正渗透技术在卤水浓缩中的应用

一般，我国海边制盐主要采用晒盐工艺进行制盐。晒盐时主要先将海水引入蒸发池，经日晒蒸发水分到一定程度时，再倒入结晶池，继续日晒，海水就会成为食盐的饱和溶液，再晒就会逐渐析出食盐来。
然而采用晒盐工艺进行制盐，占用场地大，制盐周期长，受天气影响大。随着盐产量的不断增大，盐田的面积需求不断增大。而由于晒盐产地的区域的局限性，导致盐场周边土地资源紧张，无法扩大盐产量。
正渗透是近年来发展起来的一种用于污水处理和咸水淡化的新型膜分离技术。正渗透是指水通过半透膜从高水化学势区域(或较低渗透压)自发地向低水化学势区域(或较高渗透压)传递的过程 。水和盐水两种不同渗透压的溶液分别放置在被半透膜隔开的容器两侧，在没有外界压力时，水会通过半透膜自发地从纯水侧扩散至盐水侧，使盐水侧液位升高，直到膜两侧的液位压力差与膜两侧的渗透压差相等时停止，这就是正渗透过程。与压力驱动膜分离过程相比，正渗透过程无需外加压力，而仅仅依靠渗透压驱动。因此，正渗透运行过程中的能耗小，膜污染情况也会相对较少，可以长时间的运行而不需要频繁清洗。
超滤+纳滤+正渗透耦合工艺可以实现卤水的精制和浓缩。通过超滤+纳滤工艺，将卤水中较大的污染物以及水中的二价离子除去，实现卤水的精制。本文主要介绍以老卤为汲取液，通过正渗透浓缩，以较低能耗实现精制卤水的浓缩，从而降低经济成本。该工艺主要以特种分离膜为核心，运行成本低，占地面积小。

试验装置图
如上图所示，老卤和卤水分别在正渗透膜的两侧循环流动，利用正渗透膜选择性透过的特性，以膜两侧渗透压差作为驱动力，将水从卤水侧迁移到老卤侧，从而达到卤水浓缩的目的。在实验中，浓缩过程分两步进行：首先以稀释过的老卤(老卤-1)作为驱动液对纳滤产水(卤水-0)进行一级浓缩，浓缩过程中膜通量会逐渐减小，到达预定值时，停止浓缩得到卤水-1；然后以新的老卤(老卤-0)对卤水-1进行二级浓缩，得到老卤-1和最终产物卤水-2，如图4所示。

正渗透两段浓缩流程示意图
在山东某盐场两个月的中试试验，通过优化试验参数，最终得到以下结论：
采用正渗透浓缩工艺，以精制后的卤水为进料液，以28°Be’(波美度)的老卤进行浓缩时，当老卤：卤水(体积比=1:1)时，可将卤水从5.5°Be’浓缩至16.1°Be’，平均运行通量为8.14LMH时，吨水能耗为4.77kW.h；当老卤：卤水(体积比=1.5:1)时，将卤水从5.5°Be’浓缩至17.7°Be’，平均运行通量为9.01LMH时，吨水能耗为4.32kW.h；当老卤：卤水(体积比=1.5:1)时，将卤水从5.5°Be’浓缩至16.4°Be’，平均运行通量为10.46LMH时，吨水能耗为3.72kW.h。而电渗析将盐水浓缩至19%，折算成吨盐能耗约为200kW.h，因此，采用正渗透技术进行浓缩，能耗约为电渗析的1/4。
综合来看，采用正渗透技术进行浓缩，能耗较低。且无需额外推动力，正渗透膜耐污染效果好，使用寿命长，故运行成本较低。
然而，目前正渗透技术应用于工业化仍受许多因素的制约，其中关键的是正渗透膜和汲取液选择问题。在该项目中，正渗透膜的截留率偏低，离子扩散现象严重，导致进料液水质下降，需经进一步除去钙镁、硫酸根离子，才可进一步使用。因此，开发一种截留率高、通量大的正渗透膜，是正渗透技术工业化的关键。相关阅读：MBR一体化设备在农村生活污水处理中的应用
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