海水淡化处理后浓盐水处置方法

  海水淡化在有效解决缺水问题的同时也给环境带来了一些不利影响，其中海水淡化后浓 盐水的处置就是一个需要解决的问题，选择合适的条件和地点处理浓盐水已成为建造新淡化 厂的关键限制因素之一。
目前，世界上常用的浓盐水处理方法可分为两大类：一是直接排放，如排入海洋、污水 处理系统等；二是将浓盐水进行合理利用，如化工提取等。
(一)浓盐水排海
  这一处置方法是指将淡化厂的浓盐水排放至附近的大洋、海洋或海湾。通过一个新建排 污口排放淡化厂的浓盐水是世界范围内广泛采用的做法，而且该做法适用于任何规模的海水 淡化厂。目前世界上90%以上正在运行的大型淡化厂都通过专门设计和建造的海洋排污口来 处置其产出的浓盐水。浓盐水海洋排放通常采用下列三种方法来完成：①通过新的海洋排污 口直接排放；②通过现有的污水处理厂排污口排放；③通过现有的电厂排污口排放。
1.通过一个新的海洋排污口排放
  海洋排放的目的是为了以安全环保的方式来处置淡化厂的浓盐水，这就需要将混合区的 面积降至最小，以降低对海洋生物的影响。加速海洋排污口所排浓盐水混合的两种主要方式 是：①依赖潮汐自然的混合能力；②在潮间带之外排放浓盐水，并在排污设施末端安装扩散 装置促进混合。
  尽管潮间带具有大量的湍流能，而且通常能比管端设置扩散器的排放方式提供更好的混 合，但这个区域将浓盐水排放负荷输运到开放海域的能力有限。如果浓盐水的排放量超出了 潮间带的盐度输送能力，多余的盐分将会在潮间带长期累积，最终导致这个区域盐分逐步升 高。因此，只有当潮间带能接受、混合浓盐水，并可将其输移至开放海域时，才适合作为排 放点选址。潮间带的盐分混合及输运能力临界值可以利用水动力学模拟计算获得。如果淡化 厂溶解性总固体的排放负荷低于潮间带的混合及输运能力临界值，那么将浓盐水排放到此区 域就是一种相对较优的选择，这比采用配备扩散系统的长距离开放式排污方式更加经济、 有效。
  对于规模很小（产水量在400m3/d以下）的淡化厂，海洋排污口通常建成一个向海洋潮 间带内延伸100m的末端敞口的排放管。这种排放方式通常依靠潮间带的混合湍流驱散浓盐 水，并迅速将体积较少的浓盐水带到周围环境中去。大型海水淡化厂的排污口通常延伸到了 潮间带以外，并在排污口配备有扩散器用于提供必要的混合，以阻止高密度浓盐水羽状流在 排污口附近的大洋底部累积。大型淡化厂排污口的尺寸、结构以及扩散器的结构都是根据排 放地点特定的环境条件通过水动力学模型计算确定的。
2.通过现有污水处理厂的排污口排放
  这种组合排放方式的主要特征是利用了重质高盐分浓盐水和轻质低盐分污水混合带来的 加速混合优势。这种掺混可以减小污水排放羽状流的尺寸，并稀释其中的某些组分。与轻于 海水的污水共同排放将会通过浮力作用抬升浓盐水羽状流，以及增大与其混合的海水体积来 加速盐分的扩散。
  到目前为止，通过现有污水处理厂的排污口直接排放的应用非常有限，尤其是在中型和 大型海水淡化厂。其主要原因在于：废水排放能力及其可用性和成本，以及混合排放水的总 排放毒性（WET）,其中WET可能来自两种污水流混合后的离子失衡。即使该浓盐水处置方 法可行，海水淡化厂附近还必须存在污水处理厂，并且这个污水处理厂需有多余的排污口排 放容量可用；即便有污水处理厂排污口，也还需要征得其管理者的同意，并且收费合理，同 时还要明确各自承担的相关责任。通常，这种有利的组合条件不容易找到，尤其是在浓盐水 排放量较大的情形下。
3.通过现有电厂的排污口排放（联产）
  联产概念的主要特征是海水淡化厂的取、排水设施直接与一个临近沿海发电厂的排水系 统相连。这种方式既以电厂冷却水作为海水淡化厂的原水，又将其作为掺混水用于在排海前 降低淡化厂所排浓盐水的盐度。
为了使联产经济、有效，又便于实施，电厂冷却水排放流量必须大于海水淡化装置的处 理能力，并且电厂排污系统的结构必须适宜，以避免夹带和把浓盐水再循环到海水淡化厂取 水口。淡化厂排水与电厂排污口连接点下游应有足够的长度，这样才能保证淡化厂排水与电 厂排水在入海前达到完全混合。当海水淡化装置的原水是电厂排放的冷却水时，必须特别注 意电厂运行工况对冷却水水质的影响。例如，如果某火电厂冷却水中铜、镣或铁的浓度明显 高于周围海水的浓度，那么该电厂可能不适合与反渗透海水淡化厂联产，因为这些金属可能 造成膜组件的不可逆污堵。
  海水淡化浓盐水排污口的长度和结构与排放盐度密切相关。通常，排放的盐度越低，排 污口长度越短，需要达到浓盐水安全环保排放的扩散器结构越简单。淡化浓盐水和低盐度的 电厂冷却水混合排放通常可以降低海洋排放的整体含盐量，使排放管末端的盐度处在海水盐 度自然变动范围之内，从而彻底减轻对昂贵、复杂的排放扩散装置的依赖。另外，由于电厂 排水的温度较高，使得其密度小于周围海水，因此会浮在海洋表面。海水淡化厂排放的浓盐 水将向下拉动较轻的冷却水，从而促使深度方向上的整个海水水体都能并入热量和盐度的扩 散过程。其结果是，这两种排放的扩散时间显著缩短，影响面积得以显著减小。
（二） 浓盐水排入生活污水管道
  该方法仅适用于将小型海水淡化厂的浓盐水排放到大型污水处理设施中，主要是因为浓 盐水的高TDS浓度会对污水处理厂的运行产生潜在的负面效应。而且，往生活污水收集系统 排放浓盐水会受到工业废水排放要求和污水排入下水道水质要求的限值。
这种处置方法的可行性受到污水收集系统的水容量和污水处理厂处理能力的限制。通常 情况下，当进水TDS浓度超过3000mg/L时，污水处理厂的生化处理过程就会受到高盐度污 水的抑制。因此，在将淡化浓盐水引入到生活污水之前，必须评估进水盐度升高对污水处理 厂生化处理系统的影响。考虑到滨海地区污水处理厂的进水TDS浓度可能达到1000mg/L, 而海水淡化厂所排浓盐水TDS浓度可能达到65 OOOmg/L或者更高，污水处理厂的污水处理 量必须至少是浓盐水日排放量的30〜35倍，这样才能保持污水处理厂进水TDS浓度在 3000mg/L 以下。
  如果污水处理厂的出水设计为污水回用，那么污水处理厂可接收的浓盐水量不仅受到浓 盐水盐度的限制，还会受到混合液中钠、氯、硼、漠等元素含量的影响。所有这些元素及其 化合物都能对再生水的水质产生重大的不利影响，尤其是将再生水用于灌溉时。城市污水处 理厂的典型处理流程包括沉淀、活性污泥处理和砂滤等，对浓盐水成分的去除效果都相当 有限。
（三）蒸发池
  这种方法是基于在人造的土制衬砌水池或其他水池中对浓盐水进行太阳能自然蒸发。蒸 发池是液体零排放技术。当蒸发池达到正常操作所需的高盐度时，需要储水池来进行浓盐水 储存。
使用蒸发池会存在下列问题：①太阳能蒸发仅适用于土地成本较低的干旱地区小型淡化 厂的浓盐水处置；②土地需求量大；③需要地势平坦的区域；④气候依赖性强；⑤随着池中 固体和盐浓度的增加，蒸发速率会逐渐下降；⑥如果蒸发池没有衬砌，一部分浓盐水可能渗 透到蒸发池下方的淡水蓄水层；⑦存在泄漏风险；⑧盐分在水池底部累积，最终需要进行适 当的处置。
（四）液体零排放
  液体零排放技术，例如浓盐水浓缩器、结晶器和干燥器，将浓盐水转换成净化水、能够 回收利用的盐类或适于填埋处置的其他固体物质。
（1）浓缩器（蒸发器）。这里的浓缩器实际上是压汽蒸馅系统，通常用于水的回用。这种 浓缩技术通常可将90%〜98%的浓盐水蒸发出来，最终浓缩出的盐产物可供商业用途。
（2）结晶器。结晶器用于从浓盐水中提取高可溶性的盐类。结晶容器是垂直单元，由锅 炉提供蒸汽或由真空压缩机提供热量进行蒸发。浓盐水注入到结晶器中，通过管壳式传热管 并由真空压缩机压缩的蒸汽加热。由浓盐水中分离出来的低含盐水在冷凝器的末端作为蒸德 水收集。初步浓缩的浓盐水则进入结晶器，并在里面形成晶体，结晶物质送入离心机或者压 滤机脱水变成固体。
  浓盐水蒸发和结晶的能源成本较高，为25~70kWh/m3,设备成本往往是其他浓盐水处 置方法所需投资成本的几倍。由于投资、运行和维修成本高，这种零排放技术并不实用，除非没有其他浓盐水处置办法可供择,否则不会选用此方法。