海水淡化技术

1海水淡化技术性质：专业拓展课程，专业选修课内容：海水淡化概述、海水利用概述、中国以及世界海水淡化产业分析、中国主要地区海水淡化进展状况、海水淡化的主流技术及特点。2考查日常(笔记为准)30%+期末70%方法：课前预习认真听课归纳概括读书笔记考核：3第一章海水淡化概述第一节海水淡化的概念及意义第二节海水淡化工艺分析4第一节海水淡化的概念及意义•一、海水淡化的定义•海水淡化：即利用海水脱盐生产淡水。•它是实现水资源利用的开源增量技术，可以增加淡水总量，且不受时空和气候影响，水质好、价格渐趋合理，可以保障沿海居民饮用水和工业锅炉补水等稳定供水。•二、海水淡化处理的原因•为保证我国经济的可持续发展，淡水资源问题的解决已经迫在眉睫，这也是进行海水淡化处理的原因。5•三、海水淡化的意义•大力发展海水淡化技术产业，对缓解当代水资源短缺、供需矛盾日趋突出和环境污染日益严重等一系列重大问题具有深远的战略意义。第一节海水淡化的概念及意义6第二节海水淡化工艺分析•一、海水淡化的方法•1.蒸馏法：蒸馏淡化过程的实质就是水蒸气的形成过程，其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，而雨是不带咸味的。•根据所用能源、设备、流程不同主要分为：设备蒸馏法、蒸汽压缩蒸馏法、多级闪急蒸馏法等。•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。•弊端：冷冻法与蒸馏法都有难以克服的弊端，其中蒸馏法会消耗大量的能源并在仪器里产生大量的锅垢，而得到的淡水却并不多；冷冻法同样要消耗许多能源，但得到的淡水味道却不佳，难以使用。两种方法均不理想。73.反渗透法又叫超过滤法,一种膜分离淡化法原理：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。通常情况下,淡水通过半透膜扩散到海水一侧,从而使海水一侧的液面逐渐升高,直至一定高度才停止,这个过程为渗透.此时,海水一侧高出的水柱静压即渗透压.如果对海水一侧施加一个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。•优点：节能。•技术发展趋势：降低反渗透膜的操作压力,提高反渗透系统回收率,廉价高效预处理技术，增强系统的抗污染能力等。8•4.太阳能法•早期是利用太阳能进行蒸馏，即太阳能蒸馏器。盘式太阳能蒸馏器，150年的应用历史。结构简单、取材方便，至今仍被广泛采用。•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等方面。•采集太阳能和太阳能脱盐工艺两个系统的结合是可持续发展的海水淡化技术。不消耗常规能源、无污染、所得淡水纯度高等优点，逐渐受到人们重视。第二节海水淡化工艺分析—海水淡化的方法9•5.低温多效蒸馏法•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，发展迅速。发展趋势：提高装置单机造水能力，采用廉价材料降低工程造价，提高操作温度，提高传热效率等。第二节海水淡化工艺分析—海水淡化的方法10•6.多级闪蒸•闪蒸定义：一定温度的海水在压力突然降低的条件下，部分海水急骤蒸发的现象。•多级闪蒸海水淡化方法：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，蒸汽冷凝而得到淡水。•多级闪蒸，产量最大，技术最成熟，运行安全性较高，弹性大，主要与火电站联合建设，适合于大型和超大型海水淡化装置，主要在海湾国家采用。•发展趋势：提高装置单机造水能力，降低单位电力消耗，提高传热效率等。第二节海水淡化工艺分析—海水淡化的方法11•7.电渗析法•技术关键：研制新型离子交换膜。•离子交换膜：0.5-1.0mm厚度的功能性膜片，具有选择透过性，根据透过的离子，分为正离子交换膜（阳膜）和负离子交换膜（阴膜）。•电渗析法的内容：将具有选择透过性的阳膜和阴膜交替排列，组成多个相互独立的隔室，在其中一些隔室里，海水被淡化，而相邻的隔室里，海水被浓缩，导致淡水与浓缩水得以分离。•应用范围:淡化海水,水质处理,治污,浓缩,分离与提纯。第二节海水淡化工艺分析—海水淡化的方法12•8.压汽蒸馏•内容：海水预热后,进入蒸发器,并在蒸发器中部分蒸发。所产生的二次蒸汽经压缩机压缩增大压力后，引入到蒸发器的加热侧。蒸汽冷凝后作为产品水引出，并实现了热能的循环和利用。•9.水电联产•水电联产:是指海水淡化水和电力联产联供。•海水淡化成本——电力和蒸汽成本，水电联产可以利用电厂的蒸汽和电力为海水淡化装置提供动力，实现能源高效利用，降低海水淡化成本。国外大部分海水淡化厂都是和发电厂建在一起的，这是当前大型海水淡化工程的主要建设模式。第二节海水淡化工艺分析—海水淡化的方法13•二、影响海水淡化工艺选择的因素•选择海水淡化预处理工艺流程，主要考虑待处理的海水水质，同时考虑使用地点、方式、管理水平以及海水淡化膜的性能等因素，做到既降低成本、简化操作，又能满足进水的水质要求。第二节海水淡化工艺分析14•三、海水淡化的预处理工艺•1、反渗透膜淡化海水，原水预处理工艺流程•原水预处理的目的：预防微生物污染和结垢。•预处理主要方法：加氯杀菌、凝聚沉淀、多介质过滤、加酸调PH值、加阻垢剂、加还原剂、保安过滤等（保安过滤指的是水从微滤滤芯（精度一般小于5μm)的外侧进入滤芯内部，微量悬浮物或细小杂质颗粒物被截留在滤芯外部的过程），它要求进水浊度低于1mg/L，污染指数为2-3（污染指数：是综合表示进料中悬浮物和胶体物质的浓度和过滤特性，表征进料对微孔滤膜堵塞程度的一个指标).第二节海水淡化工艺分析15反渗透膜淡化海水，原水预处理工艺流程•预处理工艺流程有以下几种方案：•(1)海水（加杀菌剂、FeCl3、聚电解质）→絮凝槽→重力过滤器（加杀菌剂、还原剂）→活性炭过滤器（加硫酸、阻垢剂）→0.5μｍMF筒式过滤器→反渗透膜组件；•(2)海水→9.5mm隔栅→双介质过滤器（加硫酸）→保安过滤器→软化器（加还原剂）→反渗透膜组件；•(3)海水（加杀菌剂）→多介质过滤器（加FeCl3、还原剂）→多介质过滤器（加还原剂）→活性炭过滤器（加硫酸阻垢剂）→保安过滤器→反渗透膜组件；•(4)海水（加杀菌剂、FeCl3）→多介质过滤器→自动冲洗过滤器→超（微）滤装置→保安过滤器（加硫酸、阻垢剂）→反渗透膜组件。•上述流程可以根据水质情况合理优化。16•污染指数SDI值:表征水质好坏，要求反渗透设备给水的SDI值小于5（一般为3-5）。•絮凝剂（三氯化铁）：通过混凝除去海水中的胶体、悬浮杂质、降低浊度。选用三氯化铁作絮凝剂，具有温度影响小、矾花大而结实、沉降速度快等优点。•过滤：海水经管网中投加1.8mg/L的三氯化铁，混凝后采用双层滤料过滤和活性炭过滤，过滤出水的SDI值控制在3-5之间；滤器采用钢衬板，外涂船用漆，过滤器直径2m，内设ABS水帽布水和不锈钢管排布气，滤速在7-8m/h；利用反渗透排放的浓缩海水作为过滤器反冲洗水。反渗透膜淡化海水，原水预处理工艺流程17•除去难溶无机盐：•因海水浓缩会产生难溶无机盐，如碳酸钙、硫酸钙，在反渗透膜表面和系统管道件上结垢沉淀，若加入六偏磷酸钠可以有效防止钙、镁沉淀，但磷酸盐是细菌、微生物和藻类生长的营养剂，会加快这些生物的繁殖。经济的方法是加硫酸，调节反渗透系统给水pH值在6.8-8.0之间，加入量约1.2mg/L，分解海水中的重碳酸盐，防止碳酸钙沉淀，同时控制海水淡化系统水回收率，防止硫酸根过量产生硫酸钙↓.•保安过滤器：保安过滤器采用滤孔为5um,过滤进入高压泵前的海水,阻挡直径5um的颗粒杂质,确保高压泵、能量回收装置和反渗透膜组件的安全、长期运行。•反渗透淡化系统发展趋势:采用集成膜技术，将微滤、超滤、纳滤和反渗透组合起来。集成膜技术系统优点：可靠性高、对原水的水质变化不敏感、操作费用低。反渗透膜淡化海水，原水预处理工艺流程18•2.蒸馏法淡化海水，原水预处理工艺流程•优点：不受原水浓度限制，产淡水的纯度高，可充分利用廉价热源，应用广泛，占70%以上的比例。•原水预处理的目的：防止设备腐蚀与结垢。将海水浓缩倍数控制在1.5-2.0条件下，加缓蚀剂、阻垢剂和杀生剂，可极大减缓设备腐蚀、结垢和微生物附着。•阻垢剂:马来酸酐和聚羧酸酯。聚羧酸酯不仅抑制结垢,还能分散悬浮物,使多级闪蒸浓水温度范围达到95-110℃.•预处理可采用如下流程：•(1)海水(加杀菌剂)→沉沙池(加硫酸)→填料塔脱气(加聚羧酸酯)→多级闪蒸淡化装置；•(2)海水(加杀菌剂)→沉沙池(加杀菌剂、FeCl3、聚电解质)→混凝沉淀设备(加阻垢剂)→多效蒸发装置。海水淡化的预处理工艺19多级闪蒸与低温多效海水淡化装置的区别：多级闪蒸装置对于浓缩海水最高操作温度在110℃左右,因此必须采用价格昂贵的铜镍合金特种不锈钢及钛合金材料制作设备。为减轻传热管结垢及腐蚀,对进入淡化装置的海水不仅需加酸软化,脱除二氧化碳,还需脱除氧气.•低温多效蒸发淡化装置对于浓缩海水的最高操作温度在20℃左右，结垢可能性极小，当海水浓缩倍数为1.8-2.0时，硫酸钙和碳酸钙也不会结晶析出，进入的海水只需加微量阻垢剂，不需加酸进行脱除二氧化碳和氧气的处理。蒸馏法淡化海水，原水预处理工艺流程20第一节海水利用的范围•一、开发海底淡水资源•科学家在海底发现了淡水,而且数量惊人。为了考察原因,各国科学家经过艰辛探索,提出了不少理论,主要有渗透理论、凝聚理论、岩浆理论、沉降理论等。•二、海水直接作为工业用水•1.作为工业冷却水工业冷却水占工业用水量的80％左右,可利用海水代替淡水作为工业冷却水。•利用海水的优越性：•(1)水源稳定;(2)水温适宜;(3)动力消耗低;(4)设备投资少,占地面积小.•海水作工业冷却水主要用于火力发电厂及核电厂，其次是石油化工企业和钢铁企业。第二章海水利用概述21•2.用海水做树脂的再生还原剂和溶剂•锅炉水的软化处理，传统的方法是采用自来水配制5—8％浓度的食盐水溶液，对树脂浸泡，进行再生还原。为了节水，沿海城市采用海水代替食盐水，并已取得了成熟的经验。•3.海水化盐制碱工业的主要原料是原盐——氯化钠。每生产一吨纯碱可利用海水中的氯化钠120一150kg。•4.海水洗涤•沿海城市水产养殖场、水产加工厂、冷藏厂等大量使用海水代替淡水初洗鱼、虾，在海带加工中，大量使用海水。•5.海水用于印染•6.卫生及消防用海水•三、海水淡化利用•饮用水；农业用水.海水利用的范围22•一、中国海水综合利用的状况•海水淡化逐步在沿海地区实现；除了直接利用海水、海水淡化之外，还涉及到海水化学资源的综合利用，即从海水里提取化学元素、化学品并进行深加工。•二、中国海水利用产业发展迅速•三、中国海水利用面临的局势•1.淡水资源短缺的形势要求加快利用海水资源•2.优化沿海城市水资源结构迫切要求加大海水利用力度•3.我国海水利用面临重要的发展机遇•四、中国海水利用技术发展综述第二节中国海水利用行业的发展分析23•五、中国海水淡化发展空间巨大•1.工艺用水以及电力、冶金等行业的锅炉用水，石化、制药、造酒、电子等许多任务业的工艺用水以及电力、冶金等行业的锅炉用水。（苦咸水：碱度大于硬度的水，并含有大量中性盐，ph值大于7，我国苦咸水主要分布在北方和东部沿海地区，农村饮用苦咸水的人口有3800多万人，苦咸水主要是口感苦涩，很难直接饮用，长期饮用会导致胃肠功能紊乱，免疫力低下。）•2.沿海地区及岛屿用水•3.纯净水市场•4.内陆苦咸水地区•5.市政用水第二节中国海水利用行业的发展分析24•一、中国海水利用存在的问题及原因•1.存在的问题；2.主要原因•二、解除制度和技术障碍促进海水利用•目前中国海水淡化产业应从三个方面下功夫：•1.膜技术是未来海水淡化发展的趋势•2.做大本土海水淡化设备制造业•3.降低能耗•三、海水淡化应关注环境影响•1.取水的影响•2.浓水排放的影响•3.工程建设和运行的影响第三节海水利用中的问题及对策25•四、加快中国海水利用产业化的策略•1.加大结构调整力度•2.加快推进技术进步•3.完