海水淡化技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化

1、海水淡化技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化徐云1（江南大學(xué)化工與材料工程學(xué)院，江蘇無(wú)錫214122） 摘要：分析了海水淡化的技術(shù)現(xiàn)狀，介紹了各種海水淡化方法的特點(diǎn)，闡明了 海水淡化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。介紹了各種海水淡化方法的具體應(yīng)用，并對(duì)海水淡化 技術(shù)的應(yīng)用狀況進(jìn)行了分析對(duì)比。關(guān)鍵詞：水資源；海水淡化；技術(shù)進(jìn)展；發(fā)展目標(biāo)；產(chǎn)業(yè)化Seawater desalination technology andindustrializationXU Yun（School of Chemical and Material Engineering， Jiangnan University， Wuxi 214122， China）Abs

2、tract: The current technical status of seawater desalination are analyzed， this paper analyzes all kinds of seawater desalination method features，expounded desalination technology development trend。This paper analyzes all kinds of seawater desalination method, and the specific application of seawate

3、r desalination technology application status was analyzed and compared.Key words: water； seawater desalination； technical progress； development target； industrialization隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的高速發(fā)展和人口的急劇增加，水資源危機(jī)已成為僅次于全球 氣候變暖的世界第二大環(huán)境問(wèn)題。世界范圍的普遍缺水使海水淡化技術(shù)從中東的 沙漠地區(qū)擴(kuò)展到全球的主要沿海國(guó)家，形成了海水淡化水的生產(chǎn)銷售和裝備制造 兩大產(chǎn)業(yè)。由于地球表面總水量的97. 3%為海水，

4、其余2. 7%為淡水，其中的90%為 覆冰，可供工農(nóng)業(yè)和城市用水僅0. 27%，因此從這個(gè)意義上說(shuō)，海水才是取之 不盡、用之不竭的主要水源。因而，近年來(lái)海水淡化技術(shù)倍受關(guān)注。到1998年， 全世界淡化水生產(chǎn)能力己達(dá)到日產(chǎn)2 300萬(wàn)m3，2000年則達(dá)到日產(chǎn)2 700萬(wàn)m3，平 均以7%8%的年增長(zhǎng)率攀升。供養(yǎng)的人口不僅有中東的若干國(guó)家，還有美國(guó)、 俄羅斯、日本、意大利、西班牙等發(fā)達(dá)國(guó)家的部分地區(qū)，達(dá)1億之眾。我國(guó)水資源總量2. 81萬(wàn)億噸，居世界第6位，但人口為世界人口的四分之一， 人均水資源為世界第108位，是世界上21個(gè)貧水國(guó)家之一。全國(guó)有10個(gè)省、市、 自治區(qū)的人均水資源占有量不足1

5、000m3,黃河、淮河流域人均水資源占有量501 m3,僅為全國(guó)平均水平的1 / 5,世界平均水平的1 / 16。全國(guó)有300多個(gè)城市缺水， 其中110多個(gè)嚴(yán)重缺水，尤其是北方沿海地區(qū)和眾多島嶼普遍缺水，已嚴(yán)重影響 到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們的生活質(zhì)量。2010年后，中國(guó)將開(kāi)始進(jìn)入嚴(yán)重的缺水期。 2030年中國(guó)將達(dá)到缺水高峰。上述表明，我國(guó)現(xiàn)在緊張的水資源形勢(shì)，在伴隨生1作者簡(jiǎn)介：徐云（1988），男，江蘇泰興人，化學(xué)工程與工藝專業(yè)學(xué)士。QQ:853475720;郵箱： HYPERLINK mailto:853475720 853475720態(tài)惡化造成的水土流失，環(huán)境污染引起的淡水資源減少，更使我

6、國(guó)水資源面臨的 緊迫局面雪上加霜。淡水資源緊缺已成為制約我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們生活水平 提高的瓶頸，發(fā)展海水淡化技術(shù)，開(kāi)拓穩(wěn)定可靠的淡水資源，是緩解我困沿海地 區(qū)淡水資源缺乏的戰(zhàn)略性的根本措施。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展及人口總量 的增長(zhǎng)，淡水需求量與日俱增，我國(guó)淡水資源危機(jī)將日趨嚴(yán)重。解決我國(guó)水資源危機(jī)必須實(shí)行水資源綜合治理，一方面大力推廣各種節(jié)水技 術(shù)、節(jié)水措施，建立節(jié)水型工業(yè)和農(nóng)業(yè)；另一方面，開(kāi)發(fā)長(zhǎng)期、穩(wěn)定的淡水資源， 增加淡水資源供應(yīng)量也是行之有效的措施之一。特別在沿海城市，淡水效益的不 斷提高為海水淡化提供了經(jīng)濟(jì)條件；海水淡化技術(shù)的日臻完善，并與其它生產(chǎn)相 結(jié)合的海水淡化技術(shù)的發(fā)展，

7、為開(kāi)發(fā)海水中的淡化水資源提供了技術(shù)條件。從目 前經(jīng)濟(jì)、技術(shù)條件和水資源供求狀況來(lái)看，發(fā)展海水淡化技術(shù)，向海洋要淡水是 沿海國(guó)家和地區(qū)解決淡水資源供需矛盾的有效途徑，也是沿海城市解決淡水危機(jī) 的必然趨勢(shì)。1海水淡化技術(shù)及其分類海水淡化技術(shù)的研究起始于20世紀(jì)50年代中期，到現(xiàn)在，海水淡化已發(fā)展 成為一種可靠的工業(yè)技術(shù)。I960年，全球海水淡化的總裝機(jī)容量?jī)H為0.058 X 106ms/d;1970年，全球海水淡化的總裝機(jī)容量達(dá)到1.15X106m3/d ；目前，全世界 單機(jī)日產(chǎn)量在100t以上的淡化裝置其總的生產(chǎn)能力超過(guò)了 30X 106m3/d。海水淡化技術(shù)也稱海水脫鹽技術(shù)，是分離海水中鹽和水

8、的過(guò)程。按分離原理 和方法，海水淡化技術(shù)可分為相變法和非相變法兩大類。圖l列出了海水淡化法 的不同分類，其中除溶劑提取法和氣體水化物法外，大多數(shù)已實(shí)際應(yīng)用。應(yīng)用最 為廣泛的是閃蒸法和反滲透法。圖l海水淡化方法的分類2不同海水淡化的技術(shù)特點(diǎn)2. 1蒸餾法蒸餾法主要有多級(jí)閃蒸(MS F)、多效蒸餾(MED)和壓汽蒸餾(VC),工作原理 如圖2所示。圖2三級(jí)蒸餾淡化原理含鹽水進(jìn)入第一級(jí)蒸發(fā)器后被來(lái)自熱源的蒸汽(一級(jí)蒸汽)加熱汽化，汽化產(chǎn) 生的二次蒸汽被引入第二級(jí)蒸發(fā)器，加熱來(lái)自第一級(jí)蒸發(fā)器的濃縮鹽水，同時(shí)又 被冷凝成蒸餾水。第二級(jí)與第三級(jí)蒸發(fā)器之間的汽、水流程與上段情況相似，如 此類推。當(dāng)海水表面壓

9、力低于1. 013X105Pa時(shí)，海水不到100T就沸騰了，壓力 越低，沸點(diǎn)越低，這樣海水便會(huì)急劇蒸發(fā)，并凝結(jié)產(chǎn)生淡水。為了依次降低各級(jí) 蒸發(fā)器中含鹽水的沸點(diǎn)，系統(tǒng)中應(yīng)用真空泵由后向前依次在各級(jí)蒸發(fā)器中形成真 空，其真空度也依次減小。這樣才能用前一級(jí)蒸發(fā)器的二次蒸汽加熱后一級(jí)蒸發(fā) 器中的濃鹽水，同時(shí)用后一級(jí)蒸發(fā)器中的濃鹽水冷凝來(lái)自前一級(jí)蒸發(fā)器的蒸汽 3。蒸餾法的優(yōu)點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)，并不受水中含鹽量的限制，適用于余廢 熱可利用的項(xiàng)目，設(shè)備容量大，所產(chǎn)淡水水質(zhì)純度較高，產(chǎn)品水含鹽量為210mg /L，裝置進(jìn)水可不經(jīng)預(yù)處理直接由海水提供。故該裝置多用于沿海的火力發(fā)電 廠、核電站。其缺點(diǎn)是能耗多、

10、設(shè)備費(fèi)用高，存在設(shè)備、管路結(jié)垢與腐蝕問(wèn)題。2. 2電滲析法電滲析(ED)是膜分離技術(shù)的一種，是電解和滲析擴(kuò)散過(guò)程的組合，其工藝 原理如圖3所示。陰極室中室陽(yáng)極室陰極A陽(yáng)極1電陽(yáng)膜明膜展|Na-Na-ci-ci-OH-ci-Na-H-圖3雙膜電滲析槽原理利用離子交換膜的選擇透過(guò)性，即陽(yáng)膜理論上只允許陽(yáng)離子通過(guò)，陰膜理論 上只允許陰離子通過(guò)，在外加直流電場(chǎng)作用下，陰、陽(yáng)離子分別往陽(yáng)極和陰極移 動(dòng)，它們最終會(huì)于交換膜，如果膜的固定電荷與離子的電荷相反，則離子可以通 過(guò)，如果它們是相同的，則離子被排斥，從而可以制得淡水。電滲析適用于含鹽量小于20 g/L的苦咸水的淡化，由于其耗能很大，大型 海水淡化裝

11、置基本上不采用電滲析法。此外，電滲析只能除去水中的鹽分，而對(duì) 水中有機(jī)物不能除去，某些高價(jià)離子和有機(jī)物還會(huì)污染膜。電滲析運(yùn)行過(guò)程中易 發(fā)生濃度極差化而產(chǎn)生結(jié)垢，這些都是電滲析技術(shù)較難掌握而又必須重視的問(wèn) 題。2. 3真空冷凍法真空冷凍一汽相冷凝海水淡化新技術(shù)是依據(jù)海水的三相點(diǎn)理論，使海水同時(shí) 蒸發(fā)與結(jié)冰的一種低能耗、輕腐蝕結(jié)垢的海水淡化方法。其工藝原理如圖4所示。圖4水和海水的三相圖海水三相點(diǎn)是使海水汽、液、固三相共存并達(dá)到平衡的一個(gè)特殊點(diǎn)。若壓力 或溫度偏離該三相點(diǎn)，平衡被破壞，三相會(huì)自動(dòng)趨于一相或兩相。真空冷凍法海 水淡化正是利用海水的三相點(diǎn)原理，以水自身為制冷劑，使海水同時(shí)蒸發(fā)與結(jié)冰，

12、冰品再經(jīng)分離、洗滌而得到淡化水的一種低成本的淡化方法，與蒸餾法、膜法相 比，能耗低，腐蝕、結(jié)垢輕，預(yù)處理簡(jiǎn)單，設(shè)備投資小，并可處理高含鹽量的海 水，是一種較理想的海水淡化方法。2. 4反滲透法利用只允許溶劑透過(guò)、不允許溶質(zhì)透過(guò)的半透膜，將海水與淡水分隔開(kāi)。在 通常情況下，淡水通過(guò)半透膜擴(kuò)散到海水一側(cè)，從而使海水一側(cè)的液面逐步升高， 直至一定的高度才停止，這個(gè)過(guò)程為滲透。此時(shí)。海水一側(cè)高出的水柱靜壓稱為 滲透壓。如果對(duì)海水一側(cè)施加一大于海水滲透壓的外壓.那么海水中的純水將反 滲透到淡水中。反滲透法使用的薄膜叫“半透膜，通常又稱超過(guò)濾法。是1953年才開(kāi)始采 用的一種膜分離淡化法。因其具有占地少、

13、建造周期短、操作簡(jiǎn)單、相對(duì)投資小、 能耗相對(duì)較低和啟動(dòng)運(yùn)行快等特點(diǎn)，逐漸在海水淡化市場(chǎng)中占據(jù)“統(tǒng)治”地位。3海水淡化技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀5現(xiàn)有的海水淡化技術(shù)已達(dá)20余種，反滲透、低溫多效蒸餾、多級(jí)閃蒸、冷凍 和電滲析法是目前常用的幾種海水淡化技術(shù)。20世紀(jì)30年代，沙特阿拉伯首先采 用低溫多效蒸餾技術(shù)淡化海水.由于低溫多效蒸餾存在結(jié)構(gòu)等缺點(diǎn)。50年代又開(kāi) 發(fā)了多級(jí)閃蒸海水淡化技術(shù)，從此，海水淡化業(yè)得到很大發(fā)展，多級(jí)閃蒸技術(shù)的 市場(chǎng)占有率也一直很高。50年代后，壓氣蒸餾、冷凍和電滲析等淡化技術(shù)相繼出 現(xiàn)，并在不同時(shí)期占據(jù)一定的市場(chǎng)份額。與其它幾種淡化技術(shù)相比反滲透技術(shù)問(wèn) 世較晚，而反滲透法的最大優(yōu)點(diǎn)是節(jié)

14、能，它的能耗僅為電滲析法的1/2,蒸餾法 的1/40。因此，從80年代起。美日等發(fā)達(dá)國(guó)家先后把發(fā)展重心轉(zhuǎn)向反滲透法.反 滲透海水淡化技術(shù)是近幾年來(lái)海水淡化技術(shù)發(fā)展的核心。各種海水淡化技術(shù)所占的市場(chǎng)份額。60年代中期至80年代初.多級(jí)閃蒸淡化 技術(shù)的年市場(chǎng)占有率均高于40%，在淡化技術(shù)中位居首位。80年代后期，隨著海 水反滲透淡化技術(shù)的不斷完善和發(fā)展，其優(yōu)越性逐漸得到顯現(xiàn)，開(kāi)始占據(jù)主導(dǎo)地 位，該技術(shù)大大改變了傳統(tǒng)高效蒸發(fā)等技術(shù)的高耗能缺點(diǎn)，使出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)量更 高，質(zhì)量更穩(wěn)定。90年代以來(lái)，出現(xiàn)了反滲透和多級(jí)閃蒸兩種技術(shù)交替占據(jù)主導(dǎo) 地位的現(xiàn)象。4結(jié)論多級(jí)閃蒸、低溫多效蒸發(fā)和反滲透是當(dāng)今海水淡化三

15、大主流技術(shù)（如表1），3 種技術(shù)各自有不同優(yōu)勢(shì)：多級(jí)閃蒸技術(shù)單機(jī)產(chǎn)水能力明顯高于其他兩種工藝.而 出水水質(zhì)比較起來(lái)是多級(jí)閃蒸和低溫多效兩種技術(shù)出水效果較好：但低溫多效電 能能耗卻較其他兩種工藝要低。可以采用廉價(jià)材料從而降低工程造價(jià)；比較而言 反滲透技術(shù)卻具有能耗相對(duì)較低，并能提高反滲透系統(tǒng)回收率、廉價(jià)高效預(yù)處理 技術(shù)、增強(qiáng)系統(tǒng)抗污染的能力。參考文獻(xiàn)(References):解利昕，李憑力，王世昌.海水淡化技術(shù)現(xiàn)狀及各種淡化方法評(píng)述J.化工進(jìn) 展，2003,22(10):1078-1084.JIE Li-xi,LI Ping-li,WANG Shi-chang.A Review of Seawa

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