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海水淡化主流技术简单说明

点击数:  发布时间:2019-12-16 09:38  信息来源:未知

21世纪,水资源问题已成为困扰世界各国经济和社会发展的一个制约因素。目前全世界约有80多个国家和地区严重缺水,站地球陆地面积的60%,有15亿人缺少饮用水,20亿人得不到安全的用水,而地球上覆盖的水资源有97.5%是海水,不能直接利用,而可利用的淡水资源仅占地球总水量的0.26%。目前常用的局部地区缺水解决方案有远程调水、地下取水、建造水库等,但长期使用造成了水源枯竭、浪费土地、地面下沉和破坏生态等诸多弊端,且均属于淡水存量调整,不能从根本上解决淡水危机。另外雨水的收集利用、废水回用和加强水资源的立法管理等也可缓解部分地区的淡水短缺。而海水淡化作为一种开辟新水源的相对成熟的技术,已成为世界上公认的解决缺水的最佳方案。

海水淡化,亦称海水脱盐,是指通过一定的装置和设备除去海水中的盐分以获得淡水的工艺过程。经过40多年的科技攻关和工程示范,我国在反渗透法、蒸馏发等主流海水淡化关键技术方面取得重大突破。目前我国最大的日产10万吨海水淡化工程在天津大港建成投产;此外,青岛百发设计总规模为10万m3/d的海水淡化项目也于2011年7月底正式运行,该项目采用世界上成熟可靠的反渗透海水淡化工艺,总投资为1.22亿欧元,淡化海水直接进入市政自来水供水管网。

海水淡化各种主要技术的简单说明

海水淡化技术发展至今已历经近半个世纪 , 联合国在 《关于非常规水源的研究报告》 中指出:1950 ~ 1985 年间 , 海水淡化技术的发展经历了发现阶段、开发阶段和商业化阶段,期间研究开发的精力,主要集中于蒸馏法 ( 包括多级闪蒸、低温多效等 )、冷冻法、电渗析法和反渗透法;之后的 20 多年中,多级闪蒸法、低温多效法和反渗透法发挥了突出的作用,成为当代海水淡化与苦咸水淡化技术的主流。近年来,1 种将蒸馏法和膜法进行集成耦合的海水淡化技术更具挑战性。现主要介绍多级闪蒸 (MSF)、低温多效 (MED)及反渗透法 (RO) 的技术情况。

1.多级闪蒸 (MSF)

多级闪蒸法是利用蒸馏的原理,即液体在沸点时将产生蒸汽的原理,将溶液中的水份转变成蒸汽,而与溶解于溶液中的盐份分离。闪蒸以降低压方式降低沸点,并产生蒸汽,再将蒸汽冷凝后 , 即可制得淡水。由于此方法并没有有使含盐水真正沸腾 ( 仅是表面沸腾 ) 与热传表面积接触,可以大幅改善因蒸馏产生的积垢问题,这种方法于1950年代即已有商业化的规模,加上其产量较大,广为中东产油国所采用。

多级闪蒸的工艺过程 , 在海水淡化系统中主要被分成 2 个区域,一为加热区,作为进料海水之预热使用,一般多采蒸汽作热源,蒸汽冷凝后回到锅炉。另一为闪化区域 , 系一多级的闪化与热回收区,通常为 16 级至 50 级不等,级数随著不同的设计要求而定。各级蒸发室的压力依次递减,海水从一级到另一级不断闪蒸,此区域內并不需要外加热量。已闪蒸蒸发的水蒸汽上升与蒸发室上端盘管中之冷进料海水作热交换而冷凝成为淡水,最后 1 个蒸发室则用蒸汽喷射器抽真空,造成盐水之表面沸腾。

2.低温多效 (MED)

低温多效是用高温蒸汽与海水之温差进行热交后,将受热沸腾而蒸发的海水 (不含盐的水蒸汽)冷凝并收集而成。此方法被评为能耗最低的海水淡化方法之一。但是MED法存在严重的结垢和腐蚀问题。其发展速度和市场占有滤因此大受限制。

3.反渗透法 Reverse Osmosis(RO)

反渗透法的原理就是利用半透膜中分子晶格空隙对水及盐类溶解度的差异而将其分离。在半透膜两侧分别为淡水及含盐类之溶液。依热力学定律 , 物质会趋向较低化学势能的方向移动,因盐水的化学势能较清水为低,故由淡水一侧会产生渗透流,通过膜面,进入盐水溶液,直到膜两侧化学势能达到平衡为止。当两侧的压力差等于渗透压时,则达到平衡状。若在盐水一侧施加大于渗透压之压力时,则盐水的化学势能会高于清水,而使盐水中的水份,通过膜面流向清水侧,此种现象即称为反渗透。

近20年来,随着预处理技术的改进、能量回收装置的使用和膜性能的优化等,使SWRO技术日益成熟。进入21世纪后RO法已经取代MSF法成为海水淡化市场的主导。SWRO技术设备投资少,能耗低、效益高、工艺成熟,竞争力最强。反渗透RO膜组件技术已相当成熟,组件脱盐率可达99.5%,不但可用于脱除水中的大量无机盐离子,还可用于去除大部分的有机物、胶病毒和细菌、悬浮物等。但这些大分子物质的存在,容易造成膜的污染,降低膜的使用寿命,需根据海水水质进行预处理。此外,RO法还存在能量回收问题和浓盐水的排放问题。

几种海水淡化技术的技术特性的比较

多级闪蒸(MSF)、低温多效(MED)、反渗透法(RO)的技术特征存在较大差异,也是造成世界各地不同地域各种技术使用率差别较大的主要原因,技术特性见下表。

 

类型

多级闪蒸

(MSF)

低温多效

(MED)

反渗透法

(RO)

结垢

中等

中等

腐蚀

非常低

容量

中等

中等

原料水质要求

中等

产品水质

1~25mg/L

1~25mg/L

35~50mg/L

耗电量

4.05.5

kW·h/m3

2.53.5

kW·h/m3

4.55.5

kW·h/m3

运行最高温度

90~112℃

70 ℃

常温

 

 

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