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          反滲透膜工藝已成為海水淡化制取飲用水最經濟的手段

          發表日期:2012-01-04 00:00文章編輯:admin瀏覽次數: 標簽:    

              據粵科網2011年12月31日訊 水是生命之源,但如今淡水資源卻面臨匱乏的困境。淡水按著現在的污染和浪費步調繼續下去,不久的將來人類的奢侈品或許不再是法國名牌的背包或瑞士手工打造的手表,而是一瓶純凈水。為了自救,我們的科學家也想出各種方法使現有資源得到最大化的利用,比如說污水處理和海水淡化。
              地球上水的總儲量中,海水占了97.3%,人類就像是坐船到了海中央,被水環繞卻快要干渴而死。想辦法讓海水變成大量的淡水,以供人類生活使用,已不再僅僅是設想。以山東省青島市為例,預計明年7月底向市區居民供應淡化海水,每天供水量10萬噸,占市區每天總用水量的1/6。但對于這樣處理的水是否不危害健康,處理過程又是否不會造成新的水污染,都有待我們來探究。
              不能渴死在水里
              忽略那些存在于南北兩極的冰山,人類比較容易利用的淡水資源,主要是河流水、淡水湖泊水以及淺層地下水,而這些淡水儲量只占全部淡水的0.3%,即我們真正可用的淡水資源每年約有9000立方千米。目前,我國有200多個城市缺水,全國7億多人飲用大腸桿菌超標的水,1.64億人飲用有機污染嚴重的水,3500萬人飲用硝酸鹽超標的水。面對海量的咸水,若是束手無策,我們便會渴死在水里。
              海水淡化替代淡水在國際上已不是新鮮事。眼下,全球海水淡化日產量約3500萬立方米左右,其中80%用于飲用水,解決了1億多人的供水問題,即世界上現有2%的人口靠海水淡化提供飲用水;全球的海水淡化廠多達1.3萬座,海水淡化作為淡水資源的替代與增量技術,越來越受沿海國家的重視;全球直接利用海水作為工業冷卻水總量每年約6000億立方米左右,替代了大量寶貴的淡水資源。
              海水如何變淡
              全球第一個海水淡化工廠于1954年建于美國,現在仍在得克薩斯州的弗里波特運轉著。20世紀50年代以后,海水淡化技術隨著水資源危機的加劇得到了加速發展,在已經開發的二十多種淡化技術中,蒸餾法、電滲析法、反滲透法都達到了工業規?;a的水平,并在世界各地廣泛應用。
              要淡化海水,首先要保證海水的量。因此,海水取水工程作為海水淡化廠的重要組成部分,其任務是確保在海水淡化廠的整個生命周期內提供足夠的、持續的、適合的源水。海水取水方式有多種,大致可分為海灘井取水、深海取水、淺海取水三大類。通常,海灘井取水水質最好,深海取水其次,而淺海取水則有著建設投資少、適用性廣的特點。
              取水完成后就要進行淡化了,說到青島這次主要采用的反滲透膜技術,在21世紀以前,這種技術基本被國外所壟斷的。中國直到90年代末期才開始掌握反滲透膜的生產技術。1967年,國家科委組織全國海水淡化會戰,組織全國在水處理和分析化學、材料化學、流體力學等各個學科的精英會戰海水淡化,并于1970年組織了全國第一個海水淡化研究室。此期間,他們一直用電滲析技術進行海水淡化,研制成功海洋監測專用微孔濾膜,建成了世界最大的電滲析海水淡化站――西沙永興島海水淡化站。1992年,國家科委以國家海洋局杭州水處理技術研究開發中心為依托,組建國家液體分離膜工程技術研究中心,并開始研制國產反滲透膜。直到2001年,中國才有了自己的反滲透膜產品,享有完全自主知識產權的高性能復合膜元件開始投放市場。
              反滲透是最經濟手段
              中國石油天然氣管道局天津設計院工程師郭偉表示,反滲透在包括海水淡化的各脫鹽領域都適用。20世紀50年代反滲透的提出就是為了海水淡化,現在反滲透已成為海水淡化制取飲用水最經濟的手段。反滲透用膜和組件也相當成熟,目前有醋酸纖維素不對稱反滲透膜和芳香族聚酰胺復合反滲透膜,以復合反滲透膜應用為多,大型組件直徑達200毫米和450毫米,脫鹽率高達99.5%以上。在一級海水淡化的基礎上,近年又提出納濾和海水反滲透與多級閃蒸相結合的研究開發,以及高壓一級、第二段高壓等高回收率海水反滲透法等, 這都使海水綜合利用率進一步提高。
              傳言與解惑
              淡化海水的pH值呈弱酸性,長期飲用可能破壞體內的酸堿平衡,且淡化海水屬于軟水,缺乏必要的礦物質和營養成分。
              解惑:處理后的海水符合國家飲用水衛生標準
              青島百發海水淡化有限公司西班牙籍總經理約爾迪就此表示,未來在青島提供的淡化海水是經過二次處理才會來到市民的嘴前。一次處理,先是采用雙膜法,將加壓后的海水通過半透膜進行分離,水分可以通過半透膜,而其他物質不能通過薄膜,從而獲得淡水。這種方式生產出的水礦物質含量少、堿度低,不能直接飲用,在進入市政供水管網前還需要二次處理。這就包括了在水中投加二氧化碳、氫氧化鈣和次氯酸鈉(調節pH值,提高水的硬度,增強水的穩定性和飲用舒適度),以及對水進行消毒(防止配水管網中微生物污染)。
              最終的淡化海水水質完全符合GB5749-2006《生活飲用水衛生標準》的106項指標要求。約爾迪表示。
              同為沿海缺水城市的天津,亦在利用淡化海水,目前日產能已達22萬噸。以國家循環經濟第一批試點單位天津北疆發電廠為例,該廠采用熱法來淡化海水,涼的海水遇熱生成蒸汽,鹽分被沉淀下來,海水被蒸餾成淡水。該廠每天向社會供應8000噸淡化水。
              淡化海水和自來水兩種水混合后,硬度、堿度都會適合飲用。青島市供水管理處處長張國輝說。
              若沒有政府補貼,海水淡化供應的水因為成本高而水費高漲。
              解惑:技術已提高,利用最大化后,綜合成本將降低
              不少學者都表示,海水淡化從技術上已無瓶頸,但在水價政策、用水機制和市政管網配套上仍障礙重重。這就成為了海水淡化不易推廣的一個重要原因。
              然而,根據天津大學李琦博士的研究數據,隨著技術的提高,海水淡化的成本逐年降低。運行成本的降低原因為:一是能耗降低;二是新能源的開發利用,近年來核能和太陽能已逐步利用到海水淡化技術中來,使之成本大為降低,日前更有科學家提出利用核能進行海水淡化能夠使淡化水成本降到每噸1元人民幣左右;三是經過進一步的綜合利用開發,把海水淡化后的濃縮海水用來制鹽和提取化學物質,降低了綜合成本;四是規模的擴大使得單位淡化成本大為降低??梢灶A見,隨著產業化規模的進一步擴大和淡化技術的不斷進步,海水淡化的運行成本還大有下降空間。
              至于某些生產性的工藝用水,如電廠鍋爐用水,由于對水質要求較高,需由自來水進行再處理,此時其綜合成本將大大高于海水淡化的一次性處理成本。
              海水淡化的過程中因牽涉到太多操作,不僅提高了耗能,更會影響海洋生態。
              解惑:處理過程會造成一定污染,可通過技術提高來盡量避免
              專門研究海水淡化的高級工程師金春華表示,海水淡化工程不管是采用膜法還是熱法工藝,都需要耗費很多電能,同時還向大氣中排放更多的溫室氣體,從而進一步造成全球變暖。
              海水淡化后的濃鹽水排放對海洋生態環境也可能有潛在影響。對于反滲透脫鹽裝置,排出的濃鹽水是進水量的30~70%,即濃鹽水的濃度是普通海水的1.3~1.7倍。對海洋環境的影響程度取決于周邊環境的水文地質因素,特別是海水的海洋測量、海浪、海流、水柱深度等特性,這些因素決定了濃鹽水排入大海后產生影響的范圍。
              此外,海水淡化、制鹽和鹽化工產品提取生產過程中產生的固體廢棄物含有大量重金屬,目前固廢物主要用作圍海造陸的吹填土,這將對近海海域造成很大的污染。海水淡化裝置排放的濃鹽水中除了鹽,還包括多種用于脫鹽裝置預處理階段的化學品。上述這些化學藥品殘留隨著濃鹽水的排放,經過積累也會對周圍海洋生態環境和水生物種產生潛在影響,這種影響從長期趨勢看也許會產生一定的后果。但由于反滲透膜的制作科技水平日益提高,這種消極影響也會逐步減少。

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