海水淡化概况

第四章海水淡化第四章思考题海水淡化有几种方法？它们各自的原理是什么？各自有何特点？太阳能蒸发法、反渗透法、冷冻法、电渗析法、闪蒸蒸馏法的耗能大小顺序如何？§4-1海水淡化概况一、海水淡化技术发展概况•《山海经》和东汉时孔融的《同岁论》都提到“弊箪淡卤”现象，指古时人们发现蒸饭竹席经长期使用后形成的一层膜具有吸附和离子交换功能，可吸附盐分，“能淡盐味”。•宋人记载了具有淡化海水功能“海井”器物。•北方沿海农民多年前有取海冰保墒习惯，是冷冻法淡化海水的直接利用。•西方国家海水淡化器的出现与航海的兴起有关。•19世纪有用明火直接加热的单效船用蒸馏器。•随着制糖工业发展、蔗糖溶液蒸发和结晶，出现了多效蒸发。•从1950～1985年的35年间，海水淡化发展经历三个阶段，即发现阶段，开发阶段和商业化阶段。•在这期间研究开发主要集中在蒸馏、冷冻、电渗析和反渗透。•此后十多年蒸馏法和反渗透法发挥了更大作用，形成当代海水淡化与苦咸水淡化技术与市场的主体。•到1998年全世界淡化水生产能力达到日产2300×104m3，2000年达到日产2700×104m3，平均以7％～8％的增长率攀升。•地区分布:•虽然淡化水生产能力半数以上在中东国家（约占2000年世界淡化水生产能力的52％），但发达国家特别是美、日和欧洲国家占很大比重。•淡化水已养活世界上1亿多人口。以色列的海水淡化装置•研究开发现代化含义上的海水淡化技术，我国始于1958年，从电渗析着手•1968年后开始注意到反渗透技术；•1975年开始研究大中型陆用蒸馏装置；•1986年引进建设日产3000m3电厂用多级闪蒸海水淡化装置；•1997年建成舟山日产500m3海水反渗透淡化装置。•此后日产千吨级海水反渗透装置和日产18000m3苦咸水反渗透淡化装置相继建成。•而海水反渗透膜生产线在此间成功投产。04年9月14日,国内首台百吨级低温多效海水淡化装置研制成功国内首套万吨级反渗透海水淡化项目一期工程顺利出水•2003年11月5日，由国家发改委立项，山东省发改委主持，国家海洋局杭州水处理技术研究开发中心技术支撑，山东省荣成石岛水产供销集团总公司承担的国家高技术产业化示范工程项目“山东省荣成市万吨级反渗透海水淡化示范工程”一期工程调试成功，顺利出水。•经测定，额定5000吨／日单机（25℃），在17℃时产水量已达5280吨／日，出水含盐量仅为160毫克／升，优于国家500毫克/升的水质标准，能耗低于3.8度／吨水。•该项目是目前国内首套最大的万吨级反渗透海水淡化项目，突破了国际上五千吨为单元的大规模海水淡化工程技术。•万吨级反渗透海水淡化示范工程的建成，将极大地提高我国的膜工程技术水平，使我国膜技术应用进入了一个新的发展高潮。•万吨级反渗透海水淡化系统是目前国际上最具代表性的海水淡化系统，特别是5000吨／日单机，它的研制成功将为建立日产数十万吨级反渗透海水淡化系统扫清了技术障碍，具备了竞争国际海水淡化市场的能力，构建起与国际接轨的技术平台。工作人员正在品尝淡化的海水，他身后是纳米多微孔陶瓷复合膜海水淡化装置青岛科瑞特机海水淡化设备有限公司投资300多万、花6年时间研制的纳米多微孔陶瓷复合膜海水淡化装置采用反渗透法淡化海水，通过纳米技术处理的海水，各项指标完全达到或超过饮用水标准，每吨水综合成本3.4元。比其他淡化机的6元成本低。二、海水与苦咸水淡化方法简介•至今海水与苦咸水淡化方法已经出现了数十种，主要包括蒸馏法、膜法、电渗析法和冷冻法等。•蒸馏（蒸发）法•原理：加热－蒸发－冷凝。•设备型式多种，可分三大类：•浸没管单效和多效蒸发（STE或ST）•竖管多效蒸发（VTE）•水平管多效蒸发（HTE）•高温和低温多效蒸馏（MED）属此类。早期多用多效蒸发（ME）低温单级闪蒸（SSF）多级闪蒸（MSF）闪蒸（FLASH）目前世界上特别是中东使用最多、规模最大的一种。中东的海水淡化装置机械压汽蒸馏（MVC）热力压汽蒸馏（TVC）压汽蒸馏（VC）实际上，按蒸发器型式细分还有很多种，如多效蒸发中又有长管升、降膜式，自然循环与强制循环式等；而多级闪蒸中，又有水平式、竖管式、沸腾床式、横管式与长管式等。2.膜法•反渗透(RO)：以压力差为推动力的淡化过程。目前发展最快使用最多的淡化技术，由于膜种类不同，有卷式膜组件，中空纤维膜组件之分。•膜蒸馏(MD)：以温差为推动力的脱盐过程(蒸汽通过疏水微孔膜的蒸发过程），也有浓差设计。规模小，使用很少。•纳滤(NF或膜软化MS):以低压差驱动的反渗透过程。主要用于截留二价离子(除硬)，但也有一定程度除盐(除一价离子)的效果。反渗透法淡化所用的膜供参观的海水淡化反渗透管聚烯烃低压纳滤膜PVD系列装置3.电渗析法•电渗析（ED）:以电位差微推动力，利用离子交换膜的选择透过性而脱除水中离子的淡化过程。•为防止因浓差极化引起膜面结垢，采用频繁自动倒换电极极性电渗析，称为频繁倒极电渗析（EDR）。•ED和EDR主要用于淡化苦咸水。•电去离子（EDI）:将电渗析与离子交换结合，在电渗析器淡水室中填充离子交换剂，在直流电场作用下，实现电渗析过程、离子交换除盐和离子交换连续电再生过程。•这是ED过程的一种发展，但除盐原理和操作特性已经发生变化。•EDI不用于苦咸水淡化，主要用于高纯水生产。电渗析淡化装置4.冷冻法•将海水冷冻到冰点以下，淡水结冰、分离、再融化为淡水的过程。•冷冻法有利用天然冰法和人工冷冻法两种。三、海水淡化技术的应用与发展多级闪蒸•全球淡化水总产量中属第一，技术最成熟，运行安全性高、弹性大，适合于大型和超大型淡化装置，主要在海湾国家采用。•MSF总是与火力电站联合运行，以汽轮机低压抽汽作为热源。•目前日产6万m3的单机已投入商业运行，日产9万m3的单机在设计。皆是世界上最大规模的海水淡化装置。多级闪急蒸馏装置多效蒸馏（发）•主要与火电站联运，规模一般在日产1万m3以下。•包括两种类型：•各效分列式－操作温度较高，顶温100～120℃，我国和欧洲一些火力电厂都使用；•低温多效蒸馏（LT-MED）－顶温65～70℃。压汽蒸馏•用电或蒸汽驱动，属于最省能的淡化方法之一。但规模不大，多为日产千吨级。•几种主要淡化方法中反渗透法发展速度最高，淡化水成本降得最快。•1998年IDA（国际脱盐协会）统计结果：MSF为44.1％，RO为39.5％，ME为4.05％；两年以后，MSF降为42.4%，RO为41.1%，而NF/MS也迅速上升。•实际选用何种方法要根据条件而定：•包括大小、能源费用、原水水质、气候条件以及技术与安全性要求等。图4-1图4-1海湾六国所选用的几种淡化方法产水量与全世界几种方法总产水量的比较。•从中可知全世界：•多级闪蒸(MSF)集中在海湾国家•反渗透(RO)占次要地位•电渗析(ED)与压汽蒸馏(VC)占分量极少•多效蒸馏(ME)基本未采用•图4-2北美地区多种淡化方法和净水方法到2005的应用和发展情况图4-2•苦咸水(地表水)反渗透应用最多•20世纪80年代后期开始膜软化(纳滤)迅速崛起•90年代后期低压膜(微滤与超滤)以更高速度在水处理中采用，虽然这不是淡化过程，但对海水淡化技术的发展有重要影响。•日本现有淡化水生产能力为100多万m3/d，主要采用反渗透法。•冲绳日产4万m3RO厂投产，•福冈日产5万m3RO厂建设，对亚洲邻国如新加坡等提供了更多经验和决策依据。图4－31991～2001年间世界各地区采用淡化方法比较。热法(MSF，VC)仍是中东国家首选，其次是反渗透。其它地区基本选用反渗透。