（工程热物理专业论文）分级回热式太阳能增湿海水淡化试验研究与仿真计算.pdf

原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人 承担。 论文作者签名： 盘性逊j 日期：丝2 ：墨2 关于学位论文使用授权的声明 本人同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的印刷件和电子 版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手 段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 做储躲缸耳翩躲邈日期： 沙仅，二7 山东大学硕十学位论文 摘要 a b s t r a c t 。 符号对照表 目录 i 第l 章绪论1 1 1 海水淡化技术发展现状1 1 1 1 常规能源海水淡化技术2 1 1 2 太阳能海水淡化技术5 1 2 空气增湿海水淡化技术6 1 2 1 鼓泡增湿淡化7 1 2 2 喷雾增湿淡化8 1 2 3 水膜增湿淡化8 1 3 本文的研究目的和主要内容1 0 第2 章分级回热式增湿海水淡化原理与试验装置设计 2 1 分级回热式增湿淡化的淡化原理1 2 2 1 1 试验系统及工作原理1 2 2 1 2 空气增湿过程的基本理论1 3 2 2 分级回热式多级增湿淡化装置的设计与计算1 5 2 2 1 集热器匹配选型1 5 2 2 2 加湿器设计计算1 6 2 2 3 分级回热设计计算18 2 2 4 空气循环方式的选择2 0 2 3 试验方案与测量方法2 2 2 3 1 试验方案2 2 2 3 2 测量方法2 2 2 3 3 湿空气温度修正2 3 2 4 本章小结2 5 第3 章分级回热式多级增湿淡化试验研究2 6 3 1 闭式空气增湿淡化的基本影响规律2 6 3 1 1 循环风量2 6 3 1 2 加湿器喷水流量2 8 3 1 3 加湿器喷水温度2 8 3 2 增湿过程试验拟合与修正2 9 3 2 1 水气比对增湿过程的影响2 9 3 2 2 增湿过程试验拟合模型与修正3 0 3 3 分级回热对增湿淡化影响规律3 3 3 3 1 分级流量控制的影响规律3 3 3 3 2 分级回热对整体淡化效能的评价3 5 山东大学硕：卜学位论文 3 4 自然辐照条件下淡化装置整体性能3 5 3 4 1 自然辐照条件下淡化装置试验研究3 5 3 4 2 淡化装置的产水性能评价3 7 3 4 3 水质检测3 7 3 5 本章小结3 8 第4 章分级回热式多级增湿淡化过程数学模型。 4 0 4 1 物理模型与物性参数4 0 4 1 1 物理模型描述4 0 4 1 2 物性参数j 4 0 4 2 空气增湿过程的数学模型4 1 4 2 1 模型简化与条件假设4 2 4 2 2 模型建立4 2 4 3 分级回热过程的数学模型4 4 4 3 1 模型简化与条件假设4 5 4 3 2 模型建立4 5 4 4 集热过程的数学模型4 8 4 5 本章小结4 8 第5 章基于m a t l a b 的模型仿真计算与分析4 9 5 1 计算流程及模型参数4 9 5 2 增湿过程仿真计算与分析5l 5 2 1 不同工况下的湿膜温度场分析一5 1 5 2 2 湿膜尺寸对增湿效果的影响规律5 3 5 3 模型有效性分析5 4 5 3 1 模型评价标准5 4 5 3 2 模型相关性与误差分析5 5 5 4 分级回热式增湿淡化过程仿真计算与分析5 6 5 4 1 系统稳态模拟与分析5 6 5 4 2 系统瞬态模拟与分析5 9 5 5 本章小结6 2 第6 章结论与展望 6 1 结论6 3 6 2 不足与展望6 4 参考文献 攻读学位期间取得的研究成果 致谢 6 5 6 9 7 0 c o n t e n t s a b s t 腿c t ( i nc h i n 骼e ) 。i a b s t r a c t ( i ne n g h s h ) 二m s v m b o i s c h a p t e rli n t r o d u c t i o n “ v 1 ir e v i e wo f s e a 僦l t e rd e s a l i n a t i o nt e c h n o l o 科l 1 1 1c o n v e n t i o n a ls e a w a 白e rd e s a “n a t i o n 2 1 1 2s o i 盯d e s a l i n a t i o n1 k h n o l o 星y ”5 1 2r e v i e wo fs o l a rd e 姐l i i l a t i o nu s i n ga i rh u m i d i f i c a t i o nt b c h n o l o g y 7 1 2 1b u b b i i n gh u m i d i f i c a t i o n 【e c h n o l o g y ”7 1 2 2s p a 叮i n gh u m i d i f i c a t i o n i e c h n 0 1 0 9 y “8 1 2 - 3w r a t e rf i l mh u m i d i f i c a 幻n7 r e c h n o l o g y 8 1 3m a i nc o n t i o n t s 觚dp u r p 0 o f t h i st h e s i s l o c h a p t e r2d e s i g no fs o i a rh u m i d i 6 c a t i o n d e s a i i n a t i o nu n i t 2 1e x p e r i m e n t a ls y s t e m 柚dp m g r a m 1 2 2 1 1o p e r a t i o np r i n c i p l eo f e x p e r i m e n t a ls y s t e m 1 2 2 1 2f u n d a m e n t a lt h e o r yo f a i rh u m i d i f i c a t i o n 1 3 2 2d e s i g no f t h ee x p e r i m e n t a is y s t e m l5 2 2 1d e s i g no fn l es o i a rc o l l e c t o r 1 5 2 2 2d e s i g no f t h eh u m i d i f i e r 1 6 2 2 3d e s i 印o fn l eg r a d i n gr e g e n e r a t i o n 1 8 2 2 4m e t h o do f a i rc v c l e 2 0 2 3e x p e r i m e n t a lp r o g r a m 觚dm e a s u r i n gm e t h o d 2 0 2 3 1e x p e r i m e n t a lp r o 毋锄。2 0 2 3 2m s u “n gm e t h o d 。2 3 2 3 3m e t h o df ；d rm o d i 匆i n gt e m p e 例珊e0 fm o i s ta i r 2 4 2 4b r i e fs u 删f n a 巧2 5 c h a p e r3e x p e r i m e n t a ls t u d y o s o l a rh u m i d i n c a t i o nd e s a i i n a t i o nu n i tw “hg r a d i n g r e g e n e r a t i o nt i e c h n o i o g y 2 6 3 1r e s 船r c hf a c t o r sa f f e c t e dt oc l o s e da i rh u m i d i f i c a t i o ns y s t e m 2 6 3 1 1e f 危c to f a i rf l o wr a t e 2 6 3 1 2e 船c to fs p a 珂i n gs e a w 矾c rf l o wr a t e 2 8 3 1 3e f 诧c to fs p a r y i n gs e a w a t e rt e n l p e r ；l t u r e 2 8 3 2e x p e r i m e n t a lm o d e lo f a i rh u m i d i f i c a t i o np r o c e s s 3 9 3 2 1e f 俺c to f w a t e rt oa i rr a t i oo nh u m i d i f i c a t o np r o c e s s 3 9 3 2 2e x p 舐m e n t a lm o d e l 锄dm 0 d i f i e d 3 0 3 3r e s e a r c hf a c t o r sa f i e c t e dt 0g r a d i n gc o n d e n s a t i o n 。3 4 3 3 1e f 危c to f ( ；i a d i n gc o n d e n s a t i o n 3 4 山东大学硕+ 二学位论文 3 3 2p e 南肿觚c ee v a i u t a t i o no f g r a d i n gc o n d e n s a t i o n 3 5 3 4p e r f 0 咖a n c eo fd i s t i l l a t i o na tn a t u r ec o n d i t i o n s 3 6 3 4 1e x p e r i m 锄t a ls t u d y0 nd i s t i l l a t i o na tn a t u 代c o n d i t i o n s 3 6 3 4 2p 盯f o m a n c ee a l u a t i o no fd i s t i l l a t i o n 3 7 3 4 3f r e s hw a t e ro u a l i 付o f d i s t i l l a t i o n 3 8 3 5b r i e fs u m m a i 、，。3 9 c h a p e r4m a t h e m a t i c a im o d e lo fs o i a rh u m 词i 矗c a t i o nd e s a h n a t i o np m c 鹤sw i t h g r a d i n gr e g e n e r a t i o n1 1 e c h n o l o 贸 4 1p h y s i c a lm o d e l 锄dm a t e r i a lp r o p e r t i e s 4 0 4 1 1p h v s i c a lm o d e i 4 0 4 1 2m a t e r i a ip r o p e r t i e s 。4 0 4 2m a t h e m a t i c a lm o d e l0 f h u m i d i f i c a t i o np r o c e s s 4 l 4 2 1s i m p l i f i c a t i o na n da s s u mp _ t i o n s 4 2 4 2 2m a t h e m a t i c a lm o d e l 4 2 4 3m a t l l e m a t i c a lm o d e lo f g m d i n gc o n d e n s a t i o n 4 5 4 3 1s i m p i i f i c a t i o na n da s s u m p t i o n s 。4 5 4 3 2l v f a t h e m a t i c a lm o d e l 。4 5 4 4m a t h e m a t i c a lm o d e lo fs 0 1 a rc 0 1 l e c t o r 4 8 4 5b r i e fs u m m a i 、，4 8 c h a p t e r 5s i m u l a t i o na n da n a l y s i sb a s e do nm a t l a b 5 1p r o c e s sa n dp a r 乏衄e t e r so f l o d e l 。4 9 5 2s i m u l a t i o n0 fh u m i d i f i c a t i o np r o c e s s 5 l 5 2 1t e m p e r a t u 陀f i e l do fh u m i d i f i e r 5l 5 2 2e 仟e c t so f h u m i d i f i e rd i m e n s i o n so nh u m i d i f i c a t i o np r o c e s s 5 3 5 3a n a l y s i so f m o d e lv 引i d i 西5 4 5 3 1e v a l u a t i o ns t a n d a r d 5 4 5 3 - 2a n a l v s i so fc o r r e l a t i o na n de r r o r 5 5 5 4s i m u l a t i o no fh u m i f i c a t i o nd e s a l i n a t i o np r o c e s s 5 7 5 4 1s t a b i es i m u i a t i o na n da n a l v s i s 5 7 5 4 21 协l s i e n ts i m u l a t i o n 勰da n a i v s i s 5 9 5 5b r i e fs u m m a r v 6 2 c h a p e r6c o n c l u s i o n sa n dp i s p e c t 6 3 6 1c o n c l u s i o n s 。6 3 6 2h l s u f f i c i 蛐c i e s 锄dp r o s p e c t 6 4 r e f e 他n c e a c a d e m i ca c h i 吼他m e n t sd u r i n gm a s t e r sd e g r a c k n o w i a g e m e n t 6 5 6 9 7 0 山东大学硕士学位论文 摘要 海水淡化技术是解决当今社会水资源短缺问题的重要手段，常规海水淡化技 术大量消耗宝贵的化石燃料，对环境生态影响巨大，其负面效应已为人所重视； 太阳能海水淡化技术能较好的兼顾能源和水源需求，有助于解决农村苦咸水地 区、海外离岛等地区饮用水问题，已成为淡化工业的重要发展方向。 本文在系统了解前人研究的基础上，针对太阳能增湿海水淡化过程中存在回 热差，产水率低等问题进行了分析，依据分级回热和多级增湿的基本原理，提出 了分级回热的增湿淡化方法，以改善系统的回热特性和产水性能，并建立了分级 回热式增湿淡化的数学模型，通过试验研究与仿真计算，获得分级回热的特性曲 线及系统最佳操作参数。本文的主要研究内容包括以下几个方面： ( 1 ) 设计分级回热式的太阳能增湿海水淡化装置，研究分级回热式增湿淡 化装置的产水特性，分析了各参数对增湿淡化过程的影响规律。研究表明采用闭 式空气循环方法的热损失更低；当加湿器工作风速低于0 5 州s 时，喷水温度低 于7 0 时，加湿器出口湿空气接近饱和。 ( 2 ) 研究水膜加湿器的增湿特性，通过试验研究与理论分析，探讨影响增 湿过程的重要参数。试验表明加湿器的出口气温主要与喷水温度和水气比相关， 无量纲温度o 随水气比升高而增大；在4 0 6 5 范围内，o 随水温的变化基本 呈线性关系，拟合了无量纲温度o 的试验模型，并与增湿过程数学模型的计算 结果进行了对比。 ( 3 ) 研究淡化装置在自然辐照条件下的产水特性，分析分级回热对系统效 能的影响，并对淡化装置的热力性能和淡水水质进行分析评价。试验所得前置冷 凝器的最佳流量比例为2 ：7 ，此时回热比例可达3 5 0 5 ；该淡化装置的实测淡 水产率为6 5 3 k 烈m 2 d ) ，淡水产率较单级增湿淡化装置提高了2 9 6 。 ( 4 ) 建立了太阳能增湿海水淡化过程的数学模型并进行仿真计算，对模型 计算结果与试验值进行了相关性验证与误差分析，获得了加湿器湿膜表面的温度 场，以及淡化装置的产水特性曲线。仿真计算结果表明：模型计算结果与试验结 果的相关性较高，稳态计算结果的相对误差和均方根误差均较小；湿膜的最佳厚 山东大学硕士学位论文 度为2 0 0 3 0 0 m m ，湿膜厚度对增湿效果的影响比湿膜高度更为显著；研究得到 加湿器的最佳水气比为o 7 5 ，前置冷凝器冷却水流量最佳值为风量的1 o l 。5 倍， 此时第二级淡化装置的产水率为第一级的2 5 左右。 关键字：太阳能；分级回热；增湿淡化；数学模型；仿真计算； 山东大学硕十学位论文 a b s t r a c t s e a w a t e rd e s a l i n a t i o ni sa ni m p o 删m e 锄st 0s o l v et h ep r o b l e mo fw a t e r s h o r t a g e st o d a y c o n v e m i o n a ld e s a l i n a t i o nt e c l l l l i q u e sc o n s m n eal o to fv a l 圾山l ef o s s i l f h e l s ，w t l i c hh a v ean e m e n d o u si m p a c to nt h ee n v i r o m e n t ，i t sn e g a t i v ee f r e c t sh a s a r o u s e dp e o p l e sa n e n t i o n s o l a rd e s a l i n a t i o nt e c l l i l o l o g yc a i lb a l a l l c et h ee r l e r j g y 锄d w a t e rd e m a n d s ，i t ，sa ni m p o r t 觚td e v e l o p m e n t a ld i r e c t i o no fd e s a l i n a t i o ni n d u s t 哆 t h ep r e v i o u sr e s e a r c ho fd e s a l i n a t i o np r o c e s sw 2 u sr e v i e w e d a c c o r d i n gt ot h e b a s i c 皿n c i p l e so fg r a d i n gr e g e n e r a t i o na i l d h 啪i d i f i c a t i o nd e s a l i n a t i o nt e c l l l l o l o g y ，a n e wd e s a l i n a t i o nm e t h o dw a sd e v e l o p e dt 6s o l v et 1 1 e e x i s t i n gp r o b l e m si n 也e h u m i d i f i c a t i o nd e s a l i n a t i o nu n i t am a t h e m a t i c a lm o d e lo ft h ep r o c e s sw 船e s t a b l i s h e d t oo b t a i nt h ec h a r a c t e r i s t i cc u r v ea 1 1 do p t i m a lp a r a m e t e r s s p e c i f i ct a s l ( sa c c o m p l i s h e d i n c l u d et h ef o l l o 晰n g s ： ( 1 )an e ws o l a rd e s a l i n a t i o n u n i t u s i n gh 啪i d i f i c a t i o n d e h m n i d i f i c a t i o n t e c l l l l o l o g yw a sd e v e l o p e d ，a n dt l l ep e r f b m a n c eo ft l l ed i s t i l l a t i o nw a si n v e s t i g a t e d 1 1 1 ee 恐c t so fp a r a m e t e r so nh 啪i d i f i c a t i o nd e s a l i n a t i o np r o c e s sw e r ea i l a l y z e d 1 1 1 e s t u d ys h o w st h a tc l o s e da i rc i r c u l a t i o nc a nd e c r e a s et h eh e a tl o s s ；w h e nt h ea i rs p e e d l e s st h 觚0 5 m s ，t h es p r a y i n gw a t e rt e m p e r a n l r ei sb e l o w7 0 ，t h eo u t p u tm o i s ta i ri s ( 2 ) 1 1 1 ef e a t u r e so fw e tf i l mh 啪i d i f i e rw e r ei n v e s t i g a t e d b ye x p e r i m e n t a l 锄d t h e o r e t i c a l 趾a l y s i s t h ee x p e r i m e n t a l d a t as h o w e dt h a tt l l e o u t p u tm o i s t a i r t e m p e r a t u r eo fh 啪i d i f i e ri sr e l a t e dt 0w a t e rt oa i rr a t i o 锄dt 1 1 es p r a y i n gw a t e r t e m p e 咖r e ；t l l ed i m e n s i o n l e s st e m p e r a t u r e0i n c r e a s e d 、v i t h 、v a t e rv a p o ri n c r e a s e s ； m ed i m e n s i o i l l e s st e m p e r a t u r eoh a da l i n e 盯r e l a t i o n s 址p t 0t h es p r a ) ，i n gw a t e r t e m p e r a t u r e t h ee x p e r i m e n t 越m o d e lo fd i m e i l s i o i l l e s st e m p e r a t u r cow 觞f i t t e d 觚d c o m p a r e d 、杭mm es i m u l a t i o nr e s u l t s ( 3 ) i kp e 墒m a i l c eo ft h ed i s t i l l a t i o nw 嬲r e s e a r c h e du i l d e rn a n i r a lc o n d i t i o i l s ， t 1 1 ep e r f o m a n c ei m p a c to f 倒i n gr e g e n e r a t i o nw 私a n a l y z e d ，锄dt l l et h e 眦a l i i i 山东大学硕士学位论文 p e r f 0 硼a i l c e 觚dq u a l i t ) ，o f 丘e s h w a t e rw e r ee v a l u a t e d t h et e s ts h o w e dt h a tm e o p t i m a lp r e - c o r l d e n s e rf l o wr a t ew a s2 ：7 ，t h er a t i oo fh e a tr e c o v e 叮c o u l dr e a c h 3 5 哆5 ，m em e 部w e d 舶s h w a t e ry i e l d 、榴6 5 3 k 叭m z d ) ，i n c r e a s e db y2 9 6 c o m p a r e dt os i n g l es t a g ed i s t i l l a t i o n ( 4 ) am a 吐l e m a t i e a 王m o d e lo ft h eh u m i d i f i c a t i o nd e s a l i n a t i o np r o c e s sh a sb e e n e s 协b l i s h e dt 0p r e d i c tm et e m p e 咖r ef i e l da tt h ew e tf i l ma n dt h ep e 渤n 1 1 a 1 1 c eo ft h e d i s t i l l a t i o n t h ec o r r e l a t i o na i l de r r o r 、e r ea i l a l y z e db yc o m p a r i n gt i l es i m u l a t i o na i l d e x p e r i m e n t a lr e s u h s t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tt 1 舱m a t h e m a t i c a lm o d e lw a sh i g m y c o r r e l a t e dt ot h ee x p e r i m e n t a ld a t a ，t h eo p t i m a lw e tf i l mt h i c k n e s sw a s2 0 0 3 0 0 m m ， m ee 行宅c to fw e tf i l mt h i c l 【1 1 e s sw 嬲m o r es i g n i f i c a n tt l l a i lh e i g h t ；t h eo p t i m a lw a t e rt o a i rr a t i oi so 7 5 ，a n dt h eo p t i m a lc o o l i n gw a t e rm a s sf l o wr a t eo fp r e c o n d e n s e rw a s 1 0t o1 5t i m e so fa i rn o wr a t e ；t h ep r o d u c t i o no fs e c o n ds t a g ew a sa b o u t2 5 o ff i r s t s t a g e k q 唧o r d s ： s o l a r e n e 玛y ；伊a d i n gr e g e n e r a t i o n ；h u m i d i f i c a t i o nd e s a l i n a t i o n ； m a t h e m a t i c a lm o d e l ；s i m u l a t i o n ； i 、， 山东大学硕十学位论文 符号对照表 换热面积，m 2 集热面积，i n 2 定压比热容，k j ( k g k ) 迎风面积，m z 空气质量流量，k g 1 1 表面换热系数，w ( m 2 k ) 比焓，k 肌【g 太阳辐照度，w m 。2 传热系数，w 绁k ) 质量，k g 质量流量，k g l l 传热单元数 气压，p a 无因次热容比 雷诺数 汽化潜热，k j k g 温度， 甜 形 8 l 2 孝 玎 伊 p v 下标 口 c p j w 流速，州s 加湿器喷水质量流量，k g l l 修正系数 第一热交换系数 接触系数 析湿系数 效率，1 0 0 相对湿度，i m 密度，k 鲈n 3 含湿量，k g k g ( 干空气) 运动粘度，m 2 s 湿空气 冷却水 蒸发量 淡水 喷淋海水 v 彳 以 印毋g 厅 ， 厶 k 所 m m p 火 胎 r ， 山东大学硕士学位论文 山东大学硕士学位论文 第l 章绪论 1 1 海水淡化技术发展现状 地球上拥有丰富的水资源，海水覆盖面积达7 1 ，但海水含有大量的矿物质， 总含盐量高达3 5 ，远高于人类组织液盐度0 9 的水平，因而不能直接用于生 活用水和饮用水。地球上淡水资源只占水资源总量的2 5 ，其中可供人类支配 的淡水资源不足o 3 6 l l j 。 第二次工业革命以来，化工、制造、电力等工业的兴起，使得人类对水资源 的需求量大增，淡水资源日显不足；特别是进入2 0 世纪以来，世界人口急剧增 加，环境污染和生态破坏严重，城市化和人口集中等因素均给淡水供应带来巨大 压力，人类无节制的开采及管理不善更加剧了水资源的供需矛盾。截至2 0 1 1 年 1 1 月，世界人口已达到7 0 亿，其中全球约有1 5 亿人口面临淡水不足，涉及8 0 多个国家和地区，其中2 6 个国家的3 亿人口完全生活在缺水状态。据测算，以 目前世界人口的增长速度，至2 0 2 5 年世界人口将达8 5 亿，届时淡水供需矛盾将 更加突出【引。 我国淡水资源分布不均，呈现南高北低、东高西低的态势。黄河以北的绝大 部分城镇人均淡水资源量低于世界5 0 0 m 3 的平均水平，我国沿海城市中有7 6 4 人均水资源量低于1 0 0 m 3 ；环渤海城市带，如天津、大连、营口、烟台等城市的 人均生活用水量低于4 0 m 3 ；另外我国农村约有3 8 0 0 万人饮用苦咸水、高氟水等 不洁净水源，长期饮用容易导致肠胃功能紊乱，免疫力降低【3 1 。为解决北方大中 城市的饮用水难题，我国建立了南水北调、引黄济青等大型调水工程，在一定程 度上缓解了水紧缺问题，但耗费巨大，效果不佳，同时产生了一系列生态问题。 通过海水制取纯水已有百年历史，二战后海水淡化技术进入实用化、工业化阶段， 技术日臻成熟，受到中东海湾国家、非洲西海岸国家的青睐，已经具有相当的经 济性、可行性，可为社会发展和人民生活提供卫生可靠的淡水资源，海水淡化技 术为解决淡水短缺问题提供了新的途径。 山东大学硕士学位论文 1 1 1 常规能源海水淡化技术 人类很早便开始利用海水来制取纯水，阿拉伯人在1 6 世纪便通过蒸馏海水 获取饮用水；1 8 世纪蒸汽工业的兴起以及远洋运输业的需要，为海水淡化技术 的发展注入了活力，至1 9 世纪末英国已相继发明了管式蒸馏器、喷膜蒸发等技 术，解决了困扰远洋航运业的淡水问题，并开始对闪蒸技术进行研究；二战期间 海水淡化技术迅猛发展，新技术和新工艺层出不穷，1 9 4 3 年压汽蒸馏技术已开 始应用于船舶和海外离岛的淡水供应，多效蒸馏装置也开始装备至战舰上；二战 后阿拉伯地区石油开采为大型海水淡化机组的应用提供了契机，1 9 5 7 年多级闪 蒸在中东地区大规模应用，1 9 7 5 年低温多效进入工业化应用，1 9 8 0 年反渗透淡 化技术解决膜技术难题，并很快成为市场份额最高的淡化技术【3 】。 目前海水淡化技术应用广泛，在全球范围内淡化产能约有5 0 0 0 万立方，主 要集中在中东地区。这一地区能源丰富，但地下水大都被海水或地下矿物侵蚀， 水质苦涩，适合规模化集中供水，如沙特阿拉伯占全球淡化产能的2 4 ，阿联酋 建有世界大的海水淡化工厂。海水淡化技术不仅可以获得宝贵的水资源，同时海 水中含有丰富的矿物资源，如盐、镁、氧化镁、溴等，可以通过同化工工业结合， 将海水中的矿物资源提取出来，带动以淡化为基础的化工产业的发展。目前我国 的海水淡化技术应用相对较少，主要是一些小规模的反渗透纯水厂；近年来与发 电厂相结合的热法蒸馏淡化技术逐渐开始推广，主要集中在沿海工业城市【4 】。 海水淡化大体上可分为两大类：一类是热方法，以热源为驱动将海水蒸馏的 过程，如多级闪蒸( m s f ) 、多效沸腾( m e d ) 、蒸汽压缩法( v c ) ；另外一类是 膜方法，以电能或压力为驱动的渗透反渗透过程，如电渗析( e d ) 、反渗透法 ( r o ) 。除此之外，还有冷冻法、溶剂萃取法、水合物法、离子交换法、露点蒸 发法等等，其中反渗透法、多级闪蒸、低温多效、压汽蒸馏法已实现工业化。 ( 1 ) 反渗透法( r c v e r s eo s m o s i s ) 反渗透海水淡化技术是目前发展最为迅速，且市场占有率最高的淡化技术， 目前广泛应用于海水淡化、水质净化等领域。反渗透技术的关键是半透膜，如图 1 1 所示，通过对海水施加压力，使得水分子通过半透膜，水中的矿物质无法通 过半透膜，这样就将水和盐类分离开来，这一过程称为反渗透。 2 山东大学硕士学位论文 纯水 废水 纯水 重盒一悬浮病毒体 竿扣 ki 秘 。 。嘲厂”“”“一“一。_ 图1 1 反渗透技术 反渗透技术发明于1 9 5 3 年，它与之前的蒸馏法淡化截然不同，1 9 8 0 年在解 决了反渗透膜的寿命、水质前处理等复杂难题后，反渗透技术一跃成为海水淡化 技术的中坚力量，一些小型净水装置也多采用反渗透技术。反渗透技术的优点在 于能耗少，其能耗约1 4 4 l ( j l ( g ，远低于普通热法淡化技术。但反渗透依然存在一 些不足，由于反渗透膜只允许水分子通过，在半透膜另一侧容易积聚盐类导致结 垢，因而需要定期更换，且海水预处理过程复杂，设备维护量较大。 ( 2 ) 多级闪蒸( m u l t i 蚰a g ef l a s h ) 多级闪蒸技术工业化应用较早，1 9 5 7 年即开始在科威特使用，多级闪蒸在 海湾地区的占有率一度达到8 0 ，其主要特点在于解决了当时困扰热法淡化技术 存在的蒸发面结垢难题。它通过降低蒸发室内的气压，使得进入蒸发室内的热海 水直接达到沸点汽化，由于其没有加热面，蒸发过程主要发生在海水表面，海水 的矿物质不易在蒸发室内积聚，较好的解决了蒸发室结垢问题，它可以在较高的 温度下运行而不结垢；采用多级能量回收的技术也使得它