海水淡化过程和方式方法

由于淡水稀缺，有必要将盐水转化为可饮用的淡水，这个过程称为海水淡化。它还可以减少水中的总溶解固体(TDS)。海水淡化过程•地球上只有0.5%的水可以饮用。其余97%是海水，2.5%是咸水。•天然水可以根据其TDS值进行分类。由于淡水稀缺，有必要将盐水转化为可饮用的淡水，这个过程称为海水淡化。它还可以减少水中的总溶解固体(TDS)。海水淡化是一个成本高昂的过程。事实证明，通过海水淡化获得的水比天然处理过的水昂贵得多。降低海水淡化成本的研究正在进行中。

海水淡化方法：将盐水转化为淡水通常采用的各种方法列举如下：(1)蒸发、蒸馏脱盐。(2)电渗析法(3)反渗透法(4)冷冻工序(5)日光蒸馏法和（六）其他方法。1、蒸发、蒸馏脱盐：这是最常用的海水淡化方法。在这种方法中，海水或盐水在称为蒸发器的巨型容器中煮沸，产生水蒸气，水蒸气被捕获并凝结成淡水。•蒸发器由一个金属箱组成，其中的盐水（盐水）由一组输送非常热蒸汽的管道加热。•蒸汽的热量通过管壁传递并使盐水沸腾。•沸腾的盐水蒸发，蒸汽被引入第二个盒子，其中另一组装有冷盐水的管道将其冷凝成新鲜纯净的水。在冷却操作期间，从蒸汽中散发出的热量加热冷盐水，然后将其发送到蒸发器。•这些蒸发器效率高，但容易“结垢”。水垢由石灰石、白垩和熟石膏组成，沉积在金属箱蒸发器上。通过pH控制和脱碳对原盐水（盐水）进行预处理，或者在蒸发器管内衬上聚四氟乙烯，可以克服这个问题。为了降低蒸馏成本，开发了以下新方法来节省过程中使用的热能和燃料：(i)立管蒸发器（VTE）(ii)多级闪蒸器(MSF)(iii)多效多级闪蒸器（MEMS）(iv)组合过程（VTE/MSF）立管蒸发器(VTE)•单效蒸发器如图2.24油至波士顿•来自锅炉的蒸汽加热并蒸发盐水。多效蒸发器如图2.25所示。在此，水在第一效中以最高压力蒸发。蒸气在第二效中冷凝，蒸发出等量的蒸气。同样，第三个蒸发器充当第二个蒸发器的冷凝器，依此类推。连续蒸发器中的温度和压力将继续降低，使盐水在低温和低压下沸腾。多级蒸发通过降低压力，水可以在低温下沸腾。热盐水在一定压力下能汽化到一定程度；剩下的较冷的盐水也可以在更低的压力下蒸发，等等。这一原理用于“多级”蒸发器，即水在各个阶段一次又一次地蒸发和冷凝。该技术有效地利用了热能。多级蒸发器如图2.26所示。在该蒸发器中，操作是在低温和低压下进行的。该过程分为不同的阶段。每个阶段的温度和压力都会降低。加热的盐水被引入第一个隔室，导致一些水蒸发，这些水被冷凝并收集在另一个隔室中。较冷的盐水进入另一个压力仍然较小的隔间，从而导致其中一些盐水蒸发，这些盐水也被冷凝和收集。重复该过程，直到真空达到实际可行的高度，并且所有可能的蒸发都已发生。最后，当盐水变得太浓、温度和压力太低以至于无法蒸发并且无法提取剩余的热量时，它就会被扔进海洋。这种方法只浪费了一点点热量。多级闪蒸(MSF)闪蒸是指热盐水在较小压力下突然冷却时产生的效果。水像闪电一样突然蒸发，永远不会达到实际的沸点。使用加热器将盐水加热至最高温度。压力下的热盐水通过喷嘴喷入压力较低且温度较低的第一室。突然的变化产生闪光动作，水会立即蒸发。盐水穿过多个隔室（闪蒸室），其中盐水在连续低压下发生闪蒸。每个阶段闪蒸中释放的蒸汽冷凝以加热进入的海水并提供淡水多效多级闪蒸(MEMS)在该方法中，整个温度闪蒸范围被分成多个温度区间。在每个间隔内，都有一个单独的单效多级装置运行，具有自己的热量输入、热量回收、热量排出和再循环流。第一个效应接收来自外部源的热量，而对于后续效应，来自前一个效应的热量被拒绝到下一个效应的盐水中。这有效地利用了热量输入。2、电渗析法脱盐：在盐水中，H、O分子与钠离子和氯离子结合在一起。为了将盐从水中分离出来，必须破坏H2O分子与Na+和Cl-离子之间的氢键。这些键在“蒸馏法”中被热破坏；而在“电渗析法”中，这些键是在电的帮助下断裂的。当电流通过盐溶液时，钠离子和氯离子从水分子中释放出来，它们开始向带相反电荷的电极移动。换句话说，带正电的钠离子将向-ve极移动，即阴极，而带负电的氯离子将向+ve阳极移动。如果允许这些阳离子（+ve离子）和阴离子（-ve离子）分离在不同的隔室中，那么剩下的就是淡水。这种隔离是通过称为“膜”的薄塑料片实现的。电池由一对平行安装在一对电极之间的阳离子膜和阴离子膜组成。堆叠由平行安装在一对电极之间的多个膜对组成（每个膜之间有间隔物）。对于大型工厂，堆栈通过液压方式连接在一起，通常是并联（有时也串联），如图2.31所示。因此，在这样的工厂中，大量的小分离器并联连接在一起。交替类型的膜在每对相对的之间堆叠有薄垫片。孔隙在每一层都提供过量的水，因此盐水可以被迫进入膜之间，而较少的盐水可以从另一侧泵出，这些水可以通过其他膜堆再循环。由于一层膜通常可以去除50%的盐度，因此使用三到四层膜可以通过这种方式生产出非常细的水。电渗析法的优点是：(i)中等TDS（500至3000mg/l）盐水的最佳方法(ii)这是一台紧凑的机器。(iii)购买和安装工厂的成本较低。（四）操作方便。它可以在几分钟内启动和停止。(v)这非常适合在小镇或偏远地区净化水。(vi)只需改变加在一起的单元数量，就可以将它们组装成不同的输出。3.反渗透工艺海水淡化：在这种海水淡化方法中，通过迫使盐溶液接触“半透膜”屏障来分离水分子和盐离子，该屏障允许水流过自身但阻止盐。在渗透中，当盐溶液通过半透膜与纯水分离时，纯水流过膜，直到纯水侧的压力等于盐溶液的渗透压。但在反渗透中，通过在含有盐溶液的一侧施加外部高压来对抗自然渗透压。换句话说，自然渗透过程是相反的，外部压力迫使盐溶液中的纯水穿过膜向含有纯水的一侧移动。施加的外部压力应至少是渗透压的两倍才能达到可行的流程。RO通常在1000Kg/cm2左右运行半透膜很薄，但致密且坚固，足以承受较高的外部压力。根据孔径和去除颗粒尺寸对膜进行分类如下：(i)微过滤（MF）(ii)超滤（UF）(iii)纳米过滤（NF）；和(iv)反渗透(RO)

•微滤(MF)和超滤(UF)是微孔膜，通过物理分离去除悬浮的小尺寸颗粒。它们是低压过程。•纳米过滤(NF)和反渗透(RO)通过渗透作用去除溶解的盐离子。NF被称为低压反渗透。NF和RO是高压过程，通​​过扩散进行分离。RO拒绝尺寸为0.0001μm的颗粒，而NF拒绝尺寸大于0.001μm（纳米）的颗粒反渗透可用于中等咸度水（TDS为1000至10000mg/l）的低压膜（如纳米过滤）脱盐；高压膜适用于TDS高于10000mg/l的高盐度水。通过该方法可以获得TDS在500mg/l以内的足够优质的水。4、冷冻法淡化海水：这种方法的原理是当盐水结冰时，最初形成的冰几乎不含盐。这些冰融化后可以为我们提供优质的水。获得的水的质量令人满意，但生产成本高且令人望而却步。冷冻过程包括冷却进入的海水，将其冷冻成冰，分离冰和盐水，融化冰以提供淡水，并使用浓缩盐水冷却进入的海水。液化碳氢化合物（正丁烷）可用作制冷剂。在直接接触式制冷系统中，冷冻丁烷与盐水混合。或者，加压冷冻；高沸点碳氢化合物被冷冻并与预冷海水混合。5.太阳能蒸发法海水淡化：其他海水淡化方法使用热能或机械动力。但太阳蒸发利用太阳辐射作为热能来源。所需设备很简单。图2.37所示为温室型蒸馏器，在日照条件良好的情况下，每平方米盆地表面可产淡水约5公斤/天。黑色的底部含有盐水，浅层通过它吸收太阳能。蒸气上升并凝结在玻璃或塑料表面上，其倾斜程度使得收集到的水流至公共水库。必须经常清除玻璃表面的灰尘等，以保持其透明。6.其他脱盐方法：在该方法中，丙烷气体在受控的温度和压力条件下与盐水结合。在高于水的冰点的温度下，盐水和丙烷气体之间发生化学反应，形成冰状晶体。这些晶体的成分中不含