太陽(yáng)能海水淡化

太陽(yáng)能海水淡化太陽(yáng)能凈化水的前景及意義淡水是人類社會(huì)賴以生存和發(fā)展的基本物質(zhì)之一。人體的60％是液體，其中主要是水。水對(duì)人體健康至關(guān)重要，地球表面積約為5．1億平方公里，其中海洋面積就占據(jù)了它的70．8％。海洋的平均深度約為3800米，所以地球上的總水量約有近14億立方公里。然而，由于含鹽度太高而不能直接飲用或灌溉的海水占據(jù)了地球上總水量的97％以上，僅剩的不到3％的淡水，其分布也極其不均，它的3／4被凍結(jié)在地球的兩極和高寒地帶的冰川中，其余的從分布上說，地下水也比地表水多得多(多37倍左右)。剩下的存在于河流、湖泊和可供人類直接利用的地下淡水已不足0．36％。人均占有量就非常少。我國(guó)人均占有水量只居世界的第108位。我國(guó)海岸線長(zhǎng)，一些島嶼和沿海鹽堿地區(qū)以及內(nèi)陸苦咸水地區(qū)均屬缺乏淡水的地區(qū)。在這些地區(qū)淡化水非常重要。而常規(guī)的方法，如蒸餾法、離子交換法、滲析法、反滲透膜法以及冷凍法等，都要消耗大量的燃料或電力。太陽(yáng)能淡化水的起源第二次世界大戰(zhàn)中，美國(guó)國(guó)防部制造了許多軍用海水淡化急救裝置，供飛行員和船員落水后取水用，這種裝置實(shí)際上是一種簡(jiǎn)易的太陽(yáng)能蒸餾容器。海水淡化的技術(shù)對(duì)于傳統(tǒng)的海水淡化技術(shù)若按照運(yùn)行原理進(jìn)行區(qū)分，大致可分為兩類：【1】相變過程，包括多級(jí)閃蒸（MSF）、多效沸騰（ME）和蒸汽壓縮（VC）；【2】滲析過程，包括反滲透膜法（RO）和電滲析法（ED）。太陽(yáng)能凈化水裝置世界上第一個(gè)大型的太陽(yáng)能海水淡化裝置，是于1874年在智利北部的LasSalinas建造的。它由許多寬1．14米，長(zhǎng)6l米的盤形蒸餾器組合而成，總面積47000米。在晴天條件下，它每天生產(chǎn)2．3萬升淡水(4．9升／米·天)。這個(gè)系統(tǒng)一直運(yùn)行了近40年。海水淡化系統(tǒng)<1>海水取水裝置<2>水力循環(huán)澄清池<3>多介質(zhì)過濾器<4>保安過濾器<5>反滲透膜處理系統(tǒng)<6>能量回收裝置<7>多級(jí)離心泵以及加藥裝置等組成。裝置分類人類早期利用太陽(yáng)能進(jìn)行海水淡化，主要是利用太陽(yáng)能進(jìn)行蒸餾，所以早期的太陽(yáng)能海水淡化裝置一般都稱為太陽(yáng)能蒸餾器。<1>被動(dòng)式太陽(yáng)能蒸餾系統(tǒng)被動(dòng)式太陽(yáng)能蒸餾系統(tǒng)的例子就是盤式太陽(yáng)能蒸餾器它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、取材方便，至今仍被廣泛采用。目前，比較理想的盤式太陽(yáng)能蒸餾器的效率約在35％，晴好天時(shí)，產(chǎn)水量一般在3～4kg／m左右。如果在海水中添加濃度為172．5ppm的黑色萘胺，蒸餾水產(chǎn)量可以提高約30％。<2>主動(dòng)式太陽(yáng)能蒸餾系統(tǒng)被動(dòng)式太陽(yáng)能蒸餾系統(tǒng)的一個(gè)嚴(yán)重缺點(diǎn)是工作溫度低，產(chǎn)水量不高，也不利于在夜間工作和利用其它余熱。在主動(dòng)式太陽(yáng)能蒸餾系統(tǒng)中，由于配備有其它的附屬設(shè)備，使其運(yùn)行溫度得以大幅提高，或使其內(nèi)部的傳熱傳質(zhì)過程得以改善。而且，在大部分的主動(dòng)式太陽(yáng)能蒸餾系統(tǒng)中，都能主動(dòng)回收蒸汽在凝結(jié)過程中釋放的潛熱，因而這類系統(tǒng)能夠得到比傳統(tǒng)的太陽(yáng)能蒸餾器高一至數(shù)倍的產(chǎn)水量。發(fā)展?fàn)顩r上世紀(jì)90年代，天津大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、西安交通大學(xué)等單位也加入到了太陽(yáng)能海水淡化技術(shù)研究的行列，西北工業(yè)大學(xué)提出的“新型，高效太陽(yáng)能海水淡化裝置”；天津大學(xué)提出的“回收潛熱的太陽(yáng)能蒸餾器”；中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)提出的“降膜蒸發(fā)氣流吸附太陽(yáng)能蒸餾器”等等。本世紀(jì)之后，西安交通大學(xué)、北京理工大學(xué)等提出了“橫管降膜蒸發(fā)多效回?zé)岬奶?yáng)能海水淡化系統(tǒng)”，試制出了多個(gè)原理樣機(jī)，并對(duì)樣機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試和理論研究。清華大學(xué)等單位在借鑒國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)多級(jí)閃蒸技術(shù)在太陽(yáng)能海水淡化領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了探索，試制出了樣機(jī)，并在我國(guó)的秦皇島市建立了主要由太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的實(shí)際運(yùn)行系統(tǒng)，取得有益的經(jīng)驗(yàn)。科威特已建成了利用220m：的槽形拋物面太陽(yáng)能集熱器及一個(gè)7000升的貯熱罐為多達(dá)l2級(jí)的閃蒸系統(tǒng)供熱的太陽(yáng)能海水淡化裝置，每天可產(chǎn)近l0噸淡水。有報(bào)道指出，在各類多級(jí)沸騰蒸餾系統(tǒng)中，多級(jí)堆積管式蒸發(fā)系統(tǒng)最適合以太陽(yáng)能作為熱源。這種裝置有許多優(yōu)點(diǎn)，其中最主要的一點(diǎn)是它能在輸入蒸汽量為0～100％之間的任何一點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行，并能根據(jù)蒸汽量自動(dòng)調(diào)整工作狀態(tài)。而且它所需的供熱溫度在70～I(xiàn)O0~C之間，很容易用槽形拋物而或真空管型太陽(yáng)能集熱器達(dá)到。國(guó)外太陽(yáng)能淡化水的發(fā)展日本政府出資85％建設(shè)了沖繩和福岡兩大反滲透海水淡化示范工廠。通過工程示范使日本東麗、日東電工和東洋紡等反滲透膜、配套裝備生產(chǎn)企業(yè)和工程公司走向全球。

以色列政府通過控制SOOT(興建一營(yíng)運(yùn)一擁有一移轉(zhuǎn))或BOO(興建一營(yíng)運(yùn)一擁有)模式促進(jìn)海水淡化廠的建設(shè)，對(duì)本國(guó)企業(yè)給予資金支持并在合同中明確政府采購(gòu)淡化水的最低購(gòu)買量和價(jià)格，培育本國(guó)企業(yè)，提高其競(jìng)爭(zhēng)能力。

韓國(guó)政府于2007年10月啟動(dòng)了支持斗山重工建設(shè)規(guī)模為2．7×104m3/d的反滲透海水淡化單機(jī)實(shí)驗(yàn)床的計(jì)劃，該計(jì)劃投資7600萬美元，其中政府出資3200萬美元，將于2010年完成，預(yù)期到2020年有109億美元的出口合同回報(bào)。

中東淡化研究中心(MEDRC，MiddleEastDe．salinationResearchCenter)的成立說明海水淡化的研究已經(jīng)成為世界關(guān)注的圍際問題，在競(jìng)爭(zhēng)中合作已成為發(fā)達(dá)國(guó)家的共識(shí)。

技術(shù)瓶頸重重技術(shù)難題，造成了目前傳統(tǒng)的太陽(yáng)能海水淡化裝置的產(chǎn)水效率不高，年產(chǎn)淡水率僅約為1000公斤/平方米，利用太陽(yáng)能作為海水淡化的能源還不具有競(jìng)爭(zhēng)力。此外，由于太陽(yáng)能集熱器方面的成本投資高，也相應(yīng)提高了單位水量的成本投入，造成太陽(yáng)能海水淡化系統(tǒng)一方面是產(chǎn)水率較低，另一方面成本投資較大，成為制約太陽(yáng)能海水淡化大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的缺陷。未來發(fā)展未來的太陽(yáng)能海水淡化技術(shù)，在近期內(nèi)將仍以蒸餾方法為主。利用太陽(yáng)能發(fā)電進(jìn)行海水淡化，雖在技術(shù)上沒有太大障礙，但在經(jīng)濟(jì)上仍不能跟傳統(tǒng)海水淡化技術(shù)相比擬。比較實(shí)際的方法是，在電力缺乏的地區(qū)，利用太陽(yáng)能發(fā)電提供一部分電力，為改善太陽(yáng)能蒸餾系統(tǒng)性能服務(wù)。淡水獲取方式的成本比較（元/立方米)

<1>開采地下水限制開采量<2>遠(yuǎn)程調(diào)水引灤入津：2.3元/立方米(直接成本)<3>南水北調(diào):5-20元/立方米(到北京平均水價(jià))<4>海水淡化：4--7元/立方米(綜合成本)<5>苦咸水：2--4元/立方米(綜合成本)<6>自來水的價(jià)格一般為:1.5-2元/立方米一些太陽(yáng)能凈化水的設(shè)想我們可以利用潮汐蓄積海水。在漲潮時(shí)打開