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海水淡化 为日益“干渴”的地球“解渴”
发布时间:2010/3/2 8:12:00      字号:||
  蓝天下,一排排乳白色的蒸馏罐巍然矗立;不远处,淡蓝的海水正汩汩进入海水淡化预处理池;去除污泥杂物之后的海水随即被送入蒸馏罐进行处理……最终,清澈的淡水从阀门喷涌而出,并由管道加压后送往远在几百里外的城市和乡村。从高空俯瞰,整个地球一片绿意盎然……这并不是科幻小说,随着海水淡化技术的不断完善和发展,这样一幅美丽的蓝图正逐步走向现实。

  而海水淡化,未来将为日益“干渴”的地球“解渴”。

  海水取淡占据主流

  从表面看,海水淡化似乎很简单,只要将咸水中的盐与淡水分开即可。不过时至今日,海水淡化的方法虽然有了数百种之多,生产出的淡水也风味各异,但以经济实用的标准衡量,仍然不能尽如人意。

  最初的海水淡化方法有两种,一个是蒸馏法,将水蒸发而盐留下,再将水蒸气冷凝为液态淡水;另一个海水淡化的方法是冷冻法,冷冻海水,使之结冰,在液态淡水变成固态的冰的同时,盐被分离了出去。这两种方法都有难以克服的弊病:蒸馏法会消耗大量的能源,并在仪器里产生大量的锅垢,相反得到的淡水却并不多;冷冻法同样要消耗许多能源,得到的淡水却味道不佳,难以使用。

  随着科技进步,海水淡化技术也得到迅猛发展。全球海水淡化方法基本上分为两大类:第一类是从海水中取淡水,有蒸馏法、反渗透法、水合物法、溶剂萃取法和冰冻法等;第二类是除去海水中的盐分,有电渗析法、离子交换法和压渗法等。

  海水淡化的成本是人们最关心的问题,也是制约海水淡化大规模应用的瓶颈。目前海水淡化以第一类方法为主,其中反渗透法以其设备简单、易于维护和设备模块化的优点迅速占领市场,逐步取代蒸馏法成为应用最广泛的方法。

  在新兴的反渗透法研究方兴未艾的时候,古老的蒸馏法也改弦易辙,重新焕发了青春。传统的蒸馏法只考虑了通过升高温度获得水蒸气的方式,耗能甚巨。而新的方法是将气压降下来,把经过适当加温的海水,送入人造的真空蒸馏室中,海水中的淡水会在瞬间急速蒸发,全部变成水蒸气。世界上的大型海水淡化工厂,大多采用新的蒸馏法。新的蒸馏法多级闪蒸(MSF)、多效蒸馏(MED)与反渗透法(RO)成为当前海水淡化普遍采用的三大主流技术。

  反渗透引领新世纪

  1953年,一种新的海水淡化方式——反渗透法问世了,这种超过滤法是利用半透膜来达到将淡水与盐分离的目的。

  在通常情况下,半透膜仅允许溶液中的溶剂通过,而不允许溶质透过。由于海水含盐高,如果用半透膜将海水与淡水隔开,淡水会通过半透膜扩散到海水的一侧,从而使海水一侧的液面升高,直到一定的高度产生压力,使淡水不再扩散过来,这个过程是渗透。反渗透法则反其道而行之,对半透膜中的海水施以压力,使海水中的淡水渗透到半透膜外,而盐却被膜阻挡在海水中,得到淡水。

  反渗透法最大的优点就是节能,生产同等质量的淡水,能源消耗仅为蒸馏法的1/40。自1974年以来,发达国家不约而同地将海水淡化的研究方向转向反渗透法。

  反渗透海水淡化技术发展很快,工程造价和运行成本持续降低,主要发展趋势为降低反渗透膜的操作压力,提高反渗透系统回收率,廉价高效预处理技术,增强系统抗污染能力等。目前三大核心反渗透膜、高压泵、能量回收装置等技术,仍被美、日、德等发达国家所垄断,基本依赖进口。

  反渗透海水淡化具有节省投资、能耗低等优点,预计反渗透技术将是21世纪海水淡化的主要方法。

  循环经济全新突破

  此前,海水淡化的普及主要受困成本问题。为降低成本,水电联产和热膜联产都得到了广泛的应用。所谓水电联产,就是利用电厂产生的蒸汽和电力,为海水淡化装置提供动力;热膜联产,则采取热法和膜法相联合的方式,满足不同用水需求,以最大限度地降低海水淡化成本。

  浓盐水的排放问题,也是海水淡化必须跨越的另一道坎。根据目前的工艺水平,海水淡化过程的效率约在40%~50%之间,即海水在一半转化为淡水后,另一半则是浓度翻番的浓盐水。如果直接将这些浓盐水排放到近海的话,势必对近海生态系统造成不利影响。目前国际上通行的做法,是将浓盐水通过泵打到深海。至于其他污染物,比如污泥,则要求尽量浓缩、填埋;对于生产过程中产生的余热污染,则是尽量想办法从排放的海水中回收能量,以提高能源的利用效率。

  世界自然基金会(WWF)报告指出,海水脱盐过程会消耗大量能源,从而会产生大量的温室气体;此外,海水淡化在一些海岸区域,还破坏了海洋生物的生存环境。随着建造脱盐工厂的数量成指数倍增长,这将会显著加速气候变化的步伐。

  但现在正在探索将浓盐水排放与盐田制盐和肥料加工相结合,打造出一条由海水淡化开始,至肥料加工结束的多环节的环保产业链。加上发电,水业、能源、盐业三行业进一步形成三位一体的清洁生产技术构想——火电、风电、核电为反渗透海水淡化提供动力需要,海水淡化的产物不仅仅是产生了淡水,同时又为海盐生产创造了高效的浓缩液,由此而可能形成一种真正意义上的可持续清洁生产技术,满足可持续发展和“循环经济”构想。