海水淡化技术的发展概况

海水淡化技术的发展概况时间:2009-12-0616:20来源:作者:秩名点击:92次论文摘要：由于水资源紧缺问题日益突出，海水淡化技术的研究与开发将越来越显得紧迫。海水淡化方法有很多种，本文主要介绍真空冷冻法、蒸馏法、电渗析法、反渗透法等。论文关键词：海水淡化；真空冷冻；蒸馏；反渗透随着世界各国经济的高速发展以及人口的论文摘要：由于水资源紧缺问题日益突出，海水淡化技术的研究与开发将越来越显得紧迫。海水淡化方法有很多种，本文主要介绍真空冷冻法、蒸馏法、电渗析法、反渗透法等。论文关键词：海水淡化；真空冷冻；蒸馏；反渗透随着世界各国经济的高速发展以及人口的迅速增长和集中，世界各国对水的需求日益增加，而地球上的淡水资源非常有限，淡水资源缺乏已成为全球性的问题。在寻求淡水资源方面各国纷纷把目光投向大海。据统计目前世界已有100多个国家水，其中严重缺水的已达20个，严重影响着人类生存和社会发展。海洋中水的储量为1338×107亿m3，占全球的96.8%，有着巨大的水资源，如何把它变为能被人类利用的淡水，成为急需解决的问题。海水淡化就是要将高盐度的海水通过一系列的过程转变为低盐度的海水。目前海水淡化的主要方法有：1）真空冷冻—汽相冷凝海水淡化新技术是依据海水的三相点理论，使海水同时蒸发与结冰得一种低能耗，轻腐蚀结垢的海水淡化方法；2）蒸馏法工艺简单易于实现，但存在能耗多、成本费用高的缺点；3）反渗透海水淡化方法是膜分离法的一种，即利用反渗透膜的分离作用使海水脱盐，过程中不存在相变，因此与蒸馏法相比能耗较低，有着很大的发展前途，成为世界高科技竞相开发的热点。随着海水淡化技术的提高及成本的大幅度下降，世界各地正在兴建或计划兴建许多大型海水淡化工厂，一个海水淡化的新时代已经来临。一、真空冷冻及其特点1.1真空冷冻原理海水三相点是使海水汽、液、固三相共存并达到平衡的一个特殊点。若压力或温度偏离该三相点，平衡被破坏，三相会自动趋于一相或两相。真空冷冻法海水淡化正是利用海水的三相点原理，以水自身为制冷剂，使海水同时蒸发与结冰，冰晶再经分离、洗涤而得到淡化水的一种低成本的淡化方法。与蒸馏法、膜法相比，能耗低，腐蚀、结垢轻，预处理简单，设备投资小，并可处理高含盐量的海水，是一种较理想的海水淡化法。国外早在20世纪60年代就已开始研究，但目前为止尚没有商业化，主要原因在于过程中产生的三相点蒸汽难以去除和冰晶的输送、洗涤较难。华东理工大学研究开发的真空冻—汽相冷凝海水淡化技术采用低温金属表面，使三相点蒸汽直接冷凝成冰的方法，成功的解决了蒸汽的去除问题，并在实验室完成了小型试验装置。真空冷冻—汽相冷凝海水淡化技术工艺包括脱气、预冷、蒸发结晶、冰晶洗涤、蒸汽冷凝等步骤，淡化水产品可达到国家饮用水标准。1.2工艺研究1.2.1脱气由于海水中溶有的不凝性气体在低压条件下将几乎全部释放,且又不会在冷凝器内冷凝。这将升高系统的压力，使蒸发结晶器内压力高于二相点压力，破坏操作的进行。显然减压脱气法适合本系统。1.2.2预冷海水脱气后可与蒸发结晶器内排出的浓盐水和淡化水产生热交换，预冷至海水的冰点附近。1.2.3温度和压力它们是影响海水蒸发与结冰速率的主要因素。1.2.4冰—盐水是一固液系统普通的分离方法均可使冰—盐水得到分离，但分离方法不同，得到的冰晶含盐量也不同。实验结果表明减压过滤方法得到的冰晶含盐量比常压过滤方法得到的冰晶含盐量低得多。1.2.5蒸汽冷凝在蒸发结晶器内，除海水析出冰晶以外，还将产生大量的蒸汽，这些蒸汽必须及时移走，才能使海水不断蒸发与结冰。二、蒸馏法海水淡化及其特点2.1蒸馏法原理把海水加热使之沸腾蒸发，再把蒸汽冷凝成淡水的过程即为蒸馏法。蒸馏法是最早采用的淡化法，其优点是结构简单、操作容易，所得淡水水质好等。蒸馏法有很多种，如多效蒸发、多级闪蒸、压气蒸馏、膜蒸馏等。2.2蒸馏法特点多效蒸发是一种较早应用的海水淡化法，由于结垢和腐蚀等问题，后被多级闪蒸法所取代。2.2.1多级闪蒸多级闪蒸是一种在20世纪50年代发展起来的海水淡化法，其原理是海水经过预热后，进入闪蒸室，该闪蒸室的压力低于将要进入的盐水所对应的饱和蒸汽压力，盐水进入后即因过热而进行闪蒸。闪蒸出的蒸汽冷凝后即为淡水。由于它的安全可靠，因此发展迅速，中东许多产油国所建的海水淡化工厂，大多采用多级闪蒸法，并且与发电厂结合。如阿联酋建造了世界上最大的多级闪蒸海水淡化厂，就是与发电厂联合生［2］。2.2.2压汽蒸馏利用机械压缩机把蒸汽压缩、升压和升温（温度升高10℃左右），并作为加热和使海水蒸发的热源，因此压汽蒸馏在运行后不需外部提供加热蒸汽，靠机械能转化为热能，过程效率高、比能耗低，而且过程不需冷却水，结构紧凑，但压汽机造价较高，容易腐蚀、结垢难于进一步大型化。2.2.3膜蒸馏热海水接触憎水微孔膜，由于膜另一侧温度较低，相应的饱和蒸汽压亦低，膜面上的海水蒸发并透过膜的微孔到低压侧并在冷凝面凝结为纯度较高的淡水。膜只起到汽水分离器和增加蒸发面积的作用。三、电渗析电渗析是利用具有选择透过性的离子交换膜在外加直流电场的作用下，使水中的离子定向迁移，并有选择地通过带有不同电荷的离子交换膜，从而达到溶质和溶剂分离的过程。电渗析主要有频繁倒机电渗析（EDR）、填充离子交换树脂电渗析，电渗析过程对不带电荷的物质如有机物、胶体、细菌、悬浮物等无脱除能力。因此电渗析用于淡化制备饮用水不是最理想的方法。四、海水反渗透淡化反渗透海水淡化是一种以压力为驱动力的膜分离过程，是当今海水淡化领域研究、开发的热点。4.1国际反渗透淡化技术发展现状目前反渗透膜的脱盐率高于99.3，透水通量大大增加，抗污染和抗氧化能力不断提高。反渗透海水淡化的技术进步表现在如下方面：4.1.1反渗透膜的性能明显提高目前的反渗透复合膜系采用芳香族聚胺的材料，特征水通量是1978年的2倍，盐的透过率大约是1978年的四分之一。4.1.2功交换器的研制成功一种新型能量回收装置已经成功地用于海水反渗透淡化系统上，这种交换器是1998年反渗透海水淡化技术的一个新里程碑。4.1.3段间能量回收透平的成功应用段间能量回收透平适合于盐含量较低的海水淡化系统，它可以增加系统的产水量或降低系统的能量消耗。4.1.4微滤技术用于海水预处理采用微滤（或超滤）作为海水反渗透的预处理，不需加入絮凝剂、杀菌剂和余氯脱除剂等化学药品同时也省去了保安过滤器，此技术由于改进了进水水质，不仅延长了反渗透膜的使用寿命，而且有助于提高系统的回收率、降低运行费用。4.1.5纳滤技术在预处理中的应用沙特阿拉伯的SWCC,成功地开发出纳滤（NF）作为海水的预处理技术，用于脱除硬度和总溶解固体，从而提高海水反渗透的操作压力和系统的回收率，保证膜组件的运行安全。4.1.6淡化成本的明显下降由于膜的性能不断提高，高压泵和能量回收装置的性能持续进步，各种预处理新工艺的不断提出，促使设备的运行管理更为简单；更由于国际市场一体化的倾向，加大了海水淡化工程公司之间的竞争，使得设备的投资费用不断降低，从而使反渗透海水淡化的造水成本不断下降。4.2国内反渗透海水淡化工程据初步估计，国内运转产水量大于100m3／d的反渗透淡化装置总数量不少于500台。用于海水淡化的有浙江省山镇的500m3／d的反渗透淡化工程、浙江省泗县马迹山的350m3／d的反渗透淡化工程、以及辽宁省长海县的1000m3／d的反渗透淡化工程等。目前，国内海水所用反渗透复合膜均从国外进口，国产反渗透膜与国外产品还存在一定的差距。反渗透膜是海水淡化的核心，其国产化与产业化若不能解决，势必影响我国此领域将来的发展。淡化技术的关键在于反渗透膜具有较大的透水性和脱盐率，目前在海水淡化中使用的反渗透膜主要有醋酸纤维素系列膜（CA）和聚酰胺系列膜（PS）。它们均由有机高分子构成，虽然具有制作工艺简单、成本低等优点，但应用于海水淡化领域也存在着一些不足，如化学稳定性差、机械强度低等。这些缺陷限制了反渗透法处理海水技术的实用化和产业化。无机材料本身性能的优势，使得无机膜替代有机膜应用在这方面成为可能。预计反渗透技术将是21世纪海水淡化的主要方法，专家普遍认为反渗透海水淡化具有投资费省、能耗低等优点（反渗透海水淡化技术的现状请参考：《反渗透海水淡化现状分析及展望》）。五、结语地球上的淡水资源危机今后将愈加严重，而海水淡化是解决水问题的唯一途径。海水淡化的成本是人们最关心的问题，鉴于自来水价格很低，因此淡化成本就不能太高。淡化水的成本是个很复杂的问题，它不仅与淡化方法有关，而且与工艺设计、选材、给水和淡化的水质、比能耗、地理、当地能源价格、投资来源、管理体制有密切关系。比较各种淡化方法，反渗透淡化法的投资费和运行费都是低的。参考文献：[1]JBarduhn［J］ChemicalEngineeingProgress1975,71(111)80-87[2]林斯清’海水和苦咸水淡化［J］’水处理技术2001(21).1[3]谭永文’萧山500吨／日反渗透海水淡化示范工程［J］’膜科学与技术2000,4(20):2[4]MarkWilfPhDKennethKlinko［J］采用新的前处理方法和改进膜性能对KL海水淡化系统的影响［A］’美国海德能公司，分离膜技术应用论文集［C］1998[5]HassanAM,etal.［J］TheIntenationalDesalination&WaterReuse,1998,8(4):34[6]林斯青’国外海水反渗透淡化技术现状及未来［J］水处理技术1998,124(1)