海水淡化技术研究进展

汇报人：学号：海水淡化技术研究进展引言1海水淡化技术2海水淡化技术的问题3实例4目录CONTENTS1、引言水资源分布极度不均衡世界淡水资源的60%80个国家和地区约15亿人口淡水不足；26个国家约3亿人口极度缺水。1、引言我国人均淡水资源量仅为世界人均占有量的1/4，被联合国列为13个贫水国之一。沿海地区作为我国人口聚集和经济发展的重心，也是我国水资源最为短缺的地区，天津、北京等70多个大中城市用水状况日趋紧张。根据《全国水资源综合规划》，到2020年和2030年，全国用水总量力争分别控制在6700亿立方米以内和7000亿立方米以内。即便如此并考虑南水北调工程，到2030年我国沿海地区年缺水量仍将达到214亿立方米。81%19%1、引言我国大陆海岸线总长1.8万多公里，有150个左右的沿海城市，6500多个500平方米以上的岛屿，这是我国发展海水淡化有利的地理条件。在我国沿海地区大规模建设海水淡化工程、发展海水淡化产业，不仅可增加水资源总量，而且可改善水资源结构、提高水资源安全保障率，是解决我国沿海地区淡水短缺的战略选择和重要措施。1、引言近年来，国外海水淡化产业发展迅速，并形成大规模产业集群。根据国际脱盐协会发布的数据，截至2011年底全球已签约的淡化工程约为1.6万个，总装机容量约7740万吨/日，62.8%的淡化水作为市政供水。市政供水是海水淡化的主要应用领域，已解决了2亿多人的生活用水问题。使用的海水淡化的国家和地区既包括阿拉伯海湾地区产油国家，也包括西班牙、以色列、澳大利亚等发达国家。尤其在阿拉伯海湾地区和缺水岛屿，淡化水已成为基本水源。我国对海水淡化科技发展进行了重点支持，围绕高压反渗透海水淡化和低温多效蒸馏海水淡化两个主流工艺分别进行了集中攻关，取得了一系列重要进展。2、海水淡化技术2.1蒸馏法蒸馏法：所谓蒸馏法是指把海水加热使之沸腾蒸发，再把蒸汽冷凝成淡水的过程。蒸馏法是淡化海水的最古老的方法。早在17、18世纪，在大海上航行的船员们把简单的蒸馏器安装在厨房的火炉上，将水蒸气冷却而得到供饮用的淡水。猜猜我是什么？“eliodomestico”太阳能淡水蒸馏器陶土、回收塑料和电镀锌混合制作而成，一天大概能生产出5公升的饮用水。2.1.1太阳能蒸馏法直接法间接法太阳能热能太阳能电能蒸馏电渗析对于太阳能海水淡化系统的研究，主要集中在对太阳能蒸发器、集热器以及相应海水淡化装置的改进上。槽型抛物面集热器复合抛物面集热器真空管集热器平板集热器反射聚光型直射非聚光型2.1.1太阳能蒸馏法太阳能蒸馏法就是采用简单的太阳能蒸馏器。该蒸馏器由一个水槽组成，水槽内有一个黑色多孔的毡心浮洞，槽顶上盖有一块透明、边缘封闭的玻璃覆盖层。太阳光穿过透明的覆盖层投射到黑色绝热的槽底，转换为热能。因此，塑料芯中的水面温度总是高于透明覆盖层底的温度，水从毡芯蒸发，蒸汽扩散到覆盖层上冷却为液体，排入不透明的蒸馏槽中。2.1.1太阳能蒸馏法优点缺点1、突破蒸汽、电力限制，运行可靠安全，可独立使用；1、装置性能受地区及气候条件的影响大；2、不消耗化石能源，无污染，低能耗，能源紧缺高的地区更有突出的应用价值；2、单位面积产水量较低；3、适应性好，生产淡水成本低，生产规模可有机组合，投资相对较少。3、装置占地面积大。2.1.2多效蒸馏法（MED）多效蒸馏，是让加热后的海水在多个串联的蒸发器中蒸发，前一个蒸发器蒸发出来的蒸汽作为下一蒸发器的热源，并冷凝成为淡水。低温多效蒸馏(LT-MED)是多效蒸馏法中最节能的方法之一。世界上最大的低温多效海水淡化厂是SIDEM公司EPC承建的沙特阿拉伯的Marafiq海水淡化厂，生产淡水102.5万m3/d。2.1.2多效蒸馏法优点缺点1、热效率高，30余度的温差可达到10左右的造水比；设备体积较大，装置费用较高。2、结垢倾向小（操作温度在60-70℃），对原水预处理要求低，投资少；4、能耗低。造水比：对于海水淡化系统,造水比P是衡量其性能的最重要的参数,它是指蒸发装置淡水总产量与盐水加热器所消耗的蒸汽量之比,

2.1.3多级闪蒸法(MSF)多级闪蒸(MSF)是一种在20世纪50年代发展起来的海水淡化技术，其原理是海水经过预热后，进入闪蒸室，该闪蒸室的压力低于将要进入的盐水所对应的饱和蒸汽压力，盐水进入后即因过热而进行闪蒸。闪蒸出的蒸汽冷凝后即为淡水。2.1.3多级闪蒸法(MSF)安全可靠，因此发展迅速，中东许多产油国所建的海水淡化工厂大多采用多级闪蒸法，并且与发电厂结合。如阿联酋建造了世界上最大的多级闪蒸海水淡化厂，就是与发电厂联合生产。2.1.3多级闪蒸法(MSF)优点缺点1、工艺成熟、应用广泛；操作弹性小，动力消耗大。2、单机容量大，最大可达5万吨/天；3、维护量小，对原水要求低；4、出水品质好，热效率高。多级闪蒸和多效蒸馏预处理比较蒸馏法预处理目的是为了防止设备腐蚀和结垢蒸馏法预处理工艺：（1）海水（加杀菌剂）——沉沙池（加硫酸）——填料塔脱气（加聚羟酸酯）——多级闪蒸淡化装置；（2）海水（加杀菌剂）——沉沙池（加杀菌剂、FeCl3、聚电解质）——混凝沉淀设备（加阻垢剂）——多效蒸馏装置多级闪蒸浓水温度范围在95到110，增加了对设备的腐蚀，需采用价格昂贵的通镍合金特种不锈钢及钛合金制作设备，进入淡化装置的海水不仅需要加酸软化，脱除二氧化碳，还需要脱除氧气。低温多效蒸发淡化最高操作温度在70左右，结垢可能性小，进入装置的海水只需要添加微量阻垢剂。2.1.4压汽蒸馏法海水蒸发过程所产生的二次蒸汽，经压缩机增压，蒸汽饱和温度相应提高，在输入到蒸发器管束内，作为进料升压和升温(温度升高10℃左右)，并作为加热和使海水蒸发的热源，因此压汽蒸馏法在运行后不需外部提供加热蒸汽，靠机械能转化为热能。2.1.4压汽蒸馏法优点缺点1、热效率高；容易腐蚀、结垢；2、过程不需冷却水，结构紧凑；压汽机造价较高，难于进一步大型化。3、能耗低。2.1.5膜蒸馏法膜蒸馏法是指热海水接触憎水微孔膜，由于膜另一侧温度较低，相应的饱和蒸汽压力也低，膜面上的海水蒸发并透过膜的微孔到低压侧并在冷凝面凝结为纯度较高的淡水。在膜蒸馏法中，膜只起到汽水分离器和增加蒸发面的作用。（1）直接接触式膜蒸馏（水吸式或外冷式）该组件内，膜两侧的液体直接与膜面接触。其一面试经过加热的原溶液为热侧，另一面是冷水为冷侧，膜孔内为汽相（蒸汽和空气），在热侧膜面上生成的水蒸气透过膜至冷侧凝结成水，并和冷水合二为一。（2）气隙式膜蒸馏（内冷式）该组件内，膜的冷侧装有冷却板，在其间就是气隙室。当热侧水蒸气透过膜在气隙室扩散遇冷壁凝结成液态导出，而冷却水在组件内部降温。凝结水和冷却水各有通道，互不混合。和直接接触膜蒸馏组件相反，蒸发面和冷却面之间有一定距离（气隙室宽度），这样通量和热传导均收到了阻力。其优点是热量损失小，热效率高；不需另加热量回收装置。缺点是组件结构较直接法复杂；其膜通量比直接法小。2.1.5膜蒸馏法（3）扫气式膜蒸馏该组件内，膜的冷侧通常以惰性气体（如氮气等）作载体，将通过膜的水蒸气带至组件外冷凝。（4）减压膜蒸馏与气隙式膜蒸馏相类似，只是将冷侧施以低压处理。2.1.5膜蒸馏法优点缺点1、该过程几乎在常压下进行，设备简单、操作简便；1、膜成本高蒸馏通量小；2、由于温度极化和浓度极化的影响，运行状态不稳定；2、加热到沸点，只要膜两侧维持适当的温差，该过程便可以运行；3、研究工作多处于试验阶段，对传质和传热机理及参数影响的定量分析还很不够。3、膜蒸馏组件很容易设计成潜热回收的形式，可进一步降低能耗。常用膜材料：PTEE聚四氟乙烯，PVDF聚偏氟乙烯，PP聚丙烯2.2冷冻法由于海水在结冰时，水可以形成冰晶而将盐份排除在外，这样使盐和水分离系利用相变进行海水淡化的另一种方法－冷冻法。间接冷冻法：利用低温冷冻剂与海水进行间接热交换后使海水冷冻成冰。直接冷冻法：直接冷冻法则是指冷冻剂与海水直接接触使海水结冰。由于传热效率不高，而且需要很大的换热面，因此一般已不采用。真空蒸发式直接冷冻法（以水为冷冻剂）二次冷媒直接接触法（外界加入冷冻剂）2.2冷冻法真空蒸发式直接冷冻法（以水为冷冻剂）真空蒸发式直接冷冻法正是利用海水的三相点原理，以水自身为制冷剂，将海水控制在三相点附近(0.01℃，610.3Pa)，使海水同时蒸发与结冰，再将冰与蒸汽分别融化和冷凝则可获得淡水。真空冷冻蒸汽吸收法真空冷冻蒸汽压缩法2.2冷冻法二次冷媒直接接触法（外界加入冷冻剂）一般使用的冷冻剂是丁烷等，液态丁烷与预冷的海水接触，丁烷汽化吸冷使海水冷冻结冰，产生的丁烷蒸汽经压缩至大气压以上进入融化器与冰接触，丁烷蒸汽液化而冰晶融化使水与丁烷再分离。2.2冷冻法优点缺点1、预处理简单，设备投资相对较小；1、过程中产生的三相点蒸汽难以去除、冰晶的控制和输送、分离；2、低温下操作，腐蚀和结垢问题相对缓和；2、在冰晶输送过程中冰晶长大，既可能堵塞管道，又可能使冰中盐份增多。3、膜蒸馏组件很容易设计成潜热回收的形式，可进一步降低能耗。2.3膜法膜法分离技术是指用特制的膜将一种液体中的溶质和溶剂分离的方法。原理：这里所谓膜是指一种流体相内(或是在两种流体之间)有一层薄的凝聚相物质，它把流体相分隔为互不相通的两部分，并能使这两部分产生传质作用。特征：（1）是管膜有多薄，它必须有两个界面；（2）膜具有选择透过性。在液相中，膜能使溶质透过的现象称为渗析；能使溶剂(如水)透过的现象称之为渗透。利用膜的选择透过性进行分离或浓缩的方法称为膜法分离技术。膜法分离技术在海水淡化中常用的技术是电渗析和反渗透2.3.1电渗析技术电渗析法是利用具有选择性的离子交换膜在外加直流电场的作用下，使水中的离子定向迁移，并有选择性地通过带有不同电荷的离子交换膜，从而达到溶质和溶剂分离的目的。2.3.1电渗析技术我国对电渗析技术的研究和应用起步较晚，但发展很快。1957年开始试验研究，1964年研制成功了第一台小型实用电渗析淡化器。1981年在西沙群岛永兴岛建立了我国第一座规模较大的电渗析海水淡化站，产淡水量200m3⋅d-1。优点缺点

过程工艺简单，除盐率高，操作方便1、水回收率低；2、对不带电荷的物质如有机物、胶体、微生物、悬浮物等无脱除能力，（对水质要求较严格，需对原水进行预处理）；3、给水含盐量越高，能耗越大，在苦咸水淡化工程中的应用受到局限。2.3.2反渗透技术运用反渗透原理，把原料海水经过加药和过滤后进入高压泵，经升压后进入反透膜堆，这样就可以进行海水淡化。透过膜的脱盐水作为产品水被收集并经过进一步处理后即可送入管网供用户使用。2.3.1反渗透技术优点缺点1、投资省、能耗低、建设周期短、易于自动控制；

膜的寿命和抗污染问题严重，反渗透膜、高压泵、能量回收装置需定期更换。2、装置体积小，设备及操作简单，维修方便；3、在常温下操作，设备的腐蚀和结垢程度较轻。膜法预处理工艺目的是预防生物污染和结垢主要方法包括加氯杀菌、凝聚沉淀、多介质过滤、加酸调PH、加阻垢剂、加还原剂等。例如：海水（加杀菌剂、FeCl3、聚电解质）——絮凝槽——重力过滤器（杀菌剂、还原剂）——活性炭过滤器——（加硫酸、阻垢剂）——过滤器——反渗透膜组件3海水淡化技术的问题（1）成本高造水成本相对较高是制约目前海水淡化技术进一步发展的最主要原因之一，因而对现有工艺技术的优化及提升、相关技术的耦合、海水的综合利用、新能源的利用和新技术的开发是解决这一问题的主要途径。（2）高浓度盐水污染各国研究人员针对浓海水排放对海洋生态环境的影响展开了研究，普遍认为排放水物理性质的改变和残留化学品的毒性将对海洋生物造成潜在威胁。由于排放多在开放性海域，以及对环境的影响存在滞后性，目前尚未出现严重的环境问题。然而，随着人类水资源的日益短缺和海水淡化产业规模的不断扩大，这一问题将会越来越突显出来，如不予以妥善解决，很可能成为海水淡化产业发展的重要限制因素。3.1成本高在能源问题日益严峻的今天，选择一种合适的海水淡化方法，对能源的需求不得不作为首选考虑问题。目前，风能、太阳能、核能、波浪能、潮汐能和液化天然气（LNG）等新能源是海水淡化技术中可利用的清洁能源。电费投资成本膜更换费劳动力维修费消耗品3.2高浓度盐水污染浓海水软化由于浓海水中含有较多的Ca2+和Mg2+，在浓海水利用过程中极易结垢，给设备造成危害，增加运行成本，同时杂质离子的存在也给其他元素的提取带来困难，降低了生产效率及经济性，成为制约浓海水资源化利用技术发展的瓶颈之一。化学反应沉淀软化法是除钙镁的传统方法，通过向海水中加入适宜的药剂，使其与海水中的钙镁离子发生化学反应生成沉淀，以降低海水硬度，达到海水软化的目的．常见的化学反应沉淀软化法包括石灰软化法、石灰纯碱软化法、热法石灰纯碱磷酸盐软化法．浓海水制盐盐田日晒法制盐为传统技术，具有工艺简单、技术成熟等特点，但需占用大量的滨海土地资源．当前，盐田法仍是（浓）海水制盐最普遍的方法，产品海盐主要作为氯碱及纯碱生产的主要原料．因海水淡化副产浓海水的盐含量约为天然海水的2倍，以浓海水为原料用于日晒制盐可节省约一半盐田面积．但伴随滨海经济的快速发展，盐田面积日渐缩减，浓海水的处理靠传统的盐田法制盐将无法满足发展大规模海水淡化的需求．电渗析法海水制盐是通过选择性离子交换膜浓缩制卤——液体盐，并可进行真空蒸发制精制盐甚至食用盐．海水提钾世界钾肥的总消费量为6×107t/a．由于陆地钾矿分布不均，全球陆地可溶性钾矿共89亿t储量，90%集中在加、俄、德、美等少数几个国家，绝大多数国家钾矿贫乏，依赖进口．以浓海水为原料，因其钾离子浓度约为海水的2倍，钾离子筛吸附相同量钾素所需处理的原料体积减少1倍，从而减少能耗，降低成本．因此，沸石钾离子筛法浓海水提钾技术具有更好的发展前景。浓海水提溴由于海水的溴浓度较低，采用空气吹出法直接从海水提溴，存在着设备庞大、电耗高等问题．而以淡化后浓海水为原料