浓海水淡化技术及集成探讨

刘少帅 郭家君 王存勇

摘  要：海水淡化后必然产生浓海水，但因其对海洋环境的危害较大，甚至会对海洋物种造成毁灭性影响，因此不能随意排入海洋。本文就浓海水淡化集成技术及集成技术的优化进行了深入探讨。

关键词：浓海水;淡化;集成;优化

引言：

无论国内还是国际，排海都是浓海水处理方式中的一种。而浓海水排海会造成耐盐能力弱的海洋生物、深海物种或者海洋幼小生物灭亡，并威胁海洋生物的繁殖与生存、腐蚀海洋产物、威胁海洋生态环境。其原因在于浓海水的排入会升高海洋局部的盐度、提升局部环境温度或使局部出现大量重金属，海水淡化时的各种化学药剂也会随之排入海洋。

一、浓海水淡化技术

海水淡化是对海水进行脱盐处理，使其变成淡水。这种工艺共有20多种，按原理可划分为热法与膜法。热法就是蒸馏法，将海水加热成蒸汽，做冷凝处理，获得淡水[1]。这种工艺的环境适应性比较强，对水质要求不高，即使海水污染十分严重，水中的生物活性极高，也可以生产出纯度较高的淡水。热法海水淡化工艺主要有多级闪蒸、多效蒸馏、压汽蒸馏等。膜法就是反渗透法，“膜”是用特殊材料制成的只有淡水能通过的反渗透膜，若单纯地只用反渗透膜隔开海水和淡水，会发现淡水渐渐向海水渗透。因此使用膜法进行海水淡化，必须对海水施压，使海水主动向淡水渗透，渗透时除了淡水外，盐分等其他成分都会被渗透膜留住。膜法海水淡化工艺包括反渗透、电渗析等。热法与膜法工艺之间的集成有膜法与热法、热法与热法、膜法预处理与海水淡化工艺、膜法与膜法集成四种类型。

二、浓海水淡化技术集成

任何一种单独的技术，在應用时都会有局限性存在，因此可通过技术集成，发挥各自特长，提高浓海水淡化效果，降低资金投入。

（一）浓海水淡化工艺集成

经过电渗析法淡化后产生的浓海水，可作为原料水，利用热法继续提取淡水和多种盐分结晶，淡水总回收率接近八成。对反渗透工艺留下的浓盐水进行电渗析处理，产出品质较高的食用盐，能减轻浓盐水排放危害，增加经济收益。对海水进行超滤处理后，利用反渗透技术进行淡化处理，能使膜污染降低，使浓海水中产出更多淡水，并获得多种盐产品[2]。用石灰将海水软化，再利用反渗透膜将淡水分离出来，通过电渗析器对留下来的浓海水进行二次浓缩，最后蒸发结晶，能实现海水零排放，这种集成技术的成熟度较高，在电厂的特殊能源条件下比较适用。在二次浓缩后，对浓海水提溴，然后再使其中的大部分都结晶为粗盐，其余部分进入离子膜电解装置，得到氢氧化钠和氯气，再通过纳滤膜分离一、二价离子，利用二价离子溶液和碱制备氢氧化镁，并使一价离子返回反渗透膜，如此形成循环生产及利用系统。

（二）能源与海水淡化集成技术

该集成技术是利用能够不断重新生成的能源或工业余热，对淡化设备进行驱动，有环保、高效率、高收益的特点。

太阳能可以转化为热能或者电能。利用由太阳能转化而来的热能驱动淡化设备时，还要通过电磁技术对海水做预处理，不仅能杀灭或者清除水中的细菌，还有磁化效果。以这种海水为原料水使用反渗透技术时，需要的渗透压要比正常情况下更低。

风能和海水淡化集成，有分离式和耦合式两种，前者的能源是风能转化的电能，这种电能可独立供电，也可并入电网;后者用来驱动设备的是由风能转化而来的机械能[3]。

将风能与太阳能联合起来，共同驱动海水淡化设备，可使风能直接转化为热能，使海水的蒸发过程更短、速度更快。利用风能发电与反渗透技术研制出来的系统，可对发电量与淡水生产量做智能控制，使海水与风能被循环利用。

此外还有核能。核能是清洁高效的能源，以核能与海水淡化技术集成可建立专门进行海水淡化的工厂，也可建立集发电、供热和制淡为一体的核能淡化厂。

其他可应用的新能源主要有生物质能、氢以及海洋能等。其中生物质能和其他能源耦合的难度比较小，技术也较为成熟，有较好的前景。工业余热在浓海水淡化方面的应用（如火电厂和热法淡化技术集成）有降低成本的作用，并可使能源得到更彻底的应用。

（三）发电-淡化-浓海水开发集成技术

将发电、海水淡化、盐场及盐化工厂设置于上、中、下游，可以形成完备的电能-淡水-盐产品循环生产网络。将电厂发电技术与海水淡化技术相结合，利用热法提出溴素，再将无溴的浓海水排入盐田晾晒，得到原盐和精盐，并利用盐化工厂，将母液中的无机盐提出来，能减轻或避免发电及海水淡化后浓海水排放等原因导致的能源浪费或环境破坏。

三、浓海水淡化集成技术的全面优化

对浓海水淡化集成技术进行全面优化，与投资与操作的成本有很大关系。投入资金的高低由工厂位置、设备购买与安置、输送网络及能源供应等因素来进行决定;操作成本涉及到在能源消耗过程中发生的费用、化学试剂消耗过程中发生的费用和设备与系统操作过程中发生的费用及维护过程中发生的费用等等。

对该技术进行优化，目的是使浓海水淡化的成本下降，尽最大努力减少对环境的影响，使综合效益获得提高。在进行优化时，要使现有资源获得最大限度的利用，并不断对生产现状进行分析，锁定淡化系统的不足之处和约束条件，并充分利用其优势，与相关的工艺配合，使资源的利用率获得提高[4]。

对浓海水淡化集成技术进行优化，应该根据系统的需求，先建立模型，并用遗传算法、智能算法等思路，通过优化软件进行求解，或者用计算机语言编程的方式求解，再进行经济评价，从中选出最优方案。

四、结束语

浓海水淡化工艺集成能实现多种技术的优势互补，能源与海水淡化集成技术则可以减少外来能源的消耗甚至实现零消耗，还可以避免二次污染。而水电联产的方式可以提高能源利用率，降低浓海水淡化成本，电-水-盐联产的方式则有望通过资源集成的方式实现海水零排放，使所有相关生产厂获得最大的收益。

参考文献

[1]  仇汝臣，岳坤，王玉爽，曹毅.海水淡化技术研究进展及展望[J].现代化工，2017，37（09）：49-51+53.

[2]  唐智新，吴礼云，吴刚，梁红英，孙雪，薛腊梅.低成本海水淡化技术研究及应用[J]. 中国环保产业，2018（02）：58-60.

[3]  冯天水.浓海水淡化技术及集成探讨[J].天津化工，2018，32（04）：9-10.

[4]  刘承芳，李梅，王永强，朱明璇.海水淡化技术的进展及应用[J].城镇供水，2019（02）：54-58+62.