海水淡化的现有方法及未来发展

海水淡化的现有方法及未来发展—《化学与海洋》课程论文摘要：随着世界各国经济的高速发展以及人口的迅速增长，水资源紧缺问题日益突出，海水淡化技术的研究与发展迫在眉睫。本文对现有的海水淡化方法做一个简单的介绍，并展望海水淡化技术在未来的发展方向。关键词：海水淡化海水淡化又称海水脱盐，是除去海水中盐分以获得淡水的工艺过程。其方法有两类：①从海水中取出水，例如蒸馏法、反渗透法、水合法、溶剂萃取法和冰冻法等；②除去海水中的盐分，例如电渗析法、离子交换法和压渗法等。下表为主要海水淡化方法及目前发展动向的概述。（见表1）方法现况发展动向竖管蒸馏法实际应用热力学及流体力学研究，材料设备的研究，与多级闪急蒸馏相结合的开发多级闪急蒸馏发实际应用最宜大型化，与原子能发电相结合的超大型装置的开发蒸汽压缩蒸馏法实际应用多用于船中中小型规模太阳能蒸馏法部分地区应用，仍处于研究发展中日照强烈地区应用结品法研究发展中，已有中小型实验工厂溶剂及水合剂的选择与回收的研究电渗析法部分地区已实际应用，仍处于研究正发展中膜的研究，高温电渗析法的研究反渗透法纯水制备已实际应用，海水淡化也有部分地区应用，仍处于研究正发展中半透膜及膜的支撑方法研究溶剂萃取法研究发展中寻找溶剂及溶剂回收的研究离子交换法研究发展中树脂合成及再生方法的研究表1主要淡化海水方法的现况及发展动向下文将重点介绍目前比较常用海水淡化方法：蒸馏法中的多级闪急蒸馏法，反渗透法和电渗析法。一、多级闪急蒸馆法海水淡化中蒸馏法是最为有效的，利用火电厂的余热作为海水淡化的能源，发电与海水淡化合为一体，使设备造价和基建费用大幅度降低。蒸馏法中最常用的为多级闪急蒸馏法，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汽化，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。

阻1罗级同息篱摒魂既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。在一定的压力下，把经过预热的海水加热至某一温度，引入第一个闪蒸室，降压使海水闪急蒸发，产生的蒸汽在热交换管外冷凝而成淡水，而留下的海水，温度降到相应的饱和温度。依次将浓缩海水引入以后各闪蒸室逐级降压，使其闪急蒸发，再冷凝而得到淡水。闪蒸室的个数，称为级数，最常见的装置有20〜30级，有些装置可达40级以上。（如图1）二、反渗透法该项技术由于膜技术的飞跃发展和经济上的明显效益而受到人们的重视。其装机容量已达到世界淡化装置的20%，仅次于蒸馏技术，占第二位。反渗透法的最大优点就是节约能源，根据统计比较，淡化同等质量的海水，反渗透法的能源消耗只有电渗析的一半左右，是蒸馏法的1/40。图2内压型管束式淡化装置1.玻,纤维皆2,反海透膜3,末端配件4.暴狙乙妹淡水收集外套5.淡水6.海水7.波海水反渗透法是用渗透过程的逆过程方法淡化海水。海水的渗透压约为2.5MPa，要使海水反渗透，施于海水的压力必须高于此压力。通常采用的操作压力为海水渗透压的2〜4倍。反渗透膜是反渗透淡化海水研究的核心，它要求透水率和脱

盐率高，抗压性能好等。研究的比较成熟的渗透膜，主要包括醋酸纤维素膜和芳香聚酰胺膜以及由此发展的高性能复合膜、中空纤维膜等。反渗透装置有各种形式，如内压管式（如图2）、外压管式（如图3）、中空纤维式、平板式、螺旋卷式等。三、电渗析法电渗析法是用电解的原理使海水脱盐淡化，它作为一种新兴的海洋高新技术产业，已经初步成型。电渗析法是海水中的离子在直流电场作用下，利用选择性离子交换膜进行海水淡化的方法。最初使用惰性半透膜，但电流效率较低。到20世纪50年代选择性离子交换膜的应用，才使电渗析法变成实用。离子交换膜是一种功能性膜，分为阴离子交换膜和阳离子交换膜，分别只允许阴离子和阳离子通过。将阳膜和阴膜交替排列，中间衬以隔板，夹紧之后，在两端加上电极即成。（如图4）当海水流经电渗析器时，在直流电的作用下，阴离子透过阴膜向阳极方向迁移，途中被阳膜挡住去路，被水流冲洗而出；阳离子通过阳膜向阴极方向迁移，途中被阴膜挡住去路，也被水流冲出。则透过阳膜或阴膜的水为淡水，从另一半流出的水为浓海水。但电渗析法淡化海水耗电量大，因此如何降低耗电量是能否大规模实际应用的关键。图封电襟析海水谶化原理示意图脸水

图封电襟析海水谶化原理示意图脸水目前，海水淡化技术正在蓬勃发展，新的想法、新的技术也正在不断投入到实际应用之中，我们不禁会想，在未来会有哪些低耗环保的技术会降低所产淡水的成本，成为海水淡化工业的主导呢？海水淡化技术在未来会变得怎样呢？我们不妨猜想一下。（1） 太阳能与海水淡化的“联姻”太阳能作为头号清洁能源，取之不尽，用之不竭，必将在未来的能源发展中起到至关重要的作用。其实人类利用太阳能淡化海水，已经有了很长的历史，主要以蒸馏方式为主。虽然淡化海水中基本不需要额外的能量，但必须有足够的受光面积来接受太阳能，因此限制了其淡化海水的能力。随着科学技术的发展，人们进一步认识到，太阳能海水淡化装置的根本出路应是与常规的现代海水淡化技术紧密结合起来，取之先进的制造工艺和强化传热传质新技术，使之与太阳能的具体特点结合起来，实现优势互补，才能极大地提高太阳能海水淡化装置的经济性。所以在未来，太阳能的开发和利用与海水淡化的发展是息息相关的。（2） 让生物来“帮忙”大家都知道，细胞膜为了保持细胞内部的环境相对稳定，因此具有选择透过性，在细胞膜的磷脂双分子层上嵌有蛋白质构成的水通道，以此来引导外界环境的水进入细胞内。生物膜的这种半透效果是人造膜无法达到的，生物膜的这一特性也给了人们很多启示。如果人类能够直接利用具有活性的生物膜来进行海水淡化，那么海水淡化的工艺将变得极其简单。但目前这一方向的研究依然没有突破性的进展。还有一种叫做红树的植物被称为“海水淡化器”，一棵高25米的深褐色红树每天可以从它的叶片上收集到60千克氯化钠。整个红树的树十就如同天然的脱盐器，它把海水中的盐输送到叶片上，而淡水存留了下来。这种植物的“脱盐"特性又给了我们很多的启示。怎样去模仿或者利用生物的特性是大自然留给我们的课题。也许在未来，生物真的可以“帮助''我们更好的完成海水淡化这项充满挑战的任务。（3） 碳纳米管显“神通”碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美（如图5），自从1991年被发现以来就由于其特殊的机械性能、光学性能和电子性能受到关注，并已经在催化、电子等方面得到了应用。因碳纳米管顶端的电荷与带正电的盐离子相斥，所以只有不带电的水分子能通过碳纳米管。使用较窄的碳纳米管制备得到的复合膜理论上可以大大地降低海水淡化成本，为人们提供更多的新鲜水。在具体的实际应用使用中，根据碳纳米管孔径的大小，还能决定淡化水水质的高低，应用于制造各种不同用途的淡水。很多科学家都正在改造碳纳米管薄膜，相信优质的碳纳米管薄膜很快就可以被制造出来。在水资源日益匮乏的时代，利用碳纳米管薄膜淡化海水意义十分重大。结语：这个水蓝色星球并不缺水一一只是缺少淡水。目前有3亿人口需要靠海水或含盐地下水的再加工来获取生活用水，那些水含盐量过高，并不能直接饮用。只有新的科技才能找到更好的海水脱盐方法。我们相信未来的科技发展会带给