海水淡化技術之方法解析,你知道幾種呢?

2021-01-15 水博網

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20世紀60年代初，多級閃蒸海水淡化技術應運而生，現代海水淡化產業也由此步入了快速發展的時代。

海水淡化技術的大規模應用始於乾旱的中東地區，但並不局限於該地區。由於世界上70％以上的人口都居住在離海洋120公裡以內的區域，因而海水淡化技術近20多年迅速在中東以外的許多國家和地區得到應用。最新資料表明，到2003年止，世界上已建成和已籤約建設的海水和苦鹹水淡化廠，其生產能力達到日產淡水3600萬噸。目前海水淡化已遍及全世界125個國家和地區，淡化水大約養活世界5％的人口。海水淡化，事實上已經成為世界許多國家解決缺水問題，普遍採用的一種戰略選擇，其有效性和可靠性已經得到越來越廣泛的認同。




蒸餾法雖然是一種古老的方法，但由於技術不斷地改進與發展，該法至今仍佔統治地位。蒸餾淡化過程的實質就是水蒸氣的形成過程，其原理如同海水受熱蒸發形成雲，雲在一定條件下遇冷形成雨，而雨是不帶鹹味的。根據所用能源、設備、流程不同主要可分設備蒸餾法、蒸汽壓縮蒸餾法、多級閃急蒸餾法等。




冷凍法，即冷凍海水使之結冰，在液態淡水變成固態冰的同時鹽被分離出去。冷凍法與蒸餾法都有難以克服的弊端，其中蒸餾法會消耗大量的能源並在儀器裡產生大量的鍋垢，而所得到的淡水卻並不多；而冷凍法同樣要消耗許多能源，但得到的淡水味道卻不佳，難以使用。




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漸升高，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心轉向反滲透法。


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。




人類早期利用太陽能進行海水淡化，主要是利用太陽能進行蒸餾，所以早期的太陽能海水淡化裝置一般都稱為太陽能蒸餾器。餾系統被動式太陽能蒸餾系統的例子就是盤式太陽能蒸餾器，人們對它的應用有了近150年的歷史。由於它結構簡單、取材方便，至今仍被廣泛採用。目前對盤式太陽能蒸餾器的研究主要集中於材料的選取、各種熱性能的改善以及將它與各類太陽能集熱器配合使用上。與傳統動力源和熱源相比，太陽能具有安全、環保等優點，將太陽能採集與脫鹽工藝兩個系統結合是一種可持續發展的海水淡化技術。太陽能海水淡化技術由於不消耗常規能源、無汙染、所得淡水純度高等優點而逐漸受到人們重視。




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。




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。




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。




壓汽蒸餾海水淡化技術，是海水預熱後，進入蒸發器並在蒸發器內部分蒸發。所產生的二次蒸汽經壓縮機壓縮提高壓力後引入到蒸發器的加熱側。蒸汽冷凝後作為產品水引出，如此實現熱能的循環利用。




露點蒸發淡化技術是一種新的苦鹹水和海水淡化方法。它基於載氣增溼和去溼的原理，同時回收冷凝去溼的熱量，傳熱效率受混合氣側的傳熱控制。


水電聯產：水電聯產主要是指海水淡化水和電力聯產聯供。由於海水淡化成本在很大程度上取決於消耗電力和蒸汽的成本，水電聯產可以利用電廠的蒸汽和電力為海水淡化裝置提供動力，從而實現能源高效利用和降低海水淡化成本。國外大部分海水淡化廠都是和發電廠建在一起的，這是當前大型海水淡化工程的主要建設模式。


熱膜聯產：熱膜聯產主要是採用熱法和膜法海水淡化相聯合的方式（即MED-RO或MSF-RO方式），滿足不同用水需求，降低海水淡化成本。目前，世界上最大的熱膜聯產海水淡化廠是阿聯富查伊拉海水淡化廠，日產海水淡化水量為45.4萬立方米，其中，MSF日產水28.4萬立方米，RO日產水17萬立方米。其優點是：投資成本低，可共用海水取水口。RO和MED/MSF裝置淡化產品水可以按一定比例混合滿足各種各樣的需求。


此外，以上方法的其他組合也日益受到重視。在實際選用中，究竟哪種方法最好，也不是絕對的，要根據規模大小、能源費用、海水水質、氣候條件以及技術與安全性等實際條件而定。


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