耶鲁将建立新型正向渗透脱盐试验工厂

新型海水淡化工艺有望降低能源成本，提高回收率，减少盐水排放

新型海水淡化工艺有望降低能源成本，提高回收率，减少盐水排放

纽黑文，康涅狄格州——耶鲁大学的研究人员正在建造一个中试规模的工厂，以演示一种新颖的正向渗透脱盐过程。该项目由Menachem Elimelech教授和研究生Robert L. McGinnis和Jeffery R. McCutcheon领导，将采用一种不同于现有海水淡化技术的工艺，它使用渗透压，而不是液压或热蒸发，将淡水从海水或微咸水源中分离出来。这种方法有望显著降低能源消耗和成本，同时提高给水采收率，并大大减少卤水排放流。

它是如何工作的

正向渗透(FO)过程实现高效脱盐能力的关键在于所使用的渗透“提取”溶液的组成。众所周知，水会从稀释溶液流向浓缩溶液(当这些溶液被半透膜隔开时)，而非常浓缩的溶液会从半咸水或海水盐水源吸取水。在实践中利用这一现象的困难在于确定一种浓缩溶液，其中含有可以有效和完全去除的溶质。例如，浓缩的糖溶液可以用来淡化微咸水，但这只会产生浓度较低的糖溶液，而不是淡水。

耶鲁大学开发的FO工艺使用一组独特的可拆卸溶质来生成用于脱盐的抽提溶液(1)。当氨和二氧化碳气体以正确的比例溶解在水中时，它们有利于形成高浓度的铵盐溶液。这个解决方案可以有非常高的渗透压,这使得它适合画水从盐水提要,但是这个解决方案最有利的使用FO的能力是盐从溶液分解,加热后,再成氨和二氧化碳气体,从而使有效和完全删除和重用(图1)。因此,这一过程是膜和热过程,这样的分离是通过使用半透膜,但是用于分离的能量是以热的形式存在的。

能源成本

FO过程所使用的热量可以在数量上最小化，在成本上最小化，或者在两者之间设置某种平衡。在大多数情况下，FO将使用不到现有最有效的热脱盐技术多效应蒸馏(MED)所需热能的一半。与MED或MSF相比，FO具有在更低或更高温度下使用热量的进一步能力。FO可以利用低至40?C，刚好高于进入发电厂冷凝器的蒸汽的典型值。在这个温度下，热能的成本很低。FO还可以使用更高温度的热源，这大大减少了所需的总热量。例如，在200°C到250°C的温度下，FO可以实现接近30的增益输出比(GOR，通常用于比较热脱盐效率，数值越大表示使用的热量越少)。MED海水淡化的GOR通常为8-12，具体取决于其配置。

FO的耗电量也远远低于现有的脱盐技术。在大多数情况下，FO需要的水少于0.25千瓦时/立方米。这是约。是MED要求的21%和RO要求的9%低成本的热量和最小的电力消耗的结合有望使FO成为能源成本方面的最佳脱盐工艺。

高的复苏

铵盐抽提溶液的高渗透压特性允许从高浓度含盐饲料中回收淡水。实验室试验表明3.4 M NaCl溶液有效脱盐，其盐度相当于约。85%的回收率来自典型的海水来源。要实现这一潜力，需要研究适当的预处理策略，但现有的脱盐方法无法达到FO产生很高回收率的能力。这种能力增加的一个重要影响将是海水淡化厂排放的卤水流量的减少。在半咸水脱盐的情况下，FO实现的极高回收率可能允许零液体排放(ZLD)操作，这是在内陆环境中采用脱盐的关键能力。有朝一日，ZLD也可能用于海水淡化，只要能够为将要生产的大量盐找到用户。

低能源成本、高给水回收率和最小化的卤水排放使FO成为一种非常有用的脱盐工艺。预计FO的总用水费用也将比RO或MED低得多，但只有试验才能提供详细估计总费用的必要资料。在海军研究办公室提供的资金支持下，耶鲁大学的研究人员已经开始建设FO海水淡化试点项目，预计将于2007年春季完成。

1)陈晓明，陈晓明，陈晓明，一种新型氨-二氧化碳正向(直接)渗透海水淡化工艺的研究，海水淡化学报，33(2005)1-11。

来源:耶鲁大学，2006年1月5日