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脱盐与降耗可以兼得

作者:杜华斌    文章来源:科技日报    点击数:    更新时间:2010-6-23 

  

  地球并不缺水,缺的只是淡水。地球上只有约3%的水资源是淡水,其中还有三分之二是以冰川的形式存在。剩下三分之一的淡水在地球上的分布还很不平均,在美国西南部、亚洲和非洲缺乏淡水的地区比比皆是。

  但地球海水资源非常丰富,海水淡化一直是各方争相研发的一项技术,特别是降低海水淡化工艺的能耗,更是各方研发的目标。在此方面,创建于2008年的加拿大温哥华“盐工场”技术公司新开发的一项技术工艺“热—离子脱盐”具有突破性意义。

  淡了海水耗了能

  目前,世界上采用的海水淡化工艺大多使用蒸馏脱盐法,该工艺耗能高,需要大量的能源快速蒸发海水,然后凝固获得淡水。较新的海水淡化技术则使用反转渗透工艺。具体是将海水高压压向一种膜,该膜可过滤掉海水中的盐和其它矿物质。该方法比蒸馏法节省能源,但要产生高压仍然需要消耗大量的能源。

  沙特阿拉伯拥有一座世界最大的海水淡化工厂,每日可生产88万立方米的淡水,该厂专门由一个大型燃料油发电厂向其供电。而该海水淡化工厂只是沙特拥有的数座大型海水淡化厂之一。世界银行估计,中东地区在今后10年到15年,还需要增加五六百亿立方米的淡水供应。如果仍然采用目前的技术,到那时海水淡化每天将消耗掉一百万桶原油。

  给盐搭个出走的“桥”

  加拿大“盐工场”公司创始人本·斯帕若向《多伦多星报》介绍,新工艺可以将海水淡化的能耗降低一半,最多可以降低80%。该公司目前采用“热—离子脱盐”工艺的一个小型示范装置每天可以淡化一立方米海水。

  据介绍,该工艺的工作原理是,将海水注入到开放的浅水池中,通过太阳光自然能量蒸发掉部分水分,将含盐量为3.5%的海水浓缩至18%。附近工厂的废热也可以用来蒸发水分,它既可作为太阳光的补充,也可以作为其替代。

  该工艺需要修建A、B、C、D四座水池,将A水池中注入浓度为18%的蒸发过的海水,其它三座水池内注入浓度为3.5%的普通海水。由于盐主要是氯化钠,在海水中表现出是带正电的钠离子和带负电的氯离子。

  “热—离子脱盐”工艺的技术核心是该公司开发出的一种单向离子过滤器,称为“离子桥”。该“离子桥”的特点是允许带正电离子通过,而截留住带负电的离子,反之亦然。例如,在A池和B池之间的离子桥,只允许带正电的钠离子通过;而A池和C池之间的离子桥只允许带负电的氯离子通过。

  A池里经过浓缩的海水的盐浓度远高于B池和C池海水的盐浓度,因此,A池中的钠离子和氯离子自然就会向B池和C池涌去。但由于有离子桥的存在,只有钠离子可以加入B池,氯离子可以加入C池。结果是,B池和C池都会失去电离子平衡,B池里钠离子过剩,而C池里氯离子过剩。

  注入了普通海水的D池与B池通过离子桥相连,B池中由于钠离子过剩急于找回新的平衡,B池将会吸尽D池中的氯离子;同理,C池也将吸尽D池中的钠离子。结果是D池中的钠离子和氯离子都被去除掉。同样的方式还可以将海水中的其它矿物质离子钙、镁、硫、溴等去除。

  小成本一样大贡献

  已经向该项目投资的加拿大可持续发展技术投资局负责人里克·维塔克认为,该工艺方法的可贵之处在于整个离子运动过程中不需要消耗外部能量。只是获得A池中所需的18%盐浓度的海水时需要能量,而且还不需要什么成本。之外,还需要使用少量的电用于水循环低压泵。

  维塔克表示,当然,该工艺目前还面临不少问题,首先,该公司还需要展示该工艺可以年处理百万亿立方米量级的海水的能力,这将需要每天蒸发大量的水。公司总裁乔希·左施推算,日处理5万立方米淡水的商业化工厂需要修建一座直径80米的蒸发塔。但他认为对于现有的建筑技术来说,这并不成问题。


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