利用反滲透、多級閃蒸等技術(shù)
去鹽分除雜質(zhì) 向大海要淡水
日前，我國北方最大的海水淡化項(xiàng)目在天津投產(chǎn)，日產(chǎn)淡化水15萬噸。按照這一產(chǎn)能計(jì)算，每年可節(jié)約地表用水5000萬噸。據(jù)了解，該項(xiàng)目將為天津市南港工業(yè)區(qū)內(nèi)企業(yè)提供工業(yè)用水。
除了作為工業(yè)用水，海水淡化水也可作為生活用水。“在我國，天津、青島等地的居民，已經(jīng)在日常生活中用上了海水淡化水。”浙江大學(xué)能源工程學(xué)院研究員賀天彪在接受科技日報記者采訪時介紹。
能達(dá)到國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)
目前，全球有超過160個國家在使用海水淡化水，70%的海水淡化水用于居民生活用水。海水淡化水作為生活飲用水的安全性，已經(jīng)得到廣泛驗(yàn)證和認(rèn)可。
“我國現(xiàn)行的生活飲用水國家標(biāo)準(zhǔn)是《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749-2022)。”天津大學(xué)化工學(xué)院研究員解利昕告訴科技日報記者。該國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了生活飲用水水質(zhì)要求、生活飲用水水源水質(zhì)要求、集中式供水單位衛(wèi)生要求等內(nèi)容，且適用于各類生活飲用水。因此，作為生活飲用水的海水淡化水，也應(yīng)符合該國家標(biāo)準(zhǔn)的各項(xiàng)要求。
《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》明確規(guī)定了水中微生物、重金屬、硝酸鹽等的限值，比如硝酸鹽檢出量不應(yīng)超過10毫克/升、任何大腸桿菌等致病菌不應(yīng)檢出等。此外，賀天彪介紹，海水淡化水的透明度、味道、顏色以及酸堿度等，都要達(dá)到適宜飲用的標(biāo)準(zhǔn)。
“目前，海水淡化水原則上都能夠達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)。”解利昕補(bǔ)充，除了國家標(biāo)準(zhǔn)，一些城市還發(fā)布了相關(guān)地方標(biāo)準(zhǔn)。這些地方標(biāo)準(zhǔn)與國家標(biāo)準(zhǔn)大致相同，僅個別指標(biāo)有差別，但地方標(biāo)準(zhǔn)的要求只會比國家標(biāo)準(zhǔn)更嚴(yán)格。
比如，在最新的相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)中，飲用水中硼元素的限值為1毫克/升。而在廣東省深圳市現(xiàn)行的《生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(DB4403/T 60-2020)中，硼元素的限值為0.5毫克/升。“按照這個標(biāo)準(zhǔn)，部分海水淡化水在經(jīng)過一級淡化后，還需要經(jīng)過二級淡化，以進(jìn)一步降低水中硼元素的含量。”解利昕說。
海水淡化水接入居民用水系統(tǒng)的方式，因各地水質(zhì)和政策不同而存在差異。賀天彪舉例，在浙江省舟山市和山東省青島市，海水淡化水經(jīng)過全部處理流程后，會直接進(jìn)入城市供水管網(wǎng)。而天津市要求，海水淡化水進(jìn)入城市供水管網(wǎng)前，要和自來水進(jìn)行一定比例的摻混，才能被輸送給居民。
膜法與熱法被廣泛應(yīng)用
要把海水淡化為生活用水，通常需經(jīng)過預(yù)處理、淡化處理和后處理三個環(huán)節(jié)。
賀天彪介紹，在預(yù)處理階段，一般采用混凝、沉淀、澄清等技術(shù)手段，去除海水中存在的泥沙顆粒、微生物以及其他雜質(zhì)。
預(yù)處理后的淡化處理是整個海水淡化流程中最核心的環(huán)節(jié)。淡化海水最重要的，就是脫掉海水中的鹽。
解利昕告訴記者，目前海水淡化技術(shù)總體上有兩大類，分別是膜法和熱法。這兩類方法在國內(nèi)外被廣泛應(yīng)用。
具體來說，海水淡化技術(shù)主要包括反滲透、多級閃蒸和低溫多效蒸餾等。賀天彪介紹，其中反滲透技術(shù)屬于膜法，通過施加高壓讓海水通過半透膜，從而去除海水中的鹽分和其他雜質(zhì)；多級閃蒸和低溫多效蒸餾技術(shù)屬于熱法，讓海水在蒸發(fā)室中多次蒸發(fā)和冷凝，以實(shí)現(xiàn)海水淡化的目的。
“不同的海水淡化技術(shù)，在處理流程、周期和成本等方面都有不同。”賀天彪介紹，應(yīng)用反滲透技術(shù)，淡化周期短，整個過程僅需約20分鐘至30分鐘。相比之下，多級閃蒸和低溫多效蒸餾技術(shù)因需將海水加熱至一定溫度，再將其引入蒸發(fā)室進(jìn)行蒸發(fā)冷凝分離，所以淡化周期較長，通常要數(shù)小時。
在運(yùn)營成本上，反滲透技術(shù)主要消耗電能，且設(shè)備成本低，適用于中小型項(xiàng)目；而多級閃蒸和低溫多效蒸餾技術(shù)，以低壓蒸汽或工廠余熱為穩(wěn)定熱源，既消耗電能又消耗熱能，適用于大型工業(yè)項(xiàng)目。就實(shí)際情況而言，采用膜法的成本總體上比熱法低。賀天彪認(rèn)為，這是反滲透技術(shù)成為海水淡化主流技術(shù)的原因之一。
“通常情況下，采用熱法的項(xiàng)目，運(yùn)營成本高一些。但在實(shí)際應(yīng)用中，影響成本的因素是復(fù)雜的，需要根據(jù)實(shí)際情況具體評估。”解利昕舉例，有些地區(qū)的工廠在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量廢熱，供熱成本很低。如果把這些廢熱收集起來用于海水淡化，采用低溫多效蒸餾技術(shù)的項(xiàng)目反而有成本優(yōu)勢。
利用膜法或熱法處理過的海水，不可以直接進(jìn)入城市供水管網(wǎng)。
賀天彪解釋，這是因?yàn)楹Ｋ诒坏幚頃r，會去除海水中的金屬離子，使海水淡化水pH值偏低。故在實(shí)際應(yīng)用中，工作人員要對海水淡化水進(jìn)行后處理，使其更好地滿足居民飲用水要求。
就價格而言，賀天彪介紹，海水淡化水的價格會受海水淡化工藝以及電價等因素影響。一般來說，海水淡化水的成本要高于自來水。
不過，在我國，當(dāng)前各地的海水淡化水僅作為補(bǔ)充水源進(jìn)入城市供水管網(wǎng)，政府會對這部分海水淡化水進(jìn)行價格補(bǔ)貼。因此，民用水價并不會受到海水淡化水成本的影響。(科技日報 記者 沈唯)