海水淡化技术发展.doc

海水淡化技术发展 梁孟林 0911520205 环境092摘要：介绍海水淡化的处理方法，主要介绍蒸馏法和反渗透法，并对各项技术进行比较，介绍中国海水淡化进展。关键词：海水淡化，多级内蒸法，多效蒸馏法，反渗透法，亚海水1 海水淡化技术 海水淡化（sea water desalination）又被称为海水脱盐，也就是从海水中获取淡水的技术和过程。从海水中取出淡水或者除去海水中的盐分，都可以达到淡化的目的。从这两条路线出发，海水淡化分为两类。采用从海水中分离淡水的方法又可分为蒸馏法，冷冻法，反渗透法和水合物法;后者则包括电渗析法和离子交换法。目前得到大规模商业应用的是反渗透法和蒸馏法。2反渗透法和基本原理 反渗透（Reverse Osmosis），它所描绘的是一个自然界中水分自然渗透过程的反向过程。 原理：（1）氢键理论 氢键理论最早是由雷德（Reid）等提出的。也叫孔穴式与有序式扩散(hole type-alignment type diffusion)理论，是针对乙酸纤维膜提出的模型。此模型认为当水进入乙酸纤维膜的非结晶部分后，和羧基的氧原子发生氢键作用而构成结合水。这种结合水的结合强度取决于膜内的孔径，孔径越小结合越牢。由于牢固的结合水把孔占满，故不与乙酸纤维膜以氢键结合的溶质就不能扩散透过，但与膜能进行氢键结合的离子和分子(如水、酸等)却能穿过结合水层而有序扩散通过。 （2）优先吸附-毛细孔流理论 该理论是索里拉金(Sourirajan)在Gibbs吸附方程的基础上提出的，他认为在盐水溶液和聚合物多孔膜接触的情况下，膜界面上有优先吸附水而排斥盐的性质，因而形成一负吸附层，它是一层已被脱盐的纯水层，纯水的输送可通过膜中的小孔来进行。纯水层厚度既与溶液的性质(如溶质的种类、溶液的浓度等)有关，也与膜的表面化学性质有关。索里拉金认为孔径必须等于或小于纯水层厚度的二倍，才能达到完全脱盐而连续地获得纯水，但在膜孔径等于纯水层厚度二倍时工作效率最高。根据膜的吸附作用有选择性，可以推知膜对溶质的脱除应有选择性。 特点：反渗透方法可以从水中除去90 %以上的溶解性盐类和99 %以上的胶体微生物及有机物等。尤其以风能、太阳能作动力的反渗透净化苦咸水装置,是解决无电和常规能源短缺地区人们生活用水问题的既经济又可靠的途径。 反渗透淡化法不仅适用于海水淡化,也适合于苦咸水淡化。现有的淡化法中,反渗透淡化法是最经济的,它甚至已经超过电渗析淡化法。由于反渗透过程的推动力是压力,过程中没有发生相变化,膜仅起着“筛分”的作用,因此反渗透分离过程所需能耗较低。在现有海水和苦咸水淡化中,反渗透法是最节能的。反渗透膜分离的特点是它的“广谱”分离,即它不但可以脱除水中的各种离子,而且可以脱除比离子大的微粒,如大部分的有机物、胶体、病毒、细菌、悬浮物等,故反渗透分离法又有广谱分离法之称。3蒸馏法 蒸馏法虽然是一种古老的方法，但由于技术不断的改进与发展，该法至今仍占统治地位。整流淡化过程的实质就是水蒸汽的形成过程。3.1 多级内蒸法 多级闪急蒸馏法（MSF，简称多级闪蒸法）原理为，将原料海水加热到一定温度后引入闪蒸室，由于该闪蒸室中的压力控制在低于热盐水温度所对应的饱和蒸汽压的条件下，故热盐水进入闪蒸室后即成为过热水而急速地部分气化，从而使热盐水自身的温度降低，所产生的蒸汽冷凝后即为所需的淡水。多级闪蒸就是以此原理为基础，使热盐水依次流经若干个压力逐渐降低的闪蒸室，逐级蒸发降温，同时盐水也逐级增浓，直到其温度接近（但高于）天然海水温度。 多级闪蒸是针对多效蒸发结垢较严重的缺点而发展起来的，具有设备简单可靠、防垢性能好、易于大型化、操作弹性大以及可利用低位热能和废热等优点。因此一经问世就得到应用和发展。多级闪蒸法不仅用于海水淡化，而且已广泛用于火力发电厂、石油化工厂的锅炉供水、工业废水和矿井苦咸水的处理与回收，以及印染、造纸工业废碱液的回收等。 多级闪蒸是海水淡化工业中最成熟的技术，运行安全性最高，弹性大，适合于大型和超大型淡化装置，并主要在海湾国家使用。多级闪蒸总是与火力电站联合运行，以汽轮机低压抽汽作为热源。国内，在2003年，青岛等地通过采用具有完全知识产权的海水淡化装置进行海水淡化，取得了很好的社会经济效益，当时国内设备的日处理量为3000吨/日，在2005年，国内能生产出日处理量为5000吨/日的淡化设备；如今，日处理量为10000吨/日的设备已经建成并准备运行。国际方面，日产60000吨淡水的单机已投入商业运行，日产160000吨淡水的装置正在设计中。这些都是世界上规模最大的海水淡化装置。 目前，法国Sidem公司、以色列IDE公司、新加坡凯发公司和华欧集团海水淡化有限公司等各大企业都有应用此项目。3.2 多效蒸馏法 原理：将一系列的水平管喷淋降膜蒸发器串联起来，蒸汽进入第一效蒸发器，与进料海水热交换后，冷凝成淡化水；海水蒸发，蒸汽进入第二效蒸发器，并使几乎同量的海水以比第一效更低的温度蒸发，自身又被冷凝。这一过程一直重复到最后一效。连续产出谈化水。多效蒸馏分为低温和高温多效蒸馏。高温多效蒸馏可安排更多的传热效数，以达到较高的造水比，其热效率较高。但是，头几效盐水的蒸发温度较高，传热管易结垢且腐蚀速度快，因而对设备的材料要求高，需频繁清洗设备，对海水预处理要求也高。针对高温多效蒸馏的缺点，发展了低温多效蒸馏技术，其特点是盐水的蒸发温度不超过70，减缓了设备的腐蚀和结垢；并得到10左右的造水比。同时由于使用了较低价的传热材料，使得同样的投资规模可以安排更多的传热面积。4. 国内海水淡化技术 鉴于国外的发展趋势及国内沿海地区海水淡化方法的应用实情，经过膜法与蒸馏法海水淡化的技术经济对比分析，认为在我省发展海水淡化，不管是作为城镇用水还是作为电厂锅炉补给水，采用反渗透海水淡化方法均比其他海水淡化有优势。亚海水。 顾名思义，亚海水就是处于海水与淡水之间的一种水源，亚海水的含盐量远小于海水，海水的含盐量通常在30000mg/L，而亚海水就是处于海水和淡水之间，亚海水的含盐量高于单水的1，低于海水的3。其电导率（咸度）一般在 3000 8000 之间，而海水的电导率3000040000之间，也就是说，亚海水的电导率仅为海水电导率的1/101/5之间。亚海水水源电导率虽然远远低于海水的电导率但是也不能直接作为饮用水水源而利用。如果对亚海水水源进行淡化处理来获得淡水，由于它的电导率低，制水成本就会大幅度下降。亚海水的形成主要有两种，一种是沿海的江河口水域的水因受潮水影响，成为低盐度的亚海水；另一种是沿海滩涂水库里的水。而这两种地方的水水质具有浊度低、含盐量低、藻类有机物含量高、微生物细菌含量高的特点。与海水相比，虽然含盐量减小了，但是由于藻类、微生物细菌对反渗透膜的污染，也大大增加了亚海水淡化的处理成本。由此，我们想到可以利用水厂的常规工艺对亚海水进行预处理，去除亚海水中的藻类、微生物细菌等会污染反渗透膜的物质，然后再经反渗透膜进行脱盐处理，这样可以大大降低亚海水淡化处理成本。我们国家有着丰富的亚海水资源，如果能合理的开发利用，可以大大缓解我国沿海地区水资源短缺的问题。参考文献1周洪军.我国海水利用业发展现状与问题研究，海洋信息，2009，（4）：19-23。2刘勇、黄隆煜，海水淡化在沿海电厂的应用前景，广东电力，2009,22（9）：25-28。3宿翠霞、倪华秋、李凌霄等，海水淡化技术及其应用现状，中国资源综合利用，2009,27（7）：31-32。4李崇超、刘庆红，海水淡化技术浅析，锅炉制造，2009,31（3）：58-61。