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(jì)快速發(fā)展，我國(guó)北方沿海地區(qū)淡水短缺壓力越來(lái)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(guó)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(shí)，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(huì)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?xún)裟芰^差，這一問(wèn)題更嚴(yán)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(jìn)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(wèn)題，還可解決因鹽田被開(kāi)發(fā)占用，造成原鹽及鹽化工產(chǎn)品產(chǎn)量下降問(wèn)題，同時(shí)可騰出土地開(kāi)展新項(xiàng)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(xiàng)目時(shí)，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(huì)效益和經(jīng)濟(jì)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(guó)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(guó)應(yīng)用反滲透(RO)技術(shù)的海水淡化工程 121 個(gè)，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(gè)，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(kāi)展?jié)夂ＫC合利用。國(guó)內(nèi)一些海水淡化廠副產(chǎn)的濃海水組成見(jiàn)表1。

表1 濃海水組成

據(jù)資料介紹，國(guó)內(nèi)已開(kāi)發(fā)出膜法超倍濃縮裝置。該技術(shù)已被韓國(guó)某海水淡化及濃海水制鹽項(xiàng)目采用，海水淡化淡水產(chǎn)量增加的同時(shí)，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(lèi)

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(yáng)能、風(fēng)能作用下，依次通過(guò)初級(jí)、中級(jí)、高級(jí)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(guò)程。

根據(jù)工藝計(jì)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(jiàn)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(lèi)

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

集中式鹽田特點(diǎn)：制鹽場(chǎng)是一個(gè)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(gè)地點(diǎn)，各部分不能獨(dú)立生產(chǎn)原鹽，實(shí)行統(tǒng)一調(diào)度管理生產(chǎn)。

分散式鹽田特點(diǎn)：制鹽場(chǎng)由若干個(gè)生產(chǎn)單元組成。每個(gè)生產(chǎn)單元是一個(gè)完整的制鹽系統(tǒng)，均擁有獨(dú)立的坨地、結(jié)晶池、蒸發(fā)池、貯水池、汪子等，可獨(dú)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(jiǎn)稱(chēng)“公司”)位于唐山海港開(kāi)發(fā)區(qū)東部，距唐山海港開(kāi)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(gè)原鹽生產(chǎn)單元。2015年實(shí)施了初級(jí)鹵吹溴項(xiàng)目，在各單元貯水池和蒸發(fā)池之間，修建了長(zhǎng)達(dá)百余公里的輸鹵(回鹵)渠網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了分散式鹽田的初級(jí)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(jìn)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(jìn)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(shì)：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(shì)：濃海水直接進(jìn)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(duì)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(zhǎng)度和鹵水調(diào)度次數(shù)，鹽田技改工程投資和鹵水輸送運(yùn)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(zhǎng)，方案一的這些劣勢(shì)比方案二更突顯。

綜合分析，濃海水濃度較高時(shí)，方案二優(yōu)勢(shì)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(duì)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(duì)分散，沒(méi)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(chǎng)的各個(gè)單元。與集中式鹽田相比，需建設(shè)長(zhǎng)達(dá)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(duì)當(dāng)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(diǎn)，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(duì)當(dāng)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(gè)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(jìn)行工藝計(jì)算)。

4.3.1 濃海水制鹽方案一

工藝路線(xiàn)：濃海水先吹溴，吹溴后鹵水經(jīng)現(xiàn)有溴后鹵庫(kù)和新建儲(chǔ)鹵庫(kù)，經(jīng)回鹵渠進(jìn)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(diǎn)不變；汪子池和貯水池退出制鹵，改造后用于專(zhuān)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(jiàn)圖1。

圖1 方案一工藝流程圖

項(xiàng)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(jì)算，方案可接收6 °Be′濃海水2 300 m3/a，可消納5萬(wàn)t/d海水淡化項(xiàng)目副產(chǎn)的濃海水。

原鹽產(chǎn)能42萬(wàn)t/a(減少10萬(wàn)t/a)；

溴素產(chǎn)能1 840 t/a(減少230 t/a)；

退出制鹽改為專(zhuān)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(wèn)題，保證海水淡化和原鹽生產(chǎn)連續(xù)運(yùn)行，需新建儲(chǔ)鹵庫(kù)，將淡季濃海水儲(chǔ)存起來(lái)，供旺季使用。根據(jù)工藝計(jì)算，得出方案一中全年濃海水供需平衡圖見(jiàn)圖2。

圖2 方案一濃海水量平衡圖

由圖2看出，儲(chǔ)鹵庫(kù)理論存鹵量為612.4萬(wàn)m3，為保證連續(xù)生產(chǎn)，儲(chǔ)鹵庫(kù)實(shí)際庫(kù)容應(yīng)大于理論庫(kù)容，故實(shí)際庫(kù)容確定為680萬(wàn)m3(+10%)。儲(chǔ)鹵庫(kù)最大水深按1.5 m計(jì)算，需儲(chǔ)鹵庫(kù)面積4.53×106m2?？鄢袖搴篼u庫(kù)面積8.79×105m2，需新建儲(chǔ)鹵庫(kù)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(chǔ)鹵庫(kù)；

二是將退出制鹵的3.57×107m2鹽田改造為標(biāo)準(zhǔn)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(xiàn)：濃海水先吹溴，吹溴后鹵水經(jīng)現(xiàn)有溴后鹵庫(kù)和新建儲(chǔ)鹵庫(kù)，經(jīng)回鹵渠和原工段間送水路進(jìn)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(jìn)貯水池；汪子退出趕鹵，改造后用于專(zhuān)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(jiàn)圖3。

圖3 方案二工藝流程

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

原鹽產(chǎn)能65萬(wàn)t/a(提高13萬(wàn)t/a)；

溴素產(chǎn)能2 800 t/a(提高730 t/a)；

退出制鹽改為專(zhuān)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(jì)算，儲(chǔ)鹵庫(kù)理論儲(chǔ)鹵量為931.8萬(wàn)m3(詳見(jiàn)全年濃海水供需平衡圖)，為保證連續(xù)生產(chǎn)，儲(chǔ)鹵庫(kù)實(shí)際庫(kù)容應(yīng)大于理論庫(kù)容，確定實(shí)際庫(kù)容1 030萬(wàn)m3(+10%)。儲(chǔ)鹵庫(kù)最大水深按1.5 m計(jì)算，需儲(chǔ)鹵庫(kù)面積為6.87×106m2?？鄢袖搴篼u庫(kù)面積8.80×105m2，需新建儲(chǔ)鹵庫(kù)面積5.99×106m2。全年海水供需平衡圖見(jiàn)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(chǔ)鹵庫(kù)；二是將退出制鹵的2.17×107m2鹽田改造為標(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)：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(guò)高，對(duì)當(dāng)期制鹽生產(chǎn)的影響大的問(wèn)題。

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

表3 方案綜合對(duì)比表

綜合對(duì)比，方案二綜合優(yōu)勢(shì)大于方案一。

5 結(jié)語(yǔ)

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(duì)當(dāng)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(qiáng)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(diǎn)，提高項(xiàng)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(jìn)一步提高濃海水綜合利用項(xiàng)目效益，提供技術(shù)支撐。

海水制鹽企業(yè)開(kāi)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(wèn)題，同時(shí)可優(yōu)化企業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，增加企業(yè)效益，社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益顯著。