海水淡化技術(shù)研究新進(jìn)展和發(fā)展趨勢(shì)分析

水處理網(wǎng)訊:摘要：當(dāng)前，水資源短缺是各國(guó)均需要解決的問題，而通過海水淡化能夠有效緩解水資源不足問題。本文對(duì)海水淡化技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)單闡述，并簡(jiǎn)單分析海水淡化技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展，最后，簡(jiǎn)單介紹核能、風(fēng)能以及太陽(yáng)能等新型淡化技術(shù)。希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)人員提供參考，促進(jìn)我國(guó)海水淡化工藝發(fā)展，以提高人們用水質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：海水淡化技術(shù)；研究進(jìn)展；發(fā)展趨勢(shì)

前言：水資源對(duì)人類生存有著重要作用，雖然水資源將大部分地球表面覆蓋，然而96.5%屬于海水，無法直接使用，而僅有0.26%的地下水、湖水與河水等淡水資源可以被人們直接利用。在社會(huì)快速發(fā)展過程中，人們?cè)谒Y源需求量方面日益增加，而基于無節(jié)制浪費(fèi)、水生態(tài)污染以及超限度開采等影響，導(dǎo)致世界水資源出現(xiàn)短缺問題，對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生一定影響。因此，世界各國(guó)正在積極開展海水淡化研究，對(duì)此需要加大相關(guān)工作研究力度。

1 海水淡化技術(shù)現(xiàn)狀

1.1反滲透工藝

RO工藝屬于一種膜分離工藝，基于能量回收效率不斷提升與膜組件持續(xù)改進(jìn)，促使反滲透技術(shù)得到快速發(fā)展。該技術(shù)，具有造水成本低、工程量小、能耗小、常溫操作、操作簡(jiǎn)單以及占地少等特點(diǎn)。然而該工藝在進(jìn)料海水水質(zhì)方面有著較高要求，因此預(yù)處理成本會(huì)有所增加。可以通過氣浮或是超濾結(jié)合混凝和沉淀的方式，開展海水預(yù)處理工作，可以保證污染密度、水濁度以及化學(xué)需氧量等方面均滿足進(jìn)水要求[1]。

1.2多級(jí)閃蒸技術(shù)

MSF主要通過將海加熱至規(guī)定溫度，之后借助閃蒸器快速實(shí)現(xiàn)氣化，并通過蒸汽冷凝獲得淡水。在熱法中，MSF的應(yīng)用非常廣泛，具有維護(hù)量小與機(jī)容量大的特點(diǎn)。另外，其缺點(diǎn)也非常突出，比如能耗高、設(shè)備成本高、操作彈性小以及操作溫度高等。

1.3MED技術(shù)

對(duì)于該技術(shù)，主要在低于70℃的溫度條件中，通過蒸餾二次蒸汽加熱蒸發(fā)下一效海水，進(jìn)而獲得純凈水。MED操作溫度較低，能夠降低設(shè)備結(jié)垢與腐蝕問題，借助廉價(jià)傳熱材料、工業(yè)廢熱等即可實(shí)現(xiàn)海水淡化，其具有操作彈性大、熱效率高以及動(dòng)力消耗小等優(yōu)點(diǎn)。然而，由于地溫余熱缺少穩(wěn)定性，效率低等特點(diǎn)，導(dǎo)致裝置運(yùn)行成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出設(shè)計(jì)成本并且設(shè)備體積大，費(fèi)用較高。

2 研究現(xiàn)狀和發(fā)展

當(dāng)前，在海水淡化工藝研究方面持續(xù)發(fā)展，在熱法海水淡化工藝方面，低壓蒸汽方法借助引射器使蒸發(fā)器達(dá)到真空狀態(tài)，促使海水基于比常壓沸點(diǎn)低的條件下實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)。低壓蒸汽系統(tǒng)主要受到給水口半徑、給水溫度以及流速等方面影響。高春林等人通過對(duì)淡化裝置液汽引射器展開實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值模擬，借助實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值計(jì)算手段，深入研究引射器參數(shù)與工作特性，并得出系數(shù)與工作流體和引射流體之間的關(guān)系[2]。

3 新興海水淡化技術(shù)

3.1新能源淡化技術(shù)

（1）核能。以反應(yīng)堆所轉(zhuǎn)化的電能或是熱能為驅(qū)動(dòng)能量，開展海水淡化工作。通過實(shí)踐表明，核能淡化技術(shù)已經(jīng)非常成熟，在各個(gè)國(guó)家中有著廣泛利用。然而應(yīng)用核能過程中，需要對(duì)核廢料安全性與放射性進(jìn)行充分考慮，需要保證核能具有良好可靠性，以保證淡水與周邊環(huán)境不會(huì)受到放射破壞[3]。

（2）太陽(yáng)能。太陽(yáng)能淡化工藝主要為兩種，①對(duì)太陽(yáng)能進(jìn)行熱能轉(zhuǎn)化，促使海水出現(xiàn)蒸發(fā)現(xiàn)象，就是太陽(yáng)能光熱淡化技術(shù)。②對(duì)太陽(yáng)能進(jìn)行電能轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)海水淡化，就是太陽(yáng)能發(fā)電淡化技術(shù)。

在當(dāng)前發(fā)展中，仍然以太陽(yáng)能的光熱轉(zhuǎn)換蒸餾工藝為主，其中，規(guī)模小、成本高、效率低與穩(wěn)定性差等對(duì)太陽(yáng)能技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)生較大影響，并且各個(gè)地區(qū)基于自身氣象條件與地質(zhì)位置等也會(huì)影響該技術(shù)使用，而通過太陽(yáng)能開展海水淡化的優(yōu)勢(shì)也各不相同。要想有效促進(jìn)太陽(yáng)能利用效率，應(yīng)該積極促進(jìn)觀點(diǎn)轉(zhuǎn)化與集熱等方面效率，另外，對(duì)海水淡化工藝不斷加以優(yōu)化，使太陽(yáng)能實(shí)用性與經(jīng)濟(jì)性得到有效提升。

（3）風(fēng)能。此種淡化技術(shù)具有兩種形式。①借助風(fēng)力渦輪旋轉(zhuǎn)作用，使風(fēng)能可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械能轉(zhuǎn)換，直接使海水淡化設(shè)備運(yùn)行。②借助風(fēng)力發(fā)電機(jī)促使風(fēng)能實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)化，之后為海水淡化設(shè)備提供動(dòng)力。風(fēng)力能夠滿足電滲析以及用能設(shè)備運(yùn)行需求，然而風(fēng)能缺少穩(wěn)定性，而RO有著良好操作性與適應(yīng)性，能夠和風(fēng)能實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)。借助風(fēng)能開展海水淡化工作還有一定不足，比如穩(wěn)定性差與間歇性強(qiáng)等缺點(diǎn)非常明顯，對(duì)風(fēng)能與傳統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，是當(dāng)前風(fēng)能淡化工藝發(fā)展的重要途徑。

3.2集成淡化工藝

（1）電滲析與RO集成。預(yù)脫鹽工段通過電滲析來實(shí)現(xiàn)，以控制海水含鹽量，之后借助反滲透膜實(shí)現(xiàn)海水淡化目標(biāo)。此集成技術(shù)使得海水在金屬管方面的腐蝕危害得到有效控制，并且是反滲透壓力得到充分降低，實(shí)現(xiàn)節(jié)約能耗目標(biāo)[4]。

（2）膜蒸餾。此種技術(shù)通過蒸餾手段實(shí)現(xiàn)膜分離，需要借助熱源不斷海水，通過蒸發(fā)水蒸氣產(chǎn)生蒸汽分壓。并且基于膜兩側(cè)蒸汽分壓差，形成驅(qū)動(dòng)力，保證水蒸氣能夠持續(xù)穿過疏水膜，在水分子完成氣化之后，穿過膜并展開冷凝處理，進(jìn)而達(dá)到水鹽分離目的。該工藝融合了膜法與熱工藝的優(yōu)點(diǎn)，具有預(yù)處理要求較低、結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)單、操作條件良好以及分離效率較高等特點(diǎn)。然而，其還處于研發(fā)階段，并未滿足工業(yè)化要求，需要提高熱效率以及膜通量，促進(jìn)膜蒸餾工藝發(fā)展。

（2）MSF和RO集成。RO具有水質(zhì)較差與產(chǎn)水效率高等特點(diǎn)，而FSM具有效率低、結(jié)垢問題明顯以及產(chǎn)水水質(zhì)好等特點(diǎn)，兩者通過優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，能夠有效減少產(chǎn)水成本，促進(jìn)海水淡化效率。當(dāng)前兩種工藝已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化發(fā)展。

3.3MVR改進(jìn)技術(shù)

MVR技術(shù)要借助壓縮機(jī)對(duì)低品位蒸汽進(jìn)行壓縮，促使壓力與溫度快速升高，達(dá)到潛熱持續(xù)循環(huán)目的。此種工藝在西方國(guó)家得到廣泛應(yīng)用，而在我國(guó)研究時(shí)間較短。其主要具有工程量小、操作簡(jiǎn)單以及節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)，在海水淡化方面需要選用低壓縮比、高性能壓縮機(jī)，并且保證換熱管具有良好耐腐蝕性，并且蒸發(fā)溫度適當(dāng)。對(duì)此，青島科技大學(xué)化工學(xué)院，在進(jìn)行多年研究之后，構(gòu)建MVR蒸發(fā)過程計(jì)算模型，使得MVR模擬局限性與物性數(shù)據(jù)不足等問題得到有效解決，同時(shí)，提出設(shè)計(jì)整套MVR工藝裝置。主要針對(duì)以下方面進(jìn)行改進(jìn)：①對(duì)管路與設(shè)備材質(zhì)進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)。②合理選擇壓縮機(jī)，以滿足MVR過程要求，是操作穩(wěn)定性得到有效提升。③引進(jìn)高效換熱設(shè)施，使換熱條件得到充分強(qiáng)化。④對(duì)換熱設(shè)備壓力、溫度等操作條件進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。⑤對(duì)MVR凝氣排放效果差問題進(jìn)行充分改進(jìn)，使傳熱效果得到有效強(qiáng)化?；谠摴に囎詣?dòng)化程度良好、流程簡(jiǎn)單以及工程量小等特點(diǎn)，使得在石油平臺(tái)、海島、艦船等方面具有重大應(yīng)用意義，并且有著良好的發(fā)展空間。

結(jié)語(yǔ)：綜上所述，在環(huán)境問題與能源問題持續(xù)加劇影響下，促使海水淡化工藝研究以及利用工作得到進(jìn)一步發(fā)展。蒸餾法的經(jīng)濟(jì)性與能耗已經(jīng)成為重點(diǎn)研究方向，同時(shí)對(duì)核能、太陽(yáng)能、電廠余熱以及風(fēng)能等方面進(jìn)行積極研究，獲得更多研究成果，促進(jìn)海水淡化工藝發(fā)展。膜法工藝在近年發(fā)展較為迅速，新膜材料研究以及應(yīng)用，同時(shí)解決配套問題，已經(jīng)成為膜法重點(diǎn)研究趨勢(shì)。

原標(biāo)題:海水淡化技術(shù)研究新進(jìn)展和發(fā)展趨勢(shì)分析