本發(fā)明涉及鹽堿水利用，尤其是涉及一種基于人工調(diào)控鹽度梯度垂向分層的鹽堿水鹽分重分配方法。

背景技術(shù)：

1、鹽堿水是分布于陸地區(qū)域、礦化度介于1g/l至50g/l的非海洋性咸水資源，在自然界廣泛存在，具有高ph、高碳酸鹽堿度、主要離子比例失衡、水質(zhì)類型多等特點(diǎn)。且由于鹽堿地改良常采用淡水漫灌洗鹽，期間會(huì)產(chǎn)生大量的“新增”鹽堿水，消耗了大量寶貴的淡水資源，且這類土地通常還會(huì)繼續(xù)返鹽堿，來年需要繼續(xù)消耗大量的淡水來實(shí)現(xiàn)土地的低鹽堿狀態(tài)，以滿足種植所需，從長遠(yuǎn)來看，這種鹽堿地改良方法不可持續(xù)，淡水資源匱乏限制了鹽堿地的有效治理和地區(qū)發(fā)展。

2、由于人畜無法直接飲用鹽堿水，農(nóng)業(yè)種植通常也無法直接利用地表或地下鹽堿水，使得絕大多數(shù)鹽堿地被迫處于閑置狀態(tài)。因此，如何合理、有效地開發(fā)利用鹽堿地及鹽堿水這個(gè)非常規(guī)國土資源，緩解或解決糧食安全問題，已成為全球面臨的緊迫而艱巨的共性難題?，F(xiàn)有鹽堿地改良主要通過三類方法：

3、(1)通過外部淡水來漫灌洗鹽，從而改良鹽堿地。如前所述，該方法以外部淡水資源換取耕種機(jī)會(huì)，代價(jià)高，從長遠(yuǎn)來看，由于淡水資源有限，該方法不可持續(xù)。

4、(2)篩選適合鹽堿地或鹽堿水的植物，以種適地，其難點(diǎn)在于種質(zhì)篩選難度高，且對(duì)于中重度鹽堿地而言，篩選成功率相對(duì)更低，且適種植物不一定是農(nóng)作物。

5、(3)鹽堿水冷凍結(jié)冰法，通過凍融鹽堿水來獲得少量的微咸水或淡水，通過微咸水或淡水灌溉來改善鹽堿地。該方法的缺點(diǎn)在于鹽堿水的鹽度需低于15‰，且當(dāng)?shù)剡€需要具有低溫結(jié)冰條件，受到氣候水文的客觀限制，若采用人工制冷來冷凍鹽堿水，耗能過大，成本高昂，不具有普適性。

6、鹽堿水淡化是鹽堿水資源化利用的主要思路，即利用不同種類的技術(shù)將鹽堿水轉(zhuǎn)變成淡水和更濃的鹽堿水。鹽堿水淡化的技術(shù)與海水淡化存在共性之處，在實(shí)踐中被認(rèn)為行之有效的海水淡化技術(shù)主要有以下幾類：第一類是蒸餾法，包括多級(jí)閃蒸法、壓氣蒸餾法、多效蒸餾法等；第二類是膜法，包括反滲透法、納濾、電滲析法等；第三類是其他方法，如冷凍結(jié)冰法、溶劑萃取法、露點(diǎn)蒸發(fā)淡化技術(shù)等。整體而言，由于水的比熱容大，導(dǎo)致基于蒸汽冷凝或冷凍結(jié)冰原理的淡化技術(shù)的耗能大；與其他技術(shù)相比，反滲透法具有較高的回收率、較低的投資和較低的綜合產(chǎn)水成本，成為海水淡化的主流方向。據(jù)報(bào)道，全球80％的海水淡化廠采用反滲透技術(shù)。

7、海水淡化的技術(shù)可用于鹽堿水淡化，但鹽堿水淡化過程中伴生濃鹽堿水的去處依舊是個(gè)難題，受成本或濃鹽堿水排放導(dǎo)致環(huán)境污染的局限而尚未被推廣。根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)中鹽分總量是否改變，濃鹽堿水的去處可分為鹽分總量不變和鹽分總量減少兩大類處理方法。現(xiàn)有鹽分總量不變的處理方法為向環(huán)境中直接排放濃鹽堿水，但勢(shì)必會(huì)污染環(huán)境，加劇濃鹽堿水排放地的次生鹽堿化，該方法不可持續(xù)。鹽分總量減少的處理思路為將濃鹽堿水經(jīng)濃縮、脫水后制成工業(yè)鹽。由于水的比熱容大，鹽分總量減少思路所用方法的耗能大、成本高，而nacl等工業(yè)鹽回報(bào)率低，導(dǎo)致該方法的生態(tài)價(jià)值高但經(jīng)濟(jì)效益層面上呈虧損狀態(tài)，不具有市場(chǎng)推廣價(jià)值。因此，能否找到鹽堿水淡化過程中伴生濃鹽堿水處理的新方法，是擺在鹽堿水淡化、鹽堿地治理及其推廣應(yīng)用面前的一個(gè)共性和難點(diǎn)問題，也是一個(gè)國際性難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于人工調(diào)控鹽度梯度垂向分層的鹽堿水鹽分重分配方法，利用一級(jí)反滲透系統(tǒng)將鹽堿水淡化生成的淡水可用于鹽堿地治理、用作生活用水等，將伴生濃鹽堿水直接回灌到地下鹽堿水潛水層底部或地表鹽堿水底層，人工調(diào)控鹽度梯度垂向分層。隨著鹽堿水淡化的持續(xù)進(jìn)行，地下鹽堿水潛水層底部或地表鹽堿水底層的鹽度最高，而較高水位的鹽堿水鹽度維持原有水平以滿足鹽堿水持續(xù)性淡化的需求，可持續(xù)利用鹽堿水來產(chǎn)生淡水，從而使得在鹽堿水總鹽分不變的情況下，通過人工調(diào)控鹽度梯度垂向分層，對(duì)鹽堿水鹽分在垂向空間層面進(jìn)行重新分配，兼具鹽堿水資源開發(fā)與鹽分生態(tài)調(diào)控雙重功能，并實(shí)現(xiàn)鹽堿地治理及鹽堿水的有效利用。本發(fā)明可以完全不依賴外部淡水，利用鹽堿水淡化技術(shù)和濃鹽堿水的底層回灌技術(shù)，在不改變鹽堿水鹽分總量的情況下，通過人工調(diào)控鹽度梯度垂向分層實(shí)現(xiàn)對(duì)鹽堿水鹽分的重新分配，不僅可以將鹽堿水資源可持續(xù)性地再生為淡水資源，進(jìn)而達(dá)到鹽堿水淡化、鹽堿地治理及鹽堿水綜合利用目的，而且因?yàn)樵摲椒ú灰喳}堿水淡化的高回收率為目標(biāo)，不需反滲透濃水回流工藝，降低了鹽堿水淡化成本，避免了鹽堿水淡化過程中反滲透膜結(jié)垢污堵的風(fēng)險(xiǎn)，在鹽堿地區(qū)的推廣價(jià)值大。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于人工調(diào)控鹽度梯度垂向分層的鹽堿水鹽分重分配方法，包括以下步驟：

3、步驟s1、抽取鹽堿水；

4、步驟s2、使用一級(jí)反滲透系統(tǒng)對(duì)抽取的鹽堿水進(jìn)行淡化，得到淡水和濃鹽堿水；

5、步驟s3、將濃鹽堿水回灌到鹽堿水的底層。

6、優(yōu)選的，步驟s1中，鹽堿水為地下鹽堿水或地表鹽堿水。

7、優(yōu)選的，步驟s2中，通過一級(jí)反滲透膜得到的淡水得率為30～45％。

8、優(yōu)選的，步驟s2中，反滲透淡化后得到的伴生濃鹽堿水鹽度不高于35‰。

9、優(yōu)選的，步驟s3中，當(dāng)抽取鹽堿水為地下鹽堿水時(shí)，濃鹽堿水回灌位置為潛水層底部；當(dāng)抽取鹽堿水為地表鹽堿水時(shí)，濃鹽堿水回灌位置為地表鹽堿水的底層。

10、因此，本發(fā)明采用上述的基于人工調(diào)控鹽度梯度垂向分層的一種鹽堿水鹽分重新分配方法，有益技術(shù)效果如下：

11、(1)與傳統(tǒng)淡水漫灌壓鹽方法所需的淡水來源于外部淡水不同，本發(fā)明所涉及的鹽堿地改良用水來源于鹽堿水，完全不依賴外部淡水，適合淡水資源有限尤其是淡水匱乏的鹽堿地區(qū)，該方法的普適性強(qiáng)。與“以種適地”方法相比，本發(fā)明是對(duì)鹽堿地進(jìn)行主動(dòng)改良，而非被動(dòng)適應(yīng)鹽堿地。本發(fā)明所產(chǎn)生的淡水可將鹽堿地主動(dòng)改良成適種常規(guī)農(nóng)作物的耕地，不需要開展耐鹽堿種質(zhì)篩選與創(chuàng)制，適用于所有鹽堿地的改良，具有普適性，且由于產(chǎn)生的淡水資源能有效改良鹽堿地，當(dāng)年即可種植農(nóng)作物，本發(fā)明的時(shí)效性好。而“以種適地”本質(zhì)上是植物被動(dòng)適應(yīng)鹽堿地，需要針對(duì)不同鹽堿地的鹽堿程度“更多選育耐鹽堿植物適應(yīng)鹽堿地”，具有周期長、難度高、工作量大的缺點(diǎn)，且對(duì)于重度鹽堿地而言，良種培育難度更大，且即便培育成功，往往需要經(jīng)過數(shù)年種植方能有效改良鹽堿地，“以種適地”在鹽堿地治理上的時(shí)效性和普適性差。

12、(2)由于水的比熱容大，傳統(tǒng)冷凍法獲得低鹽度可供灌溉用水的耗能大、成本高，且所用鹽堿水的鹽度不能超過15‰，或需要依賴氣候因素，季節(jié)性強(qiáng)，不適用于整個(gè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)季節(jié)，應(yīng)用場(chǎng)景受限。而本發(fā)明所用方法適用于所有輕度、中度、重度鹽堿地，鹽堿水的鹽度可超15‰，四季均可使用本發(fā)明所用方法，且在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)季節(jié)可依據(jù)需求產(chǎn)生更多的淡水，普適性強(qiáng)，在鹽堿地區(qū)推廣價(jià)值大。

13、(3)現(xiàn)有方法均僅將鹽堿水作為水源，只“索取”，不對(duì)鹽堿水“庫”本身進(jìn)行其他操作，而本發(fā)明將淡化過程中伴生濃鹽堿水進(jìn)行底層回灌，實(shí)現(xiàn)“回補(bǔ)”。與蒸餾法等通過高耗能的方式將鹽分從鹽堿水中分離出來的原理不同，本發(fā)明不改變鹽堿水體中的總鹽分；與往地表排放濃鹽堿水會(huì)加劇地表鹽堿化程度不同，本發(fā)明將濃鹽堿水回灌到鹽堿水“庫”中，而不是排放到地表，所以不會(huì)加劇地表的鹽堿化程度，不污染地表生態(tài)環(huán)境；本發(fā)明創(chuàng)造性地將鹽堿水“庫”中的鹽分進(jìn)行人工調(diào)控，形成鹽度梯度垂向分層，實(shí)現(xiàn)鹽分的重新分配。

14、具體而言，通過人工調(diào)控形成鹽堿水底層鹽度高、非底層(即較高水層)鹽度低且穩(wěn)定的鹽分空間分配新平衡，在這種人工調(diào)控鹽度梯度垂向分層系統(tǒng)中，鹽度高的濃鹽堿水層會(huì)自發(fā)將鹽度低的鹽堿水層遷往地表或水面方向，該過程非耗能，可以持續(xù)性地利用非底層低鹽度鹽堿水進(jìn)行鹽堿水淡化處理，不會(huì)出現(xiàn)本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)為將濃鹽堿水回灌到水體后，回灌過程混合了兩個(gè)鹽度的水體，導(dǎo)致鹽堿水“庫”中非底部水層鹽堿水鹽度變高，最終增加反滲透膜的負(fù)荷，加速膜的損耗，影響膜的使用壽命，降低淡水得率等問題。本發(fā)明所用方法能實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可持續(xù)性。

15、另外，由于現(xiàn)有方法對(duì)鹽堿水“庫”只有“索取”，而本發(fā)明所用方法對(duì)鹽堿水“庫”實(shí)現(xiàn)“回補(bǔ)”，通過濃鹽堿水回灌，不但不會(huì)造成地表的次生鹽堿化，而且還能減緩甚至避免鹽堿水水位下降，避免地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，和現(xiàn)有方法比，該方法的生態(tài)環(huán)境優(yōu)勢(shì)明顯。

16、(4)本發(fā)明利用反滲透系統(tǒng)進(jìn)行鹽堿水淡化，但不追求反滲透膜系統(tǒng)的高回收率，避免了鹽堿水淡化過程中反滲透膜結(jié)垢污堵的風(fēng)險(xiǎn)，且只需一級(jí)反滲透系統(tǒng)，不需反滲透濃水回流工藝，進(jìn)一步降低成本和減少操作環(huán)節(jié)。

17、(5)本發(fā)明所用鹽堿水淡化過程中伴生濃鹽堿水處理的方法具有耗能低、操作簡單、循環(huán)利用性能好的特點(diǎn)，可持續(xù)發(fā)展性突出，給鹽堿水淡化、鹽堿地治理、鹽堿水綜合利用及其推廣應(yīng)用所面臨的共性和難點(diǎn)問題提供了一個(gè)新的解決方案，在鹽堿地區(qū)的推廣價(jià)值大。