高含盐水的脱盐技术现状及发展趋势

   摘要：本文通过介绍了高含盐水的各种脱盐技术，分析其原理和特点，指出针对不同条件采取多种除盐技术的集成是解决高含盐水脱盐难题的有效而经济的方法。

    前言

    据联合国提供资料分析，中国水资源总量为28124亿m3，居世界第6位，中国人均水资源量为2340m3，全球排在109位。到本世纪中叶，中国人口预测达到16亿时，人均水资源为1600m3，成为严重缺水的国家。中国每年工业、生活污水排放量已达约600亿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，因此又导致水质性缺水。水是我国经济、社会发展的战略性资源。我国政府对水资源的开发、利用、保护十分重视。脱盐技术在海水淡化、苦咸水脱盐、废水回用等方面发挥着重要作用。

    高含盐水脱盐技术现状

    1、石灰/石灰-纯碱软化法

    石灰软化作为应用最广泛应用的单元技术之一，能有效降低水中结垢成份与悬浮物浓度，并且可使部分水处理剂经软化工艺后再回流系统中继续循环使用，石灰乳与水中的碳酸盐硬度成分反应，生成难溶的CaCO3或Mg(OH)

    2.后沉

    淀析出。单纯的石灰软化法只能去除碳酸盐硬度，而石灰-纯碱软化法能有效去除水中结垢的主要成分如钙、镁、磷酸盐和二氧化硅等，并将水中的悬浮物、腐蚀产物和微生物粘泥等在沉淀和过滤过程中去除，且产生泥渣易脱水，可作为非毒性废弃物掩埋处置。另外，石灰价格低廉、来源广泛，运行成本低，可与絮凝过程同时进行，即可降低水的硬度，又可除浊。因此，石灰－纯碱软化法已广泛用于工业纯水系统补充水的预处理。

    2、膜分离

    近40年来，膜分离技术已迅速发展成为工业循环冷却水系统中旁流处理中最重要、最广泛采用的新型高效节能分离单元技术，电渗析(ED)、反渗透(RO)、微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)和渗透汽化(PV)等膜技术相继发展，并成为集成处理技术系统中的关键技术。主要膜分离技术简述如下：

    （1）反渗透膜技术

    反渗透膜技术是以渗透压差作为推动力的一类膜分离过程。依据各种物料的不同渗透压，通过RO膜技术达到分离提取、纯化与浓缩的目的。RO技术的最大优点是节能，其能耗仅为电渗析的1/2，蒸馏技术的1/40，而且能够达到深度除盐目的。近年来，随着膜分离技术的快速发展，工程造价和运行成本持续降低，RO膜技术已逐渐取代传统的离子交换、电渗析除盐技术，成为工业水系统中首选除盐技术。

    RO膜技术今后主要发展趋势是降低RO膜的操作压力，提高RO系统纯水产率和浓缩回收率，以及廉价高效预处理技术，增强膜组件抗污能力等。尤其近年来，在电厂循环冷却水脱盐回用领域，集成膜工艺已成为主要发展方向，其中“UF+RO”双膜工艺已成为电厂深度除盐的主导技术。

    （2）电渗析技术

    电渗析技术是以电位差作为推动力的一类膜分离过程。在外加直流电场作用下，利用荷电离子膜的反离子迁移原理使水中阴阳离子做定向迁移，从水溶液及其它不带电组份中分离带电离子组份。

    ED技术作为脱盐，在20世纪70～90年代得到广泛应用，但由于ED只能部分除盐，不能满足许多工业领域深度除盐的技术需求且电耗高。因此，近年来已逐渐被反渗透膜技术所替代。

（3）纳滤膜技术

    与RO相比，NF技术的操作压力较低(0.5-1.0MPa)，节能效果显著。因此NF技术又称低压RO技术，是介于RO和UF之间的一种亲水性膜分离过程，适宜分离分子量在200-1000Daltons(1Daltons=1.65×10-24g)，分子大小约为1nm溶解组份的膜工艺。由于NF膜具有松散的表面层结构，存在氨基和羧基两种正负基团，具有离子选择性，一价离子可基本完全透过，对二价和高价离子具有较高截留率，可去除约80%的总硬度、90%的色度和几乎全部浊度及微生物，因此，NF的软化功能近年引起重视，在工业循环冷却水的排污水回用处理中具有良好的应用前景。

    3、蒸馏脱盐

    蒸馏法是一种最古老、最常用的脱盐方法。目前工业废水的蒸馏法脱盐技术基本上均是从海水脱盐淡化技术基础上发展而成。蒸馏法就是把含盐水加热使之沸腾蒸发,再把蒸汽冷凝成淡水的过程。蒸馏法是最早采用的淡化法，其优点是结构简单、操作容易、所得淡水水质好等。蒸馏法有很多种，如多效蒸发、多级闪蒸、压气蒸馏、膜蒸馏等。

    （1）多效蒸发（MED）

    多效蒸发是让加热后的盐水在多个串联的蒸发器中蒸发，前一个蒸发器蒸发出来的蒸汽作为下一蒸发器的热源，并冷凝成为淡水。其中低温多效蒸馏是蒸馏法中最节能的方法之一。低温多效蒸馏技术由于节能的因素，近年发展迅速，装置的规模日益扩大，成本日益降低，主要发展趋势为提高装置单机造水能力，采用廉价材料降低工程造价，提高操作温度，提高传热效率等。

    （2）多级闪蒸（MSF）

    以海水淡化为例，将原料海水加热到一定温度后引入闪蒸室，由于该闪蒸室中的压力控制在低于热盐水温度所对应的饱和蒸汽压的条件下，故热盐水进入闪蒸室后即成为过热水而急速地部分气化，从而使热盐水自身的温度降低，所产生的蒸汽冷凝后即为所需的淡水。多级闪蒸就是以此原理为基础，使热盐水依次流经若干个压力逐渐降低的闪蒸室，逐级蒸发降温，同时盐水也逐级增浓，直到其温度接近（但高于）天然海水温度。

    多级闪蒸是海水淡化工业中较成熟的技术之一，是针对多效蒸发结垢较严重的缺点而发展起来的。MSF一经问世就得到应用和发展，具有设备简单可靠、运行安全性高、防垢性能好、操作弹性大以及可利用低位热能和废热等优点，适合于大型和超大型淡化装置，并主要在海湾国家使用。

    （3）蒸汽压缩冷凝（VC）

    蒸汽压缩冷凝脱盐技术是将盐水预热后，进入蒸发器并在蒸发器内部分蒸发。所产生的二次蒸汽经压缩机压缩提高压力后引入到蒸发器的加热侧。蒸汽冷凝后作为产品水引出，如此实现热能的循环利用。当其作为循环冷却水脱盐回收工艺时，可使冷却水中的有害成份得到浓缩排放，并使95%以上的排污水以冷凝液的形式得到回收，作为循环水和锅炉补充水返回系统。这种工艺对设备材质的要求极高，运行中需消耗大量的热量，存在一次性投入和运行费用极高的缺点，只可能在特别缺水的地区发电厂中采用。

    脱盐技术发展趋势

    脱盐技术已经得到充分的发展与研究，日趋成熟。在实际选用中，究竟哪种方法最好，何种脱盐技术处理成本最低，均不是绝对的，要根据脱盐规模大小、选材、当地能源价格、水质要求、地理气候条件、技术与安全性、投资来源与管理体制等实际条件而定。而且脱盐技术的选择也不是仅仅局限于单个脱盐技术，而是建立在多种脱盐技术与传统技术的集成之上。

    现阶段多级闪蒸（MSF）、低温多效（MED）和反渗透（RO）是当今脱盐三大主流技术，多种膜技术的集成是解决高含盐水脱盐难题的有效而经济的方法。目前主要采用的热法和膜法海水淡化相联合的方式（如NF-RO,RO-MD，MED-RO或MSF-RO方式）就是一个很好的示范。绿色能源(风能、太阳能及太阳能光伏发电)的利用也是今后研究发展的主要趋势。