主要采用反渗透法(RO)、纳滤法(NF)和电渗析法(ED)。

据国际脱盐协会统计，截至1995年底，全球日产水量在100m3以上的装置有11066台，每天生产淡水2030万m3。截至1997年底，装置总数12451台，日产水2273万m3，其中海水淡化为日产1337万m3，苦咸水淡化为日产5840万m3，且以年10～30%的速度增长。就海水淡化而言，装机容量以MSF为主，但近年来RO发展很快。MSF除极大型装置外，1995年以来合同额极少。MSF从1989年的84.4%降为1997年的76.04%。而RO从1989年的5.6%上升为1997年的14%。MED1989年占6.7%，至1997年仅占5.47%。

对苦咸水脱盐RO占绝对优势，占76.23%，投资和造水成本更低。对废水和水净化RO也分别占到约65%和94%。1995年后，新增海水淡化和苦咸水淡化容量RO为90%。最大RO海水淡化厂建在沙特阿拉伯，日产淡水12.8万m3。最大地表水RO苦咸水淡化装置建在美国，日产水38万m3。

目前海水淡化装置的年销售额达到100亿美元，且以20%左右的年增长速度持续发展，供应商主要是美国和日本，应用地区主要是中东地区、地中海地区和加勒比海地区，其次是东南亚和北非地区。

我国海水淡化技术应用从上世纪七十年代初推广用水型ED海水淡化器开始，“九五”期间相继建成了RO淡化装置，多为小型或示范工程。

电渗析是我国开发研究最早的膜技术，起始于1958年。十多年来，离子交换膜的年产量在40万m2以上，占世界水脱盐用膜的30%。我国是世界上使用电渗析装置进行苦咸水脱最多的国家。工艺技术精湛、装置价格低廉，外商无法与我国竞争。目前有140余套日产量在1000～5000m3的苦咸水ED脱盐装置在运转，多将含量在1500～3000mg/L的苦咸水脱盐至生活用水。低浓度苦咸水脱盐的最大装置建于河南巩县电厂，日产水量7200m3。工艺用水的最大ED装置建于金山石化公司，日产水6600m3。

中、小型苦咸水脱盐装置分布在华北、东化、西北各地，约3000余套。

膜技术为脱盐、净化的主流技术RO、NF、ED等具脱盐功能的膜技术将成为新世纪海水淡化、苦咸水脱盐的主流技术，工程稳定可靠与造水成本低廉是吸引用户的主要原因。

脱盐膜组件已十分成熟，世界各生产膜组件的公司仍十分重视RO膜与组件的技术创新，目的在于开发抗氧化、耐细菌侵蚀的新膜，提高膜与组件的产水量、脱盐率等。如美国DOW公司推出FILMTECBW30—440膜元件，在约1.05MPa压力下，产水量43.5m3/d，脱盐率大于99%。FluidSystems公司推出PremiumTFC新元件，其苦咸水和海水膜元件的脱盐率分别高达99.7%和99.8%。日本的东丽公司和日东电工公司已开发出可耐的9.0Mpa的海水淡化膜，已在西班牙建造了水回收率高达60%的两段RO海水淡化装置。

1990年反渗透膜组件价格，按消费价格指数折算仅为1973年的40%。

1990年之后又有明显的下降。按从标准海水生产淡水计，目前工程投资为MSF在1800～2000＄/m3.d，低温MED在1100～1600＄/m3.d，RO在700～900＄/m3.d。

采用功能交换器(WorkExchangeEnergyRecovtry)，将从RO组件排出的高压浓水的压力回收并传递给组件进水，其转换效率可高达89%～96%。ScottAShumway报导，一种新型的能量回收装置已成功应用到13600m3/d和5000m3/d的反渗透海水淡化装置上，过程能耗为2.6kwh/m3，GoodF.Leitner指出加上预处理能耗，总能耗为2.83kwh/m3。这是近几年在工艺方面的突出进展。

StevenJ.Duranceau等报道，1996年佛里达水服务公司在Marco岛对现有15000m3/d苦咸水淡化进行改造，通过使用段之间的能量回收透平，使系统的产水量增加3780m3/d，增幅达25%。段之间能量回收透平适用于苦咸水反渗透淡化，含盐量7500～10500mg/L，淡化能耗降到0.82kwh/m3。

在反渗透海水淡化流程中，采用纳滤(NF)作为预处理，即MF—RO系统，NF脱除部分硬度和TDS，从而提高RO的水回收率，可进一步降低能耗在25%，造水成本可降低30%。

目前各种淡化方法在能耗方面都无法与RO竞争。RO为4～5kwh/m3、ED为14～16kwh/m3、MED为9～10kwh/m3、MFS为12～14kwh/m3。

我国已建成的RO脱盐装置经济技术指标达到国际先进水平。山东长岛日产1000m3RO海水淡化装置，耗电为4.5kwh/m3。沧州集团日产18000m3RO装置，地下水含盐量约13000mg/L，淡水低于500mg/L，耗电为3.1kwh/m3。国家计委“十一”甘肃定西10000m3苦咸水脱盐RO示范项目，原水3500mg/L，淡水150mg/L，水回收率大于70%，估算成本为0.77元/m3。

纳滤技术的开发与应用比反渗透膜大约晚二十年。目前，国内外都很活跃。纳滤膜介于反渗透和超滤膜之间，其膜表面分离皮层具有纳米纳微孔结构。相对于反渗透膜对NaCL的脱除率均在95%以上，一般将NaCL脱除率在90%以下的膜称之为纳滤膜。反渗透膜几乎对所在溶质都有很高的脱除率，而纳滤膜只对特定的溶质具有脱除率。纳滤膜主要去除一个纳米左右的溶质粒子，截留分子量一般为100～2000。纳滤膜主要用于脱除三卤甲烷中间体(THM)，异味、色度、农药、合成洗涤剂、可溶有机物等致病因子，以及苦咸水脱除Ca、Mg等硬度成分。目前国外城市饮用水已有日产水5万m3级的大型装置。纳滤将是新世纪饮水市场的优选技术。
脱盐、浓缩在废水资源化中的应用

海水淡化为高含盐水的脱盐技术，以淡水为成品水则为脱盐，以浓水为成品水则为浓缩。海水淡化与高浓度废水处理，特别是无机系废水处理具有同类装置与较多共性工艺技术。

反渗透处理电镀废水、放射性废水已很成熟，上世纪七十年代开始用于镀镍漂洗废水处理，尔后又用于镀铬、镀铜、镀锌、镀镉等废水处理。美国芝加哥API工艺公司采用B—9芳香族聚酰胺中空纤维膜组件处理WattNi漂洗水，废水含Ni2-650mg/L，经RO浓缩20倍达到13000mg/L、Ni2-的分离率为92%。北京广播器材厂用醋酸纤维素膜处理亮镍和暗镍的漂洗废水，废水中Ni2-为1510～2400mg/L，系统Ni2-的回收率＞99%。

由于ED海水淡化的耗电为RO的3倍。在海水淡化中的应用愈来愈少，其在苦咸水脱盐中仍有较大竞争优势。日本全部应用ED浓缩海水制盐。

离子交换膜具有很强的耐酸、碱性，耐氧化性，在含酸、碱、盐高的废水处理中应用十分广泛。如Al2O3生产零排放工程。将Al2O3生产废渣赤泥上的结合碱和附液碱，通过加石灰乳和通入蒸气，从固相转移到液相，形成约含8g/LNaOH的复杂溶液，微孔过滤后进入电渗析，制取含碱＜500mg/L的生产用水和工艺用2NNaOH。

我国ED、RO用于废水处理，以膜集成技术发展零排放工程为开发方向，不仅回收有效成分，其回收的淡水可做工艺或生活用水。

我国西部石油天然气开支中，从深井涌出的含盐量在10000～30000mg/L的卤水，用ED—蒸发法制盐工艺已经开发，电渗析将卤水脱盐至2000mg/L以下，供灌溉，浓缩至140g/L，提取Br、I后，浓缩制盐。另外，用RO—ED—三效蒸发(浸没燃烧)的工艺正计划开发。RO将卤水脱盐后400mg/L以下，成为优质饮用水，浓缩到50～60g/L，可回灌井中，或再用ED浓缩到120g/L，蒸发—喷雾干燥，制成固体盐。

大力发展膜水处理技术产业

就水处理行业来说，至上世纪末，国产和进口膜产品及膜法水处理工程年销售额达20亿人民币。预计20065年，可达到40亿人民币左右。据统计，进口膜元件和装置约5.5亿人民币、成套进口装置承担工程约5亿人民币，外商占中国膜技术市场的50%。中国大小近200个企业，产值约11亿人民币。中国膜技术市场多年来一直呈现为国际竞争市场。国内企业比较小，市场竞争能力较差。

我国膜技术与世界先进国家相比差距约10年左右，主要是膜的品种少、性能差。我国膜法水处理工程技术接近世界先进水平，因市场急需，招致大量膜元件进口。增加投入，引进国外先进技术、设备、人才，高起点的发展膜产品制造业，生产具有自主知识产权的高性能膜组器是提高市场竞争能力的关键。这需要膜技术产业进行资源整合，形成资金、技术、人才优势，组建现代企业，使具有强有力的市场开拓能力和持续创新能力。海水淡化工程的配套设置如耐腐蚀高压泵、能量回收装置等也靠进口，还需要发展配套产业。

海水、苦咸水资源的开发利用需要国家政策支持。国家、省、市都应引导海水、苦咸水的开发利用，对多种开发淡水资源方案进行科验论证。美国海水淡化专家Gordon指出，从250公里调用可饮用水，其能耗与海水淡化相当。我国沿海工业发达城市可供鉴国外经验发展海水淡化。

世界干旱地区地下水利用率一般达60～70%。我国西北地区地下水开发利用程度低。目前地下水开采仅104亿m3，为地下水可开采量370亿m3的28%。西北仅局部地区和城市地下水超采，可利用该地区的苦咸水为经济和社会发展提供一定的水源保证。

为促进膜技术产业发展，可在沿海或内陆地区建立海水、苦咸水资源开发示范工程，使工程规模和经济技术都达到国际水平。可建立不同技术发展模式的示范工程，如RO、NF、ED等，也可建立不同管理和运营模式的示范工程，在广大牧区和海岛可建立小型太阳能、风能海水或苦咸水脱盐装置。积极开展技术培训和技术交流活动。作者: 张维润