节水技术第七、八章

1、2021/7/41 雨水利用雨水利用对天然降水进行收集、存蓄并加以利用对天然降水进行收集、存蓄并加以利用。7.1 7.1 雨水利用雨水利用方式方式:1. 直接设置收集雨水的集流面直接设置收集雨水的集流面,把集流面上的雨水通过集把集流面上的雨水通过集水槽、管收入蓄水器水槽、管收入蓄水器(置于地上或地下的罐或窖置于地上或地下的罐或窖) 中进中进行储存以备利用行储存以备利用; 2. 采取措施促进雨水的渗透采取措施促进雨水的渗透,回灌、补充地下水回灌、补充地下水,调节地调节地下水的采补平衡。下水的采补平衡。 2021/7/42一、城市雨水利用一、城市雨水利用1. 有利于增加可供水量有利于增加可供水量

2、2. 有利于控制城市雨洪有利于控制城市雨洪 3. 有利于控制非点源污染有利于控制非点源污染 4. 有利于回灌城市地下水有利于回灌城市地下水 5. 具有生态意义和经济效益具有生态意义和经济效益 可起到调节气候、净化空气、增进城市绿化、遏制城市热可起到调节气候、净化空气、增进城市绿化、遏制城市热岛效应等作用岛效应等作用,改善城市生态环境。改善城市生态环境。 经济效益经济效益:一节省巨额的市政排水投资一节省巨额的市政排水投资;二节省市政、用水单二节省市政、用水单位和居民用水开支。位和居民用水开支。 三有良好的产业前景三有良好的产业前景,能形成新的经济能形成新的经济增长点。增长点。 （一）城市雨水利用

3、的作用（一）城市雨水利用的作用2021/7/431. 必要性必要性 我国城市化发展势头强劲我国城市化发展势头强劲,城市雨水具有利害双重性城市雨水具有利害双重性,雨雨水利用是兴利除害、保障城市水安全的需要。水利用是兴利除害、保障城市水安全的需要。 2. 可行性可行性 (1)水量方面水量方面雨水水量可观。雨水水量可观。(2)水质方面水质方面雨水矿化度低雨水矿化度低,水质优于污水的水质。水质优于污水的水质。(3)技术方面技术方面多国实践证明多国实践证明,屋面雨水利用、下凹式屋面雨水利用、下凹式 绿绿地雨水利用、土壤入渗、道路小区和广场雨水利用、地雨水利用、土壤入渗、道路小区和广场雨水利用、雨水收集回

4、用等模式都是可行的。雨水收集回用等模式都是可行的。 （二）城市雨水利用的必要性和可行性（二）城市雨水利用的必要性和可行性2021/7/44（三）城市雨水利用的现状及发展趋势（三）城市雨水利用的现状及发展趋势1. 1. 现状现状 20世纪世纪80年代初期年代初期,由于全球范围内的水资源危机由于全球范围内的水资源危机,世界各地掀起了雨水利用的高潮世界各地掀起了雨水利用的高潮,国际雨水集流系统协国际雨水集流系统协会会IRCSA(International Rainwater Catchment systems Association) 应运而生。应运而生。19822009年间年间,该协会已在该协会已

5、在世界各地召开了世界各地召开了14次国际雨水收集大会。次国际雨水收集大会。 (1) 日本日本 在楼顶集雨修建空中花园在楼顶集雨修建空中花园; 修建地表、地下的蓄洪池修建地表、地下的蓄洪池,将雨水作为城市杂用水将雨水作为城市杂用水; 修建渗井、渗沟、渗池等将地面径流就地渗入地下。修建渗井、渗沟、渗池等将地面径流就地渗入地下。 2021/7/45 (2) 德国德国是欧洲开展雨水利用工程最好的国家之一。是欧洲开展雨水利用工程最好的国家之一。 德国的城市雨水利用可分为两大类德国的城市雨水利用可分为两大类: a. a. 家庭房屋屋顶雨水集蓄利用系统家庭房屋屋顶雨水集蓄利用系统 利用房屋屋顶作为雨水集流面

6、利用房屋屋顶作为雨水集流面,将雨水导入设置于房屋将雨水导入设置于房屋外或半地下室的水池中外或半地下室的水池中,每个水池容积每个水池容积35m3。储存于水池。储存于水池的雨水通过管道和小型水泵输水系统用作家庭杂用水。当的雨水通过管道和小型水泵输水系统用作家庭杂用水。当雨水集蓄池中存水用完时雨水集蓄池中存水用完时,可自动和原有供水系统连接。当可自动和原有供水系统连接。当水池已装满时水池已装满时,雨水可自动溢流雨水可自动溢流,排入小区排水系统。排入小区排水系统。 b. b. 公共建筑和绿地等集蓄和导渗系统公共建筑和绿地等集蓄和导渗系统 公共建筑集蓄入渗回补系统规模相对较大公共建筑集蓄入渗回补系统规模

7、相对较大,将公共建筑将公共建筑或铺装地面的雨水集蓄于地下水池或铺装地面的雨水集蓄于地下水池,容积一般在容积一般在100m3以上以上,蓄水池顶部有溢流口蓄水池顶部有溢流口,当暴雨入流超过蓄水容量当暴雨入流超过蓄水容量,可排入城市可排入城市河道或洼地。河道或洼地。 2021/7/46（a）柏林居民的雨水收集装置）柏林居民的雨水收集装置 （b）品种齐全的雨水利用产品）品种齐全的雨水利用产品德国的家庭雨水收集利用装置及产品德国的家庭雨水收集利用装置及产品2021/7/47 (3) 美国美国 美国的雨水利用以提高天然入渗能力为宗旨。美国的雨水利用以提高天然入渗能力为宗旨。 多个州制定的雨洪管理条例规定多

8、个州制定的雨洪管理条例规定:新开发区的新开发区的暴雨洪水洪峰流量不能超过开发前的水平暴雨洪水洪峰流量不能超过开发前的水平,所有新开所有新开发区必须强制实行发区必须强制实行“就地滞洪蓄水就地滞洪蓄水”。滞洪设施的最。滞洪设施的最低容量均应能控制五年一遇的暴雨径流。低容量均应能控制五年一遇的暴雨径流。 2. 2. 发展趋势发展趋势 (1) 雨水利用设施向标准化与产业化发展雨水利用设施向标准化与产业化发展 (2) 雨水利用技术向国际化与集成化发展雨水利用技术向国际化与集成化发展 (3) 雨水利用向多目标和综合性技术发展雨水利用向多目标和综合性技术发展2021/7/48（四）城市雨水利用技术（四）城市

9、雨水利用技术1. 1. 雨水渗透利用技术雨水渗透利用技术 雨水渗透设施包括渗水管、渗水沟、渗水地面、渗雨水渗透设施包括渗水管、渗水沟、渗水地面、渗水洼塘和渗水浅井等。水洼塘和渗水浅井等。n渗水管渗水管 渗水管是多孔管材渗水管是多孔管材,雨水通过埋设于地下的渗水雨水通过埋设于地下的渗水管向四周土壤层渗透管向四周土壤层渗透,其优点其优点:占地面积少占地面积少,管材四周填管材四周填充粒径充粒径20-30mm的碎石或其它多孔材料的碎石或其它多孔材料,有较好的调有较好的调蓄能力。缺点蓄能力。缺点:发生堵塞或渗透能力下降时发生堵塞或渗透能力下降时,很难清洗很难清洗恢复恢复,且要求汇集的雨水中不含悬浮固体。

10、且要求汇集的雨水中不含悬浮固体。 n渗水沟渗水沟 采用多孔材料制作或是自然的带植物浅沟采用多孔材料制作或是自然的带植物浅沟,底部底部铺设透水性好的碎石层。铺设透水性好的碎石层。2021/7/491. 1. 雨水渗透利用技术（续）雨水渗透利用技术（续）n渗水地面渗水地面 分为天然渗水地面和人工渗水地面。前者以绿地为分为天然渗水地面和人工渗水地面。前者以绿地为主主,其透水性好其透水性好,能美化环境并对雨水中的污染物有较能美化环境并对雨水中的污染物有较强的截留和净化作用强的截留和净化作用,但其渗透流量受土壤性质的限制。但其渗透流量受土壤性质的限制。人工透水地面是人工铺设的透水性地面人工透水地面是人工

11、铺设的透水性地面,如多孔沥青地如多孔沥青地面、碎石地面和草坪砖地面等面、碎石地面和草坪砖地面等,多铺设在道路两侧的透多铺设在道路两侧的透水人行道、停车场等。水人行道、停车场等。 n渗水洼塘渗水洼塘 利用天然或人工修筑的洼地或池塘进行雨水渗透利用天然或人工修筑的洼地或池塘进行雨水渗透,补给地下水。补给地下水。 2021/7/4102. 2. 雨水径流收集利用技术雨水径流收集利用技术 雨水径流收集利用技术是对来自屋顶、道路等的降水雨水径流收集利用技术是对来自屋顶、道路等的降水径流进行收集径流进行收集,稍加处理或不经处理即直接用于冲洗厕所、浇稍加处理或不经处理即直接用于冲洗厕所、浇洒绿地等。洒绿地等

12、。屋面雨水收集系统流程图屋面雨水收集系统流程图2021/7/411 城市雨水利用不仅是水利和城建系统的任务城市雨水利用不仅是水利和城建系统的任务,还牵涉到还牵涉到很多部门。需要工程措施与非工程措施的有机结合。很多部门。需要工程措施与非工程措施的有机结合。 （五）促进城市雨水利用的途径（五）促进城市雨水利用的途径1. 把雨水利用纳入城市总体规划。把雨水利用纳入城市总体规划。 2. 在城市防洪思路和措施上应有所创新和改革。在城市防洪思路和措施上应有所创新和改革。 3. 尽快制定雨水利用的法规和条例。尽快制定雨水利用的法规和条例。 4. 对原有排水设施进行改造对原有排水设施进行改造,蓄排结合、先蓄后

13、排。蓄排结合、先蓄后排。 5. 强化管理强化管理,制定符合实际的雨水利用规范和标准。制定符合实际的雨水利用规范和标准。 城市雨水利用涉及面广城市雨水利用涉及面广,具体实施时需要水利、城建、具体实施时需要水利、城建、市政管理、环境保护等许多部门合作。包含城市雨水资源市政管理、环境保护等许多部门合作。包含城市雨水资源管理、雨水径流污染控制、雨水的收集处理回用系统、城管理、雨水径流污染控制、雨水的收集处理回用系统、城市生活小区水系统的合理设计及生态环境建设等技术性很市生活小区水系统的合理设计及生态环境建设等技术性很强的内容强的内容,应借鉴国外先进技术应借鉴国外先进技术,结合我国国情制定相应的技结合我

14、国国情制定相应的技术规范和标准。术规范和标准。2021/7/412二、农业雨水利用二、农业雨水利用 农业雨水利用是指通过自然过程或人类活动过程将农业雨水利用是指通过自然过程或人类活动过程将雨水用于农业生产以提高作物产量和改善农业生态系雨水用于农业生产以提高作物产量和改善农业生态系统的做法。统的做法。 1. 1. 集雨系统集雨系统 集雨系统主要是指收集雨水的集雨场地。应选择具有一定集雨系统主要是指收集雨水的集雨场地。应选择具有一定产流面积的地方作为集雨场产流面积的地方作为集雨场,不具备天然条件的地方不具备天然条件的地方,需人工需人工修建集雨场。修建集雨场。 （一）农业雨水集蓄利用技术（一）农业雨

15、水集蓄利用技术 雨水集蓄利用工程主要包括集雨系统、输水系统、雨水集蓄利用工程主要包括集雨系统、输水系统、蓄水系统和用水系统。蓄水系统和用水系统。2. 2. 输水系统输水系统 输水系统主要是指截流沟和输水沟输水系统主要是指截流沟和输水沟(渠渠)。其作用是将集雨场。其作用是将集雨场上的来水汇集后引入沉砂池上的来水汇集后引入沉砂池,而后流入蓄水系统。而后流入蓄水系统。2021/7/4133. 3. 蓄水系统蓄水系统 蓄水系统含蓄水建筑物及其附属设备蓄水系统含蓄水建筑物及其附属设备,其作用是存储其作用是存储雨水雨水,并作简单的水质处理。蓄水建筑物主要有水窖、并作简单的水质处理。蓄水建筑物主要有水窖、水

16、窑、水池、水罐、水柜等类型。水窑、水池、水罐、水柜等类型。（一）农业雨水集蓄利用技术（续）（一）农业雨水集蓄利用技术（续）4. 4. 用水系统用水系统 对于以人和家畜、家禽饮用水为目的的庭院集雨对于以人和家畜、家禽饮用水为目的的庭院集雨工程工程,集雨、输水、蓄水和用水都在庭院内集雨、输水、蓄水和用水都在庭院内,一般采用一般采用电动水泵或手压泵提水电动水泵或手压泵提水,个别缺电地区也常采用人工水个别缺电地区也常采用人工水桶提取。当雨水集蓄主要用于农业灌溉时桶提取。当雨水集蓄主要用于农业灌溉时,用水系统即用水系统即灌溉系统。灌溉系统。2021/7/414利用海水节约淡水资源途径海水代用：以海水为原

17、水，经灭菌、杀生海水代用：以海水为原水，经灭菌、杀生及除藻处理后，直接替代淡水作工业用水、及除藻处理后，直接替代淡水作工业用水、农业灌溉用水、生活用水及其他用水。农业灌溉用水、生活用水及其他用水。海水淡化：将海水处理成淡化水，作为淡海水淡化：将海水处理成淡化水，作为淡水需水场合的新水。水需水场合的新水。1. 1. 利用海水节约淡水资源的途径利用海水节约淡水资源的途径 全世界全世界70%以上的人口居住在离海洋以上的人口居住在离海洋120km以内的区以内的区域。面对淡水资源日趋紧张的局势域。面对淡水资源日趋紧张的局势,世界各国纷纷将目光世界各国纷纷将目光投向占全球水储量投向占全球水储量96.5%的

18、海水的海水,海水利用近来得到蓬勃海水利用近来得到蓬勃发展。发展。7.2 7.2 海水利用海水利用一、概述一、概述2021/7/4152. 2. 国内外海水利用概况国内外海水利用概况 美国工业取水量自美国工业取水量自1970年后开始下降、日本工业取水量自年后开始下降、日本工业取水量自1975年后呈缓慢下降趋势年后呈缓慢下降趋势,在一定程度上都与海水利用有关。在一定程度上都与海水利用有关。目前日本工业用海水量每年达到目前日本工业用海水量每年达到3000亿亿m3,美国达到美国达到1200亿亿m3。u 海水代用方面海水代用方面 目前目前,日本已经完成工业布局调整日本已经完成工业布局调整,将耗水量大的炼

19、钢、电将耗水量大的炼钢、电力和化工等布局在沿海力和化工等布局在沿海;美国预计美国预计2025年前后完成调整。年前后完成调整。 我国一些沿海城市我国一些沿海城市,在上世纪在上世纪30年代就开始用海水作为发年代就开始用海水作为发电厂的冷却水。目前电厂的冷却水。目前,大连、青岛、天津、上海等主要沿海城市大连、青岛、天津、上海等主要沿海城市的工业取水量中海水取水量一般在的工业取水量中海水取水量一般在80%以上以上,电力、化工行业电力、化工行业,海水利用率高达海水利用率高达95%。但我国大陆目前工业用海水量每年仅。但我国大陆目前工业用海水量每年仅240亿亿m3,仅为日本的仅为日本的1/12,美国的美国的

20、1/5。2021/7/4162. 2. 国内外海水利用概况（续）国内外海水利用概况（续）u 海水淡化方面海水淡化方面 全球有全球有40多个国家开展了多个国家开展了“海水淡化技术海水淡化技术”研究。全研究。全球现有海水淡化厂近两万家球现有海水淡化厂近两万家,日产淡水近日产淡水近3000万吨。万吨。 在海水淡化装置制造国中在海水淡化装置制造国中,美国和日本分别占美国和日本分别占30%的市的市场份额。韩国场份额。韩国“海水淡化海水淡化”技术研究虽起步于技术研究虽起步于20世纪世纪80年代年代,但依靠价格优势但依靠价格优势,也已打入中东市场。也已打入中东市场。 我国早在我国早在40多年前就开始研究多年

21、前就开始研究“海水淡化海水淡化”技术技术,最最初主要是为了满足船舶和岛屿的生活用水。国家海洋局初主要是为了满足船舶和岛屿的生活用水。国家海洋局先后组建了多个与先后组建了多个与“海水淡化海水淡化”有关的研究所有关的研究所,2000年年“低低温多效蒸馏海水淡化技术示范工程温多效蒸馏海水淡化技术示范工程”被列入国家重大研被列入国家重大研究项目究项目,并应用于山东黄岛发电厂。并应用于山东黄岛发电厂。 2021/7/4172. 2. 国内外海水利用概况（续）国内外海水利用概况（续）u 海水淡化方面（续）海水淡化方面（续） 2005年我国制定了海水利用专项规划年我国制定了海水利用专项规划,提出了提出了20

22、20年的目标年的目标: 海水淡化能力达到海水淡化能力达到250-300万万m3/d,海水直接利用能力海水直接利用能力达到达到1000亿亿m3/a,大幅度扩大和提高海水化学资源的综合大幅度扩大和提高海水化学资源的综合利用规模和水平。海水利用对解决沿海地区缺水问题的利用规模和水平。海水利用对解决沿海地区缺水问题的贡献率达到贡献率达到26%-37%。 实现大规模海水淡化产业化实现大规模海水淡化产业化,海水利用（特别海水淡化海水利用（特别海水淡化国产化率）达到国产化率）达到90%以上以上,建设若干个建设若干个20-50 万万m3/d能力能力的海水淡化工程的海水淡化工程,沿海地区的高用水企业的工业冷却水

23、基沿海地区的高用水企业的工业冷却水基本上由海水替代。本上由海水替代。2021/7/418二、海水代用二、海水代用1. 海水作为工业冷却水海水作为工业冷却水 海水作为冷却水有直流冷却和循环冷却两种系统。采海水作为冷却水有直流冷却和循环冷却两种系统。采用较多的是直流冷却方式。循环冷却系统取水量少用较多的是直流冷却方式。循环冷却系统取水量少,排水排水量也小量也小,可减轻海水热污染。可减轻海水热污染。 海水作工业冷却水涉及的技术问题很多海水作工业冷却水涉及的技术问题很多,包括取海水、包括取海水、预处理、海水腐蚀和海洋生物附着等。其中最关键的是预处理、海水腐蚀和海洋生物附着等。其中最关键的是防腐防腐和和

24、防海洋生物附着防海洋生物附着问题。问题。2021/7/4193. 海水作为洗涤用水海水作为洗涤用水,如海上水产品的洗涤等如海上水产品的洗涤等4. 海水作为印染行业的漂白、染色、漂洗用水海水作为印染行业的漂白、染色、漂洗用水5. 海水作为灌溉用水海水作为灌溉用水2. 海水作为生活用水海水作为生活用水 海水作为城市生活用水海水作为城市生活用水,主要用于冲厕、道路洒水、消主要用于冲厕、道路洒水、消防等生活用水。其中以冲厕应用最广。目前香港每天冲防等生活用水。其中以冲厕应用最广。目前香港每天冲厕用海水量达到厕用海水量达到35万万m3,占全部该项用水量的占全部该项用水量的70%。 2021/7/420n

25、蒸馏法蒸馏法三、海水淡化技术三、海水淡化技术水的淡化水的淡化用化学、物理方法从溶液中将水和溶质分离。用化学、物理方法从溶液中将水和溶质分离。 蒸馏法是将含盐水加热汽化蒸馏法是将含盐水加热汽化,再将蒸汽冷凝成蒸馏水的再将蒸汽冷凝成蒸馏水的淡化方法。淡化方法。目前我国可用于海水淡化和脱盐的工业化处理方法有蒸馏目前我国可用于海水淡化和脱盐的工业化处理方法有蒸馏法、反渗透法、电渗析法和离子交换法。法、反渗透法、电渗析法和离子交换法。 从实际应用情况看从实际应用情况看,使用最多的为蒸馏法使用最多的为蒸馏法,其次为反渗透其次为反渗透法法,再次为电渗析法。再次为电渗析法。 从世界范围看从世界范围看,淡水处理

26、装置主要分布在沙特、阿联酋、淡水处理装置主要分布在沙特、阿联酋、科威特、美国、日本等国。科威特、美国、日本等国。 2021/7/421盐水盐水蒸汽蒸汽盐水盐水盐水盐水淡水淡水第一级第一级 第二级第二级 第三级第三级 淡水淡水盐水盐水盐水盐水盐水盐水冷却水冷却水 蒸馏法的优点蒸馏法的优点:不受水的含盐量限制不受水的含盐量限制,适用于有废余热适用于有废余热可利用的场合可利用的场合,故多设于沿海的火力发电厂、核电站。故多设于沿海的火力发电厂、核电站。 蒸馏法的缺点蒸馏法的缺点:设备费用高设备费用高,系统设备、管路的结垢与系统设备、管路的结垢与腐蚀严重。腐蚀严重。三三级级蒸蒸发发淡淡化化系系统统工工作

27、作原原理理2021/7/422n反渗透法反渗透法( (反渗透法属于膜分离技术反渗透法属于膜分离技术) )淡水淡水盐水盐水P 渗透现象渗透现象反渗透现象反渗透现象 半透膜半透膜:孔隙率大、表面结构对水分子具有亲和作用孔隙率大、表面结构对水分子具有亲和作用,对对溶质具有排斥作用溶质具有排斥作用,机械强度大机械强度大,稳定性好稳定性好,经久耐用经久耐用,制造方制造方便便,价格低。目前最常用的是醋酸纤维膜。价格低。目前最常用的是醋酸纤维膜。 渗透压渗透压 的计算公式：的计算公式：)(为常数、其中RVAVASRT S 千分数表示的含盐量千分数表示的含盐量;T 绝对温度。绝对温度。2021/7/423反渗

28、透水反渗透水半透膜半透膜原水原水浓缩水浓缩水板板框框式式反反渗渗透透装装置置1、保持、保持PH值在适当范围内值在适当范围内,防止半透膜水解破坏防止半透膜水解破坏;2、保持适当的水温以提高产水量、保持适当的水温以提高产水量,适宜水温在适宜水温在2030C;3、原水需经严格的预处理、原水需经严格的预处理,以防半透膜上微孔被堵塞以防半透膜上微孔被堵塞;4、定期清洗半透膜上的沉积物并防止微生物繁殖。、定期清洗半透膜上的沉积物并防止微生物繁殖。 同等水质条件下同等水质条件下,用反渗透装置淡化海水的单位制水成用反渗透装置淡化海水的单位制水成本比蒸馏法高本比蒸馏法高50-100%。2021/7/42424

29、一、概述一、概述1.1.发展概况发展概况n萌芽于萌芽于2020世纪初世纪初, ,直到直到19401940年才出现了具有实用价值年才出现了具有实用价值的多隔室电渗析器。的多隔室电渗析器。19501950年年w wJudaJuda试制出具有高选试制出具有高选择透过性能的阴离子交换膜和阳离子交换膜择透过性能的阴离子交换膜和阳离子交换膜, ,从而奠从而奠定了电渗析技术的实用基础。定了电渗析技术的实用基础。n19521952年年2 2月月, ,美国首次将电渗析咸水淡化器的样机公美国首次将电渗析咸水淡化器的样机公开展出。同年开展出。同年, ,美围、英国均研制出实用的离子交换美围、英国均研制出实用的离子交换

30、膜并于膜并于19541954年正式用于淡化苦咸水制取饮用水和工年正式用于淡化苦咸水制取饮用水和工业用水的生产实践。业用水的生产实践。n19591959年苏联开始研究和推广应用电渗析技术。日本年苏联开始研究和推广应用电渗析技术。日本引进电渗析技术后引进电渗析技术后, ,首先并且主要用于海水浓缩制盐。首先并且主要用于海水浓缩制盐。 n电渗析法电渗析法( (电渗析法属于膜分离技术电渗析法属于膜分离技术) )2021/7/425252.2.主要用途主要用途n主要是咸水淡化主要是咸水淡化, ,可将含盐量为可将含盐量为6000mg6000mgL L的咸水淡化的咸水淡化成含盐量为成含盐量为500mg/L50

31、0mg/L的饮用水和工业用水。的饮用水和工业用水。n电渗析海水淡化站并不普遍电渗析海水淡化站并不普遍, ,主要原因是海水的含盐量主要原因是海水的含盐量过高过高, ,消耗的电能大。消耗的电能大。n19741974年日本旭化成公司在山口县野岛建成一座电渗析年日本旭化成公司在山口县野岛建成一座电渗析海水淡化站海水淡化站, ,淡水产量为淡水产量为120m120m3 3/d/d。n19771977年美国高温电渗析开始在现场进行海水淡化试验年美国高温电渗析开始在现场进行海水淡化试验, ,淡水产量为淡水产量为379m 379m 3 3/d/d。2021/7/42626电渗析有如下五个方面的特点电渗析有如下五

32、个方面的特点: : (1) (1) 耗电低耗电低, ,经济效益显著。经济效益显著。实践证明将实践证明将200020005000mg/L5000mg/L的苦咸水的苦咸水淡化成淡化成500mg/L500mg/L的淡水最经济的淡水最经济; ; (2) (2) 系统应用灵活系统应用灵活, ,操作维修方便。操作维修方便。根据不同条件要求根据不同条件要求, ,可以灵活地可以灵活地采用不同形式的系统设计采用不同形式的系统设计, ,并联可增加产水量并联可增加产水量, ,串联可提高脱盐率串联可提高脱盐率, ,循环或部分循环可缩短工艺流程。循环或部分循环可缩短工艺流程。 在运行过程中在运行过程中, ,控制电压、电

33、流、浓度、流量、压力与温度几个控制电压、电流、浓度、流量、压力与温度几个主要参数主要参数, ,可保证稳定运行可保证稳定运行; ; (3)(3)不污染环境不污染环境; ; (4)(4)使用寿命长。使用寿命长。膜一般可用膜一般可用3 35 5年年, ,电极可用电极可用7 78 8年年, ,隔板可隔板可用用1515年左右年左右; ; (5)(5)原水回收率高原水回收率高; ;海水、高浓度苦咸水原水回收率可达海水、高浓度苦咸水原水回收率可达6060以以上。一般苦咸水回收率可达上。一般苦咸水回收率可达65658080。3.3.电渗析技术的发展特点电渗析技术的发展特点2021/7/427273.3.电渗析

34、技术的发展特点电渗析技术的发展特点( (续续) )n采用电渗析法进行海水深度除盐采用电渗析法进行海水深度除盐, ,制取含盐量制取含盐量约为约为500mg/L500mg/L的初级纯水。电渗析法和离子交的初级纯水。电渗析法和离子交换法联合应用换法联合应用, ,制取高纯度水。制取高纯度水。n电渗析淡化水站向自动化、电子计算机控制的电渗析淡化水站向自动化、电子计算机控制的无人操作方向发展。无人操作方向发展。n离子交换膜可称为电渗析器的心脏。研制各种离子交换膜可称为电渗析器的心脏。研制各种性能的离子交换膜就可以扩展电渗析的应用领性能的离子交换膜就可以扩展电渗析的应用领域。域。2021/7/428284.

35、4.我国发展概况我国发展概况n我国我国19571957年开始研制离子交换膜年开始研制离子交换膜。最早研制成功了牛。最早研制成功了牛皮纸膜和羊皮纸膜。皮纸膜和羊皮纸膜。n19661966年聚乙烯异相膜在上海化工厂投产年聚乙烯异相膜在上海化工厂投产。成为我国第。成为我国第一代具有实用性的商品膜一代具有实用性的商品膜, ,并且使用至今。年总产量已并且使用至今。年总产量已超过超过2020万万m m2 2。n我国我国第第1 1台小型实用化的电渗析淡化器是在台小型实用化的电渗析淡化器是在19641964年年由解由解放军海军医学科学研究所研制成功的。放军海军医学科学研究所研制成功的。n19691969年在北

36、京化工厂年在北京化工厂内建立了我国最早的工业用水淡内建立了我国最早的工业用水淡化站。该站将地下水经电渗析和离子交换化站。该站将地下水经电渗析和离子交换, ,制成化学试制成化学试剂用的高纯度水。剂用的高纯度水。100m100m3 3/d/d以上以上, ,供水至今。供水至今。n可以认为可以认为19701970年标志着我国电渗析技术进入了生产实年标志着我国电渗析技术进入了生产实用的成熟阶段用的成熟阶段。2021/7/42929n19781978年郑州铁路局商丘电渗析淡化站建成投产年郑州铁路局商丘电渗析淡化站建成投产。由地。由地下苦咸水制取蒸汽机车锅炉用水。产水量为下苦咸水制取蒸汽机车锅炉用水。产水量

37、为1200m1200m3 3/d/d以上。以上。19821982年商丘西站建成电渗析淡化站年商丘西站建成电渗析淡化站, ,产水量为产水量为2400m2400m3 3/d/d。n19811981年国家海洋局第二海洋研究所等单位年国家海洋局第二海洋研究所等单位, ,在我国西沙在我国西沙群岛的永兴岛上建立了我国规模最大的电渗析海水谈群岛的永兴岛上建立了我国规模最大的电渗析海水谈化站化站, ,将海水淡化成饮用水。产水量为将海水淡化成饮用水。产水量为200m200m3 3/d/d。n我国电渗析器我国电渗析器单台产淡水量可达单台产淡水量可达50m50m3 3d d。制造电渗析制造电渗析淡化器的工厂有淡化器

38、的工厂有2020多个。多个。n现有电渗析淡化器约有现有电渗析淡化器约有50005000多台。淡水产量多台。淡水产量1000m1000m3 3/d /d 以上的电渗淡化站有数十个。以上的电渗淡化站有数十个。2021/7/43030n我国电渗析水质除盐技术在工业生产上得到了我国电渗析水质除盐技术在工业生产上得到了广泛的应用。广泛的应用。n电渗析主要用在如化工、医药、电力、电子、电渗析主要用在如化工、医药、电力、电子、轻工、饮料、纺织、印染、锅炉、化学分析等。轻工、饮料、纺织、印染、锅炉、化学分析等。n工业生产中大多以自来水为原水。利用电渗析工业生产中大多以自来水为原水。利用电渗析可以直接制取除盐水

39、。可以直接制取除盐水。n在需要纯水的场合在需要纯水的场合,电渗析可以作为离子交换电渗析可以作为离子交换的预处理手段。无论采用哪种方式电渗析除的预处理手段。无论采用哪种方式电渗析除盐均可取得降低制水成本、减轻污染的效果。盐均可取得降低制水成本、减轻污染的效果。2021/7/43131电渗析适用范围电渗析适用范围 用途用途除盐范围除盐范围成品水的直流成品水的直流耗电量耗电量（KWh/mKWh/m3 3）说明说明单位单位起始起始终止终止海水淡化海水淡化含盐量含盐量mg/Lmg/L350003500050050015151717规模较小时（如规模较小时（如500m500m3 3/d/d以下）以下）建设

40、时间短建设时间短, ,投资少投资少, ,方便易方便易行。行。苦咸水淡化苦咸水淡化 含盐量含盐量mg/Lmg/L500050005005001 15 5淡化到饮用水比较经济。淡化到饮用水比较经济。深度除盐深度除盐含盐量含盐量mg/Lmg/L50050010101 1将饮用水除盐到相当与蒸馏将饮用水除盐到相当与蒸馏水的初级纯水比较经济。水的初级纯水比较经济。水的软化水的软化硬度硬度, ,mg/Lmg/L50050020201 1在除盐过程中同时去除硬度。在除盐过程中同时去除硬度。( (以以CaCOCaCO3 3计）计）纯水制取纯水制取电阻率电阻率,cm,cm10010010104 45 51010

41、6 61 12 2采用树脂电渗析方法或采用采用树脂电渗析方法或采用电渗析电渗析混合床离子交换工混合床离子交换工艺。艺。废水的回废水的回收与利用收与利用含盐量含盐量mg/Lmg/L500050005005001 15 5用于废水二级处理后的除盐。用于废水二级处理后的除盐。2021/7/43232 在物理化学中在物理化学中, ,将将溶质透过膜的观象称为溶质透过膜的观象称为“渗析渗析”, ,将将溶剂透过膜的现象称为溶剂透过膜的现象称为“渗透渗透”。对电解质的水溶液来说对电解质的水溶液来说, ,溶质是离子溶质是离子, ,溶剂是水。溶剂是水。在电场的作用下在电场的作用下, ,溶液中的离子透过膜进行的溶液

42、中的离子透过膜进行的迁移可以称为迁移可以称为“电渗析电渗析”。电渗析电渗析是指在直流电场作用下是指在直流电场作用下, ,溶液中的溶液中的荷电离子选择性地定向迁移透过离子交换膜并荷电离子选择性地定向迁移透过离子交换膜并得以去除的一种膜分离技术（见下图）。得以去除的一种膜分离技术（见下图）。二、电渗析过程原理二、电渗析过程原理2021/7/43333原理图示原理图示:咸水（咸水（Na+ Cl-)阳极水阳极水浓缩水浓缩水阴极水阴极水淡水淡水阴阳Na+ Cl-Na+ Cl-Na+ Cl-Na+ Cl-Na+ Cl-2021/7/434 所用的膜为离子交换树脂膜所用的膜为离子交换树脂膜,有阴膜与阳膜之分

43、。有阴膜与阳膜之分。离子交换树脂膜是一种高聚物电解质薄膜离子交换树脂膜是一种高聚物电解质薄膜,当浸入电解溶当浸入电解溶液后液后,其中的活性基团在水的作用下发生离解其中的活性基团在水的作用下发生离解: 对阳膜对阳膜:离解后正离子进入水溶液离解后正离子进入水溶液,在膜上留下带有在膜上留下带有负电荷的固定基团负电荷的固定基团,使树脂本体带负电荷。使树脂本体带负电荷。 对阴膜对阴膜:离解后负离子进入水溶液离解后负离子进入水溶液,在膜上留下带有在膜上留下带有正电荷的固定基团正电荷的固定基团,使树脂本体带正电荷。使树脂本体带正电荷。 以阳膜为例以阳膜为例:当水溶液中的正离子在电场作用下向当水溶液中的正离子

44、在电场作用下向阳膜运动时阳膜运动时,由于其电性与阳膜本体的电性相反由于其电性与阳膜本体的电性相反,不产生不产生排斥力排斥力,故能通过。而阴离子由于所带电性与阳膜本体的故能通过。而阴离子由于所带电性与阳膜本体的电性相同电性相同,受到排斥受到排斥,故不能通过。故不能通过。2021/7/435双双膜膜电电渗渗析析槽槽工工作作原原理理 中室内的溶液因中室内的溶液因NaCl的不断去除而淡化。的不断去除而淡化。 电渗析法淡化海水的基础电渗析法淡化海水的基础:a. 电解质在直流电场中的定向迁移电解质在直流电场中的定向迁移;b. 离子交换树脂膜的选择通透性。离子交换树脂膜的选择通透性。阴极阴极阳极阳极阴极室阴

45、极室中室中室阳极室阳极室Na+Cl _阳膜阳膜阴膜阴膜2021/7/436电渗析装置工作原理电渗析装置工作原理( 1 )( 2 )极室极室( 3 )( 4 )( 5 )( 6 )( 7 )极室极室+- - - - -+- - -+( 8 )( 9 )原水原水正电极正电极负电极负电极2021/7/437电渗析装置工作原理电渗析装置工作原理阳膜阳膜阴膜阴膜极室极室浓室浓室淡室淡室浓室浓室淡室淡室浓室浓室淡室淡室极室极室+- - - - -+- - -+浓水浓水淡水淡水原水原水正电极正电极负电极负电极2021/7/43838电渗析法海水淡化的局限电渗析法海水淡化的局限 妨碍电渗析用于高浓度苦咸水或海

46、水淡化的因素妨碍电渗析用于高浓度苦咸水或海水淡化的因素, ,除电力除电力消耗以外消耗以外, ,还有电极寿命和电渗析膜的结垢和清洗问题。还有电极寿命和电渗析膜的结垢和清洗问题。 电渗折处理硫酸钙盐型水质电渗折处理硫酸钙盐型水质, ,特别是阳离子的成分主要特别是阳离子的成分主要是钙、镁时是钙、镁时, ,最大的威胁来自浓缩室特别是阳膜堆上析出最大的威胁来自浓缩室特别是阳膜堆上析出的硫酸钙垢和碳酸钙垢。的硫酸钙垢和碳酸钙垢。 碳酸钙垢可以用酸清洗。而硫酸钙垢既不溶解于酸也不碳酸钙垢可以用酸清洗。而硫酸钙垢既不溶解于酸也不溶解于碱溶解于碱, ,只能借助于调换电极极性方能有效地防止其析只能借助于调换电极极

47、性方能有效地防止其析出。出。 在国内的工程应用中在国内的工程应用中, ,就曾多次发生钙垢的析出而影响就曾多次发生钙垢的析出而影响运转的实例。调换电极极性和降低原水利用率及脱盐率虽运转的实例。调换电极极性和降低原水利用率及脱盐率虽然能防止垢的生成然能防止垢的生成, ,但对于水资源却是一种浪费。但对于水资源却是一种浪费。2021/7/439n离子交换法离子交换法 离子交换法是利用阴、阳离子交换树脂对水中离子的离子交换法是利用阴、阳离子交换树脂对水中离子的选择吸附性分别去除水中的阴、阳离子选择吸附性分别去除水中的阴、阳离子,使含盐水淡化。使含盐水淡化。 处理后出水的纯度高。当水的含盐量在处理后出水的

48、纯度高。当水的含盐量在500-1000mg/l以下时较经济以下时较经济,而海水含盐量远高于此而海水含盐量远高于此( (达达34400mg/l) ),故故离子交换法较少用于海水淡化。离子交换法较少用于海水淡化。2021/7/44040电渗析的经济性比较电渗析的经济性比较离子交换电渗析离子交换电渗析蒸馏蒸馏反渗透反渗透 100,000NaCl浓度（浓度（mg / L）四种水淡化方法的成本与料液四种水淡化方法的成本与料液浓度的关系图示浓度的关系图示n左图为原水淡化的各种方法左图为原水淡化的各种方法的成本比较。的成本比较。n由图可知由图可知, ,在原水盐浓度较低在原水盐浓度较低时时, ,离子交换法最为

49、经济离子交换法最为经济, ,随随着溶液中盐浓度的增加着溶液中盐浓度的增加, ,其费其费用急剧上升用急剧上升; ;n当原水浓度在当原水浓度在500mg500mgL L左右左右时时, ,电渗析方法比较经济电渗析方法比较经济; ;n若原水浓度超过若原水浓度超过5000mg5000mgL L时时, ,则以反渗透法为最佳则以反渗透法为最佳; ;2021/7/44141电渗析的经济性比较电渗析的经济性比较离子交换电渗析离子交换电渗析蒸馏蒸馏反渗透反渗透 100,000NaCl浓度（浓度（mg / L）四种水淡化方法的成本与料液四种水淡化方法的成本与料液浓度的关系图示浓度的关系图示n由图还可看出由图还可看出

50、, ,在中低浓度区在中低浓度区的一个很大的范围内的一个很大的范围内, ,多级闪多级闪蒸的成本较高蒸的成本较高, ,却不受原水浓却不受原水浓度的影响度的影响, ,只有当原水浓度超只有当原水浓度超过过100000mg100000mgL L时时, ,多级闪蒸多级闪蒸与其它几种方法相比与其它几种方法相比, ,才显得才显得比较经济。比较经济。2021/7/442 我国海水利用虽然起步较早我国海水利用虽然起步较早,且是世界上少数几个掌且是世界上少数几个掌握海水淡化先进技术的国家之一握海水淡化先进技术的国家之一, 但存在规模小、发展但存在规模小、发展慢、时常竞争力不强等问题。主要表现在慢、时常竞争力不强等问

51、题。主要表现在:四、我国海水利用中存在的问题四、我国海水利用中存在的问题1. 1. 海水利用发展速度慢海水利用发展速度慢 我国海水淡化水日产量仅占全世界的我国海水淡化水日产量仅占全世界的1/1000左右左右;海水海水作为冷却水用量仅占世界的作为冷却水用量仅占世界的6%左右。左右。2. 2. 海水淡化成本仍相对较高海水淡化成本仍相对较高 海水淡化吨水成本虽然已降到目前的海水淡化吨水成本虽然已降到目前的5元左右元左右,但相对但相对于大部分沿海城市偏低的自来水水价于大部分沿海城市偏低的自来水水价,仍然偏高仍然偏高,制约海水制约海水淡化发展。淡化发展。3. 3. 无法可依无法可依, ,无章可循无章可循

52、, ,有条件利用海水但不利用的情况有条件利用海水但不利用的情况仍较严重仍较严重, ,没有法规约束力。没有法规约束力。2021/7/443 海水利用是解决我国沿海地区水资源供需矛盾的重要海水利用是解决我国沿海地区水资源供需矛盾的重要途径。针对问题途径。针对问题,促进我国海水利用的途径促进我国海水利用的途径:五、促进我国海水利用的途径五、促进我国海水利用的途径1. 1. 制定海水利用规划并出台相关技术标准制定海水利用规划并出台相关技术标准2. 2. 制定产业政策制定产业政策, ,在信贷、税收等方面给予优惠在信贷、税收等方面给予优惠3. 3. 积极开展海水利用示范工程并促其产业化积极开展海水利用示范

53、工程并促其产业化4. 4. 组织有针对性的科技攻关组织有针对性的科技攻关, ,通过科技创新降低成本通过科技创新降低成本5. 5. 关注海水利用的环境影响关注海水利用的环境影响, ,加强生态监测力度加强生态监测力度2021/7/444第八章第八章 节水型社会建设规划节水型社会建设规划 第一节第一节 概述概述 第二节第二节 节水型社会建设规划的编制节水型社会建设规划的编制2021/7/445 节水型社会是一个耦合水资源系统、经济系统、社会节水型社会是一个耦合水资源系统、经济系统、社会系统在内的多层次化复合问题系统在内的多层次化复合问题。8.1 8.1 概述概述 节水型社会建设的内涵可以理解为节水型

54、社会建设的内涵可以理解为: 以提高水资源利用效率和效益为以提高水资源利用效率和效益为中心中心,通过法律、经济、通过法律、经济、行政、技术、宣传等措施行政、技术、宣传等措施,在全社会建立起节水的在全社会建立起节水的管理体管理体制和运行机制制和运行机制,在水资源开发利用的各个环节在水资源开发利用的各个环节,实现对水资实现对水资源的节约和保护源的节约和保护,逐步杜绝用水的逐步杜绝用水的结构型、生产型、消费结构型、生产型、消费型浪费型浪费,最终实现以水资源的可持续利用支撑经济社会的最终实现以水资源的可持续利用支撑经济社会的可持续发展。可持续发展。 一、节水型社会建设内涵一、节水型社会建设内涵2021/

55、7/446当前我国节水型社会建设主要包括当前我国节水型社会建设主要包括三种三种基本模式基本模式 :（1）宏观的国家模式宏观的国家模式确立节水型社会建设的基本理确立节水型社会建设的基本理念念,强调经济、社会与资源环境的和谐发展。强调经济、社会与资源环境的和谐发展。（2）中观的区域模式中观的区域模式在节水型社会建设基本理念的在节水型社会建设基本理念的指导下指导下,结合区域资源、环境、社会、经济和文化等特结合区域资源、环境、社会、经济和文化等特征征,建立特定区域节水型社会建设的总体思路和重点建建立特定区域节水型社会建设的总体思路和重点建设方向。设方向。（3）微观的基层模式微观的基层模式如节水型企业、

56、城市、灌区或如节水型企业、城市、灌区或社区建设等。社区建设等。 我国当前的节水型社会建设实践以我国当前的节水型社会建设实践以区域模式区域模式为重点和主导。为重点和主导。 一、节水型社会建设内涵（续）一、节水型社会建设内涵（续）2021/7/4478.1 8.1 概述（续）概述（续）三个发展阶段三个发展阶段:强制式阶段、自律式阶段、自觉式阶段。强制式阶段、自律式阶段、自觉式阶段。 （1）强制式强制式发展阶段发展阶段节水主体的节水意识不高节水主体的节水意识不高,主主要靠政府的行政法规等硬性措施强制节水要靠政府的行政法规等硬性措施强制节水 。二、节水型社会建设的发展阶段二、节水型社会建设的发展阶段（

57、2）自律式自律式发展阶段发展阶段通过市场经济手段和社会激励通过市场经济手段和社会激励机制机制,节水主体在进行用水活动时能够主动考虑用水成节水主体在进行用水活动时能够主动考虑用水成本及无效用水对自身和社会造成的消极后果而选择采本及无效用水对自身和社会造成的消极后果而选择采取合理的用水方式取合理的用水方式 。2021/7/4488.1 8.1 概述（续）概述（续） 节水型社会的整个建设过程中各种作用机制的关系节水型社会的整个建设过程中各种作用机制的关系应当是应当是:以市场经济调节为主的节水机制以市场经济调节为主的节水机制,辅以适当的辅以适当的行政手段行政手段,最终通过节水型社会良好环境氛围的建立最终通过节水型社会良好环境氛围的建立,使节水成为节水主体的自发、自觉行为。使节水成为节水主体的自发、自觉行为。 （3）自觉式自觉式发展阶段发展阶段节约用水行为并不是价格或规节约用水行为并不是价格或规范约束的结果范约束的结果,而是自身所具有的节水意识时刻支配着而是自身所具有的节水意识时刻支配着用水主体的节水行为选择。用水主体的节水行为选择。二、节水型社会建设的发展阶段（续）二、节水型社会建设的发展阶段（续）2021/7/4498.1 8.1 概述（续）概述（续）四、节水型社会建设规划的技术框架四、节水型社会建设规划的技术框架实测信息实测信息水文监测