海水淡化的常用方法

1、常用的海水淡化方法Commondesalinationmethods摘要：本文介绍了目前海水淡化的主流方法与工艺：多级闪蒸。低温多效蒸储和反渗透发。并对各个工艺的淡化原理、工艺流程及技术发展。分析了闪蒸室内的基本平衡方程以及影响淡水产量的因素以及低温多效海水淡化技术的发展趋势，并介绍了反渗透海水淡化技术的特点和反渗透海水淡化装置。Abstract:Thispaperintroducesthemainmethodandprocessofseawaterdesalination:multi-stageflashevaporation.Lowtemperaturemulti-effectdistil

2、lationandreverseosmosis.Thedesalinationprinciple,processflowandtechnologydevelopmentofeachprocessarealsodiscussed.Thebasicequilibriumequationinflashchamber,thefactorsaffectingfreshwaterproductionandthedevelopmenttrendoflowtemperaturemulti-effectseawaterdesalinationtechnologyareanalyzed.Thecharacteri

3、sticsofreverseosmosisseawaterdesalinationtechnologyandreverseosmosisseawaterdesalinationdeviceareintroduced.关键词：海水淡化反渗透蒸储因素特点KeyWords：SeawaterdesalinationReverseosmosisDistillationFactorCharacteristic海水淡化技术主要有热法和膜法两大类。热法包括多级闪蒸和低温多效蒸储，优点是水质好，并可利用工厂余热或低品位热源，主要用于提供锅炉补给水和工艺纯水，低品位蒸汽或余热可利用于电力、钢铁、石化等企业。膜法是

4、发展反渗透膜海水淡化，在膜法海水淡化方面，随着大型化和超大型化海水淡化工程的实施，与之相应的取水、预处理、膜系统布局、膜与膜组件、能量回收等方面也将开展新的研究；其中反渗透海水膜、高压泵、能量回收装置、反渗透膜压力容器、海水预处理连续膜过滤组器等取得明显进步；膜通量从发展初期到目前增加了近40%,脱盐率由99.2%提升至99.7%;更值得一提的是，能量回收装置的应用和不断改进使能耗大幅降低，新一代正位移式能量回收装置的回收效率达94%以上。目前，反渗透海水淡化投资大约在60008000元/m3,综合产水成本约为56元/m3。无论是热法还是膜法都朝着大型化、高效率、低成本的方向发展。多级闪蒸工艺

5、介绍1多级闪蒸海水淡化的原理与流程多级闪蒸的原理是以闪蒸原理为基础，使加热后的海水依次流经若干个压力逐渐降低的闪蒸室，由于闪蒸室压力对应的饱和温度低于海水温度，海水由最初的状态变成了过热态。从而剧烈沸腾蒸发，温度降低。将每级闪蒸室所产生的闪蒸蒸汽冷凝，冷凝后即为所需的淡水，多级闪蒸海水淡化较单级闪蒸海水淡化而言能产更多的淡水。多级闪蒸海水淡化系统的工作流程：进料海水经过预处理后，首先作为热排放单元的冷却水，冷却完毕后，大部分海水排入大海，小部分作为进料海水（补给海水）从热排放单元末级闪蒸室流入热网回收单元末级闪蒸室上部，沿着与闪蒸海水相反的流动方向作为冷却水流至热回收单元第一级闪蒸室，从第一级

6、闪蒸室出来后进入盐水加热室，经盐水加热室加热后的循环海水热回收单元第一级闪蒸室下部流入开始闪蒸。2多级闪蒸海水淡化的技术进展多级闪蒸海水淡化是针对多效蒸发海水淡化结垢和腐蚀较为严重的缺点而兴起的。多级闪蒸海水淡化技术起步于20世纪60年代初。该技术的成功运用使得蒸储法海水淡化技术在工业领域迈出了一大步。3多级闪蒸海水淡改进当前多级闪蒸海水淡化1吨淡水产量需消耗3.5kWh44kWh的动能消耗，消耗偏大。目前，现有的多级闪蒸海水淡化装置每级闪蒸室产生的闪蒸蒸汽直接在本级上部的冷凝室中冷凝成淡水，潜热没有得到充分的利用，如果将闪蒸蒸汽通人下一级闪蒸室中用来加热循环盐水，不仅可以充分的利用闪蒸蒸汽的

7、潜热，同时闪蒸蒸汽冷凝为淡水。该改进方法如图所示。经过改进后发现：改进后的多级闪蒸海水淡化装置的造水比比原有的多级闪蒸海水淡化装置提高了42.6%.(a)原有的多级闪蒸海水淡化装置(b)改进后的多级闪蒸海水淡化装置图：原有的与改进后的多级闪蒸海水淡化装置4基本平衡方程进人闪蒸室的加热海水在低压环境中闪蒸，一部分闪蒸为闪蒸蒸汽，冷凝后即为淡水，另一部分未闪蒸的海水进人下一级压力更低的闪蒸室继续闪蒸。以单独一级的闪蒸室作为研究标准，在闪蒸室液位高度一定的情况下，海水淡化淡水产量的计算主要依据质量守恒和能量守恒。进人闪蒸室的总质量应等于离开闪蒸室的总质量，根据质量守恒定律可MI=MO+MV(1)式(

8、1)中，MI为加热海水流量，t/h;MO离开闪蒸室白海水流量，t/h;MV%闪蒸蒸汽量(淡水产量)，t/h.进人闪蒸室的总能量应等于离开闪蒸室的总能量，根据能量守恒定律可得：mihi=moho+mihv(2)式(2)中，hi为加热海水始，kJ/kg；ho为离开闪蒸室的海水始，kJ/kg；hv为闪蒸蒸汽始，kJ/kg。闪蒸效率是衡量淡水产量的一个重要参数。将式(1)代人式(2)中，得到：mihi=mvhv+(mi-mv)ho整理后得:二看叫(4)可见，闪蒸效率与加热海水始、离开闪蒸室的海水始和闪蒸蒸汽燃有关。5影响多级闪蒸海水淡化淡水产量的因素大量的研究表明，影响淡水产量的因素主要有：海水过热度

9、、闪蒸室压力以及闪蒸室液位高度。海水过热度对淡水产量的影响最为明显，当闪蒸室压力以及闪蒸室液位高度一定时，过热度可以激活水中的活化分子，促进闪蒸罐壁面上凹坑处形成汽化核心，随着过热度越来越大，汽泡便形成了，而这些汽泡在上升过程中又加大了水体的扰动，进一步促进了闪蒸的进行。当海水过热度以及闪蒸室液位高度一定时，闪蒸室压力越高，海水温度越高，其表面张力、黏度越小，蒸发潜热下降，有利于液体中汽泡的形成，提高了淡水产量。当海水过热度以及闪蒸室压力一定时，闪蒸室液位高度越高，海水在闪蒸室内停留的时间也就越长，有更多的时间完成闪蒸，但随着闪蒸室液位高度的升高，带来的问题却是闪蒸室液体底部受到的静压升高，其

10、压力对应的饱和温度高于闪蒸室汽空间的温度，有效过热度被削减，因此，多级闪蒸海水淡化系统中闪蒸室液位不宜过高。低温多效蒸储工艺介绍1低温多效海水淡化技术原理所谓低温多效海水淡化技术是指盐水的最高蒸发温度约70C的海水淡化技术，其特征是将一系列的水平管降膜蒸发器串联起来并被分成若干效组，用一定量的蒸汽输入通过多次的蒸发和冷凝，从而得到多倍于加热蒸汽量的蒸储水的海水淡化技术。海水首先进入冷凝器中预热、脱气，而后被分成两股物流。一股作为冷却水排回大海，另一股作为蒸储过程的进料。进料海水加入阻垢剂后被引入到蒸发器的后几效中。料液经喷嘴被均匀分布到蒸发器的顶排管上，然后沿顶排管以薄膜形式向下流动，部分水吸

11、收管内冷凝蒸汽的潜热而蒸发。二次蒸汽在下一效中冷凝成产品水，剩余料液由泵输送到蒸发器的下一个效组中，该组的操作温度比上一组略高，在新的效组中重复喷淋、蒸发、冷凝过程。剩余的料液由泵往高温效组输送，最后在温度最高的效组中以浓缩液的形式离开装置。生蒸汽被输入到第一效的蒸发管内并在管内冷凝，管外海水产生与冷凝量基本等量的二次蒸汽。由于第二效的操作压力要低于第一效，二次蒸汽在过汽液分离器后，进入下一效传热管。蒸发、冷凝过程在各效重复，每效均产生基本等量的蒸储水，最后一效的蒸汽在冷凝器中被海水冷凝。第一效的冷凝液返回蒸汽发生器，其余效的冷凝液进入产品水罐，各效产品水罐相连。由于各效压力不同使产品水闪蒸，

12、并将热量带回蒸发器。这样，产品水呈阶梯状流动并被逐级闪蒸冷却，回收的热量可提高系统的总效率。被冷却的产品水由产品水泵输送到产品水储罐。这样生产出来的产品水是平均含盐量小于5rag/1的纯水。浓盐水从第一效呈阶梯状流入一系列的浓盐水闪蒸罐中，过热的浓盐水被闪蒸以回收其热量。经过闪蒸冷却之后的浓盐水最后经浓盐水泵排回大海。不凝气从每一效的冷凝管中抽出，最后在冷凝器富集，由真空泵抽出。2低温多效的特点及技术经济分析低温多效蒸储海水淡化技术的特点如下。(1)由于操作温度低，避免或减缓了设备的腐蚀和结垢。(2)进料海水的预处理简单。海水进入低温多效装置之前只需经过筛网过滤和加入5mg71左右的阻垢剂即可

13、，而多级闪蒸必须进行加酸脱气处理，反渗透的预处理要求更高。(3)系统的操作弹性大。在高峰期，该淡化系统可以提供设计值110%的产品水；而在低谷期，该淡化系统可以稳定地提供额定值40%的产品水。(4)系统的动力消耗小。低温多效系统用于输送液体的动力消耗很低，产品水的动力消耗只有0.91.2kwh/m3左右。(5)系统的热效率高。30余度的温差即可安排12以上的传热效数，从而达到10左右的造水比。(6)系统的操作安全可靠。在低温多效系统中，发生的是管内蒸汽冷凝而管外液膜蒸发，即使传热管发生了腐蚀穿孔而泄漏，由于汽侧压力大于液膜侧压力，浓盐水绝对不会流到产品水中，充其量只会产生蒸汽的少量泄漏而影响造

14、水量。(7)低温多效海水淡化出水水质好，产品水的含盐量小于5mg/l。达到如此高的水质，必须采用两级反渗透。(8)低温多效蒸储的产品水为脱氧水，反渗透产品水为含氧水。3低温多效海水淡化的应用低温多效蒸储海水淡化技术，可利用电厂、化工厂或低温核反应堆提供的低品位蒸汽，将海水多次蒸发和冷凝达到较高的造水比(10左右)，特别适合于利用低位余热的大中型海水淡化使用。低温多效蒸储海水淡化技术生产的蒸储水纯度极高(盐度5mg/L),可作为锅炉的补充用水、生产过程的工艺用水或者大规模的市政饮用水供水。该技术在国外已有20多年的发展历史，目前最大装置产量为25000t/d,已有数百台1000t/d以上的装置在

15、世界各地运行。低温多效蒸储海水淡化技术以明显的技术优势及装置组合的灵活性，使它可以利用各种形式的低位热源，目前成功的运行方式有以下几种。(1)和火力发电厂结合，水电联产；(2)利用柴油发电机的热量；(3)利用工业冷却水、工业废气造水；(4)利用太阳能、地热造水。反渗透工艺介绍1反渗透的基本原理渗透现象早在1748年就由一位名叫阿倍？诺伦特的科学家发现：如果两种不同含盐量的液体用半透膜把它们隔开，那么低盐度腔处的水分子会穿过半透膜向高盐度腔运动，这个过程被称为“渗透”。2反渗透海水淡化技术应用现状国外早在20世纪40年代就开始了反渗透技术的研究，从试验到生产，主要用于海水淡化、纯水制备等领域。到

16、80年代，反渗透技术在各个领域得到广泛应用。国外舰船上也大量采用了反渗透技术进行海水淡化。在国内，虽然反渗透技术已经在某些领域得到了一定的应用，但是由于起步较晚，使得反渗透技术在舰船上的应用受到限制，所以，目前舰船上所用的纯水绝大多数还都是蒸储法生产的，反渗透海水淡化技术还没有得到普遍应用，但是由于反渗透海水淡化方法具有其他方法无法比拟的优点，已经越来越受到重视，目前已有反渗透海水淡化装置装船实际使用。3反渗透海水淡化技术的特点反渗透海水淡化技术相比其他海水淡化方法具有明显的特点和优势：1、在常温、没有发生相变化的条件下，可对溶质与水进行分离。因此可避免由于热而产生的被处理液中溶质的变性、水垢

17、化和材料腐蚀等问题。2、水和溶质分离过程没有相的变化，所以淡化所需的能量很少。根据大型海水淡化工程计算，海水淡化能耗仅为2.6kWh/rn3,再加上预处理等耗能，海水淡化的总能耗约为2.83kWh/rn3。（3）反渗透技术是膜分离技术的一种，它不仅可以脱盐，使电导率达到使用要求，而且由于反渗透膜的孔径很小，只有010x10-10m,细菌、病毒等都很难通过反渗透膜，可以除去水中的微量有机物及微粒，因此用反渗透法制得的产品水可达到宜饮水的品质，因而其价值较高。3、以压力为分离的原动力，设备结构紧凑，体积小，单位体积产水量高，占地面积小，同时操作简单，自动化程度高。4、反渗透海水淡化装置反渗透海水淡化装置主要包括海水供给及预处理设备、海水高压泵、反渗透膜组、压力调节阀、管路及附件、监控设备等。反渗透海水淡化装置图（五）反渗透膜海水淡化技术流程实际上，一个大型的海水淡化项目往往是一个非常复杂的系统工程。就主要工艺过程来说，包括海水预处理、淡化（脱盐）、淡化水后处理等。其中预处理是指在海水进入起淡化功能的装置之前对其所作的必要处理，如杀除海生物，降低浊度、除掉悬浮物（对反渗透法），或脱气（对蒸储法），添加必要的药剂等；脱盐则是通过上列的某一种方法除掉海水中的盐分，