海水淡化得方法、原理、常用得選擇是什么?拜托各位了 3Q

【專家解說】：海水淡化方法 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。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。 冷凍法 冷凍法，即冷凍海水使之結(jié)冰，在液態(tài)淡水變成固態(tài)冰的同時(shí)鹽被分離出去。冷凍法與蒸餾法都有難以克服的弊端，其中蒸餾法會(huì)消耗大量的能源并在儀器里產(chǎn)生大量的鍋垢，而所得到的淡水卻并不多;而冷凍法同樣要消耗許多能源，但得到的淡水味道卻不佳，難以使用。真空冷凍海水淡化法工藝包括脫氣、預(yù)冷、蒸發(fā)結(jié)晶、冰晶洗滌、蒸汽冷凝等步驟，海水淡化水產(chǎn)品可達(dá)到國家飲用水標(biāo)準(zhǔn)，是一種較理想的海水淡化法。 冷凍海水淡化法原理 海水三相點(diǎn)是使海水汽、液、固三相共存并達(dá)到平衡的一個(gè)特殊點(diǎn)。若壓力或溫度偏離該三相點(diǎn)，平衡被破壞，三相會(huì)自動(dòng)趨于一相或兩相。真空冷凍法海水淡化正是利用海水的三相點(diǎn)原理，以水自身為制冷劑，使海水同時(shí)蒸發(fā)與結(jié)冰，冰晶再經(jīng)分離、洗滌而得到淡化水的一種低成本的淡化方法。與蒸餾法、膜海水淡化法相比，冷凍海水淡化法能耗低，腐蝕、結(jié)垢輕，預(yù)處理簡單，設(shè)備投資小，并可處理高含鹽量的海水，是一種較理想的海水淡化法。 海水淡化法工藝之溫度和壓力 它們是影響海水蒸發(fā)與結(jié)冰速率的主要因素。 海水淡化法工藝之冰-鹽水是一固液系統(tǒng) 普通的分離方法均可使冰-鹽水得到分離，但分離方法不同，得到的冰晶含鹽量也不同。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明減壓過濾方法得到的冰晶含鹽量比常壓過濾方法得到的冰晶含鹽量低得多。 海水淡化法工藝之蒸汽冷凝 在蒸發(fā)結(jié)晶器內(nèi)，除海水析出冰晶以外，還將產(chǎn)生大量的蒸汽，這些蒸汽必須及時(shí)移走，才能使海水不斷蒸發(fā)與結(jié)冰。 編輯本段反滲透法 通常又稱超過濾法，是1953年才開始采用的一種膜分離淡化法。該法是利用只允許溶劑透過、不允許溶質(zhì)透過的半透膜，將海水與淡水分隔開的。在通常情況下，淡水通過半透膜擴(kuò)散到海水一側(cè)，從而使海水一側(cè)的液面逐漸升高，直至一定的高度才停止，這個(gè)過程為滲透。此時(shí)，海水一側(cè)高出的水柱靜壓稱為滲透壓。如果對(duì)海水一側(cè)施加一大于海水滲透壓的外壓，那么海水中的純水將反滲透到淡水中。反滲透法的最大優(yōu)點(diǎn)是節(jié)能。它的能耗僅為電滲析法的1/2，蒸餾法的1/40。因此，從1974年起，美日等發(fā)達(dá)國家先后把發(fā)展重心轉(zhuǎn)向反滲透法。 反滲透海水淡化技術(shù)發(fā)展很快，工程造價(jià)和運(yùn)行成本持續(xù)降低，主要發(fā)展趨勢為降低反滲透膜的操作壓力，提高反滲透系統(tǒng)回收率，廉價(jià)高效預(yù)處理技術(shù)，增強(qiáng)系統(tǒng)抗污染能力等。 編輯本段太陽能法 人類早期利用太陽能進(jìn)行海水淡化，主要是利用太陽能進(jìn)行蒸餾，所以早期的太陽能海水淡化裝置一般都稱為太陽能蒸餾器。餾系統(tǒng)被動(dòng)式太陽能蒸餾系統(tǒng)的例子就是盤式太陽能蒸餾器，人們對(duì)它的應(yīng)用有了近150年的歷史。由于它結(jié)構(gòu)簡單、取材方便，至今仍被廣泛采用。目前對(duì)盤式太陽能蒸餾器的研究主要集中于材料的選取、各種熱性能的改善以及將它與各類太陽能集熱器配合使用上。與傳統(tǒng)動(dòng)力源和熱源相比，太陽能具有安全、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，將太陽能采集與脫鹽工藝兩個(gè)系統(tǒng)結(jié)合是一種可持續(xù)發(fā)展的海水淡化技術(shù)。太陽能海水淡化技術(shù)由于不消耗常規(guī)能源、無污染、所得淡水純度高等優(yōu)點(diǎn)而逐漸受到人們重視。太陽能蒸餾法就是采用簡單的太陽能蒸餾器。該蒸餾器由一個(gè)水槽組成，水槽內(nèi)有一個(gè)黑色多孔的氈心浮洞，槽頂上蓋有一塊透明、邊緣封閉的玻璃覆蓋層。太陽光穿過透明的覆蓋層投射到黑色絕熱的槽底，轉(zhuǎn)換為熱能。因此，塑料芯中的水面溫度總是高于透明覆蓋層底的溫度，水從氈芯蒸發(fā)，蒸汽擴(kuò)散到覆蓋層上冷卻為液體，排入不透明的蒸餾槽中. 2010年6月，杭州水處理技術(shù)研究開發(fā)中心在舟山市岱山縣大魚山島建成一套5m/d光伏太陽能海水淡化示范工程。重點(diǎn)解決示范工程選址、太陽能采光、海水取水、設(shè)備布置、防風(fēng)設(shè)計(jì)以及安裝調(diào)試等問題。 示范工程光伏太陽能系統(tǒng)由太陽能電池組、太陽能充放電控制器、直流/交流逆變器、蓄電池(組)及配電系統(tǒng)組成,其發(fā)電總功率5.4kW;反滲透系統(tǒng)產(chǎn)水流量0.8~1.2m/d，主要由海水取水裝置、水力循環(huán)澄清池、多介質(zhì)過濾器、保安過濾器、反滲透膜處理系統(tǒng)、能量回收裝置、多級(jí)離心泵以及加藥裝置等組成。 考慮到大魚山島無常規(guī)電網(wǎng)的特點(diǎn)，光伏太陽能海水淡化裝置采用光伏太陽能與柴油機(jī)互補(bǔ)供電，豐雨期可以使用光伏太陽能的電能通過逆變器將直流電能轉(zhuǎn)化為與電網(wǎng)同頻率、同相位的正弦波電流，供給當(dāng)?shù)刎?fù)荷供電;干旱季節(jié)可使用本地柴油機(jī)發(fā)電供給海水淡化設(shè)備，增加淡水供水量。 編輯本段低溫多效 低溫多效蒸餾淡化技術(shù)的概念低溫多效海水淡化技術(shù)是指鹽水的最高蒸發(fā)溫度低于70℃的淡化技術(shù)，其特征是將一系列的水平管噴淋降膜蒸發(fā)器串聯(lián)起來，用一定量的蒸汽輸入通過多次的蒸發(fā)和冷凝，后面一效的蒸發(fā)溫度均低于前面一效，從而得到多倍于蒸汽量的蒸餾水的淡化過程。 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。低溫多效蒸餾技術(shù)由于節(jié)能的因素，近年發(fā)展迅速，裝置的規(guī)模日益擴(kuò)大，成本日益降低，主要發(fā)展趨勢為提高裝置單機(jī)造水能力，采用廉價(jià)材料降低工程造價(jià)，提高操作溫度，提高傳熱效率等。一種低溫多效蒸餾法海水淡化設(shè)備，包括供汽系統(tǒng)、布水系統(tǒng)、蒸發(fā)器、淡水箱及濃水箱，供汽系統(tǒng)的生蒸汽入口置于中間效蒸發(fā)器上。工作方法為:(1)布水系統(tǒng)對(duì)海水進(jìn)行噴淋;(2)輸入生蒸汽到中間效蒸發(fā)器的蒸發(fā)管內(nèi)部;(3)蒸汽在蒸發(fā)管內(nèi)冷凝傳出熱量，蒸發(fā)管外吸收熱量產(chǎn)生蒸發(fā);(4)新蒸汽輸送至其兩側(cè)的蒸發(fā)管內(nèi).管外吸收熱量、產(chǎn)生蒸發(fā);(6)各效蒸發(fā)器重復(fù)蒸發(fā)和冷凝過程;(7)蒸餾水進(jìn)入淡水箱;(8)濃鹽水進(jìn)入濃水箱。 編輯本段多級(jí)閃蒸 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。多級(jí)閃蒸技術(shù)成熟、運(yùn)行可靠，主要發(fā)展趨勢為提高裝置單機(jī)造水能力，降低單位電力消耗，提高傳熱效率等。 編輯本段電滲析法 該法的技術(shù)關(guān)鍵是新型離子交換膜的研制。離子交換膜是0.5-1.0mm厚度的功能性膜片，按其選擇透過性區(qū)分為正離子交換膜(陽膜)與負(fù)離子交換膜(陰膜)。電滲析法是將具有選擇透過性的陽膜與陰膜交替排列，組成多個(gè)相互獨(dú)立的隔室海水被淡化，而相鄰隔室海水濃縮，淡水與濃縮水得以分離。電滲析法不僅可以淡化海水，也可以作為水質(zhì)處理的手段，為污水再利用作出貢獻(xiàn)。此外，這種方法也越來越多地應(yīng)用于化工、醫(yī)藥、食品等行業(yè)的濃縮、分離與提純。 編輯本段壓汽蒸餾 壓汽蒸餾海水淡化技術(shù)，是海水預(yù)熱后，進(jìn)入蒸發(fā)器并在蒸發(fā)器內(nèi)部分蒸發(fā)。所產(chǎn)生的二次蒸汽經(jīng)壓縮機(jī)壓縮提高壓力后引入到蒸發(fā)器的加熱側(cè)。蒸汽冷凝后作為產(chǎn)品水引出，如此實(shí)現(xiàn)熱能的循環(huán)利用。 編輯本段露點(diǎn)蒸發(fā)法 露點(diǎn)蒸發(fā)淡化技術(shù)是一種新的苦咸水和海水淡化方法。它基于載氣增濕和去濕的原理，同時(shí)回收冷凝去濕的熱量，傳熱效率受混合氣側(cè)的傳熱控制。露點(diǎn)蒸發(fā)淡化技術(shù)是以空氣為載體,通過用海水或苦咸水對(duì)其增濕和去濕來制得淡水,并通過熱傳遞將去濕過程與增濕過程耦合,使冷凝潛熱直接傳遞到蒸發(fā)室,為蒸發(fā)鹽水提供汽化潛熱,以提高過程的熱效率。建立了有效傳熱面積分別為9.6 m~2和2.75 m~2的兩臺(tái)增濕/去濕耦合的露點(diǎn)蒸發(fā)淡化設(shè)備。建立了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。分別成功地完成了露點(diǎn)蒸發(fā)淡化基本流程與參數(shù)相關(guān)性實(shí)驗(yàn)以及強(qiáng)化傳熱/傳質(zhì)淡化實(shí)驗(yàn)。 編輯本段水電聯(lián)產(chǎn) 水電聯(lián)產(chǎn)主要是指海水淡化水和電力聯(lián)產(chǎn)聯(lián)供。由于海水淡化成本在很大程度上取決于消耗電力和蒸汽的成本，水電聯(lián)產(chǎn)可以利用電廠的蒸汽和電力為海水淡化裝置提供動(dòng)力，從而實(shí)現(xiàn)能源高效利用和降低海水淡化成本。國外大部分海水淡化廠都是和發(fā)電廠建在一起的，這是當(dāng)前大型海水淡化工程的主要建設(shè)模式。 編輯本段熱膜聯(lián)產(chǎn) 熱膜聯(lián)產(chǎn)主要是采用熱法和膜法海水淡化相聯(lián)合的方式(即MED-RO或MSF-RO方式)，滿足不同用水需求，降低海水淡化成本。目前，世界上最大的熱膜聯(lián)產(chǎn)海水淡化廠是阿聯(lián)酋富查伊拉海水淡化廠，日產(chǎn)海水淡化水量為45.4萬立方米，其中，MSF日產(chǎn)水28.4萬立方米，RO日產(chǎn)水17萬立方米。其優(yōu)點(diǎn)是:投資成本低，可共用海水取水口。RO和MED/MSF裝置淡化產(chǎn)品水可以按一定比例混合滿足各種各樣的需求。 此外，以上方法的其他組合也日益受到重視。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。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。 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?單臺(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;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，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。