海水淡化的常用方法

1、常用的海水淡化方法Commondesalinationmethods摘要：本文介紹了目前海水淡化的主流方法與工藝：多級(jí)閃蒸.低溫多效蒸儲(chǔ)和反滲透發(fā).并對(duì)各個(gè)工藝的淡化原理、工藝流程及技術(shù)開(kāi)展.分析了閃蒸室內(nèi)的根本平衡方程以及影響淡水產(chǎn)量的因素以及低溫多效海水淡化技術(shù)的開(kāi)展趨勢(shì),并介紹了反滲透海水淡化技術(shù)的特點(diǎn)和反滲透海水淡化裝置.Abstract:Thispaperintroducesthemainmethodandprocessofseawaterdesalination:multi-stageflashevaporation.Lowtemperaturemulti-effectdistil

2、lationandreverseosmosis.Thedesalinationprinciple,processflowandtechnologydevelopmentofeachprocessarealsodiscussed.Thebasicequilibriumequationinflashchamber,thefactorsaffectingfreshwaterproductionandthedevelopmenttrendoflowtemperaturemulti-effectseawaterdesalinationtechnologyareanalyzed.Thecharacteri

3、sticsofreverseosmosisseawaterdesalinationtechnologyandreverseosmosisseawaterdesalinationdeviceareintroduced.關(guān)鍵詞：海水淡化反滲透蒸儲(chǔ)因素特點(diǎn)KeyWords：SeawaterdesalinationReverseosmosisDistillationFactorCharacteristic海水淡化技術(shù)主要有熱法和膜法兩大類.熱法包括多級(jí)閃蒸和低溫多效蒸儲(chǔ),優(yōu)點(diǎn)是水質(zhì)好,并可利用工廠余熱或低品位熱源,主要用于提供鍋爐補(bǔ)給水和工藝純水,低品位蒸汽或余熱可利用于電力、鋼鐵、石化等企業(yè).膜法是

4、開(kāi)展反滲透膜海水淡化,在膜法海水淡化方面,隨著大型化和超大型化海水淡化工程的實(shí)施,與之相應(yīng)的取水、預(yù)處理、膜系統(tǒng)布局、膜與膜組件、能量回收等方面也將開(kāi)展新的研究；其中反滲透海水膜、高壓泵、能量回收裝置、反滲透膜壓力容器、海水預(yù)處理連續(xù)膜過(guò)濾組器等取得明顯進(jìn)步；膜通量從開(kāi)展初期到目前增加了近40%,脫鹽率由99.2%提升至99.7%;更值得一提的是,能量回收裝置的應(yīng)用和不斷改良使能耗大幅降低,新一代正位移式能量回收裝置的回收效率達(dá)94%以上.目前,反滲透海水淡化投資大約在60008000元/m3,綜合產(chǎn)水本錢約為56元/m3.無(wú)論是熱法還是膜法都朝著大型化、高效率、低本錢的方向開(kāi)展.多級(jí)閃蒸工藝

5、介紹1多級(jí)閃蒸海水淡化的原理與流程多級(jí)閃蒸的原理是以閃蒸原理為根底,使加熱后的海水依次流經(jīng)假設(shè)干個(gè)壓力逐漸降低的閃蒸室,由于閃蒸室壓力對(duì)應(yīng)的飽和溫度低于海水溫度,海水由最初的狀態(tài)變成了過(guò)熱態(tài).從而劇烈沸騰蒸發(fā),溫度降低.將每級(jí)閃蒸室所產(chǎn)生的閃蒸蒸汽冷凝,冷凝后即為所需的淡水,多級(jí)閃蒸海水淡化較單級(jí)閃蒸海水淡化而言能產(chǎn)更多的淡水.多級(jí)閃蒸海水淡化系統(tǒng)的工作流程：進(jìn)料海水經(jīng)過(guò)預(yù)處理后,首先作為熱排放單元的冷卻水,冷卻完畢后,大局部海水排入大海,小局部作為進(jìn)料海水補(bǔ)給海水從熱排放單元末級(jí)閃蒸室流入熱網(wǎng)回收單元末級(jí)閃蒸室上部,沿著與閃蒸海水相反的流動(dòng)方向作為冷卻水流至熱回收單元第一級(jí)閃蒸室,從第一級(jí)閃

6、蒸室出來(lái)后進(jìn)入鹽水加熱室,經(jīng)鹽水加熱室加熱后的循環(huán)海水熱回收單元第一級(jí)閃蒸室下部流入開(kāi)始閃蒸.2多級(jí)閃蒸海水淡化的技術(shù)進(jìn)展多級(jí)閃蒸海水淡化是針對(duì)多效蒸發(fā)海水淡化結(jié)垢和腐蝕較為嚴(yán)重的缺點(diǎn)而興起的.多級(jí)閃蒸海水淡化技術(shù)起步于20世紀(jì)60年代初.該技術(shù)的成功運(yùn)用使得蒸儲(chǔ)法海水淡化技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域邁出了一大步.3多級(jí)閃蒸海水淡改良當(dāng)前多級(jí)閃蒸海水淡化1噸淡水產(chǎn)量需消耗3.5kWh>44kWh的動(dòng)能消耗,消耗偏大.目前,現(xiàn)有的多級(jí)閃蒸海水淡化裝置每級(jí)閃蒸室產(chǎn)生的閃蒸蒸汽直接在本級(jí)上部的冷凝室中冷凝成淡水,潛熱沒(méi)有得到充分的利用,如果將閃蒸蒸汽通人下一級(jí)閃蒸室中用來(lái)加熱循環(huán)鹽水,不僅可以充分的利用閃蒸

7、蒸汽的潛熱,同時(shí)閃蒸蒸汽冷凝為淡水.該改良方法如下圖.經(jīng)過(guò)改良后發(fā)現(xiàn)：改良后的多級(jí)閃蒸海水淡化裝置的造水比比原有的多級(jí)閃蒸海水淡化裝置提升了42.6%.(a)原有的多級(jí)閃蒸海水淡化裝置(b)改良后的多級(jí)閃蒸海水淡化裝置圖：原有的與改良后的多級(jí)閃蒸海水淡化裝置4根本平衡方程進(jìn)人閃蒸室的加熱海水在低壓環(huán)境中閃蒸,一局部閃蒸為閃蒸蒸汽,冷凝后即為淡水,另一局部未閃蒸的海水進(jìn)人下一級(jí)壓力更低的閃蒸室繼續(xù)閃蒸.以單獨(dú)一級(jí)的閃蒸室作為研究標(biāo)準(zhǔn),在閃蒸室液位高度一定的情況下,海水淡化淡水產(chǎn)量的計(jì)算主要依據(jù)質(zhì)量守恒和能量守恒.進(jìn)人閃蒸室的總質(zhì)量應(yīng)等于離開(kāi)閃蒸室的總質(zhì)量,根據(jù)質(zhì)量守恒定律可MI=MO+MV(1)

8、式(1)中,MI為加熱海水流量,t/h;MO離開(kāi)閃蒸室白海水流量,t/h;MV%閃蒸蒸汽量(淡水產(chǎn)量),t/h.進(jìn)人閃蒸室的總能量應(yīng)等于離開(kāi)閃蒸室的總能量,根據(jù)能量守恒定律可得：mihi=moho+mihv(2)式(2)中,hi為加熱海水始,kJ/kg；ho為離開(kāi)閃蒸室的海水始,kJ/kg；hv為閃蒸蒸汽始,kJ/kg.閃蒸效率是衡量淡水產(chǎn)量的一個(gè)重要參數(shù).將式(1)代人式(2)中,得到：mihi=mvhv+(mi-mv)ho整理后得:二看叫(4)可見(jiàn),閃蒸效率與加熱海水始、離開(kāi)閃蒸室的海水始和閃蒸蒸汽燃有關(guān).5影響多級(jí)閃蒸海水淡化淡水產(chǎn)量的因素大量的研究說(shuō)明,影響淡水產(chǎn)量的因素主要有：海水過(guò)

9、熱度、閃蒸室壓力以及閃蒸室液位高度.海水過(guò)熱度對(duì)淡水產(chǎn)量的影響最為明顯,當(dāng)閃蒸室壓力以及閃蒸室液位高度一定時(shí),過(guò)熱度可以激活水中的活化分子,促進(jìn)閃蒸罐壁面上凹坑處形成汽化核心,隨著過(guò)熱度越來(lái)越大,汽泡便形成了,而這些汽泡在上升過(guò)程中又加大了水體的擾動(dòng),進(jìn)一步促進(jìn)了閃蒸的進(jìn)行.當(dāng)海水過(guò)熱度以及閃蒸室液位高度一定時(shí),閃蒸室壓力越高,海水溫度越高,其外表張力、黏度越小,蒸發(fā)潛熱下降,有利于液體中汽泡的形成,提升了淡水產(chǎn)量.當(dāng)海水過(guò)熱度以及閃蒸室壓力一定時(shí),閃蒸室液位高度越高,海水在閃蒸室內(nèi)停留的時(shí)間也就越長(zhǎng),有更多的時(shí)間完成閃蒸,但隨著閃蒸室液位高度的升高,帶來(lái)的問(wèn)題卻是閃蒸室液體底部受到的靜壓升高

10、,其壓力對(duì)應(yīng)的飽和溫度高于閃蒸室汽空間的溫度,有效過(guò)熱度被削減,因此,多級(jí)閃蒸海水淡化系統(tǒng)中閃蒸室液位不宜過(guò)高.低溫多效蒸儲(chǔ)工藝介紹1低溫多效海水淡化技術(shù)原理所謂低溫多效海水淡化技術(shù)是指鹽水的最高蒸發(fā)溫度約70C的海水淡化技術(shù),其特征是將一系列的水平管降膜蒸發(fā)器串聯(lián)起來(lái)并被分成假設(shè)干效組,用一定量的蒸汽輸入通過(guò)屢次的蒸發(fā)和冷凝,從而得到多倍于加熱蒸汽量的蒸儲(chǔ)水的海水淡化技術(shù).海水首先進(jìn)入冷凝器中預(yù)熱、脫氣,而后被分成兩股物流.一股作為冷卻水排回大海,另一股作為蒸儲(chǔ)過(guò)程的進(jìn)料.進(jìn)料海水參加阻垢劑后被引入到蒸發(fā)器的后幾效中.料液經(jīng)噴嘴被均勻分布到蒸發(fā)器的頂排管上,然后沿頂排管以薄膜形式向下流動(dòng),局

11、部水吸收管內(nèi)冷凝蒸汽的潛熱而蒸發(fā).二次蒸汽在下一效中冷凝成產(chǎn)品水,剩余料液由泵輸送到蒸發(fā)器的下一個(gè)效組中,該組的操作溫度比上一組略高,在新的效組中重復(fù)噴淋、蒸發(fā)、冷凝過(guò)程.剩余的料液由泵往高溫效組輸送,最后在溫度最高的效組中以濃縮液的形式離開(kāi)裝置.生蒸汽被輸入到第一效的蒸發(fā)管內(nèi)并在管內(nèi)冷凝,管外海水產(chǎn)生與冷凝量根本等量的二次蒸汽.由于第二效的操作壓力要低于第一效,二次蒸汽在過(guò)汽液別離器后,進(jìn)入下一效傳熱管.蒸發(fā)、冷凝過(guò)程在各效重復(fù),每效均產(chǎn)生根本等量的蒸儲(chǔ)水,最后一效的蒸汽在冷凝器中被海水冷凝.第一效的冷凝液返回蒸汽發(fā)生器,其余效的冷凝液進(jìn)入產(chǎn)品水罐,各效產(chǎn)品水罐相連.由于各效壓力不同使產(chǎn)品水

12、閃蒸,并將熱量帶回蒸發(fā)器.這樣,產(chǎn)品水呈階梯狀流動(dòng)并被逐級(jí)閃蒸冷卻,回收的熱量可提升系統(tǒng)的總效率.被冷卻的產(chǎn)品水由產(chǎn)品水泵輸送到產(chǎn)品水儲(chǔ)罐.這樣生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品水是平均含鹽量小于5rag/1的純水.濃鹽水從第一效呈階梯狀流入一系列的濃鹽水閃蒸罐中,過(guò)熱的濃鹽水被閃蒸以回收其熱量.經(jīng)過(guò)閃蒸冷卻之后的濃鹽水最后經(jīng)濃鹽水泵排回大海.不凝氣從每一效的冷凝管中抽出,最后在冷凝器富集,由真空泵抽出.2低溫多效的特點(diǎn)及技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析低溫多效蒸儲(chǔ)海水淡化技術(shù)的特點(diǎn)如下.(1)由于操作溫度低,防止或減緩了設(shè)備的腐蝕和結(jié)垢.(2)進(jìn)料海水的預(yù)處理簡(jiǎn)單.海水進(jìn)入低溫多效裝置之前只需經(jīng)過(guò)篩網(wǎng)過(guò)濾和參加5mg71左右的阻垢

13、劑即可,而多級(jí)閃蒸必須進(jìn)行加酸脫氣處理,反滲透的預(yù)處理要求更高.(3)系統(tǒng)的操作彈性大.在頂峰期,該淡化系統(tǒng)可以提供設(shè)計(jì)值110%的產(chǎn)品水；而在低谷期,該淡化系統(tǒng)可以穩(wěn)定地提供額定值40%的產(chǎn)品水.(4)系統(tǒng)的動(dòng)力消耗小.低溫多效系統(tǒng)用于輸送液體的動(dòng)力消耗很低,產(chǎn)品水的動(dòng)力消耗只有0.91.2kwh/m3左右.(5)系統(tǒng)的熱效率高.30余度的溫差即可安排12以上的傳熱效數(shù),從而到達(dá)10左右的造水比.(6)系統(tǒng)的操作平安可靠.在低溫多效系統(tǒng)中,發(fā)生的是管內(nèi)蒸汽冷凝而管外液膜蒸發(fā),即使傳熱管發(fā)生了腐蝕穿孔而泄漏,由于汽側(cè)壓力大于液膜側(cè)壓力,濃鹽水絕對(duì)不會(huì)流到產(chǎn)品水中,充其量只會(huì)產(chǎn)生蒸汽的少量泄漏而

14、影響造水量.(7)低溫多效海水淡化出水水質(zhì)好,產(chǎn)品水的含鹽量小于5mg/l.到達(dá)如此高的水質(zhì),必須采用兩級(jí)反滲透.(8)低溫多效蒸儲(chǔ)的產(chǎn)品水為脫氧水,反滲透產(chǎn)品水為含氧水.3低溫多效海水淡化的應(yīng)用低溫多效蒸儲(chǔ)海水淡化技術(shù),可利用電廠、化工廠或低溫核反響堆提供的低品位蒸汽,將海水屢次蒸發(fā)和冷凝到達(dá)較高的造水比(10左右),特別適合于利用低位余熱的大中型海水淡化使用.低溫多效蒸儲(chǔ)海水淡化技術(shù)生產(chǎn)的蒸儲(chǔ)水純度極高(鹽度5mg/L),可作為鍋爐的補(bǔ)充用水、生產(chǎn)過(guò)程的工藝用水或者大規(guī)模的市政飲用水供水.該技術(shù)在國(guó)外已有20多年的開(kāi)展歷史,目前最大裝置產(chǎn)量為25000t/d,已有數(shù)百臺(tái)1000t/d以上的

15、裝置在世界各地運(yùn)行.低溫多效蒸儲(chǔ)海水淡化技術(shù)以明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)及裝置組合的靈活性,使它可以利用各種形式的低位熱源,目前成功的運(yùn)行方式有以下幾種.(1)和火力發(fā)電廠結(jié)合,水電聯(lián)產(chǎn)；(2)利用柴油發(fā)電機(jī)的熱量；(3)利用工業(yè)冷卻水、工業(yè)廢氣造水；(4)利用太陽(yáng)能、地?zé)嵩焖?反滲透工藝介紹1反滲透的根本原理滲透現(xiàn)象早在1748年就由一位名叫阿倍諾倫特的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)：如果兩種不同含鹽量的液體用半透膜把它們隔開(kāi),那么低鹽度腔處的水分子會(huì)穿過(guò)半透膜向高鹽度腔運(yùn)動(dòng),這個(gè)過(guò)程被稱為“滲透.2反滲透海水淡化技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀國(guó)外早在20世紀(jì)40年代就開(kāi)始了反滲透技術(shù)的研究,從試驗(yàn)到生產(chǎn),主要用于海水淡化、純水制備等領(lǐng)域.

16、到80年代,反滲透技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用.國(guó)外艦船上也大量采用了反滲透技術(shù)進(jìn)行海水淡化.在國(guó)內(nèi),雖然反滲透技術(shù)已經(jīng)在某些領(lǐng)域得到了一定的應(yīng)用,但是由于起步較晚,使得反滲透技術(shù)在艦船上的應(yīng)用受到限制,所以,目前艦船上所用的純水絕大多數(shù)還都是蒸儲(chǔ)法生產(chǎn)的,反滲透海水淡化技術(shù)還沒(méi)有得到普遍應(yīng)用,但是由于反滲透海水淡化方法具有其他方法無(wú)法比較的優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)越來(lái)越受到重視,目前已有反滲透海水淡化裝置裝船實(shí)際使用.3反滲透海水淡化技術(shù)的特點(diǎn)反滲透海水淡化技術(shù)相比其他海水淡化方法具有明顯的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：1、在常溫、沒(méi)有發(fā)生相變化的條件下,可對(duì)溶質(zhì)與水進(jìn)行別離.因此可防止由于熱而產(chǎn)生的被處理液中溶質(zhì)的變性、水

17、垢化和材料腐蝕等問(wèn)題.2、水和溶質(zhì)別離過(guò)程沒(méi)有相的變化,所以淡化所需的能量很少.根據(jù)大型海水淡化工程計(jì)算,海水淡化能耗僅為2.6kWh/rn3,再加上預(yù)處理等耗能,海水淡化的總能耗約為2.83kWh/rn3.3反滲透技術(shù)是膜別離技術(shù)的一種,它不僅可以脫鹽,使電導(dǎo)率到達(dá)使用要求,而且由于反滲透膜的孔徑很小,只有010x10-10m,細(xì)菌、病毒等都很難通過(guò)反滲透膜,可以除去水中的微量有機(jī)物及微粒,因此用反滲透法制得的產(chǎn)品水可到達(dá)宜飲水的品質(zhì),因而其價(jià)值較高.3、以壓力為別離的原動(dòng)力,設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊,體積小,單位體積產(chǎn)水量高,占地面積小,同時(shí)操作簡(jiǎn)單,自動(dòng)化程度高.4、反滲透海水淡化裝置反滲透海水淡化裝置主要包括海水供應(yīng)及預(yù)處理設(shè)備、海水高壓泵、反滲透膜組、壓力調(diào)節(jié)閥、管路及附件、監(jiān)控設(shè)備等.反滲透海水淡化裝置圖五反滲透膜海水淡化技術(shù)流程實(shí)際上,一個(gè)大型的海水淡化工程往往是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程.就主要工藝過(guò)程來(lái)說(shuō),包括海水預(yù)處理、淡化脫鹽、淡化水后處理等.其中預(yù)處理是指在海水進(jìn)入起淡化功能的裝置之前對(duì)其所作的必要處理,如殺除海生物,降低濁度、除掉懸浮物對(duì)反滲透法,或脫氣對(duì)蒸儲(chǔ)法,添加必要的藥劑等；脫鹽那么是通過(guò)上列的某一種方法除掉海水中的鹽分,是整個(gè)淡化系