隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口爆炸式增長，對水資源的需求不斷增加。中國人均淡水量僅為世界的1/4，被列入世界上13個最貧水的國家之一。可利用淡水資源僅占地球水資源的十萬分之七，而海水占97.3%，因此，海水淡化是目前也是將來滿足工業(yè)和生活用水需求的重要選擇。目前海水淡化主要利用反滲透工藝，產(chǎn)生的濃水直接排海。另外，我國是個工業(yè)大國，國家水利部公布的2014年水資源公報顯示全國總用水量6095億噸，其中工業(yè)用水占22.2%。工業(yè)廢水中大都含有高濃度無機(jī)鹽，如果直接排放，污染環(huán)境的同時還浪費(fèi)水和水中的各類資源。2015年國務(wù)院出臺的《水污染防治行動計(jì)劃》（簡稱“水十條”）除了要求全面控制污染物排放，還強(qiáng)調(diào)針對工業(yè)污水的減排回用。目前已經(jīng)有一些省份嚴(yán)格限制工業(yè)廢水的含鹽量，工業(yè)高鹽廢水零排放勢在必行。

　　海水淡化濃鹽水資源化和工業(yè)高鹽廢水零排放的關(guān)鍵瓶頸在于鹽的析分與濃縮。中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所節(jié)能膜技術(shù)中心—環(huán)境資源化與水回用團(tuán)隊(duì)在海水淡化濃鹽水資源化和工業(yè)高鹽廢水零排放領(lǐng)域取得系列進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)通過研究納濾和電滲析的離子選擇性，建立了一、二價離子遷移動力學(xué)模型，制備出單價離子選擇性膜，選擇性高于已有商業(yè)化膜，起到良好的鹽析分效果。在前期研究基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地利用選擇性膜構(gòu)建了Selectrodialysis和Fracsis鹽析分與濃縮工藝，將一、二價陰陽離子分別重組與濃縮，實(shí)現(xiàn)了液相分鹽和濃縮，并可將濃鹽水濃縮至15%以上，高于反滲透濃縮效率一倍以上；同時實(shí)現(xiàn)鹽的分質(zhì)利用，成功解決了海水淡化濃鹽水中二價鹽污染導(dǎo)致的氯堿行業(yè)無法使用濃鹽水的技術(shù)瓶頸，并且將鎂、鉀、硫酸鹽等分質(zhì)資源化，也同時解決了在工業(yè)高鹽廢水零排放中，二價鹽結(jié)垢導(dǎo)致的水回收率低等瓶頸，真正實(shí)現(xiàn)工業(yè)廢水零排放與資源化利用。

　　上述工作由環(huán)境資源化與水回用團(tuán)隊(duì)研究員張楊主持完成，獲得科技部重大專項(xiàng)、國家自然科學(xué)基金、中科院“百人計(jì)劃”等項(xiàng)目支持。

　　論文信息： 

　　[1] Y.-F. Zhang, J. Du, R. Fu, B. Van der Bruggen, Y. Zhang*, Fracsis: Ion Fractionation and Metathesis by a NF-ED iIntegrated System to Improve Water Recovery, Journal of Membrane Science (DOI: 10.1016/j.memsci.2016.09.052); 

　　[2] Y. Zhang*, E. Desmidt, A. Van Looveren, L. Pinoy, B. Meesschaert, B. Van der Bruggen*, Phosphate Separation and Recovery from Wastewater by Novel Electrodialysis, Environmental Science & Technology, 2013, 47, 5888−5895; 

　　[3] Y. Zhang, S. Paepen, L. Pinoy, B. Meesschaert, B. Van der Bruggen, Selectrodialysis: Fractionation of Divalent Ions from Monovalent Ions in a Novel Electrodialysis Stack, Separation and Purification Technology, 2012, 88: 191-201; 

　　[4] 張楊, 杜娟, 何思遠(yuǎn), 張宇菲, 一種含濃縮易結(jié)垢離子的水溶液處理系統(tǒng)及其處理方法（專利, CN201510853749.5）; 

　　[5] 劉磊, 張楊, 張宇菲, 劉茹, 史元騰, 譚明, 一種具有單價離子選擇性的離子交換膜及其制備方法和用途（專利, CN201610503706.9）; 

　　[6] Y. Zhang, L. Pinoy, B. Meesschaert, B. Van der Bruggen, Fractionation of ions from aqueous solutions（Patent, WO2011130809）.

單價離子選擇性膜電鏡照片

Selectrodialysis和Fracsis鹽析分工藝對一二價鹽的析分效果

高鹽工業(yè)廢水零排放技術(shù)中試實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場