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脫鹽與降耗可以兼得

作者:杜華斌    文章來源:科技日報    點擊數:    更新時間:2010-6-23 

  

  地球並不缺水,缺的隻是淡水。地球上隻有約3%的水資源是淡水,其中還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還很不平均,在美國西南部、亞洲和非洲缺乏淡水的地區比比皆是。

  但地球海水資源非常豐富,海水淡化一直是各方爭相研發的一項技術,特別是降低海水淡化工藝的能耗,更是各方研發的目標。在此方麵,創建於2008年的加拿大溫哥華“鹽工場”技術公司新開發的一項技術工藝“熱—離子脫鹽”具有突破性意義。

  淡了海水耗了能

  目前,世界上采用的海水淡化工藝大多使用蒸餾脫鹽法,該工藝耗能高,需要大量的能源快速蒸發海水,然後凝固獲得淡水。較新的海水淡化技術則使用反轉滲透工藝。具體是將海水高壓壓向一種膜,該膜可過濾掉海水中的鹽和其它礦物質。該方法比蒸餾法節省能源,但要產生高壓仍然需要消耗大量的能源。

  沙特阿拉伯擁有一座世界最大的海水淡化工廠,每日可生產88萬立方米的淡水,該廠專門由一個大型燃料油發電廠向其供電。而該海水淡化工廠隻是沙特擁有的數座大型海水淡化廠之一。世界銀行估計,中東地區在今後10年到15年,還需要增加五六百億立方米的淡水供應。如果仍然采用目前的技術,到那時海水淡化每天將消耗掉一百萬桶原油。

  給鹽搭個出走的“橋”

  加拿大“鹽工場”公司創始人本·斯帕若向《多倫多星報》介紹,新工藝可以將海水淡化的能耗降低一半,最多可以降低80%。該公司目前采用“熱—離子脫鹽”工藝的一個小型示範裝置每天可以淡化一立方米海水。

  據介紹,該工藝的工作原理是,將海水注入到開放的淺水池中,通過太陽光自然能量蒸發掉部分水分,將含鹽量為3.5%的海水濃縮至18%。附近工廠的廢熱也可以用來蒸發水分,它既可作為太陽光的補充,也可以作為其替代。

  該工藝需要修建A、B、C、D四座水池,將A水池中注入濃度為18%的蒸發過的海水,其它三座水池內注入濃度為3.5%的普通海水。由於鹽主要是氯化鈉,在海水中表現出是帶正電的鈉離子和帶負電的氯離子。

  “熱—離子脫鹽”工藝的技術核心是該公司開發出的一種單向離子過濾器,稱為“離子橋”。該“離子橋”的特點是允許帶正電離子通過,而截留住帶負電的離子,反之亦然。例如,在A池和B池之間的離子橋,隻允許帶正電的鈉離子通過;而A池和C池之間的離子橋隻允許帶負電的氯離子通過。

  A池裏經過濃縮的海水的鹽濃度遠高於B池和C池海水的鹽濃度,因此,A池中的鈉離子和氯離子自然就會向B池和C池湧去。但由於有離子橋的存在,隻有鈉離子可以加入B池,氯離子可以加入C池。結果是,B池和C池都會失去電離子平衡,B池裏鈉離子過剩,而C池裏氯離子過剩。

  注入了普通海水的D池與B池通過離子橋相連,B池中由於鈉離子過剩急於找回新的平衡,B池將會吸盡D池中的氯離子;同理,C池也將吸盡D池中的鈉離子。結果是D池中的鈉離子和氯離子都被去除掉。同樣的方式還可以將海水中的其它礦物質離子鈣、鎂、硫、溴等去除。

  小成本一樣大貢獻

  已經向該項目投資的加拿大可持續發展技術投資局負責人裏克·維塔克認為,該工藝方法的可貴之處在於整個離子運動過程中不需要消耗外部能量。隻是獲得A池中所需的18%鹽濃度的海水時需要能量,而且還不需要什麽成本。之外,還需要使用少量的電用於水循環低壓泵。

  維塔克表示,當然,該工藝目前還麵臨不少問題,首先,該公司還需要展示該工藝可以年處理百萬億立方米量級的海水的能力,這將需要每天蒸發大量的水。公司總裁喬希·左施推算,日處理5萬立方米淡水的商業化工廠需要修建一座直徑80米的蒸發塔。但他認為對於現有的建築技術來說,這並不成問題。