苦咸水淡化技术及其发展浅探

韩亮亮 王培婷

摘要：简单介绍了目前苦咸水淡化的各种技术，根据各种淡化技术的发展改进，比较分析了反渗透（RO）、电渗析（ED）、多级闪蒸（MSF）、多效蒸馏(MED)等淡化技术的优缺点，各种技术的联合使用将成为日后苦咸水淡化的主流，存在广阔的发展空间。

关键词：苦咸水；淡化；反渗透；多效蒸馏；电渗析

水在人体中占有很大比重，所以说水是生命之源。水是现代社会发展的关键，控制着经济发展的命脉，属于不可替代的资源。中国作为一个人口大国，同时处于经济高速发展的时代，水资源需求量极大。但是我国的淡水资源匮乏，人均水资源占有量约为世界平均水平的30%，而且资源分布不均衡，大部分地区存在资源型缺水和水质型缺水现象。寻求新的水源已成为我国工作的重点，苦咸水淡化将成为缓解用水紧张的重要途径。

1苦咸水主要淡化技术及优缺点

苦咸水在我国分布较广泛，且饮用人口占不安全人口比例的17%左右！天然水质超标已成为我国农村饮水安全的瓶颈，而对这些超标水的淡化处理，就成了一种解决饮水安全现状的有效方法。目前来说，苦咸水淡化技术主要有反渗透、电渗析、离子交换和蒸馏等方法！

1.1反渗透技术

反渗透（RO）作为一种膜分离过程，分离过程的推动力是外界提供的压力。其工作过程是在半透膜浓溶液的一侧加上一定的压力，在高于渗透压的压力作用下，咸水中纯水的化学位升高并超过纯水的化学位，水分子从咸水一侧反向地通过膜透过到纯水一侧，苦咸水淡化即是基于此原理。目前，用于水淡化除盐的反渗透膜主要有CA膜和芳香族聚酰胺膜两种。其中，CA膜具有不对称性，其表皮层结构致密，起脱盐的关键作用。世界上最大的反渗透苦咸水淡化厂在美国Yuma市，生产能力为37×104立方米/日淡水，所用的膜组件是卷式反渗透膜组件。 反渗透法可除去 90%以上的溶解性盐类和 99%以上的胶体微生物及有机物等与其它水处理方法相比具有无相态变化、常温操作、设备简单、效益高、占地少、操作方便、能量消耗少、适应范围广、除盐率高和运行费用低等优点。但是反渗透技术也有其局限性，反渗透作为一种光谱分离法，所得纯水并不是满足人体所需的优质饮用水，高压会造成较高的运行费用。而且，预处理工艺复杂，其处理后的浓水处理也是一个难题！不过在西部沙漠地区可以将其置于沙坑中暴晒，水分蒸发后处理剩余固体物。

为了解决反渗透膜的预处理工艺复杂的问题，目前已使用的膜法预处理方法有微滤（MF）、超滤（UF）、纳滤（NF）。其孔径依次减小，可透过微粒直径也越来越小，所需操作压力依次升高。纳滤膜孔径介于反渗透和超滤膜之间，膜表面具有纳米微孔结构。反渗透膜对NaCL的去除率超过95%，然而纳滤膜将NaCL脱除率在90%以下，反渗透膜溶质的脱除率无选择性，而纳滤膜对溶质的脱除率具有选择性。以纳滤代替常规预处理工艺，主要去除苦咸水中的多数的结垢离子和部分NaCL。反渗透和纳滤技术在苦咸水淡化方面优势很明显，未来有很大的发展前景。

1.2蒸馏法

在当今世界已实用化的三个主要淡化方法（蒸馏、反渗透、电渗析）中，蒸馏依然是盐水淡化的主要方法。蒸馏法是使盐水受热汽化，然后使蒸汽冷凝而得到淡水的一种淡化方法，蒸馏法淡化结构较简单，操作比较容易，淡化水水质好。蒸馏法又区分有多效蒸馏（ME）、多级闪蒸（MSF）、压汽式蒸馏（VC）以及太阳能蒸馏等方法。多效蒸馏依据多个串联的密闭蒸发容器内压力等于或低于水温相应的蒸汽压时，水沸腾而汽化收集淡水，蒸发器的后一效的操作压力低于前一效。多效蒸馏应用比较广泛，主要是因为不受水的含盐量的限制，在有废热利用的场所使用方便，但设备使用费用高，防腐要求高，结垢危害较严重。多级闪蒸就是针对多效蒸馏的结垢问题的一种改进，预热海水经加热后，进入闪蒸室，因室内压力相对较低而急速汽化，汽化蒸汽在冷海水管道外冷凝成为淡水，闪蒸所需热量由加热海水本身的温度降低来提供。多级闪蒸主要工艺参数是造水比r、总级数n和盐水最高温度t0等，这些参数对装置的实际运行和生产效益有很大影响。多级闪蒸结垢危害较轻，适用于大型淡化装置，但是海水循环量大，浓缩比较低。可与大型电厂联建，利用电厂余热。压汽蒸馏（VC）是把蒸汽压缩，将之升压和升温10℃左右，作为海水蒸发的热源。 压汽蒸馏不用额外提供加热蒸汽，热效较高，耗能较低，结构紧凑。但是，造价较高，易腐蚀结垢，难以实现大型化淡化生产。蒸馏法在处理苦咸水方面的成本比膜法高，但它在淡化高浓度苦咸水方面有较大优势。

1.3电渗析法

电渗析法是利用具有选择透过性的离子交换膜，在外加直流电流的电场作用下，使水中阴阳离子作定向移动，从而实现将离子从水中分离的一种物理化学过程。在电渗析装置中，离子交换膜是核心部件，分为阳膜和阴膜，在阳极和阴极之间，将阳膜和阴膜交替排列，并用特定的隔板隔开。进入淡室的含盐水在电场作用下，阳离子透过阳膜想阴极迁移，阴离子透过阴膜向阳极迁移，从而使含盐水变成淡化水。这样在电渗析器中便组成了浓水和淡水两个系统。与此同时在电极和溶液的界面上发生电极反应。电渗析过程中的电能消耗主要用来克服电流通过溶液及膜时受到的阻力和进行电极反应。淡化水的成本与电解质浓度有关，电解质浓度越高，所需电流密度越大，产出一吨水的成本也就越高。一台电渗析器的组装方式多种，一级一段最为基本，可多台并联可以增加产水量，也可多台串联可以提高除盐率，其仪器安装方式可采用立式或卧式。 电渗析设备简单，操作方便，制水成本低，除盐率较高，但也有缺点，即水回收率低，而且只能去除带电荷的离子，不能去除细菌等不带电荷的粒子，另外，还需对原水进行预处理等。电渗析的能耗与含盐量成正比，所以此技术一般用于低浓度苦咸水的脱盐。在河南巩县的电厂是目前使用的最大的低浓度苦咸水脱盐电渗析装置。

2展望

国内外已经通过反渗透法、蒸馏法和电渗析法实现了苦咸水中氟、硼、氯、硅等离子的高效去除。以后的研究将更加偏向于提高淡化效率、降低运行成本和提高设备性能方面。但是，目前我国的部分高性能膜材料还依赖于进口，应在高性能膜材料的研究方面加大投入，尽早赶上发达国家水平并实现产业化生产。对于苦咸水的淡化，各种淡化技术都有其优缺点，地方应因地制宜采用相应的处理工艺。

参考文献

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[3] GLUECKSTERN P, PRIEL M.Boron removal in brackish water desalination systems[J]. Desalination,2007,205:178-184.

作者简介：韩亮亮（1992- ），男，河南商丘人，郑州大学水利与环境学院给水排水工程专业2011级本科生；王培婷（1990- ），女，河南许昌人，郑州大学水利与环境学院给水排水工程专业2011级本科生。