农业节水灌溉与咸水利用淡化

我国《水法》规定厉行节约用水，要发展节水型工业、农业和服务业，建立节水型社会。要求到2010年全国灌溉用水基本实现零增长。到2020年，初步建成与小康社会相适应的节水型社会，力争实现经济社会发展用水零增长。本书总结的农业节水灌溉与咸水利用淡化的实践经验与研究成果，为编制节水型社会规划、建设节水型社会试点和示范区，提供了战略思路、治理途径、综合措施及科学依据。对正在建设的南水北调受水区外调水与当地水资源的优化配置，包括节约用水和咸水、雨水等非传统水资源的利用，提供了借鉴。我国北方还有上百亿立米的地下咸水有待开发利用，对此，本书提供了成套可操作性的实用技术。本书对进一步提高公众对我国水情的认识，增强全民节水意识，普及节约用水、科学用水技术，为建设水资源节约型和环境友好型社会做出更大贡献，都具有重要意义。

万生，男，1928年1月出生于山东省青岛市。天津工商学院建筑工程系、河北工学院水利工程系肄业。1948年参加革命。河北省水利科学研究院教授级高级工程师。水利部地下水专家组成员、世界银行国际灌溉排水技术研究计划（IPTRID）专家组成员、全国地下水信息网顾问。曾任水利部土壤调查总队副总队长，河北省水利勘测设计院科研室主任，河北省水利科学研究所所长，中国水利学会农田水利专业委员会委员，中国土壤学会盐碱土专业委员会副主任，河北省农业系统工程学会副理事长，河北省水利学会农田水利专业委员会主任。20世纪50年代组织华北平原、宁夏、内蒙古引黄灌区及山西盆地土壤调查。协助编著《华北平原土壤》，获全国科学大会奖。60年代组织海滦河平原防治土壤盐碱化调查与科学实验。组建深县后营试区，解决了灌区次生盐碱化防治问题，十年实现人均生产千斤粮，获1978年河北省科技工作先进集体先进个人代表会议奖。70年代承担国家“河北黑龙港地区地下水合理开发利用的研究”，《综合治理旱涝碱咸》获全国科学大会奖，国家农委、国家科委农业科技成果推广奖。80年代引进联合国国际农业开发基金会贷款（IFAD），开发利用微咸水灌溉，治理南皮中部盐碱低产田，建立农业开发项目区，总产及人均收入翻两番。“七五”主持国家“黄淮海平原近滨海缺水盐渍区综合治理配套技术的研究”，1990年获河北省科技进步一等奖。1996年获中国工程院院士提名，享受国务院专家特殊津贴。进入新世纪，方生教授指导沧州市开展“南水北调受水区沧州市区水资源优化配置与生态环境综合治理的研究”，2006年获河北省科技进步三等奖，沧州市科技进步一等奖。曾出访美国、德国、荷兰、印度，出席国际学术会议、考察与交流。国内外发表论著90余篇，其中国际上发表23篇。代表性著作有《改良盐碱地创高产》（1974）、《旱涝盐碱综合治理与技术经济效果》（2003），《DEVELOPING DRAINAGE AS THE BASIS OF COMPREHENSIVE CONTROL OF DROUGHT，WATERLOGGING，SALINITY AND SALINE GROUNDWATER》（2007），主编《地下水开发利用与管理》（1991）等。2100433B

作　者：方生，陈秀玲　编著

出 版 社：中国农业科学技术出版社

出版时间：2008-8-1

版　次：1页　数：360字　数：600000 印刷时间：2008-8-1开　本：大16开纸　张：胶版纸 印　次：1I S B N：9787802336087包　装：平装

苦咸水淡化蒸馏法

蒸馏法就是把苦咸水或海水加热使之沸腾蒸发,再把蒸汽冷凝成淡水的过程。蒸馏法是最早采用的淡化法,其主要优点是结构较简单、操作容易、所得淡水水质好。蒸馏法有许多种,如多效蒸发、多级闪蒸、压汽蒸馏、膜蒸馏等 。

苦咸水淡化电渗析法

1.电渗析法的基本原理、特点和适用范围

在苦咸水淡化中应用的电渗析法简称ED ,是利用离子交换膜在电场作用下,分离盐水中的阴、阳离子,从而使淡水室中盐分浓度降低而得到淡水的一种膜分离技术。电渗析装置是利用离子在电场的作用下定向迁移,通过选择透过性的离子交换膜达到除盐目的。在外加直流电场的作用下,水中的离子作定向迁移(阳离子交换膜只允许阳离子通过,阴离子交换膜只允许阴离子通过) ,使一种水中大部分离子迁移到另一种水中去。该技术已比较成熟,具有工艺简单、除盐率高、制水成本低、操作方便、不污染环境等主要优点,但存在对水质要求较严格、需对原水进行预处理等缺点。20 世纪50 年代,美国、英国开始将这种方法用于苦咸水淡化,中国在20 世纪80 年代将此法用于苦咸水淡化、工业用纯水和超纯水制造。

电渗析器的主要部件为阴、阳离子交换膜、隔板与电极。隔板构成的隔室为液流经过的通道，淡水经过的隔室为脱盐室，浓水经过的隔室为浓缩室。把阴、阳离子交换膜与浓、淡水隔板交替排列，重复叠加，再加上一对端电极，就成了电渗析器。电渗析器有三种组装方式，为一级一段(产水量大，用于大中型)、一级多段(脱盐率较高，产水量小，用于中小型)，和多级多段。有立式和卧式两种安装方式。

2.电渗析法在苦咸水淡化工程中的应用特点

(1) 电渗析对铁、镁、钙、钾、氯化物等溶解性无机盐类及毒理学指标砷、氟化物的去除率达66 %～93 % ,可以满足苦咸水淡化需求;

(2) 电渗析对耗氧量、NH32N、NO-32N 、NO22N及硅的去除率较低,仅15 %～45 % ,但由于原水中上述指标含量较低,去除率虽低,尚能满足生活饮用水卫生要求;

(3) 电渗析对SO₂^-4 的去除率为63. 8 % ,用以淡化SO-42Na 型和SO₄ ·Cl₂Na 型水,很难满足生活饮用水卫生要求;

(4) 电渗析过程的能耗与给水含盐量有密切关系,给水含盐量越高,能耗越大,因此电渗析比较适合低盐苦咸水的淡化。 此外,由于电渗析不能去除水中有机物和细菌,加之设备运行能耗较大,使其在苦咸水淡化工程中的应用受到局限,因而原有电渗析装置在苦咸水淡化方面逐渐被反渗透装置所取代。

苦咸水淡化反渗透法

反渗透法的基本原理及特点用一种选择透过性膜将一个容器分为两半,在膜的两侧同时分别加入纯水和盐水,使膜两侧的液面一样高,过了一定时间会发生盐水侧的液面在升高,纯水侧的液面在下降,这是由于水分子透过半透膜向盐水侧迁移的结果,这种现象称为渗透。能够对水或溶液具有选择透过性的膜称为半透膜。如果在浓溶液一边加上适当的压力,则可使渗透停止。当稀溶液向浓溶液的渗透停止时的压力称为渗透压。反渗透则是在浓溶液一边加上比自然渗透更高的压力,扭转自然渗透方向,把溶液中的离子压到半透膜的另一边,这与自然界的正常渗透过程相反,故称之为“反渗透”,这种装置称为反渗透装置。反渗透方法可以从水中除去90 %以上的溶解性盐类和99 %以上的胶体微生物及有机物等。与其他水处理方法相比具有无相态变化、常温操作、设备简单、效益高、占地少、操作方便、能量消耗少、适应范围广、自动化程度高和出水质量好等优点。尤其以风能、太阳能作动力的反渗透净化苦咸水装置,是解决无电和常规能源短缺地区人们生活用水问题的既经济又可靠的途径。 反渗透淡化法不仅适用于海水淡化,也适合于苦咸水淡化。现有的淡化法中,反渗透淡化法是最经济的,它甚至已经超过电渗析淡化法。由于反渗透过程的推动力是压力,过程中没有发生相变化,膜仅起着“筛分”的作用,因此反渗透分离过程所需能耗较低。在现有海水和苦咸水淡化中,反渗透法是最节能的。反渗透膜分离的特点是它的“广谱”分离,即它不但可以脱除水中的各种离子,而且可以脱除比离子大的微粒,如大部分的有机物、胶体、病毒、细菌、悬浮物等,故反渗透分离法又有广谱分离法之称。

常规的反渗透法工艺流程

常规反渗透法工艺流程是:原水→预处理系统→高压水泵→反渗透膜组件→净化水。其中预处理系统视原水的水质情况和出水要求 可采取粗滤、活性炭吸附、精滤等,精滤必不可少,是为了保护反渗透膜、延长其使用寿命而设立的,另外,复合膜对水中的游离氯非常敏感,因而预处理系统中通常都配备活性炭吸附。

反渗透法给水预处理

给水预处理对反渗透法安全运行是至关重要的。无论地表水或地下水,都含有一些可溶或不可溶的有机物和无机物。虽然反渗透能截留这些物质,但反渗透主要是用来脱盐。如果反渗透给水中含有过多的浊度、悬浮物质,这些物质将会淤积在膜表面上,此外还可使水中硬度过高而结垢,这些将使流道堵塞,造成膜组件压差增大、产水量和脱盐率下降,甚至使膜组件报废的严重结果。另外不同膜材料具有不同的化学稳定性,它们对p H、余氯、温度、细菌、某些化学物质等的稳定性也有很大的影响,对给水预处理的要求也不同。一般来讲,膜组件生产厂商均会提出给水水质指标。

反渗透淡化系统的安全运行

虽然反渗透系统运行已证明是可靠的,但产生的故障报道也不少,如给水预处理不当、没有按规定控制各种运行参数,均系操作不当引起。因此,反渗透淡化系统安全运行必须注意以下问题:

(1) 定期测试SDI指数。SDI过高,会造成膜组件的不可逆污染,缩短组件的寿命。

(2) 控制回收率。回收率过高,一方面使难溶盐的组分超过溶度积而结垢,另一方面组件里的浓水流速过低,易于产生浓差极化引起结垢,同时不利于把水中胶体、悬浮物等排出。

(3) 注意膜组件的压差。膜组件的初期压差是很小的,如若压差增大较快,预示膜组件被污染或结垢,必须查出原因,并予以纠正。

(4) 注意产水量和脱盐率的变化,通常与压差变化同时出现。如在短时间内,产水量和脱盐率明显变化,必须检查预处理系统运行是否正常,如加药量是否合适、过滤器是否漏砂等。

反渗透法淡化苦咸水效果

反渗透法脱盐率及产水纯净程度都比电渗析法高,出水水质优于我国《生活饮用水卫生标准》,对高氟低矿化度苦咸水通过反渗透法淡化,出水水质可达到我国《饮用纯净水卫生标准》。有资料表明,反渗透法淡化苦咸水的能耗———电耗、水耗均低于电渗析法,而且反渗透法设备结构紧凑、占地面积小、运行效果稳定可靠、符合“清洁生产”要求,反渗透法是较其他方法更为合理、有效的苦咸水淡化方法。

采用反渗透法对不同含盐量的苦咸水进行脱盐淡化,淡化过程中,系统运行稳定。系统的脱盐率达96 %以上,淡化水水质达到国家生活饮用水标准。反渗透系统苦咸水淡化装置具有较强的适应性,可根据原水的水质情况,调整运行参数来实现对不同含盐量的苦咸水连续进行处理。该装置高度集成化,可望成为定型的成套设备 。

苦咸水淡化装置，是利用反渗透技术的原理，结合了微电脑技术、机电一体化技术生产的水处理装置。一般情况下的苦咸水处理方案框图如图1所示 ：