CN103602589A

CN103602589A - 一种海水淡化装置产生的浓海水的利用方法

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Publication number: CN103602589A
Application number: CN201310543764.0A
Authority: CN
Inventors: 陈亚民
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-11-06
Filing date: 2013-11-06
Publication date: 2014-02-26

Abstract

一种海水淡化装置产生的浓海水的利用方法，本发明涉及海水利用，特别是利用海水淡化装置产生的浓海水养殖盐藻技术领域。本发明利用海水淡化装置产生的浓海水，经过滤、进一步浓缩、添加或调整必要营养素至适宜的浓度，调整酸碱至适宜的pH值，制备成海水培养液，适用于大面积、低成本的盐藻培养及养殖。本发明相对于目前浓海水的处理方法更有效地利用了海水资源，减少了废水的排放，因此也更环保；相对于目前海水养殖盐藻方法更加充分地利用了海水资源，提高了生产效率，同时也降低了生产成本。

Description

一种海水淡化装置产生的浓海水的利用方法

技术领域

本发明涉及海水利用，特别是利用海水淡化装置产生的浓海水养殖盐藻技术领域。

背景技术

海水淡化是伴随着可供人类利用的自然界中淡水资源的愈加短缺和现代水处理技术的发展而发展起来的新兴产业。其实用技术自上世纪80年代发展以来，日趋成熟。主要包括多级闪蒸法（M S F）、多效蒸发法（ME）、反渗透法（RO）、电渗析法（ED）、离子交换法等。该类装置的应用，为人类从广袤的海洋中获取淡水资源开启了一扇宽广的大门。

然而，该类装置在生产淡化水的同时，也不可避免地生成了一定量的副产物——浓海水，即海水经淡化装置提取淡水后, 海水被浓缩一倍左右的部分（NaCl浓度约在0.9Mol/L以上）。有资料显示每1 吨海水经过淡化后, 要排放 0. 65吨左右的浓海水,亦即经海水淡化装置每生成1吨淡化水，将会产生1.8-1.9吨的浓海水。随着淡水需求的增加，海水淡化装置的扩大，势必产生大量的浓海水。

对于浓海水的处理，就目前国内外的现况，基本上或者直排入海，或者冲稀后排海。亦有打深井排入地下的尝试。除此而外，有海盐场尝试用浓海水制盐，有学者提出从浓海水中提取各种元素物质（海水淡化中浓海水的综合利用研究，张宁等，海洋科学2008（32）.6，P85）。

本发明提出了一个新的利用浓海水的方法，即利用浓海水配制成海水培养液进行盐藻养殖。

盐藻是一类光合自养型的嗜盐微藻。其细胞中富含对人体有益的各种蛋白质及生物活性物质。已经《中华人民共和国卫生部公告2009年第18号》批准作为新资源食品。同时，因其富含β-胡萝卜素而正成为人类获取天然β-胡萝卜素的主要来源之一。

盐藻可生长于海水、盐湖水、滨海盐场的盐卤水等环境中。其可以适应的NaCl浓度范围从普通海水直至饱和食盐水。当某些环境条件（例如NaCl浓度增加、光照強度增加、缺少氮源等）改变时，可引起藻细胞中大量β-胡萝卜素的积累。这就是人们通过人为改变盐藻生长环境，胁迫养殖盐藻以获取盐藻β-胡萝卜素的途径。在已知的盐藻养殖胁迫条件中，高浓度的NaCl是一个最为重要的因素：所有的胁迫养殖必须以NaCl的高浓度为基础。(盐藻生产β-胡萝卜素两阶段养殖新模式研究，陈慈美等，海洋通报（1998.4），17（2），28-35)。

目前，人工养殖盐藻所采用的水环境基本选择较高的NaCl浓度。这除去上述所及胁迫盐藻积累β-胡萝卜素的考虑之外，较高的盐度可以杀灭绝大多数动植物、浮游生物以及微生物，因而减少了养殖水体中生物种群的污染，免除了生物危害的发生，保障了盐藻的繁肓与扩增。

许多内陆盐湖有着较高的NaCl含量：盐度在1Mol/L～1.5Mol/L（6%～9%）之间，某些盐湖的NaCl含量甚至超过4.3Mol/L。因此，目前盐藻的养殖主要利用内陆盐湖资源，或者滨海盐场的卤水、内陆矿井盐卤水（均有着较高的NaCl含量）等资源进行。

海水资源是较盐湖资源巨大得多的资源。我国有约1.8万公里长的海岸线。如能充分利用海水资源，可以在更广阔的沿海地域推广盐藻的养殖。然而，与盐湖相比，天然海水的NaCl浓度在0.56Mol/L～0.63Mol/L之间，浓度较低，沿海岸边海水的NaCl浓度受内河入海或雨水稀释，常降至0.4Mol/L以下，不适宜直接进行大面积人工盐藻养殖。有报道提出利用海盐场盐池蒸发海水获得浓缩海水用于盐藻养殖，或者直接引用海水并投放海盐获得适当NaCl浓度后进行盐藻养殖。

利用海水淡化装置产生的浓海水养殖盐藻，提供了一个新的方案。利用海水淡化装置产生的废弃物浓海水，经过调整改良后可以低成本地制备大量的、高盐分含量的海水培养液，在满足盐藻大面积、低成本养殖的同时，也消除了海水淡化工程本身对环境带来的负面有害的影响。达到了对于海洋的绿色开发和环境保护。

发明内容

本发明的目的是提供一种海水淡化装置产生的浓海水的利用方法，用该方法所得之海水培养液可实现盐藻的大面积、低成本养殖。

本发明采用的技术方案是：

一种海水淡化装置产生的浓海水的利用方法，用该方法所得之海水培养液可实现盐藻的大面积、低成本养殖，所述方法为：

（1）将各种海水淡化装置中产生的浓海水，经粗滤（滤布40目～80目）后，收集于蒸发池中，得收集液。所述之海水淡化装置包括多级闪蒸法（M S F）装置、多效蒸发法（ME）装置、反渗透法（RO）装置、电渗析法（ED）装置、离子交换法装置等，但不仅限于该几类装置。

（2）利用阳光日晒法进一步蒸发和浓缩蒸发池中的收集液，得浓缩收集液；该步骤以使NaCl浓度达到1.0Mol/L～4.5Mol/L为准。

（3）将步骤（2）之浓缩收集液经过粗滤（滤布：40目～80目）、精滤（精滤器：孔径Φ20μm～Φ50μm）后，检测其中各营养素含量，补充添加营养素或海水淡化装置所得淡化水，使各营养素含量达至如下浓度：NaCl 1.0Mol/L～4.5Mol/L；NaHCO₃2mMol/L～12mMol/L； NaNO₄0.1mMol/L～6.0mMol/L；NaH₂PO₄0.05mMol/L～0.25mMol/L；KCl 0.2ml～1.2mMol；MgSO₄0.5mMol/L～5.5mMol/L； CaCl₂ 0.1mMol/L～0.25mMol/L；FeCl₃ 0.05mMol/L～0.15mMol/L。

（4）调整步骤（3）之浓缩收集液的酸碱度至pH6.8～pH8.2，即得所需之海水培养液，可用于接种藻种进行海水培养和大面积养殖。

与现有技术相比，本发明具有以下优势：

（1）与目前浓海水的处理方法比较

目前对于海水淡化装置产生的浓海水主要采用的是废弃的策略（直排入海、稀释后排入海或直排入深井等）。以日产淡化水5千吨的海水淡化装置计，每天将生成9千吨的浓海水。其中尚含大量水分，以及420吨以上的NaCl及一定量的其它盐类。将浓海水作为废液排放，不但对环境造成现实或潜在影响，并继而改变海洋的生态平衡，而且丢弃了其中全部的盐类和水资源，显而易见没能充分利用宝贵的海水资源，使之得而复失。此外，排入深井或迟或早会污染陆地；冲稀后排海更加浪费了淡水资源，这与海水淡化的初衷背道而驰。

盐藻养殖培养液的成本中，占绝大份量的两项即为水和NaCl。本发明利用浓海水调配成海水培养液时，利用了浓海水中的全部盐类。当海水培养液的NaCl浓度在1.0Mol/L至4.5Mol/L之间，将可再利用浓海水中90%~20%的水分。仅由水分及盐分的利用，足见本发明之浓海水利用方法较之目前更为经济和有益。

（2）与目前盐藻养殖方法比较

目前成规模的盐藻养殖大多依赖内陆盐湖水。这虽是一个有效的选项，然而自然界中的盐湖毕竟属于稀缺资源，考虑到整个陆地生态以及环保等因素，适宜进行盐藻养殖的盐湖数量则更加有限。而开放性的海水资源却是个几乎取之不尽的天然资源。以我国的海岸线之长，滨海彊岸滩涂之广，潜在的适宜开发成盐藻养殖的地域相当宽广。

以海水进行的盐藻养殖中，合理、经济、高效率地利用海水是问题的关键。

直接以海水蒸发获取浓缩海水的方法，是少数尝试利用海水的盐藻养殖基地采用的方法。该方法简单沿用海水制盐中的阳光晾晒法，采用于海边构筑大型蒸发池，通过自然阳光、风力及自然气侯条件，使海水蒸发、浓缩。其最大缺点不仅是占用大量沿海土地面积，且获得浓缩海水耗时较长：以我国海水蒸发量较大地区的2500mm/年平均计（相当于6.85mm/日平均），将水深1米的蒸发池中海水浓度提高一倍需时约500mm/6.85mm≈73天。或者说以1米水深，NaCl浓度为0.6Mol/L的1000M²蒸发池制备500吨含盐量为1.2Mol/L的浓缩海水需时超过70天。利用海水淡化装置生成的浓海水，可直接略去这70天的时耗。

与此同时，每制备1吨浓缩海水都将由蒸发损耗掉1吨以上的海水水分。本发明结合海水淡化装置，将可利用这部分被损耗的海水水分中的大部分。

向海水养殖池中人工添加大量海盐制备海水培养液的方法，需要投入大量食盐以及使用大型混合搅拌设备。这使得生产原料成本大幅增加的同时，设备的使用和维护费用也大大增加。从而引发总成本的增加及效益的下降。因而并不是最适宜的选项。

由此，本发明既是利用海水淡化装置产生的浓海水的最佳利用方法，又是盐藻养殖中利用海水的最佳方法。既解决了海水淡化中的排废难题，又获得了盐藻养殖所需的水分与盐分。接近于实现海水的全利用。

附图说明

图1为本发明《一种海水淡化装置产生的浓海水的利用方法》的工艺流程图。其中1)为天然海水；2)各种海水淡化装置；3)经海水淡化装置处理所得淡化水；4)由海水淡化装置产生之浓海水；5)粗滤装置；6)收集液；7)蒸发池；8)浓缩收集液；9)粗滤装置；10)精滤装置；11)检验并调整各营养素浓度至适当终浓度；12)调整酸碱度至适当pH值；13)按本发明方法所得之海水培养液。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但本发明的实施方式并不限于此。

实施例1：盐藻藻体增量培养的海水培养液制备

（1）取NaCl浓度为0.55Mol/L的海水经反渗透装置产生的浓度为0.85Mol/L的浓海水，经50目滤布粗滤后，收集于蒸发池（长×宽×高：30m×10m×1.5m）中；（2）利用阳光日晒法进一步蒸发和浓缩蒸发池中的收集液，得浓缩至NaCl浓度达1.5Mol/L的浓缩收集液；（3）将该浓缩收集液经50目滤布过滤，再经孔径Φ30μm精滤器精滤后，检测其中各营养素含量并补充添加营养素，使各营养素含量达至如下终浓度: NaCl 1.5Mol/L；NaHCO₃8mMol/L；NaNO₃3mMol/L；NaH₂PO₄0.15mMol/L；KCl 0.8mMol；MgSO₄ 4mMol/L； CaCl₂ 0.2mMol/L； FeCl₃ 0.1mMol/L；（4）调整该浓缩收集液的酸碱度至pH7.8。即得所需之海水培养液。

向该海水培养液按1:8接入经预先活化、扩增后的藻种液，经自然光照、22℃～30℃条件培养10天，获得干藻粉0.94g/L以上。

实施例2：盐藻培养胁迫积累β-胡萝卜素的海水培养液制备

（1）取NaCl浓度为0.55Mol/L的海水经反渗透装置产生的浓度为0.80Mol/L的浓海水，经50目滤布粗滤后，收集于蒸发池（长×宽×高：30m×10m×1.5m）中；（2）利用阳光日晒法进一步蒸发和浓缩蒸发池中的收集液，得浓缩至NaCl浓度达4Mol/L的浓缩收集液；（3）将该浓缩收集液经50目滤布过滤，再经孔径Φ30μm精滤器精滤后，检测其中各营养素含量并补充添加营养素，使各营养素含量达至如下终浓度: NaCl 4Mol/L；NaHCO₃10mMol/L；NaNO₃1mMol/L；NaH₂PO₄0.1mMol/L；KCl 0.5mMol；MgSO₄ 4mMol/L； CaCl₂ 0.2mMol/L； FeCl₃ 0.1mMol/L；（4）调整该浓缩收集液的酸碱度至pH8.2。即得所需之海水培养液。

向该海水培养液按1:5接入经按实施例1培养的藻种液，经自然光照、22℃～30℃条件培养8天，获得β-胡萝卜素75mg/L以上。

实施例3：盐藻藻体增量培养的海水培养液制备

（1）取NaCl浓度为0.5Mol/L的海水经反渗透装置产生的浓度为0.8Mol/L的浓海水，经50目滤布粗滤后，收集于蒸发池（长×宽×高：30m×10m×1.5m）中；（2）利用阳光日晒法进一步蒸发和浓缩蒸发池中的收集液，得浓缩至NaCl浓度达1.5Mol/L的浓缩收集液；（3）将该浓缩收集液经50目滤布过滤，再经孔径Φ20μm精滤器精滤后，检测其中各营养素含量并补充添加营养素，使各营养素含量达至如下终浓度: NaCl 1.5Mol/L；NaHCO₃ 10mMol/L；NaNO₃ 4.5mMol/L；NaH₂PO₄ 0.15mMol/L；KCl 0.8mMol；MgSO₄ 5mMol/L； CaCl₂ 0.2mMol/L； FeCl₃ 0.1mMol/L；（4）调整该浓缩收集液的酸碱度至pH7.5。即得所需之海水培养液。

向该海水培养液按1:8接入经预先活化、扩增后的藻种液，经人工光照（8000Lux，光照时间14小时/天）、22℃～25℃条件培养7天，获得干藻粉1.21g/L。

实施例4：盐藻培养胁迫积累β-胡萝卜素的海水培养液制备

（1）取NaCl浓度为0.55Mol/L的海水经反渗透装置产生的浓度为0.80Mol/L的浓海水，经50目滤布粗滤后，收集于蒸发池（长×宽×高：30m×10m×1.5m）中；（2）利用阳光日晒法进一步蒸发和浓缩蒸发池中的收集液，得浓缩至NaCl浓度达4Mol/L的浓缩收集液；（3）将该浓缩收集液经50目滤布过滤，再经孔径Φ20μm精滤器精滤后，检测其中各营养素含量并补充添加营养素，使各营养素含量达至如下终浓度: NaCl 4Mol/L；NaHCO₃ 10mMol/L；NaNO₃ 0.5mMol/L；NaH₂PO₄ 0.1mMol/L；KCl 0.5mMol；MgSO₄ 4.5mMol/L； CaCl₂ 0.2mMol/L； FeCl₃ 0.1mMol/L；（4）调整该浓缩收集液的酸碱度至pH8.2。即得所需之海水培养液。

向该海水培养液按1:5接入经按实施例3培养的藻种液，经人工光照（8000Lux，光照时间14小时/天）、22℃～25℃条件培养8天，获得β-胡萝卜素105mg/L以上。

Claims

1.一种海水淡化装置产生的浓海水的利用方法，用该方法所得之海水培养液可实现盐藻的大面积、低成本养殖，其特征在于所述方法为：

（1）将各种海水淡化装置中产生的浓海水，经粗滤后，收集于蒸发池中，得收集液；浓海水是指海水经淡化装置提取淡水后, 海水被浓缩一倍左右的部分；

（2）利用阳光日晒法进一步蒸发和浓缩蒸发池中的收集液，得浓缩收集液；

（3）将步骤（2）之浓缩收集液经过粗滤、精滤后，检测其中各营养素含量，补充添加营养素或海水淡化装置所得淡化水，使各营养素含量达至如下浓度：NaCl 1.0Mol/L～4.5Mol/L；NaHCO₃2mMol/L～12mMol/L； NaNO₄0.1mMol/L～6.0mMol/L；NaH₂PO₄0.05mMol/L～0.25mMol/L；KCl 0.2～1.2mMol；MgSO₄ 0.5mMol/L～5.5mMol/L； CaCl₂ 0.1mMol/L～0.25mMol/L；FeCl₃ 0.05mMol/L～0.15mMol/L；

（4）调整步骤（3）之浓缩收集液的酸碱度至适当的pH值，即得所需之海水培养液，可用于接种藻种进行海水培养和大面积养殖。

2.根据权利要求1，其特征是：步骤（1）所述之海水淡化装置包括多级闪蒸法（M S F）装置、多效蒸发法（ME）装置、反渗透法（RO）装置、电渗析法（ED）装置、离子交换法装置等，但不仅限于该几类装置。

3.根据权利要求1-2，其特征是：步骤（2）中浓缩收集液以NaCl浓度达到1.0Mol/L～4.5Mol/L为准。

4.根据权利要求1-3，其特征是:步骤（4）所述之适当pH值为：pH6.8～pH8.2。

5.根据权利要求1，其特征是:步骤（1）及步骤（3）之粗滤为滤布过滤（40目～80目）、精滤为精滤器过滤（孔径Φ20μm～Φ50μm）。