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第五章海洋化学资源综合利用之-海水淡化地球水的组成水是生命之源人要维持生命就得饮水-无污染和有健康作用的水。不仅人的生命离不开水，工农业生产也都离不开水。在人类面临缺水成为一种严重的社会危机。石油危机之后的下一个危机便是水。联合国早在1977年召开的水问题大会，就向全世界发出了上述警告。背景•淡水资源短缺已经成为２１世纪的三大环境问题之一，因此，海水淡化和海水直接利用技术成为各国非常重视的高新技术。但海水淡化真的能真正解决饮水问题吗？随着大量海水被淡化，会不会出现一些污染问题？会不会破坏生态环境？让我们系统的了解海水淡化的发展历史与发展现状，进一步讨论研究海水淡化工艺吧！•地球上97%以上的水是人类难以直接利用的海水。这个巨大的海水水体蕴藏着取之不尽、用之不竭的巨量淡水资源和其他丰富的物质资源。•对我国来说开发海水利用，也是解决缺水困扰，发展国民经济、建设海上强国具有重大的战略意义战略措施。一海水利用现状-直接利用•据统计，沿海城市用水总量的80%以上是电力、冶金、化工、石油、煤炭、建材、食品等工业用水，且80%以上是工业冷却水。目前，发达国家沿海城市中以海水做冷却水已达90%以上。•我国的大连、青岛、天津、上海等沿海城市企业也开始用海水冷却、冲洗、印染、化盐了，但还远不及发达国家。•利用海水冲厕，我国香港特区已有近40年的历史。海水冲厕•马桶冲水装置坏了，拧开水龙头，随手盛上一盆水冲淋厕所，这是许多人习以为常的动作，但在香港居然是犯法的•大多数香港家庭都采用“海水冲厕”装置，在装修过程中直接嵌入马桶，厨房、浴室里的其他水龙头全是“淡水”，若用于冲厕，便触犯了《水务设施规例》中的明文规定：“如未经水务监督书面许可，而在任何处所内使用来自水务设施的淡水冲洗水厕、厕所或尿厕，则该处所的占用人及业主均属犯罪。”•上世纪60年代，港府便推出“海水冲厕”计划，由海水抽水站、海水配水库、海水加压站、家用海水冲厕装置、抗海水锈蚀水管、海水净化等组成的一整套管道系统相继建成，如今已普及到千家万户。2011年3月，青岛胶南市海之韵小区海水冲厕示范工程获评2010年度“山东人居环境范例奖”•08年建设，小区内的每家每户都设置了两套供水管路，上面为自来水管道，下面为海水管道•该示范工程每日海水取水量1050立方米，海水取水工艺采用沉井取水，海水通过管道输送至小区水池，再用水泵送至小区用户，使用后的海水直接排入下水道进入城市污水管网，该工程填补了国内空白。•开发区的龙城御苑小区成为我市第二个使用海水冲厕小区，与该住宅小区同时开发的五星级宾馆不仅使用海水冲厕，还将海水引入游泳池•海水冲厕已在我市多家住宅与酒店推广•冲厕用的海水每吨价格只有自来水的一半，使用后全部进入污水处理厂位于灵山湾海边的“碉堡”泵房二海水利用二海水淡化-饮用•目前我市正在建设全国最大规模的城市供水海水淡化项目，到明年下半年，市民就能喝上淡化海水。•青岛百发海水淡化厂正在李沧区加紧建设，设计总规模为10万立方米/日，主体工程已完工，今年完成设备安装，明年上半年设备调试，预计明年7月投产后淡化海水将进入市政供水管网，可满足50万人口用水海水淡化装备海水淡化照片成本比较•几种淡水获取方式的成本比较单位：元/立方米取水方式平均成本开采地下水限制开采量远程调水引滦入津：2.3元/立方米(直接成本)南水北调:5-20元/立方米(到北京平均水价)海水淡化海水：4--7元/立方米(综合成本)苦咸水：2--4元/立方米(综合成本)海水淡化的发展•现代意义上的海水淡化在二战后发展起来。战后由于国际资本大力开发中东地区石油，使这个原本干旱的地区对淡水资源的需求与日俱增。而中东地区独特的地理位置和气候条件，加之其丰富的能源资源，使得海水淡化成为该地区解决淡水资源短缺问题的现实选择•在这样的背景下，20世纪60年代初，多级闪蒸海水淡化技术应运而生。三海水淡化的原理•1.蒸馏法•2.冷冻法•3.反渗透法•4.太阳能法•5.其他–电渗析，水电联产，热膜联产等1.蒸馏法•蒸馏法是一种古老的方法，由于技术不断地改进，至今仍占统治地位。•蒸馏淡化过程的实质就是水蒸气的形成过程，原理如同海水受热蒸发形成云，云在一定条件下遇冷形成雨，而雨是不带的咸味的。根据设备不同分蒸馏法、蒸汽压缩蒸馏法、多级闪急蒸馏法等。低温多效•多效蒸发是让加热后的海水在多个串联的蒸发器中蒸发，前一个蒸发器蒸发出来的蒸汽作为下一蒸发器的热源，并冷凝成为淡水。•低温多效蒸馏是蒸馏法中最节能的方法之一。多级闪蒸•多级闪蒸海水淡化是将经过加热的海水，依次在多个压力逐渐降低的闪蒸室中进行蒸发，将蒸汽冷凝而得到淡水。•目前全球海水淡化装置仍以多级闪蒸方法产量最大，技术最成熟，运行安全性高，主要与火电站联合建设，适合大型和超大型淡化装置，主要在海湾国家采用。多级真空闪发式海水淡化装置原理2.冷冻法•即冷冻海水使之结冰，在液态淡水变成固态冰的同时盐被分离出去。•冷冻法与蒸馏法都有难以克服的弊端，蒸馏法耗能大且产生大量的锅垢，所得淡水却并不多；而冷冻法同样耗能多，得到淡水味道不佳，难以使用。3.反渗透法•又称超过滤法，是1953年开始采用的一种膜分离淡化法。该法利用只允许溶剂透过、不允许溶质透过的半透膜，将海水与淡水分隔开。•通常，淡水通过半透膜扩散到海水一侧，使海水一侧液面逐升高至一定的高度停止，这个过程为渗透。此时，海水一侧高出的水柱静压称为渗透压。如果对海水一侧施加一大于海水渗透压的外压，那么海水中的纯水将反渗透到淡水中。•反渗透法的最大优点是节能。它的能耗仅为电渗析法的1/2，蒸馏法的1/40。因此，从1974年起，美日等发达国家先后把发展重转向反渗透法。反渗透法原理4.太阳能法•人类早期利用太阳能进行进行蒸馏海水淡化，其装置称为太阳能蒸馏器。盘式太阳能蒸馏器的应用有近150年的历史。其结构简单、取材方便，至今仍广泛采用。•目前对盘式太阳能蒸馏器的研究主要集中于材料的选取、各种热性能的改善以及将它与各类太阳能集热器配合使用上。与传统动力源和热源相比，太阳能具有安全、环保等优点，将太阳能采集与脱盐工艺两个系统结合是一种可持续发展的海水淡化技术。•太阳能海水淡化技术由于不消耗常规能源、无污染、所得淡水纯度高等优点而逐渐受到人们重视。太阳能海水淡化原理•图甲、图乙是一个海水淡化的装置，由一个透明的倒置的漏斗和一个底盘组成(图甲)。首先将海水导入底盘内，然后将漏斗倒扣在底盘上，太阳光透过漏斗来加速内部的海水蒸发，而淡化的水蒸气则会在漏斗壁上凝结成水滴，并顺势流到漏斗四周的凹槽中储存起来。等储存了适量的水之后，把漏斗倒过来，将净化过的海水直接倒入容器即可(图乙)。5.其他-电渗析法(ED:ElectroDialysis)离子交换膜是0.5-1.0mm厚度的功能性膜片，按其选择透过性区分为正离子交换膜（阳膜）与负离子交换膜（阴膜）。电渗析法是将具有选择透过性的阳膜与阴膜交替排列，组成多个相互独立的隔室海水被淡化，而相邻隔室海水浓缩，淡水与浓缩水得以分离。电渗析法不仅可以淡化海水，也可以作为水质处理的手段，为污水再利用作出贡献。此外，也应用于化工、医药、食品等行业的浓缩、分离与提纯。电渗析原理热膜联用，降低成本板框式膜组件进行海水淡化四海水淡化工艺流程•包括海水预处理、淡化（脱盐）、淡化水后处理等。•1.预处理是指在海水进入起淡化功能的装置之前对其所作的必要处理，如杀除海生物，降低浊度、除掉悬浮物（对反渗透法），或脱气（对蒸馏法），添加必要的药剂等；•2.脱盐则是通过上列的某一种方法除掉海水中的盐分，是整个淡化系统的核心部分，这一过程除要求高效脱盐外，往往需要解决设备的防腐与防垢问题，有些工艺中还要求有相应的能量回收措施；•3.后处理则是针对不同的用户要求所进行的水质调控和贮运等处理。海水淡化过程无论采用哪种淡化方法，都存在着能量的优化利用与回收，设备防垢和防腐，以及浓盐水的正确排放等问题。海水淡化饮用水的活化处理•海水利用和海水淡化只能解决饮用水的资源性和污染性缺水问题，还没有解决饮用健康水的问题。因为淡化海水是一种蒸馏水或纯净水。而蒸馏水和纯净水是不含氧，含有害挥发性物质的退化水。长期饮用对人体健康不利，会导致骨质疏松、神经麻痹等症状。•所以大力推进海水淡化作饮用水的同时，必须跟着解决淡化海水上活化处理工艺的问题。