摘要：介绍了张家口坝上地区农村苦咸水概况和目前我们农村苦咸水淡化技术应用现状，提出应采用反渗透析法和电渗析法，并将坝上地区风电场限发电能应用于苦咸水淡化工程。
关键词：风电场；苦咸水淡化；限发电能
1张家口坝上农村饮用苦咸水概况
张家口坝上地区位于河北省西北部，华北平原北缘，其地质构造、水文地质条件十分复杂，地下水资源的分布、赋存和运动规律也存在很大差异。据有关学者调查张家口坝上地区的康保(李家地、邓油坊、康保县城)、张北(海流图、三宝营盘)、尚义(大青沟)等地地下水水质主要是是氯化物镁组类型水，这种水具有苦咸味，为永久性硬度水。井水氟化物超标的有：沽源县3/5，阳原县有1/2，康保县有2/5， 张北县有1/3，所以这几个县被冠以“高氟区”之称。由于苦咸水硬度高、含氟量大、高砷、高盐度、高铁锰、碘含量和硒含量低，若直接饮用会影响人体健康。
党的十七届三中全会提出：“要加速农村饮水安全工程建设，5年内解决农村饮水安全问题”。近年来，随着张家口坝上农村饮用水安全工程不断深入发展，大规模的农村饮用水安全工程建设将全面展开，包括对苦咸水、高氟水等劣质水的处理将逐步增多。为保障向这些村庄能提供足量、优质的高质量淡水，需要结合当地地下水水源特点和当地实际的限制条件，探求一种适宜的苦咸水淡化处理工艺，满足当地人民的安全饮用需求成为目前重中之重。
2 我国农村饮用苦咸水淡化技术应用现状
目前我国苦咸水饮用处理有多种工艺，包括电渗析、纳滤、蒸馏法、反渗透、超滤等多种方法。纳滤（ NF）的作用原理和反渗透一样，在饮用水净化处理和各种水溶液的浓缩与精制领域的优越性非常显著，目前已逐渐为人们所认识，但是在实际应用中，膜表面容易形成附着层致使膜通量下降，难以清洗。目前我国某些地区已将纳滤用于农村苦咸水淡化，但由于膜成本较高、实际使用经验不足以及反冲洗困难，没有能得到大范围推广使用。所以出于处理设备的性价比方面的考虑，农村苦咸水的处理工艺更宜选择电渗析法和反渗透法。
2.1电渗析法
电渗析法( ED)是在电场作用下利用离子交换膜分离水中的阴、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。电渗析技术除盐具有以下优点[2]：设备投资不高、工艺相对简单，操作方便；技术成熟，对溶解性无机盐类去除率很高；化学药剂消耗少，不环境污染；设备规模大，脱盐浓度范围适应性广；能耗低，制水成本低。主要缺点有：在高含盐量时应用ED耗能大，因而电渗析比较适合低盐苦咸水淡化。电渗析过程对不带电荷的物质，如胶体、有机物和细菌无脱除能力，后续出水需设置活性炭和紫外线消毒净化水质；设备部件装配技术要求高；对水质有较严格的要求，电渗析前需要进行预处理。电渗析技术由于受到以上方面制约，在苦咸水淡化工程中的应用受到局限，虽然工艺比较成熟，但逐渐被反渗透技术所取代。
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2.2反渗透法
反渗透法利用浓度差和反渗透膜的选择性，以膜两侧静压差为推动力，通过反渗透膜只能透过水而截留其他离子物质的特性，从而使大部分的有机物、细菌等脱除，实现对水质深度净化的目的。反渗透技术可以从水中除去99％以上的胶体微生物和有机物、90％以上的溶解性盐类等。反渗透技术的特点[3] ：脱盐率高，一般稳定在90％以上；可大量去除细菌等微生物以及金属元素等。出水水质较好；环境污染少、运行费用低；即使在水质波动较大的情况下依然可以产生高水质纯水；水质较好对后续处理设备负担影响小，延长使用寿命；反渗透法与电渗析法相似，在进行苦咸水处理时，也需要依据原水水质进行相应的预处理；能耗低、占地小、运行稳定、效果可靠。
3 张家口坝上农村饮用苦咸水处理技术选型
苦咸水淡化属于能耗密集型产业，而河北省张家口坝上地区属于淡水资源短缺地区，尤其是在风力发电场区域附近地区水质属苦咸水，口感苦涩，很难直接饮用，长期饮用导致胃肠功能紊乱，免疫力低下，多年以来严重影响了风电场员工及当地人民群众的生活质量和身体健康水平，因此可见防病改水的急迫性与必要性。张家口地区风电发展迅猛，坝上风电装机容量已达500万千瓦，由于风电出力随机性与波动性较大，每年大风季节限制负荷可达数千万千瓦时，而这些能源从技术经济性角度被视为劣质能源，电网对风力发电电能的接纳较为困难，使得风电外送存在阻力。为当地的风电企业造成了巨大的损失，也一定程度制约着张家口地区风电的发展。风电场处于电网末端，距离任一负荷中心距离都较远，考虑到网络损耗、输电成本以及风电上网电价，在终端市场价格竞争力有限，所以就地消纳就成了解决风电弃风能源的主要方法。在如何解决限电问题的方式上，风电能源的就地转化利用被提到了更重要的位置。所以，将限发风能直接用于苦咸水淡化，一方面可以解决风电场员工及当地群众的饮用水问题，另一方面可以解决风电就地消纳问题。
通过综合分析，对于苦咸水的处理，从对张家口坝上地区苦咸水处理应用调研结果分析和对苦咸水处理的主要方法研究结果得知，反渗透法对无机盐的去处效率可达90%~95%，可使水的总溶解固体和总硬度降低率达到90%~95%，而且可实现自动化操作，运行参数实时监测，有利于达到稳定的除盐效果。反渗透技术在苦咸水淡化具有优势，可以将张家口坝上地区风电场限发电能与反渗透工艺结合，既可以提高可再生能源的利用率，又为缓解张家口坝上地区淡水紧缺问题提供一条有效的解决途径。
今后要在深入了解现有苦咸水深度处理技术的特点基础上，结合因地制宜地选择适合本地水质的处理方法与工艺流程。
4 结语
综上所述，在张家口坝上农村苦咸水的处理中，结合当地当地水源具体水质，优先选用电渗析或反渗透进行处理。尤其可以利用风电场限发电能作为动力的反渗透净化苦咸水装置，是解决张家口坝上风电就地消纳和当地人们生活用水问题的既经济又可靠的途径。
参考文献
[1]童金忠,葛文越.海水淡化主要方法介绍和比较[J].中国建设信息(水工业市场).2007(03).
[2]张葆宗．反渗透水处理应用技术[M]．北京：中国电力出版社．2004:80．
张家口科学与地震局科学研究计划项目（1421009B）
论文作者:杨春香
论文发表刊物:《电力设备》2019年第19期
论文发表时间:2020/1/15
标签：张家口论文; 反渗透论文; 电渗析论文; 苦咸水论文; 水质论文; 坝上论文; 地区论文; 《电力设备》2019年第19期论文;