海水淡化技術與產(chǎn)業(yè)化

1、海水淡化技術與產(chǎn)業(yè)化徐云1（江南大學化工與材料工程學院，江蘇無錫214122） 摘要：分析了海水淡化的技術現(xiàn)狀，介紹了各種海水淡化方法的特點，闡明了 海水淡化技術的發(fā)展趨勢。介紹了各種海水淡化方法的具體應用，并對海水淡化 技術的應用狀況進行了分析對比。關鍵詞：水資源；海水淡化；技術進展；發(fā)展目標；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)濟社會的高速發(fā)展和人口的急劇增加，水資源危機已成為僅次于全球 氣候變暖的世界第二大環(huán)境問題。世界范圍的普遍缺水使海水淡化技術從中東的 沙漠地區(qū)擴展到全球的主要沿海國家，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%，因此從這個意義上說，海水才是取之 不盡、用之不竭的主要水源。因而，近年來海水淡化技術倍受關注。到1998年， 全世界淡化水生產(chǎn)能力己達到日產(chǎn)2 300萬m3，2000年則達到日產(chǎn)2 700萬m3，平 均以7%8%的年增長率攀升。供養(yǎng)的人口不僅有中東的若干國家，還有美國、 俄羅斯、日本、意大利、西班牙等發(fā)達國家的部分地區(qū)，達1億之眾。我國水資源總量2. 81萬億噸，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個貧水國家之一。全國有10個省、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,僅為全國平均水平的1 / 5,世界平均水平的1 / 16。全國有300多個城市缺水， 其中110多個嚴重缺水，尤其是北方沿海地區(qū)和眾多島嶼普遍缺水，已嚴重影響 到國民經(jīng)濟的發(fā)展和人們的生活質(zhì)量。2010年后，中國將開始進入嚴重的缺水期。 2030年中國將達到缺水高峰。上述表明，我國現(xiàn)在緊張的水資源形勢，在伴隨生1作者簡介：徐云（1988），男，江蘇泰興人，化學工程與工藝專業(yè)學士。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國民經(jīng)濟發(fā)展和人們生活水平 提高的瓶頸，發(fā)展海水淡化技術，開拓穩(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。隨著我國國民經(jīng)濟的高速發(fā)展及人口總量 的增長，淡水需求量與日俱增，我國淡水資源危機將日趨嚴重。解決我國水資源危機必須實行水資源綜合治理，一方面大力推廣各種節(jié)水技 術、節(jié)水措施，建立節(jié)水型工業(yè)和農(nóng)業(yè)；另一方面，開發(fā)長期、穩(wěn)定的淡水資源， 增加淡水資源供應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)濟條件；海水淡化技術的日臻完善，并與其它生產(chǎn)相 結(jié)合的海水淡化技術的發(fā)展，

7、為開發(fā)海水中的淡化水資源提供了技術條件。從目 前經(jīng)濟、技術條件和水資源供求狀況來看，發(fā)展海水淡化技術，向海洋要淡水是 沿海國家和地區(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 的必然趨勢。1海水淡化技術及其分類海水淡化技術的研究起始于20世紀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。I960年，全球海水淡化的總裝機容量僅為0.058 X 106ms/d;1970年，全球海水淡化的總裝機容量達到1.15X106m3/d ；目前，全世界 單機日產(chǎn)量在100t以上的淡化裝置其總的生產(chǎn)能力超過了 30X 106m3/d。海水淡化技術也稱海水脫鹽技術，是分離海水中鹽和水

8、的過程。按分離原理 和方法，海水淡化技術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)已實際應用。應用最 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特點2. 1蒸餾法蒸餾法主要有多級閃蒸(MS F)、多效蒸餾(MED)和壓汽蒸餾(VC),工作原理 如圖2所示。圖2三級蒸餾淡化原理含鹽水進入第一級蒸發(fā)器后被來自熱源的蒸汽(一級蒸汽)加熱汽化，汽化產(chǎn) 生的二次蒸汽被引入第二級蒸發(fā)器，加熱來自第一級蒸發(fā)器的濃縮鹽水，同時又 被冷凝成蒸餾水。第二級與第三級蒸發(fā)器之間的汽、水流程與上段情況相似，如 此類推。當海水表面壓

9、力低于1. 013X105Pa時，海水不到100T就沸騰了，壓力 越低，沸點越低，這樣海水便會急劇蒸發(fā)，并凝結(jié)產(chǎn)生淡水。為了依次降低各級 蒸發(fā)器中含鹽水的沸點，系統(tǒng)中應用真空泵由后向前依次在各級蒸發(fā)器中形成真 空，其真空度也依次減小。這樣才能用前一級蒸發(fā)器的二次蒸汽加熱后一級蒸發(fā) 器中的濃鹽水，同時用后一級蒸發(fā)器中的濃鹽水冷凝來自前一級蒸發(fā)器的蒸汽 3。蒸餾法的優(yōu)點是工藝簡單易于實現(xiàn)，并不受水中含鹽量的限制，適用于余廢 熱可利用的項目，設備容量大，所產(chǎn)淡水水質(zhì)純度較高，產(chǎn)品水含鹽量為210mg /L，裝置進水可不經(jīng)預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。其缺點是能耗多、

10、設備費用高，存在設備、管路結(jié)垢與腐蝕問題。2. 2電滲析法電滲析(ED)是膜分離技術的一種，是電解和滲析擴散過程的組合，其工藝 原理如圖3所示。陰極室中室陽極室陰極A陽極1電陽膜明膜展|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性，即陽膜理論上只允許陽離子通過，陰膜理論 上只允許陰離子通過，在外加直流電場作用下，陰、陽離子分別往陽極和陰極移 動，它們最終會于交換膜，如果膜的固定電荷與離子的電荷相反，則離子可以通 過，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 水中有機物不能除去，某些高價離子和有機物還會污染膜。電滲析運行過程中易 發(fā)生濃度極差化而產(chǎn)生結(jié)垢，這些都是電滲析技術較難掌握而又必須重視的問 題。2. 3真空冷凍法真空冷凍一汽相冷凝海水淡化新技術是依據(jù)海水的三相點理論，使海水同時 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是使海水汽、液、固三相共存并達到平衡的一個特殊點。若壓力 或溫度偏離該三相點，平衡被破壞，三相會自動趨于一相或兩相。真空冷凍法海 水淡化正是利用海水的三相點原理，以水自身為制冷劑，使海水同時蒸發(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，預處理簡單，設備投資小，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、不允許溶質(zhì)透過的半透膜，將海水與淡水分隔開。在 通常情況下，淡水通過半透膜擴散到海水一側(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，這個過程為滲透。此時。海水一側(cè)高出的水柱靜壓稱為 滲透壓。如果對海水一側(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，通常又稱超過濾法。是1953年才開始采 用的一種膜分離淡化法。因其具有占地少、

13、建造周期短、操作簡單、相對投資小、 能耗相對較低和啟動運行快等特點，逐漸在海水淡化市場中占據(jù)“統(tǒng)治”地位。3海水淡化技術應用現(xiàn)狀5現(xiàn)有的海水淡化技術已達20余種，反滲透、低溫多效蒸餾、多級閃蒸、冷凍 和電滲析法是目前常用的幾種海水淡化技術。20世紀30年代，沙特阿拉伯首先采 用低溫多效蒸餾技術淡化海水.由于低溫多效蒸餾存在結(jié)構等缺點。50年代又開 發(fā)了多級閃蒸海水淡化技術，從此，海水淡化業(yè)得到很大發(fā)展，多級閃蒸技術的 市場占有率也一直很高。50年代后，壓氣蒸餾、冷凍和電滲析等淡化技術相繼出 現(xiàn)，并在不同時期占據(jù)一定的市場份額。與其它幾種淡化技術相比反滲透技術問 世較晚，而反滲透法的最大優(yōu)點是節(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)達國家先后把發(fā)展重心轉(zhuǎn)向反滲透法.反 滲透海水淡化技術是近幾年來海水淡化技術發(fā)展的核心。各種海水淡化技術所占的市場份額。60年代中期至80年代初.多級閃蒸淡化 技術的年市場占有率均高于40%，在淡化技術中位居首位。80年代后期，隨著海 水反滲透淡化技術的不斷完善和發(fā)展，其優(yōu)越性逐漸得到顯現(xiàn)，開始占據(jù)主導地 位，該技術大大改變了傳統(tǒng)高效蒸發(fā)等技術的高耗能缺點，使出水水質(zhì)標準量更 高，質(zhì)量更穩(wěn)定。90年代以來，出現(xiàn)了反滲透和多級閃蒸兩種技術交替占據(jù)主導 地位的現(xiàn)象。4結(jié)論多級閃蒸、低溫多效蒸發(fā)和反滲透是當今海水淡化三

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

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