文档介绍：海水淡化浓盐水排放对环境的影响与零排放技术研究进展
马学虎,兰忠,王四芳,李璐
(大连理工大学化学工程研究所,辽宁大连 116024)
摘要:回顾了目前常用的海水淡化技术及其应用现状,重点综述了海水淡化浓盐水排放对海洋环境的影响,
分析了排放盐水的组分、盐度、热污染、腐蚀产物、化学清洗剂等对海洋环境和海洋生物的潜在影响,提出了相应的解决措施与解决方法,说明浓盐水零排放技术是解决环境问题的有效途径。
关键词:海水淡化;海洋环境;浓盐水;零排放
随着海水淡化技术的进步,海水淡化作为可持续开发淡水资源的手段在越来越多的国家如火如荼地发展起来。然而,现行海水淡化方法水回收率较低,热法海水淡化装置的水回收率为15%~50%,膜法海水淡化装置的水回收率仅为30%~40%,其余大部分海水经淡化后浓盐水被直接排回大海。在脱盐过程中加入的化学药剂、产生的腐蚀产物、吸收的热量等的排放必将对近海海域环境和生态产生影响。而且,随着淡水需求的增加、海水淡化规模的增大,其影响程度必将加剧。因此,大规模海水淡化可能引发的环境问题引起了国际社会越来越多的关注,包括海水淡化浓盐水排放对环境的潜在影响[1-5]与海水淡化浓盐水合理排放等[6-7]。
1 海水淡化技术及应用现状
至今海水淡化方法已经出现了数十种,主要包括热法、膜法、离子交换法、水合物法、溶剂萃取法、电去离子法(EDI)和冷冻法等。其中,热法海水淡化技术包含了多级闪蒸(MSF)、多效蒸发(MED)、压汽蒸馏(VC);而膜法海水淡化技术包括反渗透法(RO)、电渗析法(ED)。目前工业上常采用的海水淡化方法主要有MSF、RO和MED。图1 所示为全球脱盐装置采用技术分布情况(包括海水、盐卤水、废水、河水等不同进料水的所有脱盐装置)。MSF 技术最为成熟、能耗大,适合于大型海水淡化装置,在海湾国家采用较多。RO 是海水淡化技术中发展最快的技术之一,对大、中、小型规模海水淡化装置均适用,无热源需求。除海湾国家外,其它欧、美、亚地区大型海水淡化装置均首选反渗透技术。MED 技术中低温多效蒸馏技术(LT-MED)有着操作温度低、预处理更为简单、操作弹性大、动
力消耗小、热效率高、操作安全可靠等种种优点,发展迅速,是目前热法海水淡化技术中最有发展前景的海水淡化技术。1980—2008 年期间每年新增RO、MSF、MED 海水淡化生产能力情况,如图2 所示。
从图2 可以看出,MED 在热法海水淡化技术中越来越具有竞争力,正在逐步超越已经成熟的MSF技术。1997—2002 年,MED 仅占热法海水淡化的约25%,而2003—2008 年,MED 占了热法海水淡化市场的42%。
目前,世界许多国家和地区利用脱盐技术,满足了淡水资源的需求,约2/3 的淡化水用于市政供水,1/3 用于工业用水、电厂、农业等。根据国际脱盐协会(IDA)2009—2010 年度报告[8],全世界已建成的脱盐装置总淡水生产能力达5990×104m3/d,仍有约180×104 m3/d 生产能力的装置在建。自1966 年世界脱盐装置生产能力增长趋势如图3所示。其中,包括目前可能已经停产的装置,涵盖了采用不同脱盐技术的海水、盐卤水、废水、河水或纯水脱盐处理装置,如MSF、MED、RO、ED 等。图4给出了1980—2008年每年新建和待建海水淡化装置的生产能力。
截至2009 年底,我国海水淡化总生产能力约35×104 m3/d,尚有在建工程约30×104 m3/d,设计与签约中的近10×104 m3/d[9]。1945 年以来世界10大脱盐生产能力的国家,如图5 所示,中国位于第6 位。
海水淡化工程发展迅速,日益满足了目前市政、工业等淡水需求。然而,海水淡化工程大规模的建设对环境的影响问题也日益突出。IDA2008—2009 年度报告在分析海水淡化现有问题中指出[10],海水淡化装置的建设必须考虑其经济性和环境影响,海水淡化对海洋与海洋生物的污染必须引起重视。因此,海水淡化浓盐水排放可能引发的环境问题与海水淡化浓盐水合理排放必须引起关注。
2 海水淡化对环境的影响
海水淡化对环境的影响主要包括两个方面:海水淡化对社会环境的影响和浓盐水排放对海洋环境的影响。
海水淡化对社会环境的影响
目前,热法海水淡化能耗高,能量利用率低,造成能源的大量浪费。RO 膜法海水淡化需要采用高压泵,消耗大量的电能。研究表明[11],每产1 m3的淡水,MSF、MED 和RO 能耗范围分别为24~36 kW·h、18~30 kW·h 和3~6 kW·h;同时MSF和MED ~ kW·h 的动力消耗,而对于无能量回收装置的RO 装置,能量消耗更大。除耗能的影响外,海水淡化设施与厂区建设占据部分海