海水淡化知识

1、水资源问题2、海水基本性质3、海水淡化方法二、蒸馏法海水淡化技术1、多效蒸发技术2、多级闪蒸技术一、概论筑龙给排水1、RO海水淡化预处理工艺2、RO海水淡化技术的优化设计3、RO海水淡化系统中的能量回收装置四、高性能不锈钢在海水淡化的应用

三、反渗透海水（RO）淡化技术筑龙给排水

1.1、水资源问题世界上的水对于人类来说，似乎发生和存在于错误的时间、错误的地点和错误的质量。降水都集中在雨季，并且大量流失；绝大多数水存在于大海，其次是冰山。地球上97.5%的水是咸水，只有2.5%是淡水。淡水中，近70%冻结在南极冰盖和高山冰川中，其余大部分是土壤中的水分或深层地下水，难以开采利用。江河、湖泊、水库及浅层地下水等较易于开采供人类直接使用，但其数量不足世界淡水的1%，约占地球上全部水的0.007%。

一、概论筑龙给排水1983年竣工的“引滦入津”工程，通过三次加压将滦河水引入天津，极大的缓解了天津市的工业生产和生活用水紧缺；大连市完成的“引碧入连”工程，将碧流河水引入大连缓解了大连市的用水紧张；山东青岛的“引黄济青”工程，每年为青岛提供黄河水1亿多立方米，为青岛市的经济发展和生活水平提高提供了保障。以上措施的采取，使我国的沿海城市和地区的供水状况得到较大改善，但是，由于我国沿海经济的快速发展以及人民生活水平的较大提高，部分沿海城市的供水仍然不能满足发展需要。筑龙给排水渤海能解内蒙古之渴吗？干旱，缺水，风沙，已成为内蒙古气候的写照，严重制约着当地的工农业生产和经济发展。锡林郭勒，在蒙语中意为丘陵地带的河，历史上也确曾是水草茂盛的好地方，如今却面临严重的沙化现象。在额济纳旗，年降水量仅37毫米，原本处于额济纳盆地底部的居延海居然全部干涸，昔日的额济纳绿洲正逐渐消失在人们的视野中，等待它的命运也许就是下一个罗布泊。《中国地图》给人们提供了新的信息希望。在中国的大陆的东面是海洋—渤海、黄海、东海。而渤海离锡林郭勒最近，直线距离不到500千米我们为什么不能把渤海的水引入蒙古高原，甚至西部内陆呢？“海水西送”终究只是痴人说梦，还是有可能变成现实的梦想呢？

筑龙给排水YellowRiverYangtzeRiver图1中国地理环境筑龙给排水0100200300400500600700800900北京天津河北山东辽宁吉林黑龙江河南山西内蒙古陕西图2中国北方地区各省市水资源量分布图(单位:亿m3)地下水资源量地表水资源量水资源总量筑龙给排水1.2、海水基本性质筑龙给排水1.3、海水淡化方法海水淡化方法：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：离子交换多效蒸发多级闪蒸反渗透电渗析冷冻法蒸馏法膜法其他方法海水淡化技术离子交换多效蒸发多级闪蒸反渗透电渗析冷冻法蒸馏法膜法其他方法海水淡化技术图3海水淡化方法筑龙给排水蒸馏法（又称热法）：原理是加热-蒸发-冷凝。除了多效蒸发和多级闪蒸之外，蒸馏法还有蒸汽压缩法VC法是将蒸发过程自身产生的二次蒸汽，经压缩提高温度，再作为加热蒸汽使用，其设计思想是为了提高热效率。海水经泵提升压力后供人冷凝器作为冷却水冷凝蒸发器中获得的蒸汽，此时海水温度升高，作为蒸发器给水供人蒸发器，工作蒸汽进人蒸汽喷射器与部分蒸发器内获得的蒸汽混合后从喷射器排出，排出后的压缩蒸汽作为热源进人蒸发器内的蒸发管中，加热蒸发器内的海水，使其蒸发获得二次蒸汽，原蒸汽在冷凝器内冷凝后即得到淡水。蒸发器内未蒸发的海水通过泵排出。二次蒸汽作为下一过程的热源，如此循环。筑龙给排水二、、蒸蒸馏馏法法海海水水淡淡化化技技术术蒸馏馏法法是是通通过过加加热热海海水水使使之之沸沸腾腾汽汽化化，，再再把把蒸蒸汽汽冷冷凝凝成成淡淡水水的的方方法法。。蒸蒸馏馏法法海海水水淡淡化化技技术术是是最最早早投投人人工工业业化化应应用用的的淡淡化化技技术术，，特特点点是是即即使使在在污污染染严严重重、、高高生生物物活活性性的的海海水水环环境境中中也也适适用用，，产产水水纯纯度度高高。。与与膜膜法法海海水水淡淡化化技技术术相相比比，，蒸蒸馏馏法法具具有有可可利利用用电电厂厂和和其其他他工工厂厂的的低低品品位位热热、、对对原原料料海海水水水水质质要要求求低低、、装装置置的的生生产产能能力力大大，，是是当当前前海海水水淡淡化化的的主主流流技技术术之之一一。。筑龙龙给给排排水水2.1、多多效效蒸蒸发发技技术术多效效蒸蒸发发是是最最古古老老的的淡淡化化方方法法之之一一，，在在多多级级闪闪蒸蒸诞诞生生以以前前一一直直是是淡淡化化市市场场的的主主导导。。多多效效蒸蒸馏馏是是由由单单效效蒸蒸发发组组成成的的系系统统。。将将前前一一蒸蒸发发器器产产生生的的二二次次蒸蒸汽汽引引入入下下一一蒸蒸发发器器作作为为加加热热蒸蒸汽汽，，并并在在下下一一有有效效蒸蒸发发器器中中冷冷凝凝成成蒸蒸馏馏水水，，如如此此依依次次进进行行。。图4为竖竖管管降降膜膜多多效效蒸蒸发发流流程程。。从从冷冷凝凝器器后后分分流流出出来来的的原原料料海海水水经经过过预预处处理理后后，，由由泵泵依依次次送送入入预预热热器器进进行行预预热热，，然然后后进进入入第第1效蒸蒸发发器器的的顶顶部部，，并并按按要要求求分分配配到到传传热热管管的的内内壁壁，，管管外外为为加加热热蒸蒸汽汽。。蒸蒸发发出出来来的的二二次次蒸蒸汽汽同同下下降降的的盐盐水水在在分分离离室室中中实实现现汽汽液液分分离离，，二二次次蒸蒸汽汽经经过过除除沫沫器器后后引引至至下下一一效效加加热热。。剩剩下下的的盐盐水水则则因因两两效效间间的的压压差差作作用用而而流流入入下下一一效效蒸蒸发发器器。。各各效效所所生生成成的的蒸蒸馏馏水水也也沿沿压压力力温温度度降降低低的的的的方方向向流流经经各各效效管管间间，，同同时时回回收收热热量量，，直直到到最最后后的的冷冷凝凝器器K，形成产产品水抽抽出。最最后的浓浓盐水从从末端Dn的底部排排出。筑龙给排排水图4竖管降膜膜多效蒸蒸发流程程筑龙给排排水2.1、多效蒸蒸发技术术的优缺缺点虽然多效效蒸馏法法是最早早使用的的海水淡淡化技术术，但由由于结垢和腐腐蚀等问题，，一直未未得到广广泛的应应用。随随着低温温多效蒸蒸馏技术术的出现现和发展展，其所所占的市市场份额额正不断断扩大。。与多级级闪蒸相相比，多多效蒸馏馏法具有有以下的的优点：：①.传热系数数高，所所需的传传热面积积少；②.动力消耗耗低；③.操作弹性性大；④.热利用效效率高。。而其主要要缺点有有：①.由于海水水在加热热表面上上沸腾，，容易在在传热管管壁上结结垢，需需要经常常进行清清洗和采采用严格格的防垢垢措施。。②.设备的结结构比较较复杂。。筑龙给排排水2.1、低温多多效蒸发发技术图5低温多效效蒸发流流程筑龙给排排水进料海水水在排热热冷凝器器中被预预热和脱脱气，之之后被分分成两股股物流。。一股物物流作为为冷凝液液排弃并并排回大大海，另另外一股股物流变变成蒸馏馏过程的的进料液液。料液经加加入阻垢垢分散剂剂之后被被引入到到热回收收段各效效温度最最低的一一组中。。喷淋系系统把料料液喷淋淋分布到到各蒸发发器中的的顶排管管上，在在沿顶排排管向下下以薄膜膜形式自自由流动动的过程程中，一一部分海海水由于于吸收了了在蒸发发器内冷冷凝蒸汽汽的潜热热而汽化化。被轻轻微浓缩缩的剩余余料液用用泵打入入到蒸发发器的下下一组中中，该组组的操作作温度要要比上一一组高一一些，在在新的组组中又重重复了蒸蒸发和喷喷淋过程程。剩余余的料液液接着往往前打，，直到最最后在温温度最高高的效组组中以浓浓缩液的的形式离离开该效效组。生蒸汽输输入到温温度最高高一效的的蒸发管管内部，，在管内内发生冷冷凝的同同时，管管外也产产生了与与冷凝量量基本相相同的蒸蒸发。产产生的二二次蒸汽汽在穿过过浓盐水水液滴分分离器以以保证蒸蒸馏水的的纯度之之后，又又引入到到下一效效的传热热管内，，第二效效的操作作温度和和压力要要略低于于第一效效。筑龙给排排水这种蒸发发和冷凝凝过程沿沿着一串串蒸发器器的各效效一直重重复，每每效都产产生了相相当数量量的蒸馏馏水，到到最后一一效的蒸蒸汽在排排热段被被海水冷冷却液冷冷凝。第一效的的冷凝液液被收集集起来，，该蒸馏馏水的一一部分又又返回到到蒸汽发发生器，，超过输输入的生生蒸汽量量的部分分流入到到一系列列特殊容容器的首首个容器器中，每每一个容容器都连连接到下下一低温温效的冷冷凝侧。。这样使使一部分分蒸馏水水产生闪闪蒸并使使剩余的的产品水水冷却下下来，同同时把热热量传给给热回收收效的主主体中去去。如此产产品水水呈阶阶梯状状流动动并被被逐级级闪蒸蒸冷却却。放放出的的热量量提高高了系系统的的总效效率，，被冷冷却的的蒸馏馏水最最后用用产品品水泵泵抽出出并输输入到到储液液罐中中。筑龙给给排水水这样生生产出出的产产品水水是完完全的的纯水水，它它不含含任何何污染染物，，平均均含盐盐量小小于２２０ｐｐｐｍｍ。如如果安安装两两级捕捕沫网网，产产品水水盐含含量可可小于于５ｐｐｐｍｍ。像蒸馏馏水一一样，，浓缩缩海水水从第第一效效呈阶阶梯状状流入入一系系列的的浓盐盐水闪闪蒸罐罐中，，闪蒸蒸冷却却以回回收其其热量量。经经过冷冷却之之后，，浓盐盐水经经浓盐盐水泵泵打入入大海海。不凝性性气体体从每每一根根冷凝凝管中中抽出出，并并从一一效流流到另另一效效。这这些不不凝性性气体体最后后在排排热冷冷凝器器的最最冷端端富集集，并并用蒸蒸汽喷喷射器器或机机械式式真空空泵抽抽出。。筑龙给给排水水图6IDE公司维维京群群岛工工程筑龙给给排水水2.2、多级级闪蒸蒸技术术闪蒸是是指一一定温温度的的水在在环境境压力力低于于该温温度所所对应应的饱饱和蒸蒸汽压压时发发生的的骤然然蒸发发现象象。闪闪蒸后后的水水温度度降低低以使使其饱饱和蒸蒸汽压压与环环境压压力平平衡。。ＭＳＳＦ也也是利利用了了这个个原理理，使使加热热至一一定温温度的的盐水水依次次在一一系列列压力力逐渐渐降低低的容容其中中闪蒸蒸汽化化，蒸蒸汽冷冷凝后后得到到淡水水的过过程。。该方方法是是在多多效蒸蒸馏的的基础础上发发展而而来的的。相相比多多效蒸蒸馏法法多级级闪蒸蒸减少少了垢垢的形形成。。由于多多级闪闪蒸法法得到到淡水水价格格相对对反渗渗透法法的低低，所所以在在全世世界还还有很很多国国家和和地区区使用用该种种方法法。但但是该该方法法只能能用于于海水水淡化化，并并不适适用于于苦咸咸水淡淡化。。筑龙给给排水水图7多级闪闪蒸技技术流流程筑龙给给排水水2.2、多效效蒸发发技术术的优优缺点点多级闪闪蒸与与其他他淡化化技术术相比比，具具有如如下的的优点点:①.由于此此方法法加热热与蒸蒸发过过程分分离，，并未未使海海水真真正沸沸腾(仅是表表面沸沸腾)，从而而大大大改善善了一一般蒸蒸馏的的结垢垢问题题；②.技术成成熟可可靠，，运行行安全全性高高，特特别适适合于于大型型的海海水淡淡化应应用；；③.设备机机构简简单，，投资资成本本较低低。而其主主要缺缺点有有:①.大量海海水的的循环环和流流体的的输送送，导导致操操作成成本升升高；；②.与多效效蒸馏馏法相相比，，需要要较大大的热热传面面积；；③.总是与与发电电站联联合使使用。。筑龙给给排水水三、反反渗透透(RO)海水淡淡化技技术反渗透透是利利用压压力使使溶液液中的的水通通过半半透膜膜而分分离出出来，，因为为它和和自然然渗透透的方方向相相反，，故称称为反反渗透透。与与蒸馏馏法相相比，，反渗渗透法法具有有以下下突出出的优优点:①.反渗透海水水淡化过程程不发生相相变化，所所以，它是是最节能的的海水淡化化方法；②.设备简单，，效率高；；③.占地面积小小；④.操作方便，，控制容易易；⑤设备投资资低，建设设周期短。。其主要缺点点是对进水水水质要求求较高。筑龙给排水水图8RO海水淡化流流程图筑龙给排水水3.1、RO海水淡化预预处理工艺艺1、海水预处处理的目的的2、SWRO中传统预处处理方法存存在的问题题3、新型海水水预处理技技术（1）微滤(MF)技术（2）超滤(UF)技术（3）纳滤(NF)技术（4）纳滤集成成技术筑龙给排水水1、海水预处处理的目的的海水中悬浮浮物、胶体体物质和可可溶性有机机高分子聚聚集在膜表表面会使膜膜受到污染染；微生物物和细菌会会使膜受到到侵袭；微微生物和细细菌的残体体还会以固固体形式析析出，使膜膜性能变坏坏；水的温温度、pH值、余氯含含量、压力力等参数的的劣化会引引起膜水解解、氯化；；由溶质引引起的膜结结构变化还还会导致膜膜的透水率率下降。通通过预处理理去除海水水中悬浮物物、有机物物、胶体物物质、微生生物、细菌菌及某些有有害物质(如铁、锰、、钙等)，可以减缓缓膜污染，，延长膜的的寿命，保保证反渗透透系统长期期稳定运行行。筑龙给排水水2、SWRO中传统预处处理方法存存在的问题题1）为去除海海水中存在在各种细菌菌和海藻类类物质，SWRO系统常规预预处理工艺艺为石英砂砂过滤(或无烟煤、、锰砂等多多个介质过过滤)、活性炭过过滤、3μm～10μm精密过滤，，有时还有有软化器。。去除细菌菌的效果不不理想，不不能确保RO给水无菌。。有时被活活性炭吸附附的有机物物还含有细细菌繁殖的的温床。2）为了控制制海水中各各种微生物物的繁殖，，常增设NaClO发生器，有有时还加CuSO4控制海藻。。但是聚酰酰胺(PA)RO膜对氯敏感感，易被氯氯氧化而降降解。醋酸酸纤维素(CA)RO膜耐氯虽好好些，但在在某些金属属离子存在在时，也易易被氯氧化化而降解。。而且CA膜还易被细细菌污染，，并成为细细菌的培养养源和繁殖殖地。因此此，这两类类膜组件的的给水均需需除氯处理理，通常采采用NaHSO3去氯，3）常规预处处理方法的的工艺冗长长，先是对对给水间歇歇式加氯，，再加絮凝凝剂和凝聚聚剂，然后后经二级压压力多介质质过滤器去去除已絮凝凝的液体物物质，接着着添加阻垢垢剂和NaHSO3，再经过保保安过滤器器，这样就就造成处理理工艺冗长长和处理成成本增加。。筑龙给排水水3、新型海水水预处理技技术（1）微滤(MF)技术（2）超滤(UF)技术（3）纳滤(NF)技术（4）纳滤集成成技术筑龙给排水水（1）微滤(MF)技术MF技术是一种种新型膜处处理技术，，以连续微微滤(ContinuousMicrofiltration)CMFPRO为代表，采采用0.2μμm孔径的中空空纤维膜，，材质为聚聚丙烯、磺磺化聚醚砜砜或醋酸纤纤维，由内内向外死端端过滤。该该膜可使胶胶体颗粒和和细菌数量量减少几个个数量级，，提高净化化水的水质质，并可在在很低的横横流速下运运行。采用用连续微滤滤CMF代替传统的的单介质或或多介质过过滤器、活活性炭过滤滤器等进水水的预处理理方法，不不需加入絮絮凝剂、杀杀菌剂和余余氯脱除剂剂等化学药药品，不但但免除了介介质和活性性炭的频繁繁更换，而而且也省去去了保安过过滤器，并并且连续膜膜过滤的出出水的SDI值小小于于3，浊浊度度小小于于0.2NTU，TSS小于于1mgPL，大大肠肠杆杆菌菌小小于于3个PL，颗颗粒粒粒粒径径<0.2μμm，能能够够达达到到反反渗渗透透系系统统对对进进水水水水质质的的要要求求。。与与传传统统预预处处理理方方法法相相比比，，采采用用连连续续微微滤滤技技术术改改进进了了反反渗渗透透系系统统的的进进水水水水质质，，延延长长了了反反渗渗透透膜膜的的使使用用寿寿命命，，提提高高了了系系统统的的回回收收率率，，大大大大减减少少设设备备占占地地面面积积，，减减少少操操作作费费用用，，降降低低劳劳动动强强度度，，并并可可以以有有效效的的实实现现微微滤滤过过程程的的自自动动化化控控制制。。筑龙龙给给排排水水（2）超超滤滤(UF)技术术超滤滤技技术术是是一一种种以以机机械械筛筛分分原原理理为为基基础础，，以以膜膜两两侧侧压压差差为为驱驱动动力力的的膜膜分分离离技技术术。。它它的的筛筛分分孔孔径径小小，，可可截截留留水水中中的的细细菌菌、、病病毒毒、、胶胶体体、、大大有有机机分分子子、、油油脂脂、、蛋蛋白白质质、、悬悬浮浮物物等等。。超超滤滤技技术术有有中中空空、、卷卷式式、、平平板板、、管管式式等等几几种种组组件件类类型型，，其其中中中中空空纤纤维维膜膜是是超超滤滤技技术术中中最最为为成成熟熟与与先先进进的的一一种种形形式式，，这这种种新新型型的的毛毛细细管管型型UF膜(中空纤维膜)可以处理高度度污染的表层层海水。该型型UF膜器的特点是是具有频繁、、短时、自动动清洗毛细管管膜的功能，，且具有在较较低的错流流流速下运行的的能力。该UF膜截留分子质质量为(150～200)××103u，可确保RO在高通量和高高截留率下操操作，低压过过滤和反洗，，反洗水更容容易处理，水水回收率为65%，产水量提高高10%，过滤水质显显著提高，减减少运行费用用，减少了化化学药剂投加加量，该预处处理能耗低[13，14]。Brehant[15]等用中空纤维维UF膜预处理表层层海水，其UF出水SDI<1，且出水水质质非常稳定，，而传统的双双重介质过滤滤仅能降到2.5左右，且水质质不稳定。筑龙给排水（3）纳滤(NF)技术纳滤(NF)技术是一种新新型分子级膜膜分离技术。。其膜材料可可采用多种材材料，如醋酸酸纤维素、醋醋酸—三醋酸纤维素素、磺化聚砜砜、磺化聚醚醚砜、芳香聚聚酰胺复合材材料和无机材材料等，孔孔径在1nm以上，一般般在1nm～2nm；截留相对分分子量200～1000；对NaCl的截留率小于于90%，截留二价价的Ca2+、Mg2+和SO2-4离子，大幅度度降低了进料料水的浊度、、硬度和TDS的含量，解决决了传统海水水淡化过程中中存在结垢污污染等许多问问题，保证膜膜组件的安全全稳定运行，，并大幅度提提高水的回收收率。NF膜的最大特点点是膜本体带带有电荷，因因而对有机物物具有良好的的去除效果。。其对有机物物的去除可用用优先吸附—毛细管流原理理解释。膜本本体带有电荷荷，这也使它它在很低操作作压力下(仅0.5MPa)仍具有较高的的脱盐率。另另外，NF膜还对无机离离子进行选择择性分离，使使得它特别适适合于海水的的脱盐处理。。有研究表明明[19]，NF膜对细菌和病病毒等也具有有好的去除性性能；且不需需添加剂；对对色度的去除除也非常有效效。筑龙给排水（4）纳滤集成技技术近年来，国外外成功开发了了将NF作为RO及MSF的预处理，组组成了NF-RO，NF-MSF及NF-SWRO-MSF集成淡化技术术。海水经NF技术处理后，，去除了80%以上的硬度，，TDS下降了40%左右，且去除除了所有的有有机污染物，，从而提高了了SWRO的操作压力和和整个系统的的回收率(回收率可达60%左右)，且能保证证SWRO膜组件的安全全，长期稳稳定运行。沙特阿拉伯盐盐水转化公司司(SalineWaterConver2sionCorporation，SWCC)，进行的NF-SWRO集成海水淡化化实验，采用用4″×40″″的NF膜元件，与无无NF预处理的SWRO相比，集成过过程的SWRO水回收率，在在4.0MPa压力下为48%，为相同压力力下前者的3倍，在516MPa压力下为50%左右，为相同同压力下前者者的2倍，且经过NF处理过的SWRO进料中TDS浓度已经很低低。表明采用用纳滤预处理理操作压力可可有较大幅度度的降低，水水回收率可有有较大幅度的的提高。筑龙给排水3.2、RO海水淡化技术术的优化设计计1、采用反渗透透技术进行海海水淡化脱盐盐率较高、产产水量较大；；2、系统回收率率的优化；3、泵效率、电电机效率以及及能量回收装装置效率的提提升；4、单支压力容容器的膜元件件数量的增加加；5、越来越严格格的产水水质质要求，包括括对硼含量的的要求；6、更加有效的的两级设计；；7、采用海水直直冷电厂的排排放海水作为为海水淡化系系统的给水；；8、膜法预处理理技术，例如如：微滤、超超滤和纳滤。。筑龙给排水图9海水淡化RO系统通量分布布筑龙给排水3.3、RO海水淡化系统统中的能量回回收装置反渗透海水淡淡化系统浓缩缩水具有较高高的压力，流流量较大，含含有巨大的能能量。如何高高效的回收这这部分能量对对于减低系统统能耗是非常常重要的。目目前的能量回回收装置主要要有:涡轮透平、涡涡轮增压器(turbocharger)和压力(功)交换器，其中中涡轮透平的的能量回收效效率为35-70%，涡轮增压器器的能量回收收效率为45-83%，而压力(功)交换器的能量量回收效率达达到了95%左右。压力(功)交换器的出现现是反渗透海海水淡化技术术的一个重大大突破。筑龙给排水图10ERI能量回收装置置筑龙给排水四、高性能不锈钢钢在海水淡化化的应用1、不锈锈钢腐腐蚀的的种类类2、合金金元素素对于于不锈锈钢耐耐腐蚀蚀性的的影响响（1）铬元元素（2）镍元元素（3）氮元元素（4）为了了增加加其耐耐局部部腐蚀蚀的能能力要要增加加铬、、钼、、氮元元素的的含量量3、影响响海水水淡化化用不不锈钢钢腐蚀蚀的因因素（1）水质质（氯氯离子子浓度度，预预处理理工艺艺水平平）（2）运行行温度度（3）结构构（4）加工工过程程筑