濃海水淡化技術及集成探討

劉少帥 郭家君 王存勇

摘 ?要：海水淡化后必然產生濃海水，但因其對海洋環境的危害較大，甚至會對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及集成技術的優化進行了深入探討。

關鍵詞：濃海水;淡化;集成;優化

引言：

無論國內還是國際，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、腐蝕海洋產物、威脅海洋生態環境。其原因在于濃海水的排入會升高海洋局部的鹽度、提升局部環境溫度或使局部出現大量重金屬，海水淡化時的各種化學藥劑也會隨之排入海洋。

一、濃海水淡化技術

海水淡化是對海水進行脫鹽處理，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]。這種工藝的環境適應性比較強，對水質要求不高，即使海水污染十分嚴重，水中的生物活性極高，也可以生產出純度較高的淡水。熱法海水淡化工藝主要有多級閃蒸、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，會發現淡水漸漸向海水滲透。因此使用膜法進行海水淡化，必須對海水施壓，使海水主動向淡水滲透，滲透時除了淡水外，鹽分等其他成分都會被滲透膜留住。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、濃海水淡化技術集成

任何一種單獨的技術，在應用時都會有局限性存在，因此可通過技術集成，發揮各自特長，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

經過電滲析法淡化后產生的濃海水，可作為原料水，利用熱法繼續提取淡水和多種鹽分結晶，淡水總回收率接近八成。對反滲透工藝留下的濃鹽水進行電滲析處理，產出品質較高的食用鹽，能減輕濃鹽水排放危害，增加經濟收益。對海水進行超濾處理后，利用反滲透技術進行淡化處理，能使膜污染降低，使濃海水中產出更多淡水，并獲得多種鹽產品[2]。用石灰將海水軟化，再利用反滲透膜將淡水分離出來，通過電滲析器對留下來的濃海水進行二次濃縮，最后蒸發結晶，能實現海水零排放，這種集成技術的成熟度較高，在電廠的特殊能源條件下比較適用。在二次濃縮后，對濃海水提溴，然后再使其中的大部分都結晶為粗鹽，其余部分進入離子膜電解裝置，得到氫氧化鈉和氯氣，再通過納濾膜分離一、二價離子，利用二價離子溶液和堿制備氫氧化鎂，并使一價離子返回反滲透膜，如此形成循環生產及利用系統。

（二）能源與海水淡化集成技術

該集成技術是利用能夠不斷重新生成的能源或工業余熱，對淡化設備進行驅動，有環保、高效率、高收益的特點。

太陽能可以轉化為熱能或者電能。利用由太陽能轉化而來的熱能驅動淡化設備時，還要通過電磁技術對海水做預處理，不僅能殺滅或者清除水中的細菌，還有磁化效果。以這種海水為原料水使用反滲透技術時，需要的滲透壓要比正常情況下更低。

風能和海水淡化集成，有分離式和耦合式兩種，前者的能源是風能轉化的電能，這種電能可獨立供電，也可并入電網;后者用來驅動設備的是由風能轉化而來的機械能[3]。

將風能與太陽能聯合起來，共同驅動海水淡化設備，可使風能直接轉化為熱能，使海水的蒸發過程更短、速度更快。利用風能發電與反滲透技術研制出來的系統，可對發電量與淡水生產量做智能控制，使海水與風能被循環利用。

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集成可建立專門進行海水淡化的工廠，也可建立集發電、供熱和制淡為一體的核能淡化廠。

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

（三）發電-淡化-濃海水開發集成技術

將發電、海水淡化、鹽場及鹽化工廠設置于上、中、下游，可以形成完備的電能-淡水-鹽產品循環生產網絡。將電廠發電技術與海水淡化技術相結合，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，將母液中的無機鹽提出來，能減輕或避免發電及海水淡化后濃海水排放等原因導致的能源浪費或環境破壞。

三、濃海水淡化集成技術的全面優化

對濃海水淡化集成技術進行全面優化，與投資與操作的成本有很大關系。投入資金的高低由工廠位置、設備購買與安置、輸送網絡及能源供應等因素來進行決定;操作成本涉及到在能源消耗過程中發生的費用、化學試劑消耗過程中發生的費用和設備與系統操作過程中發生的費用及維護過程中發生的費用等等。

對該技術進行優化，目的是使濃海水淡化的成本下降，盡最大努力減少對環境的影響，使綜合效益獲得提高。在進行優化時，要使現有資源獲得最大限度的利用，并不斷對生產現狀進行分析，鎖定淡化系統的不足之處和約束條件，并充分利用其優勢，與相關的工藝配合，使資源的利用率獲得提高[4]。

對濃海水淡化集成技術進行優化，應該根據系統的需求，先建立模型，并用遺傳算法、智能算法等思路，通過優化軟件進行求解，或者用計算機語言編程的方式求解，再進行經濟評價，從中選出最優方案。

四、結束語

濃海水淡化工藝集成能實現多種技術的優勢互補，能源與海水淡化集成技術則可以減少外來能源的消耗甚至實現零消耗，還可以避免二次污染。而水電聯產的方式可以提高能源利用率，降低濃海水淡化成本，電-水-鹽聯產的方式則有望通過資源集成的方式實現海水零排放，使所有相關生產廠獲得最大的收益。

參考文獻

[1] ?仇汝臣，岳坤，王玉爽，曹毅.海水淡化技術研究進展及展望[J].現代化工，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研究及應用[J]. 中國環保產業，2018（02）：58-60.

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

[4] ?劉承芳，李梅，王永強，朱明璇.海水淡化技術的進展及應用[J].城鎮供水，2019（02）：54-58+62.