高含鹽水的脫鹽技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

【資料簡介】

    據(jù)聯(lián)合國提供資料分析，中國水資源總量為28124億m3，居*6位，中國人均水資源量為2340m3，排在109位。到本世紀(jì)中葉，中國人口預(yù)測達(dá)到16億時，人均水資源為1600m3，成為嚴(yán)重缺水的國家。中國每年工業(yè)、生活污水排放量已達(dá)約600億m3，90％的城市水域受到不同程度的污染，尤其南方城市由于采用地表水做水源而地面水又受到不同程度的污染，因此又導(dǎo)致水質(zhì)性缺水。水是我國經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展的戰(zhàn)略性資源。我國政府對水資源的開發(fā)、利用、保護(hù)十分重視。脫鹽技術(shù)在海水淡化、苦咸水脫鹽、廢水回用等方面發(fā)揮著重要作用。

    高含鹽水脫鹽技術(shù)現(xiàn)狀

    1、石灰/石灰-純堿軟化法

    石灰軟化作為應(yīng)用zui廣泛應(yīng)用的單元技術(shù)之一，能有效降低水中結(jié)垢成份與懸浮物濃度，并且可使部分水處理劑經(jīng)軟化工藝后再回流系統(tǒng)中繼續(xù)循環(huán)使用，石灰乳與水中的碳酸鹽硬度成分反應(yīng)，生成難溶的CaCO3或Mg（OH）

    2.后沉

    淀析出。單純的石灰軟化法只能去除碳酸鹽硬度，而石灰-純堿軟化法能有效去除水中結(jié)垢的主要成分如鈣、鎂、磷酸鹽和二氧化硅等，并將水中的懸浮物、腐蝕產(chǎn)物和微生物粘泥等在沉淀和過濾過程中去除，且產(chǎn)生泥渣易脫水，可作為非毒性廢棄物掩埋處置。另外，石灰價格低廉、來源廣泛，運(yùn)行成本低，可與絮凝過程同時進(jìn)行，即可降低水的硬度，又可除濁。因此，石灰－純堿軟化法已廣泛用于工業(yè)純水系統(tǒng)補(bǔ)充水的預(yù)處理。

    2、膜分離

    近40年來，膜分離技術(shù)已迅速發(fā)展成為工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中旁流處理中zui重要、zui廣泛采用的新型節(jié)能分離單元技術(shù)，電滲析（ED）、反滲透（RO）、微濾（MF）、超濾（UF）、納濾（NF）和滲透汽化（PV）等膜技術(shù)相繼發(fā)展，并成為集成處理技術(shù)系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)。主要膜分離技術(shù)簡述如下：

    （1）反滲透膜技術(shù)

    反滲透膜技術(shù)是以滲透壓差作為推動力的一類膜分離過程。依據(jù)各種物料的不同滲透壓，通過RO膜技術(shù)達(dá)到分離提取、純化與濃縮的目的。RO技術(shù)的zui大優(yōu)點(diǎn)是節(jié)能，其能耗僅為電滲析的1/2，蒸餾技術(shù)的1/40，而且能夠達(dá)到深度除鹽目的。近年來，隨著膜分離技術(shù)的快速發(fā)展，工程造價和運(yùn)行成本持續(xù)降低，RO膜技術(shù)已逐漸取代傳統(tǒng)的離子交換、電滲析除鹽技術(shù)，成為工業(yè)水系統(tǒng)中除鹽技術(shù)。

    RO膜技術(shù)今后主要發(fā)展趨勢是降低RO膜的操作壓力，提高RO系統(tǒng)純水產(chǎn)率和濃縮回收率，以及廉價預(yù)處理技術(shù)，增強(qiáng)膜組件抗污能力等。尤其近年來，在電廠循環(huán)冷卻水脫鹽回用領(lǐng)域，集成膜工藝已成為主要發(fā)展方向，其中“UF+RO”雙膜工藝已成為電廠深度除鹽的主導(dǎo)技術(shù)。

    （2）電滲析技術(shù)

    電滲析技術(shù)是以電位差作為推動力的一類膜分離過程。在外加直流電場作用下，利用荷電離子膜的反離子遷移原理使水中陰陽離子做定向遷移，從水溶液及其它不帶電組份中分離帶電離子組份。

    ED技術(shù)作為脫鹽，在20世紀(jì)70～90年代得到廣泛應(yīng)用，但由于ED只能部分除鹽，不能滿足許多工業(yè)領(lǐng)域深度除鹽的技術(shù)需求且電耗高。因此，近年來已逐漸被反滲透膜技術(shù)所替代。

    （3）納濾膜技術(shù)

    與RO相比，NF技術(shù)的操作壓力較低（0.5-1.0MPa），節(jié)能*。因此NF技術(shù)又稱低壓RO技術(shù)，是介于RO和UF之間的一種親水性膜分離過程，適宜分離分子量在200-1000Daltons（1Daltons=1.65×10-24g），分子大小約為1nm溶解組份的膜工藝。由于NF膜具有松散的表面層結(jié)構(gòu)，存在氨基和羧基兩種正負(fù)基團(tuán)，具有離子選擇性，一價離子可基本*透過，對二價和高價離子具有較高截留率，可去除約80%的總硬度、90%的色度和幾乎全部濁度及微生物，因此，NF的軟化功能近年引起重視，在工業(yè)循環(huán)冷卻水的排污水回用處理中具有良好的應(yīng)用前景。

    3、蒸餾脫鹽

    蒸餾法是一種zui古老、zui常用的脫鹽方法。目前工業(yè)廢水的蒸餾法脫鹽技術(shù)基本上均是從海水脫鹽淡化技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展而成。蒸餾法就是把含鹽水加熱使之沸騰蒸發(fā),再把蒸汽冷凝成淡水的過程。蒸餾法是zui早采用的淡化法，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、操作容易、所得淡水水質(zhì)好等。蒸餾法有很多種，如多效蒸發(fā)、多級閃蒸、壓氣蒸餾、膜蒸餾等。

    （1）多效蒸發(fā)（MED）

    多效蒸發(fā)是讓加熱后的鹽水在多個串聯(lián)的蒸發(fā)器中蒸發(fā)，前一個蒸發(fā)器蒸發(fā)出來的蒸汽作為下一蒸發(fā)器的熱源，并冷凝成為淡水。其中低溫多效蒸餾是蒸餾法中zui節(jié)能的方法之一。低溫多效蒸餾技術(shù)由于節(jié)能的因素，近年發(fā)展迅速，裝置的規(guī)模日益擴(kuò)大，成本日益降低，主要發(fā)展趨勢為提高裝置單機(jī)造水能力，采用廉價材料降低工程造價，提高操作溫度，提高傳熱效率等。

    （2）多級閃蒸（MSF）

    以海水淡化為例，將原料海水加熱到一定溫度后引入閃蒸室，由于該閃蒸室中的壓力控制在低于熱鹽水溫度所對應(yīng)的飽和蒸汽壓的條件下，故熱鹽水進(jìn)入閃蒸室后即成為過熱水而急速地部分氣化，從而使熱鹽水自身的溫度降低，所產(chǎn)生的蒸汽冷凝后即為所需的淡水。多級閃蒸就是以此原理為基礎(chǔ)，使熱鹽水依次流經(jīng)若干個壓力逐漸降低的閃蒸室，逐級蒸發(fā)降溫，同時鹽水也逐級增濃，直到其溫度接近（但高于）天然海水溫度。

    多級閃蒸是海水淡化工業(yè)中較成熟的技術(shù)之一，是針對多效蒸發(fā)結(jié)垢較嚴(yán)重的缺點(diǎn)而發(fā)展起來的。MSF一經(jīng)問世就得到應(yīng)用和發(fā)展，具有設(shè)備簡單可靠、運(yùn)行安全性高、防垢性能好、操作彈性大以及可利用低位熱能和廢熱等優(yōu)點(diǎn)，適合于大型和超大型淡化裝置，并主要在海灣國家使用。

    （3）蒸汽壓縮冷凝（VC）

    蒸汽壓縮冷凝脫鹽技術(shù)是將鹽水預(yù)熱后，進(jìn)入蒸發(fā)器并在蒸發(fā)器內(nèi)部分蒸發(fā)。所產(chǎn)生的二次蒸汽經(jīng)壓縮機(jī)壓縮提高壓力后引入到蒸發(fā)器的加熱側(cè)。蒸汽冷凝后作為產(chǎn)品水引出，如此實(shí)現(xiàn)熱能的循環(huán)利用。當(dāng)其作為循環(huán)冷卻水脫鹽回收工藝時，可使冷卻水中的有害成份得到濃縮排放，并使95%以上的排污水以冷凝液的形式得到回收，作為循環(huán)水和鍋爐補(bǔ)充水返回系統(tǒng)。這種工藝對設(shè)備材質(zhì)的要求*，運(yùn)行中需消耗大量的熱量，存在一次性投入和運(yùn)行費(fèi)用*的缺點(diǎn)，只可能在特別缺水的地區(qū)發(fā)電廠中采用。

    脫鹽技術(shù)發(fā)展趨勢

    脫鹽技術(shù)已經(jīng)得到充分的發(fā)展與研究，日趨成熟。在實(shí)際選用中，究竟哪種方法，何種脫鹽技術(shù)處理成本zui低，均不是的，要根據(jù)脫鹽規(guī)模大小、選材、當(dāng)?shù)啬茉磧r格、水質(zhì)要求、地理氣候條件、技術(shù)與安全性、投資來源與管理體制等實(shí)際條件而定。而且脫鹽技術(shù)的選擇也不是僅僅局限于單個脫鹽技術(shù)，而是建立在多種脫鹽技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)的集成之上。

    現(xiàn)階段多級閃蒸（MSF）、低溫多效（MED）和反滲透（RO）是當(dāng)今脫鹽三大主流技術(shù)，多種膜技術(shù)的集成是解決高含鹽水脫鹽難題的有效而經(jīng)濟(jì)的方法。目前主要采用的熱法和膜法海水淡化相聯(lián)合的方式（如NF-RO,RO-MD，MED-RO或MSF-RO方式）就是一個很好的示范。綠色能源（風(fēng)能、太陽能及太陽能光伏發(fā)電）的利用也是今后研究發(fā)展的主要趨勢。