分散式鹽田利用海水淡化濃海水方案分析

張建敏

(唐山三友鹽化有限公司，河北 唐山 063605)

1 概述

隨著經(jīng)濟快速發(fā)展，我國北方沿海地區(qū)淡水短缺壓力越來越大，急需尋找新的淡水資源，海水淡化是解決沿海水資源短缺的重要途徑。目前，國內(nèi)大規(guī)模工業(yè)海水淡化工程，主要集中在環(huán)渤海的鋼鐵、電力等高耗水行業(yè)。

海水淡化工程生產(chǎn)淡水的同時，副產(chǎn)大量濃海水。濃海水比海水濃度高1倍左右，不但鹽度大，而且含有海水預(yù)處理加的化學(xué)物質(zhì)，如果直接排海，會使海洋生態(tài)環(huán)境遭到破壞。渤海是半封閉海區(qū)，海水自凈能力較差，這一問題更嚴重。將濃海水用于原鹽生產(chǎn)，可提高原鹽有效面積單產(chǎn)，進而提高溴素等鹽化工產(chǎn)品產(chǎn)量。不但解決了濃海水排放污染海洋環(huán)境問題，還可解決因鹽田被開發(fā)占用，造成原鹽及鹽化工產(chǎn)品產(chǎn)量下降問題，同時可騰出土地開展新項目建設(shè)或海水養(yǎng)殖。

為避免濃海水直接排海破壞海洋生態(tài)環(huán)境，在規(guī)劃建設(shè)海水淡化項目時，應(yīng)同步規(guī)劃建設(shè)濃海水綜合利用工程，以取得最佳的社會效益和經(jīng)濟效益。

2 海水淡化工藝

海水淡化主流技術(shù)分為熱法和膜法。目前我國已掌握反滲透(膜法)和低溫多效(熱法)海水淡化技術(shù)。截至 2018 年，全國應(yīng)用反滲透(RO)技術(shù)的海水淡化工程 121 個，產(chǎn)淡水規(guī)模占總規(guī)模的68.70%；應(yīng)用低溫多效(MED)技術(shù)的海水淡化工程 16 個，占總規(guī)模的 30.72%。

不同海水淡化工藝(熱法或膜法)，產(chǎn)生的濃海水組成差異較大。膜法海水淡化副產(chǎn)濃海水濃度較高，在6 °Be′左右；熱法副產(chǎn)濃海水濃度較低，在4.5 °Be′～5.5 °Be′。膜法工藝副產(chǎn)濃海水濃度高，更有利于開展?jié)夂ＫC合利用。國內(nèi)一些海水淡化廠副產(chǎn)的濃海水組成見表1。

表1 濃海水組成

據(jù)資料介紹，國內(nèi)已開發(fā)出膜法超倍濃縮裝置。該技術(shù)已被韓國某海水淡化及濃海水制鹽項目采用，海水淡化淡水產(chǎn)量增加的同時，可生產(chǎn)約14 °Be′的濃海水，能耗為9 kWh·m3。該技術(shù)為海水淡化濃海水利用提供了新的方向。

3 海鹽生產(chǎn)工藝及鹽田結(jié)構(gòu)分類

3.1 海鹽生產(chǎn)工藝

海鹽生產(chǎn)工藝是將海水由納潮站經(jīng)送水路輸送到鹽田，海水在太陽能、風(fēng)能作用下，依次通過初級、中級、高級制鹵區(qū)和結(jié)晶區(qū)，逐步蒸發(fā)濃縮直至飽和，氯化鈉結(jié)晶析出的過程。

根據(jù)工藝計算，得出由海水濃縮至不同濃度鹵水的蒸發(fā)水量，占由海水濃縮至飽和鹵水總蒸發(fā)水量的百分比見表2。

表2 各種濃度鹵水蒸發(fā)水量百分比

由表2看出，由2.5 °Be′，海水濃縮到5 °Be′鹵水，蒸發(fā)水量占總蒸發(fā)水量的51.2%，由2.5 °Be′海水濃縮到10 °Be′鹵水，蒸發(fā)水量占總蒸發(fā)水量的84.2%。在相同氣象條件下，蒸發(fā)水量與鹽田面積成正比。由此看出，采用濃海水為原料比用海水為原料制鹽，可大幅提高單位面積原鹽產(chǎn)量，節(jié)約鹽田面積。濃海水濃度越高，提產(chǎn)率越高。

3.2 鹽田結(jié)構(gòu)分類

海水制鹽鹽田結(jié)構(gòu)一般分為兩大類：集中式鹽田和分散式鹽田。

集中式鹽田特點：制鹽場是一個生產(chǎn)單元。各制鹽工序如納潮、輸水、制鹵、結(jié)晶、堆坨分別集中一個地點，各部分不能獨立生產(chǎn)原鹽，實行統(tǒng)一調(diào)度管理生產(chǎn)。

分散式鹽田特點：制鹽場由若干個生產(chǎn)單元組成。每個生產(chǎn)單元是一個完整的制鹽系統(tǒng)，均擁有獨立的坨地、結(jié)晶池、蒸發(fā)池、貯水池、汪子等，可獨立組織原鹽生產(chǎn)。

4 分散式鹽田濃海水利用方案分析

鹽田濃海水利用方案，首先需確定兩方面內(nèi)容，一是濃海水如何與原吹溴工藝結(jié)合，二是濃海水如何與原制鹽工藝結(jié)合。

唐山三友鹽化公司(以下簡稱“公司”)位于唐山海港開發(fā)區(qū)東部，距唐山海港開發(fā)區(qū)鋼鐵園區(qū)約30 km，制鹽、溴素、養(yǎng)殖是公司的三大主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。公司屬分散式鹽田，除集中納潮外，其他工序分布在近100 km2范圍內(nèi)的幾十個原鹽生產(chǎn)單元。2015年實施了初級鹵吹溴項目，在各單元貯水池和蒸發(fā)池之間，修建了長達百余公里的輸鹵(回鹵)渠網(wǎng)，實現(xiàn)了分散式鹽田的初級鹵水集中吹溴。

現(xiàn)工藝流程:

納潮→制鹵(兼養(yǎng)殖)→吹溴→制鹵→制鹽→苦鹵化工

4.1 濃海水吹溴工藝方案

方案一(先制鹵)：濃海水先進入鹽田趕鹵后，送到吹溴廠提溴，再回到鹽田趕鹵、制鹽。

方案二(先吹溴)：濃海水先進入吹溴廠提溴，再送到鹽田趕鹵、制鹽。

4.2 吹溴方案分析

上述兩方案在鹽田面積一定的情況下，原鹽產(chǎn)能基本相同。

方案一優(yōu)勢：吹溴鹵水濃度高、吹溴總鹵水量小，吹溴廠界內(nèi)單位產(chǎn)品成本較低。

方案二優(yōu)勢：濃海水直接進吹溴廠吹溴，濃海水溫度較高、濃度穩(wěn)定，有利于提高溴素提取率，吹溴工藝參數(shù)穩(wěn)定。

兩方案對比：方案一濃海水先送到各單元制鹵，增加了濃海水輸送渠的長度和鹵水調(diào)度次數(shù)，鹽田技改工程投資和鹵水輸送運行成本高于方案二；方案一因吹溴前趕鹵，因鹵水滲漏造成溴流失，溴總產(chǎn)量低于方案二。因分散式鹽田濃海水輸送距離長，方案一的這些劣勢比方案二更突顯。

綜合分析，濃海水濃度較高時，方案二優(yōu)勢大于方案一，即方案二(先吹溴方案)更適合分散式鹽田。

4.3 濃海水制鹽工藝方案

集中式鹽田制鹵區(qū)相對集中，利用濃海水制鹽只需根據(jù)濃海水產(chǎn)量規(guī)模和濃度，選擇適宜的制鹵區(qū)域?qū)夂Ｋ臌}田即可。分散式鹽田灘田結(jié)構(gòu)相對分散，沒有集中制鹵區(qū)，適宜濃海水引入的制鹵區(qū)域分散在全場的各個單元。與集中式鹽田相比，需建設(shè)長達百公里的濃海水輸送管網(wǎng)(渠)，將濃海水輸送分配到各生產(chǎn)單元，鹽田改造工程對當期生產(chǎn)影響大、投資高。

結(jié)合公司灘田結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)特點，本著充分利用現(xiàn)有鹽田設(shè)施，最大限度保持各單元灘田結(jié)構(gòu)，減少鹽田改造工程對當期生產(chǎn)的影響，降低鹽田改造工程量和投資的原則，提出兩個濃海水制鹽方案(按膜法海水淡化工藝生產(chǎn)的6 °Be′，濃海水進行工藝計算)。

4.3.1 濃海水制鹽方案一

工藝路線：濃海水先吹溴，吹溴后鹵水經(jīng)現(xiàn)有溴后鹵庫和新建儲鹵庫，經(jīng)回鹵渠進蒸發(fā)池，按現(xiàn)有工藝趕鹵、制鹽。

即吹溴后鹵水送至各單元的方式、地點不變；汪子池和貯水池退出制鹵，改造后用于專業(yè)海水養(yǎng)殖；原吹溴輸鹵渠停用，視情況改為鹽田。工程流程見圖1。

圖1 方案一工藝流程圖

項目規(guī)模：因公司吹溴裝置處理鹵水能力，大于制鹵能力，故濃海水制鹽工程規(guī)模由接收濃海水的鹽田面積確定。根據(jù)制鹽工藝計算，方案可接收6 °Be′濃海水2 300 m3/a，可消納5萬t/d海水淡化項目副產(chǎn)的濃海水。

原鹽產(chǎn)能42萬t/a(減少10萬t/a)；

溴素產(chǎn)能1 840 t/a(減少230 t/a)；

退出制鹽改為專業(yè)養(yǎng)殖面積3.57×107m2，占總生產(chǎn)面積48%。

鹽田技改工程：

蒸發(fā)量受天氣影響，鹽田消納濃海水量隨季節(jié)變化，而海水淡化濃海水生產(chǎn)供應(yīng)是均衡的，原鹽生產(chǎn)旺季(3月～6月，9月)鹽田消納濃海水能力大于濃海水供應(yīng)能力，淡季反之。為解決各季鹽田消納濃海水量與濃海水供應(yīng)量不平衡問題，保證海水淡化和原鹽生產(chǎn)連續(xù)運行，需新建儲鹵庫，將淡季濃海水儲存起來，供旺季使用。根據(jù)工藝計算，得出方案一中全年濃海水供需平衡圖見圖2。

圖2 方案一濃海水量平衡圖

由圖2看出，儲鹵庫理論存鹵量為612.4萬m3，為保證連續(xù)生產(chǎn)，儲鹵庫實際庫容應(yīng)大于理論庫容，故實際庫容確定為680萬m3(+10%)。儲鹵庫最大水深按1.5 m計算，需儲鹵庫面積4.53×106m2?？鄢袖搴篼u庫面積8.79×105m2，需新建儲鹵庫面積3.65×106m2。

鹽田改造工程主要由兩部分組成：

一是新建3.65×106m2畝儲鹵庫；

二是將退出制鹵的3.57×107m2鹽田改造為標準養(yǎng)蝦池，新建養(yǎng)殖區(qū)排淡溝。

4.3.2 海水利用方案二

工藝路線：濃海水先吹溴，吹溴后鹵水經(jīng)現(xiàn)有溴后鹵庫和新建儲鹵庫，經(jīng)回鹵渠和原工段間送水路進貯水池趕鹵。

吹溴后鹵水分配回各制鹽單元的方式，改為經(jīng)回鹵渠、送水路進貯水池；汪子退出趕鹵，改造后用于專業(yè)海水養(yǎng)殖；貯水池因吹溴后濃海水不適合養(yǎng)殖，退出養(yǎng)殖；吹溴輸鹵渠停用。工藝流程見圖3。

圖3 方案二工藝流程

項目規(guī)模：根據(jù)制鹽工藝計算，方案二可接收6 °Be′濃海水3 500萬m3/a，可消納7.5萬 t/d海水淡化項目副產(chǎn)的濃海水。

原鹽產(chǎn)能65萬t/a(提高13萬t/a)；

溴素產(chǎn)能2 800 t/a(提高730 t/a)；

退出制鹽改為專業(yè)養(yǎng)殖面積2.17×107m2，占總生產(chǎn)面積的30%。

鹽田技改工程：

根據(jù)工藝計算，儲鹵庫理論儲鹵量為931.8萬m3(詳見全年濃海水供需平衡圖)，為保證連續(xù)生產(chǎn)，儲鹵庫實際庫容應(yīng)大于理論庫容，確定實際庫容1 030萬m3(+10%)。儲鹵庫最大水深按1.5 m計算，需儲鹵庫面積為6.87×106m2?？鄢袖搴篼u庫面積8.80×105m2，需新建儲鹵庫面積5.99×106m2。全年海水供需平衡圖見圖4。

圖4 方案二全年濃海水量供需平衡圖

鹽田改造工程由三部分組成：一是新建5.59×106m2畝儲鹵庫；二是將退出制鹵的2.17×107m2鹽田改造為標準養(yǎng)蝦池，新建養(yǎng)殖區(qū)排淡溝；三是回鹵渠、送水路系統(tǒng)改造。

4.4 濃海水制鹽方案分析

兩方案共同點：向各單元輸送溴后濃海水系統(tǒng)均利用現(xiàn)有溝渠改造。避免了分散式鹽田技改工程投資過高，對當期制鹽生產(chǎn)的影響大的問題。

兩方案主要不同點：鹽田接收濃海水位置不同，方案一從蒸發(fā)池進入，接收濃海水量小，方案二從貯水池進入，接收濃海水量大。具體詳見方案綜合對比表見表3。

表3 方案綜合對比表

綜合對比，方案二綜合優(yōu)勢大于方案一。

5 結(jié)語

與集中式鹽田相比，分散式鹽田利用濃海水，鹽田改造工程投資大，施工難度高，施工易對當期生產(chǎn)產(chǎn)生影響。因此，分散式鹽田制鹽企業(yè)應(yīng)加強濃海水利用方案研究，充分結(jié)合分散式鹽田結(jié)構(gòu)和企業(yè)產(chǎn)業(yè)特點，提高項目投資收益率。

建議關(guān)注和支持濃海水超倍濃縮技術(shù)，為進一步提高濃海水綜合利用項目效益，提供技術(shù)支撐。

海水制鹽企業(yè)開展海水淡化濃海水綜合利用，較好地解決了濃海水排海造成的海洋環(huán)境污染問題，同時可優(yōu)化企業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，增加企業(yè)效益，社會效益和經(jīng)濟效益顯著。