海水淡化副产物浓盐水处理技术研究进展

海水淡化副产物浓盐水处理技术研究进

展

摘要：海水淡化作为利用海水脱盐生产淡水的技术，以其不受时空气候影响、水质好和供水稳定的特点，在近年来被大力推广，是解决水资源短缺这一全球问题的可行性方案。在海水淡化流程中，脱盐工艺是将水分为产物流（淡水）和副产物流（浓盐水）。尽管海水淡化可以产生淡水来满足沿海地区居民的日常生活所需，但随之产生的浓盐水成为新的亟待解决的环境问题。

关键词：海水淡化；副产物；浓盐处理

1 排放

排放分为地表水排放和地下水排放。

地表水排放是指将盐水通过排水管道直接排放到海洋、河流、湖泊等天然水体中，曾经全球大多数的海水淡化厂都采用这一方式。据研究表明，只有当盐水组分与接受水体协调时才能直接进行地表水排放，所以内地的海水淡化厂在直接排放上受到限制。现行的处理技术通常是将浓盐水与海水或城市污水混合稀释以降低盐含量，达到排放标准后通过合理规划的管道进行排放。但海水淡化浓盐水比海水盐度高，且含有污染物，不同的污染物在不同盐度的接受水体中有不同存在形式，可能对海洋环境造成危害。

2 深井注射

深井注射是指将海水淡化浓盐水注入深层地下水，并与上方被视作饮用水水源的浅层地下水充分隔离。盐水输送管道通常由多层套管和灌浆组成，然后利用黏土和岩石阻隔，防止其污染浅层地下水。井深通常在500～1 500 m，具体需要通过当地地质条件和浅层地下水深度确定。

深井注射存在很大的潜在环境危害，若隔离层自身松动或遭到外力破坏，附近的饮用水源都会受到威胁，一旦遭到污染将会直接影响城市供水。且挖掘深井的成本远远高于地表水排放和地下水排放，只有当海水淡化厂所处地理位置无法进行副产物浓盐水的其他可行性处理时才会采用。

3 热分离技术

3.1 太阳能法

太阳能法主要是利用太阳能将浓盐水加热蒸发得到粗盐，如盐田晒盐法的产物粗盐作为氯碱和纯碱的工业原料至今仍被沿海地区广泛使。盐田一般分为2个部分，即蒸发池和结晶池。海水引入蒸发池，经日晒和风能蒸发掉大部分水，然后进入结晶池继续日晒，浓盐水进一步成为食盐的饱和溶液进而析出。海边充足的太阳能使得盐田晒盐成本极低，但存在占地面积大和蒸发效率低的问题。

3.2 多效蒸馏法

多效蒸馏法是通过加热副产物浓盐水使其升温达到沸点蒸发，水蒸气经冷凝回流收集，余下的浓盐水盐度进一步提高以达到结晶成盐。目前的蒸馏工艺包括多级闪蒸（MSF）、多效蒸发（MEE）和蒸汽压缩冷凝（VC）等均已经可以投入实际应用，这些工艺皆是利用低蒸汽压下浓盐水沸点低的特点来降低能耗成本。

多效蒸馏法可以提高热能和蒸汽的利用效率，目前在海水淡化浓盐水领域已经发展得比较成熟。但是多效蒸发有一定的缺点，例如蒸汽会对设备部件进行不同程度的腐蚀，选择耐腐蚀的材料无疑会增加基建成本，高投资成本和低运行成本决定了多效蒸馏的经济性取决于处理水样的规模。

4 膜分离技术

膜分离技术是利用不同孔径的膜选择性分离物质的高效分离技术，其中以反渗透（RO）膜为代表的膜处理工艺可以选择性透过水分子而完全截留其他溶解盐类、微生物和胶体物质等，具有操作简单、能耗低、无二次污染、可在常温条件下进行的优点。通过膜分离可以回收二次淡化水，副产物二次浓盐水输送至工厂进行盐化、制碱、提溴等。

4.1 RO和高压RO

RO和高压RO作为最常用的基于膜处理的海水淡化工艺，在扩大化规模化工业化上展示出了良好的应用潜力。在浓盐水进水的高盐侧施加压力使其克服渗透压差迫使水分子通过半透膜从高盐侧运动到低盐侧，通过这个过程，溶质被截留在高盐侧生成更高浓度的盐水而溶剂转移到低盐侧生成淡化水。

浓盐水的渗透压π可以由范托夫方程得出：

π=c RT。

式中，c为盐的浓度，R为理想气体常数（8.314 J/(K·mol)),T为热力学温度。

膜法海水淡化浓盐水处理是解决北方及沿海城市资源型缺水和污水处理厂耐盐细菌欠缺方面的重要举措，成本最低可降至4～5元/m3，是目前最具有发展前景的一项技术。戴佳月利用中空纤维反渗透膜处理海水淡化盐水，收集到的二次淡化水电导率在250μS/cm以下，可作为淡水资源使用；二次浓盐水的电导率在81.2～86.6 m S/cm，可为后续回收利用提供充分原材料。徐升通过单支SW302540膜系统处理盐的质量浓度32.72 g/L的盐水，在操作压力6 MPa、温度25℃、浓侧体积流量100 L/h时，达到99.5%的截留率，淡侧产水盐的质量浓度170 mg/L，浓测出水浓缩1.4倍至盐的质量浓度47.66 g/L。于金旗采用超滤-反渗透海水淡化（UF-SWRO）装置为主体工艺研究发现，UF出水污泥密度指数（SDI15）维持在0.5左右，浊度<0.1NTU，可满足SWRO单元的进水水质要求；SWRO产水率为40%，脱盐率随进水温度变化但始终>97%，产水水质可满足工业回用水水质要求。

4.2 膜蒸馏

膜蒸馏（MD）是使用疏水的微孔膜对含非挥发溶质的水溶液进行分离的一种新兴的膜分离技术，具有可在常压下进行、设备简单、操作易自动化和产物纯净等多方面的优点。目前MD在海水淡化、超纯水制备和浓盐水处理等诸多领域得到了广泛应用。

于鹏元等研究了中空膜蒸馏技术对模拟浓盐水的处理效果，结果表明当模拟浓盐水含盐量为35 g/L时，膜通量可达到最大4.21 L/(m2·h)（真空度098 k Pa、温度70℃、进水体积流量41.8 L/h），且冷凝水盐的质量浓度低于10μg/L，达到回用或外排标准。赵鹏采用除硬+浸没式微滤+真空膜蒸馏的工艺流程处理石化高盐废水，发现组件总产水量随着组件装填密度的增加而增加，但产水通量会随之降低。这表明在今后的膜MD工业应用中，应在综合考虑产水量和产水通量的基础上进行选择装填密度。

MD工艺无需将溶液加热到沸点，可以利用工厂加工废热和太阳能热来维持运行，在获得纯净水的同时直接获得结晶产物，是目前唯一能同时实现的膜过程。但仍存在传统膜蒸馏的遗留问题比如膜老化、结垢、污染和堵塞等。如何在保持MD优点的同时克服导致工艺失效和降低处理效果的因素，是我们未来的研究方向。

4.3 ED

ED是指在直流电场作用下，溶液中的荷电离子选择性地定向迁移，透过离子交换膜并得以去除的一种膜分离技术，在制备纯水和海水淡化浓盐水处理中受到重视。它能耗低、对原水含盐量变化适应力强，尤其适合浓盐水的淡化。

李兴等通过改进ED法将进水电导率4.11～6.35 m S/cm降至出水1.019～1.481 m S/cm，盐去除率达到74%。根据魏巍的研究，在ED法脱盐过程中，盐水的质量浓度在70 g/L以下时，脱盐效率随着初始盐含量的增加而增加；一旦超过70 g/L，脱盐速率下降。周琦的研究结果显示，异相离子交换膜比均相离子交换膜具有更好的结构稳定性。这表明ED法在实际使用中需要注意多种因素的相互均衡。

ED工艺在近年得到了迅速的发展，新开发的荷电膜的选择性、膜电阻、热稳定性和机械强度方面都远远胜过之前。但是，其脱盐率并没有超过RO膜，膜污染和浓差极化导致的结垢现象仍然存在，装置庞大、组装要求高同样限制了它的发展。

结语