海水淡化主要工藝及海水淡化發展現狀分析

2020-11-24 中國水網

海水淡化(又稱海水脫鹽)是分離海水中鹽和水的過程。從海水中取出水,或除去海水中的鹽,都可以達到淡化目的。海水淡化的方法,基本上也分為這兩大類。

其中得到大規模商業應用的是反滲透法、電滲析法和蒸餾法。

(1)反滲透法(Reverseosmosis,RO)

在壓力驅動下,海水中的淡水通過半透膜進入膜的低壓側,而海水中的其他組分(如鹽)被阻擋在膜的高壓側並隨濃縮海水排出,從而達到有效的分離。海水淡化時,在海水一側施加大於海水滲透壓的外壓,則海水中的純水將反向滲透至淡水中,此即反滲透海水淡化原理(圖1)。為了取得必要的淡化速率,實際操作壓力大於5.5MPa。

反滲透法，通常又稱超過濾法，是1953年才開始採用的一種膜分離淡化法。該法是利用只允許溶劑透過、不允許溶質透過的半透膜，將海水與淡水分隔開的。在通常情況下，淡水通過半透膜擴散到海水一側，從而使海水一側的液面逐升高，直至一定的高度才停止，這個過程為滲透。此時，海水一側高出的水柱靜壓稱為滲透壓。如果對海水一側施加一大於海水滲透壓的外壓，那麼海水中的純水將反滲透到淡水中。反滲透法的最大優點是節能。它的能耗僅為電滲析法的1/2，蒸餾法的1/40。因此，從1974年起，美日等發達國家先後把發展重轉向反滲透法。

反滲透海水淡化技術發展很快，工程造價和運行成本持續降低，主要發展趨勢為降低反滲透膜的操作壓力，提高反滲透系統回收率，廉價高效預處理技術，增強系統抗汙染能力等。

圖1反滲透脫鹽過程

圖2反滲透膜構造示意圖

圖3反滲透脫鹽過程

(2)電滲析法(Electrodialysis,ED)

在直流電場的作用下,離子透過選擇性離子交換膜而遷移,從而使電解質離子自溶液中部分分離出來的過程稱為電滲析(圖2)。

該法的技術關鍵是新型離子交換膜的研製。離子交換膜是0.5-1.0mm厚度的功能性膜片，按其選擇透過性區分為正離子交換膜(陽膜)與負離子交換膜(陰膜)。電滲析法是將具有選擇透過性的陽膜與陰膜交替排列，組成多個相互獨立的隔室海水被淡化，而相鄰隔室海水濃縮，淡水與濃縮水得以分離。電滲析法不僅可以淡化海水，也可以作為水質處理的手段，為汙水再利用作出貢獻。此外，這種方法也越來越多地應用於化工、醫藥、食品等行業的濃縮、分離與提純。


圖4電滲透脫鹽過程

(3)蒸餾法

蒸餾法的海水淡化原理簡單,即將海水加熱,待水蒸汽冷凝後得到淡水。蒸餾法依據所用能源、設備及流程的不同,分為多級閃蒸(Multi-stageflashdistillation,MSF)、低溫多效(Multipleeffectdistillation,MED)和蒸汽壓縮蒸餾(Vaporcom-pression,VC)等。其中,低溫多效在70℃以下進行操作,遠低於多級閃蒸110℃左右的蒸汽溫度,有效地避免了無機鹽的結垢,是目前最為適用的蒸發技術之一。同時,它可利用各種形式的低位熱源,如與火電廠或核電廠結合,利用蒸汽輪機的背壓0.02～0.04MPa(絕對壓力)抽氣造水,減少發電損失,提高發電機組的效率(圖3)。

低溫多效

多效蒸發是讓加熱後的海水在多個串聯的蒸發器中蒸發，前一個蒸發器蒸發出來的蒸汽作為下一蒸發器的熱源，並冷凝成為淡水。其中低溫多效蒸餾是蒸餾法中最節能的方法之一。低溫多效蒸餾技術由於節能的因素，近年發展迅速，裝置的規模日益擴大，成本日益降低，主要發展趨勢為提高裝置單機造水能力，採用廉價材料降低工程造價，提高操作溫度，提高傳熱效率等。

圖5利用蒸汽輪機背壓蒸汽的MED工藝流程

圖6燃煤電廠低溫多效蒸餾海水淡化裝置

多級閃蒸

所謂閃蒸，是指一定溫度的海水在壓力突然降低的條件下，部分海水急驟蒸發的現象。多級閃蒸海水淡化是將經過加熱的海水，依次在多個壓力逐漸降低的閃蒸室中進行蒸發，將蒸汽冷凝而得到淡水。目前全球海水淡化裝置仍以多級閃蒸方法產量最大，技術最成熟，運行安全性高彈性大，主要與火電站聯合建設，適合於大型和超大型淡化裝置，主要在海灣國家採用。多級閃蒸技術成熟、運行可靠，主要發展趨勢為提高裝置單機造水能力，降低單位電力消耗，提高傳熱效率等。


編輯：趙凡

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