海水淡化技术发展

海水淡化技术发展海水淡化技术发展 梁孟林 0911520205 环境 092 摘要摘要 介绍海水淡化的处理方法 主要介绍蒸馏法和反渗透法 并对各项技术 进行比较 介绍中国海水淡化进展 关键词 关键词 海水淡化 多级内蒸法 多效蒸馏法 反渗透法 亚海水 1 海水淡化技术 海水淡化 sea water desalination 又被称为海水脱盐 也就是从海水中 获取淡水的技术和过程 从海水中取出淡水或者除去海水中的盐分 都可以达 到淡化的目的 从这两条路线出发 海水淡化分为两类 采用从海水中分离淡 水的方法又可分为蒸馏法 冷冻法 反渗透法和水合物法 后者则包括电渗析法 和离子交换法 目前得到大规模商业应用的是反渗透法和蒸馏法 2 反渗透法和基本原理 反渗透 Reverse Osmosis 它所描绘的是一个自然界中水分自然渗透过程 的反向过程 原理 1 氢键理论 氢键理论最早是由雷德 Reid 等提出的 也叫孔穴 式与有序式扩散 hole type alignment type diffusion 理论 是针对乙酸纤 维膜提出的模型 此模型认为当水进入乙酸纤维膜的非结晶部分后 和羧基的 氧原子发生氢键作用而构成结合水 这种结合水的结合强度取决于膜内的孔径 孔径越小结合越牢 由于牢固的结合水把孔占满 故不与乙酸纤维膜以氢键结 合的溶质就不能扩散透过 但与膜能进行氢键结合的离子和分子 如水 酸等 却能穿过结合水层而有序扩散通过 2 优先吸附 毛细孔流理论 该理论是 索里拉金 Sourirajan 在 Gibbs 吸附方程的基础上提出的 他认为在盐水溶液 和聚合物多孔膜接触的情况下 膜界面上有优先吸附水而排斥盐的性质 因而 形成一负吸附层 它是一层已被脱盐的纯水层 纯水的输送可通过膜中的小孔 来进行 纯水层厚度既与溶液的性质 如溶质的种类 溶液的浓度等 有关 也 与膜的表面化学性质有关 索里拉金认为孔径必须等于或小于纯水层厚度的二 倍 才能达到完全脱盐而连续地获得纯水 但在膜孔径等于纯水层厚度二倍时 工作效率最高 根据膜的吸附作用有选择性 可以推知膜对溶质的脱除应有选 择性 特点 反渗透方法可以从水中除去 90 以上的溶解性盐类和 99 以上的胶 体微生物及有机物等 尤其以风能 太阳能作动力的反渗透净化苦咸水装置 是 解决无电和常规能源短缺地区人们生活用水问题的既经济又可靠的途径 反渗 透淡化法不仅适用于海水淡化 也适合于苦咸水淡化 现有的淡化法中 反渗透 淡化法是最经济的 它甚至已经超过电渗析淡化法 由于反渗透过程的推动力是 压力 过程中没有发生相变化 膜仅起着 筛分 的作用 因此反渗透分离过程所 需能耗较低 在现有海水和苦咸水淡化中 反渗透法是最节能的 反渗透膜分离 的特点是它的 广谱 分离 即它不但可以脱除水中的各种离子 而且可以脱除 比离子大的微粒 如大部分的有机物 胶体 病毒 细菌 悬浮物等 故反渗透 分离法又有广谱分离法之称 3 蒸馏法 蒸馏法虽然是一种古老的方法 但由于技术不断的改进与发展 该法至今仍 占统治地位 整流淡化过程的实质就是水蒸汽的形成过程 3 1 多级内蒸法 多级闪急蒸馏法 MSF 简称多级闪蒸法 原理为 将原料海水加热到一定 温度后引入闪蒸室 由于该闪蒸室中的压力控制在低于热盐水温度所对应的饱 和蒸汽压的条件下 故热盐水进入闪蒸室后即成为过热水而急速地部分气化 从而使热盐水自身的温度降低 所产生的蒸汽冷凝后即为所需的淡水 多级闪 蒸就是以此原理为基础 使热盐水依次流经若干个压力逐渐降低的闪蒸室 逐 级蒸发降温 同时盐水也逐级增浓 直到其温度接近 但高于 天然海水温度 多级闪蒸是针对多效蒸发结垢较严重的缺点而发展起来的 具有设备简单可 靠 防垢性能好 易于大型化 操作弹性大以及可利用低位热能和废热等优点 因此一经问世就得到应用和发展 多级闪蒸法不仅用于海水淡化 而且已广泛 用于火力发电厂 石油化工厂的锅炉供水 工业废水和矿井苦咸水的处理与回 收 以及印染 造纸工业废碱液的回收等 多级闪蒸是海水淡化工业中最成熟的技术 运行安全性最高 弹性大 适合 于大型和超大型淡化装置 并主要在海湾国家使用 多级闪蒸总是与火力电站 联合运行 以汽轮机低压抽汽作为热源 国内 在 2003 年 青岛等地通过采用 具有完全知识产权的海水淡化装置进行海水淡化 取得了很好的社会经济效益 当时国内设备的日处理量为 3000 吨 日 在 2005 年 国内能生产出日处理量为 5000 吨 日的淡化设备 如今 日处理量为 10000 吨 日的设备已经建成并准备 运行 国际方面 日产 60000 吨淡水的单机已投入商业运行 日产 160000 吨淡 水的装置正在设计中 这些都是世界上规模最大的海水淡化装置 目前 法国 Sidem 公司 以色列 IDE 公司 新加坡凯发公司和华欧集团海水 淡化有限公司等各大企业都有应用此项目 3 2 多效蒸馏法 原理 将一系列的水平管喷淋降膜蒸发器串联起来 蒸汽进入第一效蒸发器 与进料海水热交换后 冷凝成淡化水 海水蒸发 蒸汽进入第二效蒸发器 并 使几乎同量的海水以比第一效更低的温度蒸发 自身又被冷凝 这一过程一直 重复到最后一效 连续产出谈化水 多效蒸馏分为低温和高温多效蒸馏 高温多效蒸馏可安排更多的传热效数 以达到较高的造水比 其热效率较高 但是 头几效盐水的蒸发温度较高 传 热管易结垢且腐蚀速度快 因而对设备的材料要求高 需频繁清洗设备 对海 水预处理要求也高 针对高温多效蒸馏的缺点 发展了低温多效蒸馏技术 其 特点是盐水的蒸发温度不超过 70 减缓了设备的腐蚀和结垢 并得到 10 左 右的造水比 同时由于使用了较低价的传热材料 使得同样的投资规模可以安 排更多的传热面积 4 国内海水淡化技术 鉴于国外的发展趋势及国内沿海地区海水淡化方法的应用实情 经过膜法与 蒸馏法海水淡化的技术经济对比分析 认为在我省发展海水淡化 不管是作为 城镇用水还是作为电厂锅炉补给水 采用反渗透海水淡化方法均比其他海水淡 化有优势 亚海水 顾名思义 亚海水就是处于海水与淡水之间的一种水源 亚海水的含 盐量远小于海水 海水的含盐量通常在 30000mg L 而亚海水就是处于海水和 淡水之间 亚海水的含盐量高于单水的 1 低于海水的 3 其电导率 咸度 一般在 3000 8000 之间 而海水的电导率 30000 40000 之间 也就是说 亚海水的电导率仅为海水电导率的 1 10 1 5 之间 亚海水水源电导率虽然远 远低于海水的电导率但是也不能直接作为饮用水水源而利用 如果对亚海水水 源进行淡化处理来获得淡水 由于它的电导率低 制水成本就会大幅度下降 亚海水的形成主要有两种 一种是沿海的江河口水域的水因受潮水影响 成为 低盐度的亚海水 另一种是沿海滩涂水库里的水 而这两种地方的水水质具有 浊度低 含盐量低 藻类有机物含量高 微生物细菌含量高的特点 与海水相 比 虽然含盐量减小了 但是由于藻类 微生物细菌对反渗透膜的污染 也大 大增加了亚海水淡化的处理成本 由此 我们想到可以利用水厂的常规工艺对 亚海水进行预处理 去除亚海水中的藻类 微生物细菌等会污染反渗透膜的物 质 然后再经反渗透膜进行脱盐处理 这样可以大大降低亚海水淡化处理成本 我们国家有着丰富的亚海水资源 如果能合理的开发利用 可以大大缓解我国 沿海地区水资源短缺的问题 参考文献 1 周洪军 我国海水利用业发展现状