海水與苦咸水資源利用的技術(shù)方向

海水淡化是指將3500mg/L的海水淡化至500mg/L以下的飲用水。目前，世界上裝機應用的海水淡化方法主要有反滲透法(RO)和多級閃蒸(MSF)、多效蒸發(fā)(MED)。苦咸水脫鹽是將高含鹽量的地表、地下苦咸水脫鹽至生活用水或工業(yè)用初級純水，主要采用反滲透法(RO)、納濾法(NF)和電滲析法(ED)。

據(jù)國際脫鹽協(xié)會統(tǒng)計，截至1995年底，全球日產(chǎn)水量在100m3以上的裝置有11066臺，每天生產(chǎn)淡水2030萬m3。截至1997年底，裝置總數(shù)12451臺，日產(chǎn)水2273萬m3，其中海水淡化為日產(chǎn)1337萬m3，苦咸水淡化為日產(chǎn)5840萬m3，且以年10～30%的速度增長。就海水淡化而言，裝機容量以MSF為主，但近年來RO發(fā)展很快。MSF除極大型裝置外，1995年以來合同額極少。MSF從1989年的84.4%降為1997年的76.04%。而RO從1989年的5.6%上升為1997年的14%。MED1989年占6.7%，至1997年僅占5.47%。

對苦咸水脫鹽RO占絕對優(yōu)勢，占76.23%，投資和造水成本更低。對廢水和水凈化RO也分別占到約65%和94%。1995年后，新增海水淡化和苦咸水淡化容量RO為90%。最大RO海水淡化廠建在沙特阿拉伯，日產(chǎn)淡水12.8萬m3。最大地表水RO苦咸水淡化裝置建在美國，日產(chǎn)水38萬m3。

目前海水淡化裝置的年銷售額達到100億美元，且以20%左右的年增長速度持續(xù)發(fā)展，供應商主要是美國和日本，應用地區(qū)主要是中東地區(qū)、地中海地區(qū)和加勒比海地區(qū)，其次是東南亞和北非地區(qū)。

我國海水淡化技術(shù)應用從上世紀七十年代初推廣用水型ED海水淡化器開始，“九五”期間相繼建成了RO淡化裝置，多為小型或示范工程。

電滲析是我國開發(fā)研究最早的膜技術(shù)，起始于1958年。十多年來，離子交換膜的年產(chǎn)量在40萬m2以上，占世界水脫鹽用膜的30%。我國是世界上使用電滲析裝置進行苦咸水脫最多的國家。工藝技術(shù)精湛、裝置價格低廉，外商無法與我國競爭。目前有140余套日產(chǎn)量在1000～5000m3的苦咸水ED脫鹽裝置在運轉(zhuǎn)，多將含量在1500～3000mg/L的苦咸水脫鹽至生活用水。低濃度苦咸水脫鹽的最大裝置建于河南鞏縣電廠，日產(chǎn)水量7200m3。工藝用水的最大ED裝置建于金山石化公司，日產(chǎn)水6600m3。

中、小型苦咸水脫鹽裝置分布在華北、東化、西北各地，約3000余套。

膜技術(shù)為脫鹽、凈化的主流技術(shù)RO、NF、ED等具脫鹽功能的膜技術(shù)將成為新世紀海水淡化、苦咸水脫鹽的主流技術(shù)，工程穩(wěn)定可靠與造水成本低廉是吸引用戶的主要原因。

脫鹽膜組件已十分成熟，世界各生產(chǎn)膜組件的公司仍十分重視RO膜與組件的技術(shù)創(chuàng)新，目的在于開發(fā)抗氧化、耐細菌侵蝕的新膜，提高膜與組件的產(chǎn)水量、脫鹽率等。如美國DOW公司推出FILMTECBW30—440膜元件，在約1.05MPa壓力下，產(chǎn)水量43.5m3/d，脫鹽率大于99%。FluidSystems公司推出PremiumTFC新元件，其苦咸水和海水膜元件的脫鹽率分別高達99.7%和99.8%。日本的東麗公司和日東電工公司已開發(fā)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達60%的兩段RO海水淡化裝置。

1990年反滲透膜組件價格，按消費價格指數(shù)折算僅為1973年的40%。

1990年之后又有明顯的下降。按從標準海水生產(chǎn)淡水計，目前工程投資為MSF在1800～2000＄/m3.d，低溫MED在1100～1600＄/m3.d，RO在700～900＄/m3.d。

采用功能交換器(WorkExchangeEnergyRecovtry)，將從RO組件排出的高壓濃水的壓力回收并傳遞給組件進水，其轉(zhuǎn)換效率可高達89%～96%。ScottAShumway報導，一種新型的能量回收裝置已成功應用到13600m3/d和5000m3/d的反滲透海水淡化裝置上，過程能耗為2.6kwh/m3，GoodF.Leitner指出加上預處理能耗，總能耗為2.83kwh/m3。這是近幾年在工藝方面的突出進展。

StevenJ.Duranceau等報道，1996年佛里達水服務公司在Marco島對現(xiàn)有15000m3/d苦咸水淡化進行改造，通過使用段之間的能量回收透平，使系統(tǒng)的產(chǎn)水量增加3780m3/d，增幅達25%。段之間能量回收透平適用于苦咸水反滲透淡化，含鹽量7500～10500mg/L，淡化能耗降到0.82kwh/m3。

在反滲透海水淡化流程中，采用納濾(NF)作為預處理，即MF—RO系統(tǒng)，NF脫除部分硬度和TDS，從而提高RO的水回收率，可進一步降低能耗在25%，造水成本可降低30%。

目前各種淡化方法在能耗方面都無法與RO競爭。RO為4～5kwh/m3、ED為14～16kwh/m3、MED為9～10kwh/m3、MFS為12～14kwh/m3。

我國已建成的RO脫鹽裝置經(jīng)濟技術(shù)指標達到國際先進水平。山東長島日產(chǎn)1000m3RO海水淡化裝置，耗電為4.5kwh/m3。滄州集團日產(chǎn)18000m3RO裝置，地下水含鹽量約13000mg/L，淡水低于500mg/L，耗電為3.1kwh/m3。國家計委“十一”甘肅定西10000m3苦咸水脫鹽RO示范項目，原水3500mg/L，淡水150mg/L，水回收率大于70%，估算成本為0.77元/m3。

納濾技術(shù)的開發(fā)與應用比反滲透膜大約晚二十年。目前，國內(nèi)外都很活躍。納濾膜介于反滲透和超濾膜之間，其膜表面分離皮層具有納米納微孔結(jié)構(gòu)。相對于反滲透膜對NaCL的脫除率均在95%以上，一般將NaCL脫除率在90%以下的膜稱之為納濾膜。反滲透膜幾乎對所在溶質(zhì)都有很高的脫除率，而納濾膜只對特定的溶質(zhì)具有脫除率。納濾膜主要去除一個納米左右的溶質(zhì)粒子，截留分子量一般為100～2000。納濾膜主要用于脫除三鹵甲烷中間體(THM)，異味、色度、農(nóng)藥、合成洗滌劑、可溶有機物等致病因子，以及苦咸水脫除Ca、Mg等硬度成分。目前國外城市飲用水已有日產(chǎn)水5萬m3級的大型裝置。納濾將是新世紀飲水市場的優(yōu)選技術(shù)。
脫鹽、濃縮在廢水資源化中的應用

海水淡化為高含鹽水的脫鹽技術(shù)，以淡水為成品水則為脫鹽，以濃水為成品水則為濃縮。海水淡化與高濃度廢水處理，特別是無機系廢水處理具有同類裝置與較多共性工藝技術(shù)。

反滲透處理電鍍廢水、放射性廢水已很成熟，上世紀七十年代開始用于鍍鎳漂洗廢水處理，爾后又用于鍍鉻、鍍銅、鍍鋅、鍍鎘等廢水處理。美國芝加哥API工藝公司采用B—9芳香族聚酰胺中空纖維膜組件處理WattNi漂洗水，廢水含Ni2-650mg/L，經(jīng)RO濃縮20倍達到13000mg/L、Ni2-的分離率為92%。北京廣播器材廠用醋酸纖維素膜處理亮鎳和暗鎳的漂洗廢水，廢水中Ni2-為1510～2400mg/L，系統(tǒng)Ni2-的回收率＞99%。

由于ED海水淡化的耗電為RO的3倍。在海水淡化中的應用愈來愈少，其在苦咸水脫鹽中仍有較大競爭優(yōu)勢。日本全部應用ED濃縮海水制鹽。

離子交換膜具有很強的耐酸、堿性，耐氧化性，在含酸、堿、鹽高的廢水處理中應用十分廣泛。如Al2O3生產(chǎn)零排放工程。將Al2O3生產(chǎn)廢渣赤泥上的結(jié)合堿和附液堿，通過加石灰乳和通入蒸氣，從固相轉(zhuǎn)移到液相，形成約含8g/LNaOH的復雜溶液，微孔過濾后進入電滲析，制取含堿＜500mg/L的生產(chǎn)用水和工藝用2NNaOH。

我國ED、RO用于廢水處理，以膜集成技術(shù)發(fā)展零排放工程為開發(fā)方向，不僅回收有效成分，其回收的淡水可做工藝或生活用水。

我國西部石油天然氣開支中，從深井涌出的含鹽量在10000～30000mg/L的鹵水，用ED—蒸發(fā)法制鹽工藝已經(jīng)開發(fā)，電滲析將鹵水脫鹽至2000mg/L以下，供灌溉，濃縮至140g/L，提取Br、I后，濃縮制鹽。另外，用RO—ED—三效蒸發(fā)(浸沒燃燒)的工藝正計劃開發(fā)。RO將鹵水脫鹽后400mg/L以下，成為優(yōu)質(zhì)飲用水，濃縮到50～60g/L，可回灌井中，或再用ED濃縮到120g/L，蒸發(fā)—噴霧干燥，制成固體鹽。

大力發(fā)展膜水處理技術(shù)產(chǎn)業(yè)

就水處理行業(yè)來說，至上世紀末，國產(chǎn)和進口膜產(chǎn)品及膜法水處理工程年銷售額達20億人民幣。預計20065年，可達到40億人民幣左右。據(jù)統(tǒng)計，進口膜元件和裝置約5.5億人民幣、成套進口裝置承擔工程約5億人民幣，外商占中國膜技術(shù)市場的50%。中國大小近200個企業(yè)，產(chǎn)值約11億人民幣。中國膜技術(shù)市場多年來一直呈現(xiàn)為國際競爭市場。國內(nèi)企業(yè)比較小，市場競爭能力較差。

我國膜技術(shù)與世界先進國家相比差距約10年左右，主要是膜的品種少、性能差。我國膜法水處理工程技術(shù)接近世界先進水平，因市場急需，招致大量膜元件進口。增加投入，引進國外先進技術(shù)、設備、人才，高起點的發(fā)展膜產(chǎn)品制造業(yè)，生產(chǎn)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高性能膜組器是提高市場競爭能力的關(guān)鍵。這需要膜技術(shù)產(chǎn)業(yè)進行資源整合，形成資金、技術(shù)、人才優(yōu)勢，組建現(xiàn)代企業(yè)，使具有強有力的市場開拓能力和持續(xù)創(chuàng)新能力。海水淡化工程的配套設置如耐腐蝕高壓泵、能量回收裝置等也靠進口，還需要發(fā)展配套產(chǎn)業(yè)。

海水、苦咸水資源的開發(fā)利用需要國家政策支持。國家、省、市都應引導海水、苦咸水的開發(fā)利用，對多種開發(fā)淡水資源方案進行科驗論證。美國海水淡化專家Gordon指出，從250公里調(diào)用可飲用水，其能耗與海水淡化相當。我國沿海工業(yè)發(fā)達城市可供鑒國外經(jīng)驗發(fā)展海水淡化。

世界干旱地區(qū)地下水利用率一般達60～70%。我國西北地區(qū)地下水開發(fā)利用程度低。目前地下水開采僅104億m3，為地下水可開采量370億m3的28%。西北僅局部地區(qū)和城市地下水超采，可利用該地區(qū)的苦咸水為經(jīng)濟和社會發(fā)展提供一定的水源保證。

為促進膜技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，可在沿�；騼�(nèi)陸地區(qū)建立海水、苦咸水資源開發(fā)示范工程，使工程規(guī)模和經(jīng)濟技術(shù)都達到國際水平�？山�立不同技術(shù)發(fā)展模式的示范工程，如RO、NF、ED等，也可建立不同管理和運營模式的示范工程，在廣大牧區(qū)和海島可建立小型太陽能、風能海水或苦咸水脫鹽裝置。積極開展技術(shù)培訓和技術(shù)交流活動。作者: 張維潤