水資源課程論文海水淡水化

1、 水資源規(guī)劃與管理課程論文海水淡化工程的介紹與應(yīng)用前景分析論文作者：教師：學(xué)科專業(yè)： 學(xué)號(hào)：提交論文時(shí)期：2014年11月30日 中 國 重 慶 2014年11 月海水淡化工程的介紹與應(yīng)用前景分析摘要：海水淡化技術(shù)是將海水中的鹽和水分離的技術(shù)。作為一個(gè)海洋大國，我國水資源呈現(xiàn)總體缺乏，地區(qū)分布不均的情況；加之我國處于迅速發(fā)展階段，水資源的可持續(xù)利用有助于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和保護(hù)生態(tài)環(huán)境。本文主要簡述了海水淡化工程的發(fā)展國內(nèi)外現(xiàn)狀、原理、主要技術(shù)和發(fā)展前景。關(guān)鍵字：海水淡化 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 海水淡化方法 發(fā)展前景 一、引言水乃生命源泉，是人類賴以生存所不可或缺的資源，但是，隨著現(xiàn)代社會(huì)的高速發(fā)展，經(jīng)濟(jì)的

2、持續(xù)增長和生活的高質(zhì)改善，犧牲的是我們生存的美好環(huán)境。工業(yè)化和都市化的發(fā)展迫使我們的環(huán)境的加劇惡化和資源的短缺，尤其是對(duì)水體的污染，目前淡水資源的短缺已成為僅次于全球氣候變暖的世界第二大環(huán)境問題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前人類生活用水每年以5%的速度增加,每15年用水總量就增加一倍，到2030年世界將會(huì)有三分之一人口面臨淡水資源危機(jī)。我國被列為世界13個(gè)缺水國之一。我國水資源情況1：總量多但人均擁有量少，據(jù)統(tǒng)計(jì)我國淡水資源總量為2.8 萬億立方米，居世界第6位，但是人均淡水資源量為 2340m3僅為前蘇聯(lián)的1/7,美國的1/5，世界人均的1/4。我國水資源的地理分布極不均勻,總體上呈現(xiàn)南多地少,北少的態(tài)勢。

3、北方的人均水量甚至僅是南方人均水量的4分之一,畝均水量僅是南方的9分之一。我國年際水資源量和水資源的年度分配不平均,枯水年與豐水年差別大。但是，我國是一個(gè)海洋大國，擁有約300萬平方公里海洋面積和18000多公里長的海岸線,而海水淡化出水對(duì)環(huán)境副作用小，不受氣候和季節(jié)的影響，由此，發(fā)展海水淡水化具有不可避免的趨勢和良好的前景。海水淡化也稱海水化淡、海水脫鹽，是指將水中的多余鹽分和礦物去除得到淡水的工序。中國21世紀(jì)議程,中國海洋21世紀(jì)議程把海水淡化技術(shù)和建立海水淡化示范工程并在有條件的地區(qū)推廣,列為優(yōu)先發(fā)展項(xiàng)目。二、國內(nèi)外海水淡化發(fā)展歷程和現(xiàn)狀1. 國際海水淡化發(fā)展歷程和現(xiàn)狀表 1 國際海水

4、淡化發(fā)展大事記年份發(fā)展進(jìn)程公元前 1400 將海水通過簡單蒸餾得到淡水公元 200 簡易的海水蒸餾裝置開始出現(xiàn)，用于遠(yuǎn)航船上為船員提供淡水。1560 世界上第一個(gè)陸地海水脫鹽廠在突尼斯的一個(gè)海島上建成16751683 海水蒸餾淡化的專利在英國誕生1872 智力研發(fā)出了世界首臺(tái)太陽能海水淡化裝置，日產(chǎn) 2 萬噸淡水1898 俄羅斯投產(chǎn)了本國第一家基于多效蒸發(fā)原理的海水淡化工廠，日產(chǎn)淡水達(dá)到 1230 噸1954 電滲析海水淡化裝置問世。1957 R.S.Silver 和 A.Frankel 發(fā)明的多級(jí)閃急蒸餾法海水淡化技術(shù)（MSF）1960 反滲透法海水淡化裝置問世。1975 低溫多效海水淡化技

5、術(shù)在原有多效蒸餾基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)20世紀(jì)80年代 反滲透技術(shù)成為耗能最低，投資運(yùn)行最快的海水淡化技術(shù)，目前，海水淡化產(chǎn)業(yè)及裝置已覆蓋西亞、西班牙、塞浦路斯、葡萄牙、希臘、意大利、印度、中國、日本和澳大利亞等世界150多個(gè)國家和地區(qū)。西亞是最大的市場,但發(fā)達(dá)國家和地區(qū)的市場也同樣很大，美國占第2,中國為第6,日本為第7。2 圖1世界海水淡化未來發(fā)展趨勢圖1世界海水淡化未來發(fā)展趨勢圖，通過該圖可知，世界海水淡水化市場在逐年增加。2. 國內(nèi)海水淡化發(fā)展現(xiàn)狀表 2 我國海水淡化發(fā)展大事記年份發(fā)展進(jìn)程1958 國家海洋局第二海洋研究所首先開展電滲析海水淡化的研究 1965 山東海洋學(xué)院進(jìn)行反滲透膜的研究

6、1968 研制出第一臺(tái)反滲透海水淡化器 1970 成立第一個(gè)海水淡化研究室 1974 完成百噸級(jí)多級(jí)閃蒸海水淡化（MSF）中試實(shí)驗(yàn) 1975 開始大中型陸用蒸餾裝置的研究 1981 第一個(gè)日產(chǎn) 200 頓電滲析海水淡化站在西沙群島建成 1984 國家海洋局杭州水處理技術(shù)研究開發(fā)中心正式成立 1984 國家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所成立 1987 引進(jìn) 3000m3/dMSF 海水淡化裝置 1997 浙江嵊泗鎮(zhèn)建成首臺(tái) 500m3/d 反滲透海水淡化站 2000 河北滄州建設(shè) 18000m3/d 反滲透苦咸水淡化廠 2003 山東榮成建成萬噸級(jí)反滲透海水淡化示范工程 2003 河北黃燁發(fā)

7、電廠引進(jìn) 20000m3/d 多效蒸餾海水淡化裝置 2004 首臺(tái)我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的 3000m3/d 低溫多效蒸餾海水淡化工程在山東黃島2005 海水利用專項(xiàng)規(guī)劃正式發(fā)布第一個(gè)指導(dǎo)性綱領(lǐng)文件 2007 遼寧紅沿河核電海水淡化工程，我國首個(gè)核電站海水淡化系統(tǒng)，于 2010 年一期完成正式通水 2008 眾和海水淡化公司出口印度尼西亞兩臺(tái)低溫多效海水淡化設(shè)備，我國海水淡化技術(shù)開始走向國際 。圖2 1990-2011 年國內(nèi)淡化裝機(jī)容量走勢圖圖2為我國淡化裝機(jī)容量走勢圖，數(shù)據(jù)顯示我國海水淡化產(chǎn)業(yè)雖然起步晚，但在國家大力支持下，近 20 年以來國內(nèi)淡化裝置容量增長趨勢。僅在“十一五”期間，我國海水淡

8、化產(chǎn)能實(shí)現(xiàn)年近 70%的速度增長率，截止到 2011 年底，我國已建成的海水淡化裝置總產(chǎn)水量近 72 萬立方米/日。二、 海水淡化研究方法海水淡化是一種實(shí)現(xiàn)海水中的鹽分和水分分離，最終得到淡水和濃縮鹽水的技術(shù)和過程。目前已研發(fā)出 20 余種海水淡化技術(shù)，根據(jù)原理對(duì)不同可分為熱法和膜法兩大類，熱法主要包括低溫多效（ME）、多級(jí)閃蒸（MSF）、壓汽蒸餾（VC）、露點(diǎn)蒸發(fā)、太陽能等技術(shù)，膜法主要包含反滲透法（RO）、電滲析法（ED）等，多年的實(shí)踐表明，真正實(shí)用的海水淡化只有MSF、ME、VC、ED 和 RO 等方法3。由圖3知反滲透法()已占到61.1%,多級(jí)閃蒸()占到25.7%,多效蒸餾()占8

9、.3%,圖3 各種淡水方法在世界上的應(yīng)用情況我國海水淡化采用最多的是電滲析技術(shù)，其次是反滲透技術(shù)。下面針對(duì)這2種方法進(jìn)行簡要闡述4：1.電滲析技術(shù)電滲析（ED）是膜分離技術(shù)的一種，是電解和滲析擴(kuò)散過程的組合，其工藝原理如圖3所示。圖3. 雙膜電滲析槽原理利用質(zhì)子交換膜的選擇透過性，在外加直流電場作用下，陰、陽離子分別往陽極和陰極移動(dòng)，它們最終會(huì)于交換膜，如果膜的固定電荷與離子的電荷相反，則離子可以通過，如果它們是相同的，則離子被排斥，從而可以制得淡水。電滲析適用于含鹽量小于20 g/L的苦咸水的淡化，由于其耗能很大，大型海水淡化裝置基本上不采用電滲析法。此外，電滲析只能除去水中的鹽分，而對(duì)水中

10、有機(jī)物不能除去，某些高價(jià)離子和有機(jī)物還會(huì)污染膜。電滲析運(yùn)行過程中易發(fā)生濃度極差化而產(chǎn)生結(jié)垢，這些都是電滲析技術(shù)較難掌握而又必須重視的問題。2.反滲透技術(shù)反滲透（RO）技術(shù)屬于一種膜分離技術(shù)，反滲透膜是一種用特殊材料和加工方法制成的、具有半透性能的薄膜。它能夠在外加壓力作用下使水溶液中的某些組分選擇性透過,從而達(dá)到淡化、凈化或濃縮分離的目的。利用選擇性半透膜裝置,在海水一邊施加一個(gè)大于滲透壓的壓力時(shí),海水中的水分子通過滲透膜進(jìn)入淡水一邊,海水中的溶質(zhì)被滲透膜隔離使得海水濃度增加。工作原理如圖4所示。圖4反滲透原理當(dāng)連通器鹽水側(cè)對(duì)液體壓力P大于滲透壓H時(shí)，鹽水中的水分子將通過半透膜進(jìn)入淡水側(cè)而溶質(zhì)

11、仍被半透膜隔離于鹽水側(cè)，致使鹽水濃度加大，這個(gè)過程與自然界正常滲透過程相反，稱為反滲透。為使反滲透裝置正常運(yùn)行，鹽水側(cè)壓力必須高于滲透壓 H，一般在 47MPa 范圍內(nèi)。反滲透裝置投資省、能耗低、建設(shè)周期短、易于自動(dòng)控制，適用于海水、苦咸水大中型規(guī)模的淡化工程，裝置體積小，設(shè)備及操作簡單，且在常溫下操作，設(shè)備的腐蝕和結(jié)垢程度較輕。存在的問題是膜的壽命和抗污染，反滲透膜、高壓泵、能量回收裝置需進(jìn)口，進(jìn)口膜使用35年后更換率為5%。四、海水淡化應(yīng)用前景海水淡水化正處于高數(shù)發(fā)展的階段，國內(nèi)外大量科研工作者從事這方面的研究，出現(xiàn)了許多好的研究成果，目前主要關(guān)注與海水淡化經(jīng)濟(jì)效益和綠色環(huán)保。主要有以下幾

12、方面：發(fā)展以水電聯(lián)產(chǎn)、熱膜耦合為代表的一體化整合海水淡化技術(shù)。水電聯(lián)產(chǎn)是指海水淡化水和電力聯(lián)產(chǎn)聯(lián)供。由于海水淡化成本在很大程度上取決于消耗電力和蒸汽的成本，水電聯(lián)產(chǎn)可以利用電廠的蒸汽和電力為海水淡化裝置提供動(dòng)力，從而實(shí)現(xiàn)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(fā)電廠建在一起的，是當(dāng)前大型海水淡化工程的主要建設(shè)模式。研究海水淡化與新型清潔、可再生能源耦合技術(shù)無論是蒸餾法還是反滲透海水淡化技術(shù),都需要以消耗能源作為代價(jià)來換取淡水。近年來,以風(fēng)能、太陽能為代表的可再生能源已經(jīng)在全球各個(gè)國家得到廣泛應(yīng)用,此外國內(nèi)外大量研究以潮汐能、波浪能、靜水壓、溫差能等海洋能的海水淡化技術(shù) 57。

13、研發(fā)不同類型的小型淡化裝置,為海島、艦船、石油平臺(tái)配套。水資源短缺是海島開發(fā)建設(shè)的瓶頸,海水淡化是解決海島水資源短缺的根本途徑。研究發(fā)展不同技術(shù)類型的小型海水淡化裝置,是加強(qiáng)國防、維護(hù)國家權(quán)益和加快海島開發(fā)建設(shè)及經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要需求。另外,小型淡化裝置還用于艦船、石油鉆井平臺(tái)等場合,為遠(yuǎn)海資源開發(fā)、深海油氣探測、海洋科學(xué)考察、海洋維權(quán)等提供充足淡水資源8。參考文獻(xiàn)：1 何季民.我國海水淡化事業(yè)基本情況P.電站輔機(jī)，2002（2）:35-432 朱淑飛等. 國內(nèi)外海水淡化發(fā)展歷史及現(xiàn)狀分析J,水處理技術(shù)，2014（7）：12-143 解利昕等. 海水淡化技術(shù)現(xiàn)狀及各種淡化方法評(píng)述J. 化工進(jìn)展,

14、2003（22）:108110844高艷玲等.海水淡化技術(shù)評(píng)述與成本分析. 工程與技術(shù)，2005（2）：28-295KALOGIPOU SA . seawter desalination using renewable energy sourcesJprogress in energy and combustion science,2005(31):242-2816 SERGIOMA, GERARDOH. An applied research program on water desalination with renewable energiesJ. American Journal of Environmental Scien