海水淡化及其应用.ppt.ppt

海水淡化及其应用 concept applicationsofdesalination 内容提要 1 全球及中国淡水资源现状2 施行海水淡化的必要性及紧迫性3 海水淡化技术4 海水淡化的发展状况及趋势 1 全球及中国淡水资源现状 据专家估计 地球上的13 86亿立方公里水资源总量中 其中96 7 的水集中在海洋里 目前还无法直接利用 而大陆上只占地球上水量的3 3 所有淡水资源总储量中的85 集中在冰盖和冰川中 在现阶段也难以利用 地球上实际上能为人类开发利用的水资源主要是河流径流和地下淡水 地下水占地球淡水总量的22 6 为8600万亿吨 但一半的地下水资源处于800m以下的深度 难以开采 河流和湖泊占地球淡水总量的0 6 为230万亿吨 目前能够为人类开采利用的河流径流和地下淡水一般只能达到40 也就是说 我们实际可以利用的淡水少之又少 1 1全球淡水资源的现状 约占世界人口总数40 的80个国家和地区淡水不足 其中26个国家约3亿人极度缺水 更可怕的是 预计到2025年 世界上将会有30亿人面临缺水 40个国家和地区淡水严重不足 2009 03联合国发布 世界水资源开发报告 强调 地下水用量占总用水量的20 并且还在迅速增长 干旱地区尤其如此 20世纪地下水的利用量增长了5倍 报告认为 水在粮食生产中必不可少 且农业耗水量居首 估计约占总耗水量的70 报告还指出 目前世界人口约为66亿 每年以800万的速度增长 照此计算 每年增加的淡水需求量约为640亿m 1 2 中国淡水资源的现状 中国水资源总量为2 8万亿m 其中地表水2 7万亿m 地下水0 83万亿m 由于地表水与地下水相互转换 互为补给 扣除两者重复计算量0 73万亿m 即与河川径流不重复的地下水资源量约为0 1万亿m 目前全国600多个城市中 400多个缺水 其中100多个严重缺水 我国多年平均降水总量为6 2万亿m 除通过土壤水直接利用于天然生态系统与人工生态系统外 可通过水循环更新的地表水和地下水的多年平均水资源总量为2 8万亿m 水资源总量居世界第六位 仅次于巴西 俄罗斯 加拿大 美国和印度尼西亚 按1997年人口统计 我国人均水资源总量为2300m 上下 人均占有量仅有世界平均数的 居世界第128位 中国未来各水平年需水情况表 单位 亿立方米 2 1 什么是海水淡化 desalination 海水淡化就是除去海水中的盐分以获得淡水的工艺过程 亦称海水脱盐 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 修建水利设施 跨流域调水 生产生活节水 循环利用水和海水淡化等 与其他途径相比 海水淡化具有多方面优势 海水淡化可以从增量上缓解水资源短缺问题 海水储量巨大 获取成本为零 无需向任何一方付费 海水资源是无国界的 海水淡化生产稳定性强 受原料供应和自然气候条件影响很小 淡化水的水质纯净 2 施行海水淡化的必要性及紧迫性 地球上97 以上的水是人类难以直接利用的海水 人类在面临陆上淡水紧缺和物质资源不断的威胁下 开发利用海水资源和其中3 5 的矿物资源是发展的必然趋势 2 2 施行海水淡化的必要性及紧迫性 3 1 海水淡化方法 海水淡化 将海水中的盐分和水分进行分离 生产生活或工业用水的过程 其主要方法如下 图3海水淡化方法 3 海水淡化技术 3 2 蒸馏法海水淡化技术 蒸馏法是通过加热海水使之沸腾汽化 再把蒸汽冷凝成淡水的方法 其特点是即使在污染严重 高生物活性的海水环境中也适用 产水纯度高 与膜法海水淡化技术相比 蒸馏法具有可利用电厂和其他工厂的低品位热 对海水水质要求低 装置的生产能力大等优点 3 2 1 多效蒸发技术multi effectdistillation 多效蒸发 med 是在多级闪蒸以前最古老的淡化方法之一 是由单效蒸发组成的系统 即将前一蒸发器产生的二次蒸汽引入下一蒸发器作为加热蒸汽 并在下一有效蒸发器中冷凝成蒸馏水 如此依次进行 以竖管降膜多效蒸发为例 图4为该工艺流程 从冷凝器后分流出来的原料海水经过预处理后 由泵依次送入预热器进行预热 然后进入第1效蒸发器的顶部 并按要求分配到传热管的内壁 管外为加热蒸汽 蒸发出来的二次蒸汽同下降的盐水在分离室中实现汽液分离 二次蒸汽经过除沫器后引至下一效加热 剩下的盐水则因两效间的压差作用而流入下一效蒸发器 各效所生成的蒸馏水也沿压力温度降低的方向流经各效管间 同时回收热量 直到最后的冷凝器 形成产品水抽出 最后的浓盐水从末端dn的底部排出 筑龙给排水 图4竖管降膜多效蒸发流程 图6ide公司维京群岛工程 3 2 2 多级闪蒸技术multi stageflash 闪蒸是指一定温度的水在环境压力低于该温度所对应的饱和蒸汽压时发生的骤然蒸发现象 闪蒸后的水温度降低以使其饱和蒸汽压与环境压力平衡 多级闪蒸 msf 就是利用此原理 使加热至一定温度的盐水依次在一系列压力逐渐降低的容其中闪蒸汽化 蒸汽冷凝后得到淡水的过程 该方法是在多效蒸馏的基础上发展而来的 相比多效蒸馏法多级闪蒸减少了垢的形成 由于多级闪蒸法得到淡水价格相对反渗透法的低 所以在全世界还有很多国家和地区使用该种方法 但是该方法只能用于海水淡化 并不适用于苦咸水淡化 图7多级闪蒸技术流程 3 3 反渗透技术 反渗透法 ro 通常又称超过滤法 是1953年才开始采用的一种膜分离淡化法 该法是利用只允许溶剂透过 不允许溶质透过的半透膜 在外加压力作用下将海水与淡水分隔开的 由于它和自然渗透的方向相反 故称为反渗透 reverseosmosis reverseosmosis reverseosmosis reverseosmosis reverseosmosis reverseosmosis reverseosmosis reverseosmosis 反渗透海水淡化过程不发生相变化 是最节能的海水淡化方法 其能耗仅为电渗析法的1 2 蒸馏法的1 40 设备简单 效率高 占地面积小 操作方便 控制容易 设备投资低 建设周期短 其主要缺点是对进水水质要求较高 与蒸馏法相比 反渗透法具有以下突出的优点 图8ro海水淡化流程图 4 海水淡化的发展状况及趋势 一 海水淡化已成为解决全球水海水淡化水在一些沿海缺水国家和地区的经济和社会发展中发挥了重要作用 以色列70 的饮用水源来自于海水淡化水 2005年日产海水淡化水量达73 8万m 阿联酋饮用水主要依赖海水淡化水 2003年日产海水淡化水量达546 6万m 意大利西西里岛500万居民 2005年日产海水淡化水量为13 5万m 约占全部可饮用水源的15 20 目前全球海水淡化的市场年成交额已达到数十亿美元 从国际看 大规模海水淡化应用已有成功实践 目前 沙特 以色列等国家70 的淡水资源来自海水淡化 美国 日本 西班牙等国家为保护本国淡水资源也竞相发展海水淡化产业 2008年 全球海水淡化工程总投资额达248亿美元 且每年以20 30 的速度递增 2015年预计将达到564亿美元 世界海水淡化总产量达6348万吨 日 海水冷却水年用量超过7000亿吨 海水制盐6000万吨 年 镁260万吨 年 溴素50万吨 年 从国内看 近年来海水淡化和综合利用事业取得了长足发展 2009年 全国海水淡化的实际产水量已经达到42 5万吨 日 全国目前在建和待建的海水淡化工程有30多项 全部建成后海水淡化规模将达到195 8万吨 日 二 海水淡化技术日趋成熟 淡化规模不断扩大 成本不断降低多级闪蒸 msf 多效蒸发 med 和反渗透 ro 是当今海水淡化三大主流技术 多级闪蒸技术成熟 运行可靠 主要发展趋势为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 多效蒸发技术由于节能的因素 近年发展迅速 装置的规模日益扩大 成本日益降低 主要发展趋势为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 反渗透技术发展很快 工程造价和运行成本持续降低 主要发展趋势为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 增强系统抗污染能力等 三 水电联产 热膜联产等多种技术集成是海水淡化技术主要发展趋势水电联产主要是指海水淡化水和电力联产联供 由于海水淡化成本在很大程度上取决于消耗电力和蒸汽的成本 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 从而实现能源高效利用和降低海水淡化成本 国外大部分海水淡化厂都是和发电厂建在一起的 是目前大型海水淡化工程的主要建设模式 热膜联产主要是采用热法和膜法海水淡化相联合的方式 即med ro或msf ro方式 满足不同用水需求 降低海水淡化成本 目前 世界上最大的热膜联产海水淡化厂是阿联酋富查伊拉海水淡化厂 日产海水淡化水量为45 4万m 其中 msf日产水28 4万m ro日产水17万m 其优点是 投资成本低 可共用海水取水口 ro和med msf装置淡化产品水可以按一定比例混合满足各种各样的需