海水淡化的資料

【專家解說】：?！　? 　　海水淡化的發(fā)展概況 　　海水淡化并不是人類首創(chuàng)。事實(shí)上，自然界的海水淡化現(xiàn)象每天都在進(jìn)行。海水在太陽照射下蒸發(fā)，水蒸汽進(jìn)入大氣冷凝后以雨雪形式降落至地面，形成天然淡水。以這種蒸發(fā)冷凝原理做成的海水蒸餾淡化器，早在兩千多年前就被古希臘水手運(yùn)用在自己的船上。但現(xiàn)代意義上的海水淡化則是在第二次世界大戰(zhàn)以后才發(fā)展起來的。戰(zhàn)后由于國際資本大力開發(fā)中東地區(qū)石油，使這一地區(qū)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，人口快速增加，這個(gè)原本干旱的地區(qū)對(duì)淡水資源的需求與日俱增。而中東地區(qū)獨(dú)特的地理位置和氣候條件，加之其豐富的能源資源，又使得海水淡化成為該地區(qū)解決淡水資源短缺問題的現(xiàn)實(shí)選擇，并對(duì)海水淡化裝置提出了大型化的要求。在這樣的背景下，20世紀(jì)60年代初，多級(jí)閃蒸海水淡化技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。現(xiàn)代海水淡化產(chǎn)業(yè)也由此步入了快速發(fā)展的時(shí)代。 　　海水淡化技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用始于干旱的中東地區(qū)，但并不局限于該地區(qū)。由于世界上70％以上的人口都居住在離海洋120公里以內(nèi)的區(qū)域，因而海水淡化技術(shù)近20多年迅速在中東以外的許多國家和地區(qū)得到應(yīng)用。最新資料表明，到2003年止，世界上已建成和已簽約建設(shè)的海水和苦咸水淡化廠，其生產(chǎn)能力達(dá)到日產(chǎn)淡水3600萬噸（見圖1）。目前海水淡化已遍及全世界125個(gè)國家和地區(qū)，淡化水大約養(yǎng)活世界5％的人口。海水淡化，事實(shí)上已經(jīng)成為世界許多國家解決缺水問題，普遍采用的一種戰(zhàn)略選擇，其有效性和可靠性已經(jīng)得到越來越廣泛的認(rèn)同?！　? 盛產(chǎn)石油、經(jīng)濟(jì)富有的中東國家，大多是干旱的沙漠地區(qū)。在這樣的地區(qū)，水比油貴并不認(rèn)為是不合算的。他們花費(fèi)一些石油和金錢，大規(guī)模淡化海水，供應(yīng)人們的生活，澆灌樹木花草，美化環(huán)境。他們覺得這是很值得的。 　　正因?yàn)槿绱耍?0世紀(jì)50年代以后，海水談化，作為一門現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用技術(shù)，發(fā)展很快。在已經(jīng)開發(fā)的20幾種淡化技術(shù)中，蒸餾法、電滲析法、反滲透法達(dá)到了工業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)應(yīng)用。 　　電滲析淡化法是使用一種特別制造的薄膜實(shí)現(xiàn)的。在電力作用下，海水中鹽類的正離子穿過陽膜跑向陰極方向，不能穿過陰膜而留下來；負(fù)離子穿過陰膜跑向陽極方向，不能穿過陽膜而留下來。這樣，鹽類離子被交換走的管道中的海水就成了淡水，而鹽類離子留下來的管道里的海水就成了被濃縮了的鹵水。 　　反滲透淡化法更加絕妙。它使用的薄膜叫“半透膜”。半透膜的性能是只讓淡水通過，不讓鹽分通過。如果不施加壓力，用這種膜隔開咸水和淡水，淡水就自動(dòng)地住咸水那邊滲透。我們通過高壓泵，對(duì)海水施加壓力，海水中的淡水就透過膜到淡水那邊去了，因此叫做反滲透，或逆滲透。 　　蒸餾法的原理很簡(jiǎn)單，就是我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室里制備蒸餾水的原理。把海水燒到沸騰，淡水蒸發(fā)為蒸汽，鹽留在鍋底，蒸汽冷凝為蒸餾水，即是淡水。 　　這種古老的海水淡化方法，消耗大量能源，產(chǎn)生大量鍋垢，很難大量生產(chǎn)淡水。現(xiàn)代多級(jí)閃急蒸餾淡化使古老的蒸餾法煥發(fā)了青春。 　　水在常規(guī)氣壓下，加熱到100℃才沸騰成為蒸汽。如果使適當(dāng)加溫的海水，進(jìn)入真空或接近真空的蒸餾室，便會(huì)在瞬間急速蒸發(fā)為蒸汽。利用這一原理，做成多級(jí)閃急蒸餾海水淡化裝置。此種淡化裝置可以造得比較大，真空蒸發(fā)室可以造得比較多，連接起來，成為大型海水淡化工廠。這種淡化工廠，可以與熱電廠建在一起，利用熱電廠的余熱加熱海水。水電聯(lián)產(chǎn)，可以大大降低生產(chǎn)成本?，F(xiàn)行大型海水淡化廠，大多采用此法。如果太陽能蒸發(fā)淡化法能夠投入實(shí)用，古老的蒸餾淡化技術(shù)又上一個(gè)節(jié)能的新臺(tái)階。 　　目前，海水淡化基本上也已經(jīng)形成新興產(chǎn)業(yè)部門。1975年，全世界海水淡化日產(chǎn)量達(dá)200萬噸。此后，以每?jī)赡攴环乃俣仍鲩L(zhǎng)。 　　1975年，香港建成一個(gè)日產(chǎn)18萬噸的海水淡化廠，在當(dāng)時(shí)屬于世界先進(jìn)的淡化廠。祖國從1965年開始向香港供水。引用充沛的東江水，不斷擴(kuò)大“東深供水工程”，保證香港發(fā)展充足用水。1975年建成的大型海水淡化廠成了備用設(shè)備。 　　1983年，沙特阿拉伯吉達(dá)港建成日產(chǎn)30萬噸海水淡化廠。接著，巴林建成日產(chǎn)10萬噸海水淡化廠。科威特海水淡化能力日產(chǎn)100多萬噸。中東盛產(chǎn)石油的富國，人民生活用水基本上已可完全依靠海水淡化來供應(yīng)。 　　海水談化技術(shù)的進(jìn)步鼓舞著我們，人類必能最終找到生產(chǎn)大量廉價(jià)淡化海水的方法，最終克服淡水緊缺的威脅。在這個(gè)問題徹底解決之前，我們應(yīng)當(dāng)實(shí)行節(jié)約用水。 介 　　海水淡化方法有數(shù)十種，但目前工業(yè)上采用的主要是多級(jí)閃蒸、反滲透、多效蒸發(fā)等。其中又以前兩種方法為主，它們占到整個(gè)淡化市場(chǎng)份額的85％以上。 　　所謂閃蒸，是指一定溫度的海水在壓力突然降低的條件下，部分海水急驟蒸發(fā)的現(xiàn)象。多級(jí)閃蒸海水淡化是將經(jīng)過加熱的海水，依次在多個(gè)壓力逐漸降低的閃蒸室中進(jìn)行蒸發(fā)，將蒸汽冷凝而得到淡水。目前全球海水淡化裝置仍以多級(jí)閃蒸方法產(chǎn)量最大，技術(shù)最成熟，運(yùn)行安全性高彈性大，主要與火電站聯(lián)合建設(shè)，適合于大型和超大型淡化裝置，主要在海灣國家采用（見圖2）。 沙特阿拉伯多級(jí)閃蒸海水淡化裝置 （20×23500噸/天） 　　反滲透則是將海水加壓，使淡水透過半透膜的淡化方法。該方法適應(yīng)性寬，無論大中小規(guī)模，也無論海水或苦咸水都可選用，是近20年發(fā)展最快的海水淡化方法。美洲、歐洲和亞洲的大中型海水淡化廠均以反滲透為首選，在海灣國家也有相當(dāng)規(guī)模的應(yīng)用。 多效蒸發(fā)是讓加熱后的海水在多個(gè)串聯(lián)的蒸發(fā)器中蒸發(fā)，前一個(gè)蒸發(fā)器蒸發(fā)出來的蒸汽作為下一蒸發(fā)器的熱源，并冷凝成為淡水。其中低溫多效蒸餾是蒸餾法中最節(jié)能的方法之一 維爾京群島低溫多效蒸餾淡化裝置 （2×5000噸/天） 　　除以上三種主要的淡化方法外，壓汽蒸餾、電滲析也是比較成熟的海水淡化方法，但一般規(guī)模不大。在實(shí)際選用中，究竟哪種方法最好，也不是絕對(duì)的，要根據(jù)規(guī)模大小、能源費(fèi)用、海水水質(zhì)、氣候條件以及技術(shù)與安全性等實(shí)際條件而定。 　　實(shí)際上，一個(gè)大型的海水淡化項(xiàng)目往往是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程。就主要工藝過程來說，包括海水預(yù)處理、淡化（脫鹽）、淡化水后處理等。其中預(yù)處理是指在海水進(jìn)入起淡化功能的裝置之前對(duì)其所作的必要處理，如殺除海生物，降低濁度、除掉懸浮物（對(duì)反滲透法），或脫氣（對(duì)蒸餾法），添加必要的藥劑等；脫鹽則是通過上列的某一種方法除掉海水中的鹽分，是整個(gè)淡化系統(tǒng)的核心部分， 這一過程除要求高效脫鹽外，往往需要解決設(shè)備的防腐與防垢問題，有些工藝中還要求有相應(yīng)的能量回收措施；后處理則是對(duì)不同淡化方法的產(chǎn)品水針對(duì)不同的用戶要求所進(jìn)行的水質(zhì)調(diào)控和貯運(yùn)等處理（見圖5）。海水淡化過程無論采用哪種淡化方法，都存在著能量的優(yōu)化利用與回收，設(shè)備防垢和防腐，以及濃鹽水的正確排放等問題。　　 科威特的淡化水貯水塔（單塔貯水量650噸） 　　海水淡化的發(fā)展趨勢(shì) 　　海水淡化技術(shù)的發(fā)展與工業(yè)應(yīng)用，已有半個(gè)世紀(jì)的歷史，在此期間形成了以多級(jí)閃蒸、反滲透和多效蒸發(fā)為主要代表的工業(yè)技術(shù)。專家普遍認(rèn)為，今后三、四十年在工業(yè)應(yīng)用上，仍將是這三項(xiàng)技術(shù)“唱主角”，但反滲透的比重將越來越大。從地區(qū)上來講，中東海灣國家仍將以多級(jí)閃蒸為首選，因?yàn)樗哂写笮突统笮突▎闻_(tái)設(shè)備產(chǎn)水量目前已高達(dá)日產(chǎn)淡水4～5萬噸）、適應(yīng)于污染重的海灣水以及預(yù)處理費(fèi)用低的優(yōu)勢(shì)；然而在中東以外地區(qū)將以反滲透或膜法為首選，因?yàn)槟しǖ哪芎暮统杀径季哂袃?yōu)勢(shì)，以北美地區(qū)為例，近期的發(fā)展已經(jīng)表明，在淡化和水處理方面都將以膜法為主（見圖6）。 北美地區(qū)各種淡化方法和凈水方法的應(yīng)用與發(fā)展情況 　　從裝置規(guī)模來說，單機(jī)日產(chǎn)4～5萬噸、或總?cè)债a(chǎn)30～40萬噸的淡化廠已相繼在多處建成或正在興建。所以大型或超大型化不僅在中東，在其它地區(qū)也都是自然的發(fā)展趨勢(shì)。然而建設(shè)大型淡化廠的前提在于能源基地的建設(shè)。對(duì)于膜法，自然要有電力支持，對(duì)于蒸餾法則要有大型火電站所提供的低壓蒸汽與淡化裝置相匹配，而且電/水生產(chǎn)必須聯(lián)合設(shè)計(jì)，協(xié)調(diào)運(yùn)行。目前一個(gè)受人重視的能源措施是核能淡化。核電站可以支持大型反滲透淡化廠的能量需求；而低溫核供熱反應(yīng)堆則可以直接為蒸餾淡化廠提供低壓蒸汽。核能淡化廠自然都要求較大的生產(chǎn)規(guī)模才可能發(fā)揮其規(guī)模效益優(yōu)勢(shì)。 　　淡化技術(shù)本身的研究開發(fā)和更新從來沒有停止過，盡管上述三項(xiàng)工業(yè)應(yīng)用技術(shù)發(fā)展勢(shì)頭不減，但一些新的技術(shù)也在一定程度上受到重視，如冷凍法、流通電容吸附法、露點(diǎn)蒸發(fā)法以及幾種方法的集成技術(shù)等。 　　現(xiàn)有淡化技術(shù)的各個(gè)環(huán)節(jié)也都在不斷改進(jìn)和更新，如低壓膜法預(yù)處理技術(shù)，無論對(duì)反滲透還是蒸餾法，都比傳統(tǒng)預(yù)處理優(yōu)越。膜法預(yù)處理既可以縮短工藝，又可以大幅度提高產(chǎn)水率或造水比。反滲透的余壓能回收效率從七十年代的30％提高到現(xiàn)在的90％以上，這使得海水反滲透的耗能量和淡水成本大幅降低。目前各種新型高效和廉價(jià)的能量回收裝置相繼出現(xiàn)，這為今后海水淡化成本的進(jìn)一步降低甚至在苦咸水反滲透中廣泛采用提供了條件。 　　目前，國際上海水淡化廠的濃鹽水排放基本上都是沖稀后直接排海，一般來說還沒有出現(xiàn)大的環(huán)境問題，但也引起環(huán)境專家和漁業(yè)界的關(guān)切。然而對(duì)于一些封閉或半封閉海域（如我國渤海等），排鹽問題可能需要慎重研究，特別是當(dāng)?shù)?guī)模很大時(shí)。因此研究用濃鹽水曬鹽和化學(xué)資源的提取可能有助于這一問題的解決。這樣將可能帶來一些附加效益，而且還有可能縮減當(dāng)前的灘曬鹽田。這尚需要做大量實(shí)實(shí)在在的研究工作。