海水淡化知識分析課件

1、水資源問題2、海水基本性質(zhì)3、海水淡化方法二、蒸餾法海水淡化技術(shù)1、多效蒸發(fā)技術(shù)2、多級閃蒸技術(shù)一、概論1、水資源問題二、蒸餾法海水淡化技術(shù)1、多效蒸發(fā)技術(shù)一、概論1、RO海水淡化預處理工藝2、RO海水淡化技術(shù)的優(yōu)化設計3、RO海水淡化系統(tǒng)中的能量回收裝置四、高性能不銹鋼在海水淡化的應用

三、反滲透海水（RO）淡化技術(shù)1、RO海水淡化預處理工藝四、高性能不銹鋼在海水淡化的應用

1.1、水資源問題世界上的水對于人類來說，似乎發(fā)生和存在于錯誤的時間、錯誤的地點和錯誤的質(zhì)量。降水都集中在雨季，并且大量流失；絕大多數(shù)水存在于大海，其次是冰山。地球上97.5%的水是咸水，只有2.5%是淡水。淡水中，近70%凍結(jié)在南極冰蓋和高山冰川中，其余大部分是土壤中的水分或深層地下水，難以開采利用。江河、湖泊、水庫及淺層地下水等較易于開采供人類直接使用，但其數(shù)量不足世界淡水的1%，約占地球上全部水的0.007%。

一、概論

1.1、水資源問題世界上的水對于人類來說，似乎發(fā)生和存在于1983年竣工的“引灤入津”工程，通過三次加壓將灤河水引入天津，極大的緩解了天津市的工業(yè)生產(chǎn)和生活用水緊缺；大連市完成的“引碧入連”工程，將碧流河水引入大連緩解了大連市的用水緊張；山東青島的“引黃濟青”工程，每年為青島提供黃河水1億多立方米，為青島市的經(jīng)濟發(fā)展和生活水平提高提供了保障。以上措施的采取，使我國的沿海城市和地區(qū)的供水狀況得到較大改善，但是，由于我國沿海經(jīng)濟的快速發(fā)展以及人民生活水平的較大提高，部分沿海城市的供水仍然不能滿足發(fā)展需要。1983年竣工的“引灤入津”工程，通過三次加壓將灤河水引入渤海能解內(nèi)蒙古之渴嗎？干旱，缺水，風沙，已成為內(nèi)蒙古氣候的寫照，嚴重制約著當?shù)氐墓まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟發(fā)展。錫林郭勒，在蒙語中意為丘陵地帶的河，歷史上也確曾是水草茂盛的好地方，如今卻面臨嚴重的沙化現(xiàn)象。在額濟納旗，年降水量僅37毫米，原本處于額濟納盆地底部的居延海居然全部干涸，昔日的額濟納綠洲正逐漸消失在人們的視野中，等待它的命運也許就是下一個羅布泊。

《中國地圖》給人們提供了新的信息希望。在中國的大陸的東面是海洋—渤海、黃海、東海。而渤海離錫林郭勒最近，直線距離不到500千米我們?yōu)槭裁床荒馨巡澈５乃朊晒鸥咴?，甚至西部?nèi)陸呢？“海水西送”終究只是癡人說夢，還是有可能變成現(xiàn)實的夢想呢？

渤海能解內(nèi)蒙古之渴嗎？YellowRiverYangtzeRiver圖1中國地理環(huán)境YellowRiverYangtzeRiver圖1中國筑龍給排水0100200300400500600700800900北京天津河北山東遼寧吉林黑龍江河南山西內(nèi)蒙古陜西圖2中國北方地區(qū)各省市水資源量分布圖(單位:億m3)地下水資源量地表水資源量水資源總量筑龍給排水01002003004005006007008001.2、海水基本性質(zhì)1.2、海水基本性質(zhì)1.3、海水淡化方法海水淡化方法：將海水中的鹽分和水分進行分離，生產(chǎn)生活或工業(yè)用水的過程。其主要方法如下：離子交換多效蒸發(fā)多級閃蒸反滲透電滲析冷凍法蒸餾法膜法其他方法海水淡化技術(shù)離子交換多效蒸發(fā)多級閃蒸反滲透電滲析冷凍法蒸餾法膜法其他方法海水淡化技術(shù)圖3海水淡化方法1.3、海水淡化方法海水淡化方法：將海水中的鹽分和水分進行分蒸餾法（又稱熱法）：原理是加熱-蒸發(fā)-冷凝。除了多效蒸發(fā)和多級閃蒸之外，蒸餾法還有蒸汽壓縮法VC法是將蒸發(fā)過程自身產(chǎn)生的二次蒸汽，經(jīng)壓縮提高溫度，再作為加熱蒸汽使用，其設計思想是為了提高熱效率。海水經(jīng)泵提升壓力后供人冷凝器作為冷卻水冷凝蒸發(fā)器中獲得的蒸汽，此時海水溫度升高，作為蒸發(fā)器給水供人蒸發(fā)器，工作蒸汽進人蒸汽噴射器與部分蒸發(fā)器內(nèi)獲得的蒸汽混合后從噴射器排出，排出后的壓縮蒸汽作為熱源進人蒸發(fā)器內(nèi)的蒸發(fā)管中，加熱蒸發(fā)器內(nèi)的海水，使其蒸發(fā)獲得二次蒸汽，原蒸汽在冷凝器內(nèi)冷凝后即得到淡水。蒸發(fā)器內(nèi)未蒸發(fā)的海水通過泵排出。二次蒸汽作為下一過程的熱源，如此循環(huán)。蒸餾法（又稱熱法）：原理是加熱-蒸發(fā)-冷凝。除了多效蒸發(fā)和多二、蒸餾法海水淡化技術(shù)蒸餾法是通過加熱海水使之沸騰汽化，再把蒸汽冷凝成淡水的方法。蒸餾法海水淡化技術(shù)是最早投人工業(yè)化應用的淡化技術(shù)，特點是即使在污染嚴重、高生物活性的海水環(huán)境中也適用，產(chǎn)水純度高。與膜法海水淡化技術(shù)相比，蒸餾法具有可利用電廠和其他工廠的低品位熱、對原料海水水質(zhì)要求低、裝置的生產(chǎn)能力大，是當前海水淡化的主流技術(shù)之一。二、蒸餾法海水淡化技術(shù)蒸餾法是通過加熱海水使之沸騰汽化，再把2.1、多效蒸發(fā)技術(shù)多效蒸發(fā)是最古老的淡化方法之一，在多級閃蒸誕生以前一直是淡化市場的主導。多效蒸餾是由單效蒸發(fā)組成的系統(tǒng)。將前一蒸發(fā)器產(chǎn)生的二次蒸汽引入下一蒸發(fā)器作為加熱蒸汽，并在下一有效蒸發(fā)器中冷凝成蒸餾水，如此依次進行。圖4為豎管降膜多效蒸發(fā)流程。從冷凝器后分流出來的原料海水經(jīng)過預處理后，由泵依次送入預熱器進行預熱，然后進入第1效蒸發(fā)器的頂部，并按要求分配到傳熱管的內(nèi)壁，管外為加熱蒸汽。蒸發(fā)出來的二次蒸汽同下降的鹽水在分離室中實現(xiàn)汽液分離，二次蒸汽經(jīng)過除沫器后引至下一效加熱。剩下的鹽水則因兩效間的壓差作用而流入下一效蒸發(fā)器。各效所生成的蒸餾水也沿壓力溫度降低的的方向流經(jīng)各效管間，同時回收熱量，直到最后的冷凝器K，形成產(chǎn)品水抽出。最后的濃鹽水從末端Dn的底部排出。2.1、多效蒸發(fā)技術(shù)多效蒸發(fā)是最古老的淡化方法之一，在多級閃筑龍給排水圖4豎管降膜多效蒸發(fā)流程筑龍給排水圖4豎管降膜多效蒸發(fā)流程2.1、多效蒸發(fā)技術(shù)的優(yōu)缺點雖然多效蒸餾法是最早使用的海水淡化技術(shù)，但由于結(jié)垢和腐蝕等問題，一直未得到廣泛的應用。隨著低溫多效蒸餾技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，其所占的市場份額正不斷擴大。與多級閃蒸相比，多效蒸餾法具有以下的優(yōu)點：①.傳熱系數(shù)高，所需的傳熱面積少；②.動力消耗低；③.操作彈性大；④.熱利用效率高。而其主要缺點有：①.由于海水在加熱表面上沸騰，容易在傳熱管壁上結(jié)垢，需要經(jīng)常進行清洗和采用嚴格的防垢措施。②.設備的結(jié)構(gòu)比較復雜。2.1、多效蒸發(fā)技術(shù)的優(yōu)缺點雖然多效蒸餾法是最早使用的海水淡2.1、低溫多效蒸發(fā)技術(shù)圖5低溫多效蒸發(fā)流程2.1、低溫多效蒸發(fā)技術(shù)圖5低溫多效蒸發(fā)流程進料海水在排熱冷凝器中被預熱和脫氣，之后被分成兩股物流。一股物流作為冷凝液排棄并排回大海，另外一股物流變成蒸餾過程的進料液。料液經(jīng)加入阻垢分散劑之后被引入到熱回收段各效溫度最低的一組中。噴淋系統(tǒng)把料液噴淋分布到各蒸發(fā)器中的頂排管上，在沿頂排管向下以薄膜形式自由流動的過程中，一部分海水由于吸收了在蒸發(fā)器內(nèi)冷凝蒸汽的潛熱而汽化。被輕微濃縮的剩余料液用泵打入到蒸發(fā)器的下一組中，該組的操作溫度要比上一組高一些，在新的組中又重復了蒸發(fā)和噴淋過程。剩余的料液接著往前打，直到最后在溫度最高的效組中以濃縮液的形式離開該效組。生蒸汽輸入到溫度最高一效的蒸發(fā)管內(nèi)部，在管內(nèi)發(fā)生冷凝的同時，管外也產(chǎn)生了與冷凝量基本相同的蒸發(fā)。產(chǎn)生的二次蒸汽在穿過濃鹽水液滴分離器以保證蒸餾水的純度之后，又引入到下一效的傳熱管內(nèi)，第二效的操作溫度和壓力要略低于第一效。進料海水在排熱冷凝器中被預熱和脫氣，之后被分成兩股物流。一股這種蒸發(fā)和冷凝過程沿著一串蒸發(fā)器的各效一直重復，每效都產(chǎn)生了相當數(shù)量的蒸餾水，到最后一效的蒸汽在排熱段被海水冷卻液冷凝。第一效的冷凝液被收集起來，該蒸餾水的一部分又返回到蒸汽發(fā)生器，超過輸入的生蒸汽量的部分流入到一系列特殊容器的首個容器中，每一個容器都連接到下一低溫效的冷凝側(cè)。這樣使一部分蒸餾水產(chǎn)生閃蒸并使剩余的產(chǎn)品水冷卻下來，同時把熱量傳給熱回收效的主體中去。如此產(chǎn)品水呈階梯狀流動并被逐級閃蒸冷卻。放出的熱量提高了系統(tǒng)的總效率，被冷卻的蒸餾水最后用產(chǎn)品水泵抽出并輸入到儲液罐中。這種蒸發(fā)和冷凝過程沿著一串蒸發(fā)器的各效一直重復，每效都產(chǎn)生了這樣生產(chǎn)出的產(chǎn)品水是完全的純水，它不含任何污染物，平均含鹽量小于２０ｐｐｍ。如果安裝兩級捕沫網(wǎng)，產(chǎn)品水鹽含量可小于５ｐｐｍ。像蒸餾水一樣，濃縮海水從第一效呈階梯狀流入一系列的濃鹽水閃蒸罐中，閃蒸冷卻以回收其熱量。經(jīng)過冷卻之后，濃鹽水經(jīng)濃鹽水泵打入大海。不凝性氣體從每一根冷凝管中抽出，并從一效流到另一效。這些不凝性氣體最后在排熱冷凝器的最冷端富集，并用蒸汽噴射器或機械式真空泵抽出。這樣生產(chǎn)出的產(chǎn)品水是完全的純水，它不含任何污染物，平均含鹽量圖6IDE公司維京群島工程圖6IDE公司維京群島工程2.2、多級閃蒸技術(shù)閃蒸是指一定溫度的水在環(huán)境壓力低于該溫度所對應的飽和蒸汽壓時發(fā)生的驟然蒸發(fā)現(xiàn)象。閃蒸后的水溫度降低以使其飽和蒸汽壓與環(huán)境壓力平衡。ＭＳＦ也是利用了這個原理，使加熱至一定溫度的鹽水依次在一系列壓力逐漸降低的容其中閃蒸汽化，蒸汽冷凝后得到淡水的過程。該方法是在多效蒸餾的基礎上發(fā)展而來的。相比多效蒸餾法多級閃蒸減少了垢的形成。由于多級閃蒸法得到淡水價格相對反滲透法的低，所以在全世界還有很多國家和地區(qū)使用該種方法。但是該方法只能用于海水淡化，并不適用于苦咸水淡化。2.2、多級閃蒸技術(shù)閃蒸是指一定溫度的水在環(huán)境壓力低于該溫度圖7多級閃蒸技術(shù)流程圖7多級閃蒸技術(shù)流程2.2、多效蒸發(fā)技術(shù)的優(yōu)缺點多級閃蒸與其他淡化技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點:①.由于此方法加熱與蒸發(fā)過程分離，并未使海水真正沸騰(僅是表面沸騰)，從而大大改善了一般蒸餾的結(jié)垢問題；②.技術(shù)成熟可靠，運行安全性高，特別適合于大型的海水淡化應用；③.設備機構(gòu)簡單，投資成本較低。而其主要缺點有:①.大量海水的循環(huán)和流體的輸送，導致操作成本升高；②.與多效蒸餾法相比，需要較大的熱傳面積；③.總是與發(fā)電站聯(lián)合使用。2.2、多效蒸發(fā)技術(shù)的優(yōu)缺點多級閃蒸與其他淡化技術(shù)相比，具有三、反滲透(RO)海水淡化技術(shù)反滲透是利用壓力使溶液中的水通過半透膜而分離出來，因為它和自然滲透的方向相反，故稱為反滲透。與蒸餾法相比，反滲透法具有以下突出的優(yōu)點:①.反滲透海水淡化過程不發(fā)生相變化，所以，它是最節(jié)能的海水淡化方法；②.設備簡單，效率高；③.占地面積??；④.操作方便，控制容易；⑤設備投資低，建設周期短。其主要缺點是對進水水質(zhì)要求較高。三、反滲透(RO)海水淡化技術(shù)反滲透是利用壓力使溶液中的水通圖8RO海水淡化流程圖圖8RO海水淡化流程圖3.1、RO海水淡化預處理工藝1、海水預處理的目的2、SWRO中傳統(tǒng)預處理方法存在的問題3、新型海水預處理技術(shù)（1）微濾(MF)技術(shù)（2）超濾(UF)技術(shù)（3）納濾(NF)技術(shù)（4）納濾集成技術(shù)3.1、RO海水淡化預處理工藝1、海水預處理的目的1、海水預處理的目的海水中懸浮物、膠體物質(zhì)和可溶性有機高分子聚集在膜表面會使膜受到污染；微生物和細菌會使膜受到侵襲；微生物和細菌的殘體還會以固體形式析出，使膜性能變壞；水的溫度、pH值、余氯含量、壓力等參數(shù)的劣化會引起膜水解、氯化；由溶質(zhì)引起的膜結(jié)構(gòu)變化還會導致膜的透水率下降。通過預處理去除海水中懸浮物、有機物、膠體物質(zhì)、微生物、細菌及某些有害物質(zhì)(如鐵、錳、鈣等)，可以減緩膜污染，延長膜的壽命，保證反滲透系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行。1、海水預處理的目的2、SWRO中傳統(tǒng)預處理方法存在的問題1）為去除海水中存在各種細菌和海藻類物質(zhì)，SWRO系統(tǒng)常規(guī)預處理工藝為石英砂過濾(或無煙煤、錳砂等多個介質(zhì)過濾)、活性炭過濾、3μm～10μm精密過濾，有時還有軟化器。去除細菌的效果不理想，不能確保RO給水無菌。有時被活性炭吸附的有機物還含有細菌繁殖的溫床。2）為了控制海水中各種微生物的繁殖，常增設NaClO發(fā)生器，有時還加CuSO4控制海藻。但是聚酰胺(PA)RO膜對氯敏感，易被氯氧化而降解。醋酸纖維素(CA)RO膜耐氯雖好些，但在某些金屬離子存在時，也易被氯氧化而降解。而且CA膜還易被細菌污染，并成為細菌的培養(yǎng)源和繁殖地。因此，這兩類膜組件的給水均需除氯處理，通常采用NaHSO3去氯，3）常規(guī)預處理方法的工藝冗長，先是對給水間歇式加氯，再加絮凝劑和凝聚劑，然后經(jīng)二級壓力多介質(zhì)過濾器去除已絮凝的液體物質(zhì)，接著添加阻垢劑和NaHSO3，再經(jīng)過保安過濾器，這樣就造成處理工藝冗長和處理成本增加。2、SWRO中傳統(tǒng)預處理方法存在的問題1）為去除海水中存在各3、新型海水預處理技術(shù)（1）微濾(MF)技術(shù)（2）超濾(UF)技術(shù)（3）納濾(NF)技術(shù)（4）納濾集成技術(shù)3、新型海水預處理技術(shù)（1）微濾(MF)技術(shù)MF技術(shù)是一種新型膜處理技術(shù)，以連續(xù)微濾(ContinuousMicrofiltration)CMFPRO為代表，采用0.2μm孔徑的中空纖維膜，材質(zhì)為聚丙烯、磺化聚醚砜或醋酸纖維，由內(nèi)向外死端過濾。該膜可使膠體顆粒和細菌數(shù)量減少幾個數(shù)量級，提高凈化水的水質(zhì)，并可在很低的橫流速下運行。采用連續(xù)微濾CMF代替?zhèn)鹘y(tǒng)的單介質(zhì)或多介質(zhì)過濾器、活性炭過濾器等進水的預處理方法，不需加入絮凝劑、殺菌劑和余氯脫除劑等化學藥品，不但免除了介質(zhì)和活性炭的頻繁更換，而且也省去了保安過濾器，并且連續(xù)膜過濾的出水的SDI值小于3，濁度小于0.2NTU，TSS小于1mgPL，大腸桿菌小于3個PL，顆粒粒徑<0.2μm，能夠達到反滲透系統(tǒng)對進水水質(zhì)的要求。與傳統(tǒng)預處理方法相比，采用連續(xù)微濾技術(shù)改進了反滲透系統(tǒng)的進水水質(zhì)，延長了反滲透膜的使用壽命，提高了系統(tǒng)的回收率，大大減少設備占地面積，減少操作費用，降低勞動強度，并可以有效的實現(xiàn)微濾過程的自動化控制。（1）微濾(MF)技術(shù)（2）超濾(UF)技術(shù)超濾技術(shù)是一種以機械篩分原理為基礎，以膜兩側(cè)壓差為驅(qū)動力的膜分離技術(shù)。它的篩分孔徑小，可截留水中的細菌、病毒、膠體、大有機分子、油脂、蛋白質(zhì)、懸浮物等。超濾技術(shù)有中空、卷式、平板、管式等幾種組件類型，其中中空纖維膜是超濾技術(shù)中最為成熟與先進的一種形式，這種新型的毛細管型UF膜(中空纖維膜)可以處理高度污染的表層海水。該型UF膜器的特點是具有頻繁、短時、自動清洗毛細管膜的功能，且具有在較低的錯流流速下運行的能力。該UF膜截留分子質(zhì)量為(150～200)×103u，可確保RO在高通量和高截留率下操作，低壓過濾和反洗，反洗水更容易處理，水回收率為65%，產(chǎn)水量提高10%，過濾水質(zhì)顯著提高，減少運行費用，減少了化學藥劑投加量，該預處理能耗低[13，14]。Brehant[15]等用中空纖維UF膜預處理表層海水，其UF出水SDI<1，且出水水質(zhì)非常穩(wěn)定，而傳統(tǒng)的雙重介質(zhì)過濾僅能降到2.5左右，且水質(zhì)不穩(wěn)定。（2）超濾(UF)技術(shù)（3）納濾(NF)技術(shù)納濾(NF)技術(shù)是一種新型分子級膜分離技術(shù)。其膜材料可采用多種材料，如醋酸纖維素、醋酸—三醋酸纖維素、磺化聚砜、磺化聚醚砜、芳香聚酰胺復合材料和無機材料等，孔徑在1nm以上，一般在1nm～2nm；截留相對分子量200～1000；對NaCl的截留率小于90%，截留二價的Ca2+、Mg2+和SO2-4離子，大幅度降低了進料水的濁度、硬度和TDS的含量，解決了傳統(tǒng)海水淡化過程中存在結(jié)垢污染等許多問題，保證膜組件的安全穩(wěn)定運行，并大幅度提高水的回收率。NF膜的最大特點是膜本體帶有電荷，因而對有機物具有良好的去除效果。其對有機物的去除可用優(yōu)先吸附—毛細管流原理解釋。膜本體帶有電荷，這也使它在很低操作壓力下(僅0.5MPa)仍具有較高的脫鹽率。另外，NF膜還對無機離子進行選擇性分離，使得它特別適合于海水的脫鹽處理。有研究表明[19]，NF膜對細菌和病毒等也具有好的去除性能；且不需添加劑；對色度的去除也非常有效。（3）納濾(NF)技術(shù)（4）納濾集成技術(shù)近年來，國外成功開發(fā)了將NF作為RO及MSF的預處理，組成了NF-RO，NF-MSF及NF-SWRO-MSF集成淡化技術(shù)。海水經(jīng)NF技術(shù)處理后，去除了80%以上的硬度，TDS下降了40%左右，且去除了所有的有機污染物，從而提高了SWRO的操作壓力和整個系統(tǒng)的回收率(回收率可達60%左右)，且能保證SWRO膜組件的安全，長期穩(wěn)定運行。沙特阿拉伯鹽水轉(zhuǎn)化公司(SalineWaterConver2sionCorporation，SWCC)，進行的NF-SWRO集成海水淡化實驗，采用4″×40″的NF膜元件，與無NF預處理的SWRO相比，集成過程的SWRO水回收率，在4.0MPa壓力下為48%，為相同壓力下前者的3倍，在516MPa壓力下為50%左右，為相同壓力下前者的2倍，且經(jīng)過NF處理過的SWRO進料中TDS濃度已經(jīng)很低。表明采用納濾預處理操作壓力可有較大幅度的降低，水回收率可有較大幅度的提高。（4）納濾集成技術(shù)3.2、RO海水淡化技術(shù)的優(yōu)化設計1、采用反滲透技術(shù)進行海水淡化脫鹽率較高、產(chǎn)水量較大；2、系統(tǒng)回收率的優(yōu)化；3、泵效率、電機效率以及能量回收裝置效率的提升；4、單支壓力容器的膜元件數(shù)量的增加；5、越來越嚴格的產(chǎn)水水質(zhì)要求，包括對硼含量的要求；6、更加有效的兩級設計；7、采用海水直冷電廠的排放海水作為海水淡化系統(tǒng)的給水；8、膜法預處理技術(shù)，例如：微濾、超濾和納濾。3.2、RO海水淡化技術(shù)的優(yōu)化設計1、采用反滲透技術(shù)進行海圖9海水淡化RO系統(tǒng)通量分布圖9海水淡化RO系統(tǒng)通量分布3.3、RO海水淡化系統(tǒng)中的能量回收裝置反滲透海水淡化系統(tǒng)濃縮水具有較高的壓力，流量較大，含有巨大的能量。如何高效的回收這部分能量對于減低系統(tǒng)能耗是非常重要的。目前的能量回收裝置主要有:渦輪透平、渦輪增壓器(turbocharger)和壓力(功)交換器，其中渦輪透平的能量回收效率為35-70%，渦輪增壓器的能量回收效率為45-83%，而壓力(功)交換器的能量回收效率達到了95%左右。壓力(功)交換器的出現(xiàn)是反滲透海水淡化技術(shù)的一個重大突破。3.3、RO海水淡化系統(tǒng)中的能量回收裝置反滲透海水淡化系統(tǒng)圖10ERI能量回收裝置圖10ERI能量回收裝置四、高性能不銹鋼在海水淡化的應用1、