海水淡化技術(shù)研究進展

1、匯報人：匯報人：學(xué)學(xué) 號：號：海水淡化技術(shù)研究進展海水淡化技術(shù)研究進展引言1海水淡化技術(shù)2海水淡化技術(shù)的問題3實例4目錄CONTENTS1 1、引言、引言水資源分布極度不均衡世界淡水資源的60%80個國家和地區(qū)約15億人口淡水不足；26個國家約3億人口極度缺水。1 1、引言、引言我國人均淡水資源量僅為世界人均占有量的1/4，被聯(lián)合國列為13個貧水國之一個貧水國之一。沿海地區(qū)作為我國人口聚集和經(jīng)濟發(fā)展的重心，也是我國水資源最為短缺的地區(qū)，天津、北京等70多個多個大中城市用水狀況日趨緊張。根據(jù)全國水資源綜合規(guī)劃，到2020年和2030年，全國用水總量力爭分別控制在6700億立方米以內(nèi)和7000億立

2、方米以內(nèi)。即便如此并考慮南水北調(diào)工程，到2030年我國沿海地區(qū)年缺水量仍將達到214億立方米。81%19%1 1、引言、引言我國大陸海岸線總長1.8萬多公里，有150個左右的沿海城市，6500多個500平方米以上的島嶼，這是我國發(fā)展海水淡化有利的地理條件。在我國沿海地區(qū)大規(guī)模建設(shè)海水淡化工程、發(fā)展海水淡化產(chǎn)業(yè)，不僅可增加水資源總量，而且可改善水資源結(jié)構(gòu)、提高水資源安全保障率，是解決我國沿海地區(qū)淡水短缺的戰(zhàn)略選擇和重要措施。1 1、引言、引言 近年來，國外海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，并形成大規(guī)模產(chǎn)業(yè)集群。根據(jù)國際脫鹽協(xié)會發(fā)布的數(shù)據(jù)，截至2011 年底全球已簽約的淡化工程約為1. 6 萬個，總裝機容量約

3、7740 萬噸/日，62. 8% 的淡化水作為市政供水 。市政供水是海水淡化的主要應(yīng)用領(lǐng)域，已解決了2億多人的生活用水問題。 使用的海水淡化的國家和地區(qū)既包括阿拉伯海灣地區(qū)產(chǎn)油國家，也包括西班牙、以色列、澳大利亞等發(fā)達國家。尤其在阿拉伯海灣地區(qū)和缺水島嶼，淡化水已成為基本水源。我國對海水淡化科技發(fā)展進行了重點支持，圍繞高壓反滲透海水淡化和低溫多效蒸餾海水淡化兩個主流工藝分別進行了集中攻關(guān)，取得了一系列重要進展。2 2、海水淡化技術(shù)、海水淡化技術(shù)2.12.1蒸餾法蒸餾法蒸餾法：所謂蒸餾法是指把海水加熱使之沸騰蒸發(fā)，再把蒸汽冷凝成淡水的過程。蒸餾法是淡化海水的最古老的方法。早在17、18世紀，在大

4、海上航行的船員們把簡單的蒸餾器安裝在廚房的火爐上，將水蒸氣冷卻而得到供飲用的淡水。猜猜我是什么？“eliodomestico”太陽能淡水蒸餾器陶土、回收塑料和電鍍鋅混合制作而成，一天大概能生產(chǎn)出5公升的飲用水。2.1.12.1.1太陽能蒸餾法太陽能蒸餾法直接法間接法太陽能熱能太陽能電能蒸餾蒸餾電滲析電滲析對于太陽能海水淡化系統(tǒng)的研究，主要集中在對太陽能蒸發(fā)器、集熱器以及相應(yīng)海水淡化裝置的改進上。槽型拋物面集熱器復(fù)合拋物面集熱器真空管集熱器平板集熱器反射聚光型直射非聚光型2.1.12.1.1太陽能蒸餾法太陽能蒸餾法太陽能蒸餾法就是采用簡單的太陽能蒸餾器。該蒸餾器由一個水槽組成，水槽內(nèi)有一個黑色多

5、孔的氈心浮洞，槽頂上蓋有一塊透明、邊緣封閉的玻璃覆蓋層。太陽光穿過透明的覆蓋層投射到黑色絕熱的槽底，轉(zhuǎn)換為熱能。因此，塑料芯中的水面溫度總是高于透明覆蓋層底的溫度，水從氈芯蒸發(fā)，蒸汽擴散到覆蓋層上冷卻為液體，排入不透明的蒸餾槽中。2.1.12.1.1太陽能蒸餾法太陽能蒸餾法優(yōu)點優(yōu)點缺點缺點1、突破蒸汽、電力限制，運行可靠安全，可獨立使用；1、裝置性能受地區(qū)及氣候條件的影響大；2、不消耗化石能源，無污染，低能耗，能源緊缺高的地區(qū)更有突出的應(yīng)用價值；2、單位面積產(chǎn)水量較低；3、適應(yīng)性好，生產(chǎn)淡水成本低，生產(chǎn)規(guī)?？捎袡C組合，投資相對較少。3、裝置占地面積大。2.1.22.1.2多效蒸餾法（多效蒸餾法

6、（MEDMED）多效蒸餾，是讓加熱后的海水在多個串聯(lián)的蒸發(fā)器中蒸發(fā)，前一個蒸發(fā)器蒸發(fā)出來的蒸汽作為下一蒸發(fā)器的熱源，并冷凝成為淡水。低溫多效蒸餾(LT-MED)是多效蒸餾法中最節(jié)能的方法之一。世界上最大的低溫多效海水淡化廠是SIDEM 公司EPC 承建的沙特阿拉伯的Marafiq 海水淡化廠，生產(chǎn)淡水102.5萬m3 /d。2.1.22.1.2多效蒸餾法多效蒸餾法優(yōu)點優(yōu)點缺點缺點1、熱效率高，30余度的溫差可達到10左右的造水比；設(shè)備體積較大，裝置費用較高。2、結(jié)垢傾向小（操作溫度在60-70），對原水預(yù)處理要求低，投資少；4、能耗低。造水比：造水比：對于海水淡化系統(tǒng), 造水比 P是 衡量其性

7、能的最重要的參數(shù), 它是指蒸發(fā)裝置淡水總產(chǎn)量與鹽水加熱器所消耗的蒸汽量之比, 2.1.32.1.3多級閃蒸法多級閃蒸法(MSF)(MSF)多級閃蒸(MSF)是一種在20 世紀50 年代發(fā)展起來的海水淡化技術(shù)，其原理是海水經(jīng)過預(yù)熱后，進入閃蒸室，該閃蒸室的壓力低于將要進入的鹽水所對應(yīng)的飽和蒸汽壓力，鹽水進入后即因過熱而進行閃蒸。閃蒸出的蒸汽冷凝后即為淡水。2.1.32.1.3多級閃蒸法多級閃蒸法(MSF)(MSF)安全可靠，因此發(fā)展迅速，中東許多產(chǎn)油國所建的海水淡化工廠大多采用多級閃蒸法，并且與發(fā)電廠結(jié)合。如阿聯(lián)酋建造了世界上最大的多級閃蒸海水淡化廠，就是與發(fā)電廠聯(lián)合生產(chǎn)。2.1.32.1.3多

8、級閃蒸法多級閃蒸法(MSF)(MSF)優(yōu)點優(yōu)點缺點缺點1、工藝成熟、應(yīng)用廣泛；操作彈性小，動力消耗大。2、單機容量大，最大可達5萬噸/天；3、維護量小，對原水要求低；4、出水品質(zhì)好，熱效率高。多級閃蒸和多效蒸餾預(yù)處理比較多級閃蒸和多效蒸餾預(yù)處理比較蒸餾法預(yù)處理目的是為了防止設(shè)備腐蝕和結(jié)垢蒸餾法預(yù)處理工藝：（1）海水（加殺菌劑）沉沙池（加硫酸）填料塔脫氣（加聚羥酸酯）多級閃蒸淡化裝置；（2）海水（加殺菌劑）沉沙池（加殺菌劑、FeCl3、聚電解質(zhì)）混凝沉淀設(shè)備（加阻垢劑）多效蒸餾裝置多級閃蒸濃水溫度范圍在95到110，增加了對設(shè)備的腐蝕，需采用價格昂貴的通鎳合金特種不銹鋼及鈦合金制作設(shè)備，進入淡化

9、裝置的海水不僅需要加酸軟化，脫除二氧化碳，還需要脫除氧氣。低溫多效蒸發(fā)淡化最高操作溫度在70左右，結(jié)垢可能性小，進入裝置的海水只需要添加微量阻垢劑。2.1.42.1.4壓汽蒸餾法壓汽蒸餾法海水蒸發(fā)過程所產(chǎn)生的二次蒸汽，經(jīng)壓縮機增壓，蒸汽飽和溫度相應(yīng)提高，在輸入到蒸發(fā)器管束內(nèi)，作為進料升壓和升溫(溫度升高10左右)，并作為加熱和使海水蒸發(fā)的熱源，因此壓汽蒸餾法在運行后不需外部提供加熱蒸汽，靠機械能轉(zhuǎn)化為熱能。2.1.42.1.4壓汽蒸餾法壓汽蒸餾法優(yōu)點優(yōu)點缺點缺點1、熱效率高；容易腐蝕、結(jié)垢；2、過程不需冷卻水，結(jié)構(gòu)緊湊；壓汽機造價較高，難于進一步大型化。3、能耗低。2.1.52.1.5膜蒸餾法

10、膜蒸餾法膜蒸餾法是指熱海水接觸憎水微孔膜，由于膜另一側(cè)溫度較低，相應(yīng)的飽和蒸汽壓力也低，膜面上的海水蒸發(fā)并透過膜的微孔到低壓側(cè)并在冷凝面凝結(jié)為純度較高的淡水。在膜蒸餾法中，膜只起到汽水分離器和增加蒸發(fā)面的作用。（1）直接接觸式膜蒸餾（水吸式或外冷式）該組件內(nèi)，膜兩側(cè)的液體直接與膜面接觸。其一面試經(jīng)過加熱的原溶液為熱側(cè)，另一面是冷水為冷側(cè)，膜孔內(nèi)為汽相（蒸汽和空氣），在熱側(cè)膜面上生成的水蒸氣透過膜至冷側(cè)凝結(jié)成水，并和冷水合二為一。（2）氣隙式膜蒸餾（內(nèi)冷式）該組件內(nèi)，膜的冷側(cè)裝有冷卻板，在其間就是氣隙室。當熱側(cè)水蒸氣透過膜在氣隙室擴散遇冷壁凝結(jié)成液態(tài)導(dǎo)出，而冷卻水在組件內(nèi)部降溫。凝結(jié)水和冷卻水各

11、有通道，互不混合。和直接接觸膜蒸餾組件相反，蒸發(fā)面和冷卻面之間有一定距離（氣隙室寬度），這樣通量和熱傳導(dǎo)均收到了阻力。其優(yōu)點是熱量損失小，熱效率高；不需另加熱量回收裝置。缺點是組件結(jié)構(gòu)較直接法復(fù)雜；其膜通量比直接法小。2.1.52.1.5膜蒸餾法膜蒸餾法（3）掃氣式膜蒸餾該組件內(nèi)，膜的冷側(cè)通常以惰性氣體（如氮氣等）作載體，將通過膜的水蒸氣帶至組件外冷凝。（4）減壓膜蒸餾與氣隙式膜蒸餾相類似，只是將冷側(cè)施以低壓處理。2.1.52.1.5膜蒸餾法膜蒸餾法優(yōu)點優(yōu)點缺點缺點1、該過程幾乎在常壓下進行，設(shè)備簡單、操作簡便；1、膜成本高蒸餾通量小；2、由于溫度極化和濃度極化的影響，運行狀態(tài)不穩(wěn)定；2、加熱

12、到沸點，只要膜兩側(cè)維持適當?shù)臏夭?，該過程便可以運行；3、研究工作多處于試驗階段，對傳質(zhì)和傳熱機理及參數(shù)影響的定量分析還很不夠。3、膜蒸餾組件很容易設(shè)計成潛熱回收的形式，可進一步降低能耗。常用膜材料：PTEE聚四氟乙烯，PVDF聚偏氟乙烯，PP聚丙烯2.22.2冷凍法冷凍法由于海水在結(jié)冰時，水可以形成冰晶而將鹽份排除在外，這樣使鹽和水分離系利用相變進行海水淡化的另一種方法冷凍法冷凍法。間接冷凍法：利用低溫冷凍劑與海水進行間接熱交換后使海水冷凍成冰。直接冷凍法：直接冷凍法則是指冷凍劑與海水直接接觸使海水結(jié)冰。由于傳熱效率不高，而且需要很大的換熱面，因此一般已不采用。真空蒸發(fā)式直接冷凍法（以水為冷凍

13、劑）二次冷媒直接接觸法（外界加入冷凍劑）2.22.2冷凍法冷凍法真空蒸發(fā)式直接冷凍法（以水為冷凍劑）真空蒸發(fā)式直接冷凍法正是利用海水的三相點原理，以水自身為制冷劑，將海水控制在三相點附近(0.01，610.3 Pa)，使海水同時蒸發(fā)與結(jié)冰，再將冰與蒸汽分別融化和冷凝則可獲得淡水。真空冷凍蒸汽吸收法真空冷凍蒸汽壓縮法2.22.2冷凍法冷凍法二次冷媒直接接觸法（外界加入冷凍劑）一般使用的冷凍劑是丁烷等，液態(tài)丁烷與預(yù)冷的海水接觸，丁烷汽化吸冷使海水冷凍結(jié)冰，產(chǎn)生的丁烷蒸汽經(jīng)壓縮至大氣壓以上進入融化器與冰接觸，丁烷蒸汽液化而冰晶融化使水與丁烷再分離。2.22.2冷凍法冷凍法優(yōu)點優(yōu)點缺點缺點1、預(yù)處理簡

14、單，設(shè)備投資相對較小；1、過程中產(chǎn)生的三相點蒸汽難以去除、冰晶的控制和輸送、分離；2、低溫下操作，腐蝕和結(jié)垢問題相對緩和；2、在冰晶輸送過程中冰晶長大，既可能堵塞管道，又可能使冰中鹽份增多。3、膜蒸餾組件很容易設(shè)計成潛熱回收的形式，可進一步降低能耗。2.32.3膜法膜法膜法分離技術(shù)是指用特制的膜將一種液體中的溶質(zhì)和溶劑分離的方法。原理：原理：這里所謂膜是指一種流體相內(nèi)(或是在兩種流體之間)有一層薄的凝聚相物質(zhì)，它把流體相分隔為互不相通的兩部分，并能使這兩部分產(chǎn)生傳質(zhì)作用。特征：特征：（1）是管膜有多薄，它必須有兩個界面；（2）膜具有選擇透過性。在液相中，膜能使溶質(zhì)透過的現(xiàn)象稱為滲析；能使溶劑(

15、如水)透過的現(xiàn)象稱之為滲透。利用膜的選擇透過性進行分離或濃縮的方法稱為膜法分離技術(shù)。膜法分離技術(shù)在海水淡化中常用的技術(shù)是電滲析和反滲透2.3.12.3.1電滲析技術(shù)電滲析技術(shù)電滲析法是利用具有選擇性的離子交換膜在外加直流電場的作用下，使水中的離子定向遷移，并有選擇性地通過帶有不同電荷的離子交換膜，從而達到溶質(zhì)和溶劑分離的目的。2.3.12.3.1電滲析技術(shù)電滲析技術(shù)我國對電滲析技術(shù)的研究和應(yīng)用起步較晚，但發(fā)展很快。1957 年開始試驗研究，1964 年研制成功了第一臺小型實用電滲析淡化器。1981 年在西沙群島永興島建立了我國第一座規(guī)模較大的電滲析海水淡化站，產(chǎn)淡水量200 m3 d-1。優(yōu)點

16、優(yōu)點缺點缺點 過程工藝簡單，除鹽率高，操作過程工藝簡單，除鹽率高，操作方便方便1、水回收率低水回收率低；2、對不帶、對不帶 電荷的物質(zhì)如有機物、電荷的物質(zhì)如有機物、膠體、微生物、懸浮物等無脫除能膠體、微生物、懸浮物等無脫除能力，（對水質(zhì)要求較力，（對水質(zhì)要求較 嚴格，需對嚴格，需對原水進行預(yù)處理）；原水進行預(yù)處理）；3、給水含鹽量越高，能耗越大，、給水含鹽量越高，能耗越大，在苦咸水淡化工程中的應(yīng)用受到局在苦咸水淡化工程中的應(yīng)用受到局限。限。2.3.22.3.2反滲透技術(shù)反滲透技術(shù)運用反滲透原理，把原料海水經(jīng)過加藥和過濾后進入高壓泵，經(jīng)升壓后進入反透膜堆，這樣就可以進行海水淡化。透過膜的脫鹽水作

17、為產(chǎn)品水被收集并經(jīng)過進一步處理后即可送入管網(wǎng)供用戶使用。2.3.12.3.1反滲透技術(shù)反滲透技術(shù)優(yōu)點優(yōu)點缺點缺點1、投資省、能耗低、建設(shè)周期投資省、能耗低、建設(shè)周期短、易于自動控制短、易于自動控制； 膜的壽命和抗污染問題嚴重，膜的壽命和抗污染問題嚴重，反滲透反滲透 膜、高壓泵、能量回收膜、高壓泵、能量回收裝置需定期更換。裝置需定期更換。 2、裝置體積小，設(shè)備及操作簡裝置體積小，設(shè)備及操作簡單，維修方便單，維修方便；3、在常溫在常溫 下操作，設(shè)備的腐下操作，設(shè)備的腐蝕和結(jié)垢程度較輕蝕和結(jié)垢程度較輕。膜法預(yù)處理工藝膜法預(yù)處理工藝 目的是預(yù)防生物污染和結(jié)垢 主要方法包括加氯殺菌、凝聚沉淀、多介質(zhì)過濾

18、、加酸調(diào)PH、加阻垢劑、加還原劑等。例如：海水（加殺菌劑、FeCl3、聚電解質(zhì)）絮凝槽重力過濾器（殺菌劑、還原劑）活性炭過濾器（加硫酸、阻垢劑）過濾器反滲透膜組件3 3海水淡化技術(shù)的問題海水淡化技術(shù)的問題（1）成本高）成本高造水成本相對較高是制約目前海水淡化技術(shù)進一步發(fā)展的最主要原因之一，因而對現(xiàn)有工藝技術(shù)的優(yōu)化及提升、相關(guān)技術(shù)的耦合、海水的綜合利用、新能源的利用和新技術(shù)的開發(fā)是解決這一問題的主要途徑。（2 2）高濃度鹽水污染）高濃度鹽水污染各國研究人員針對濃海水排放對海洋生態(tài)環(huán)境的影響展開了研究，普遍認為排放水物理性質(zhì)的改變和殘留化學(xué)品的毒性將對海洋生物造成潛在威脅。由于排放多在開放性海域，

19、以及對環(huán)境的影響存在滯后性，目前尚未出現(xiàn)嚴重的環(huán)境問題。然而，隨著人類水資源的日益短缺和海水淡化產(chǎn)業(yè)規(guī)模的不斷擴大，這一問題將會越來越突顯出來，如不予以妥善解決，很可能成為海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要限制因素。3.13.1成本高成本高在能源問題日益嚴峻的今天， 選擇一種合適的海水淡化方法， 對能源的需求不得不作為首選考慮問題。目前，風(fēng)能、太陽能、核能、波浪能、潮汐能和液化天然氣（LNG）等新能源是海水淡化技術(shù)中可利用的清潔能源。3%7%4%5%37%44% Electric power Fixed charges Membrane replacement Labour Maintenance &am

20、p; Parts Consumables 電費投資成本膜更換費勞動力維修費消耗品3.23.2高濃度鹽水污染高濃度鹽水污染濃海水軟化濃海水軟化由于濃海水中含有較多的Ca2+和Mg2+，在濃海水利用過程中極易結(jié)垢，給設(shè)備造成危害，增加運行成本，同時雜質(zhì)離子的存在也給其他元素的提取帶來困難，降低了生產(chǎn)效率及經(jīng)濟性，成為制約濃海水資源化利用技術(shù)發(fā)展的瓶頸之一。化學(xué)反應(yīng)沉淀化學(xué)反應(yīng)沉淀軟化法是除鈣鎂的傳統(tǒng)方法，通過向海水中加入適宜的藥劑，使其與海水中的鈣鎂離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成沉淀，以降低海水硬度，達到海水軟化的目的常見的化學(xué)反應(yīng)沉淀軟化法包括石灰軟化法、石灰純堿軟化法、熱法石灰純堿磷酸鹽軟化法濃海水制鹽

21、濃海水制鹽鹽田日曬法制鹽為傳統(tǒng)技術(shù)，具有工藝簡單、技術(shù)成熟等特點，但需占用大量的濱海土地資源當前，鹽田法鹽田法仍是（濃）海水制鹽最普遍的方法，產(chǎn)品海鹽主要作為氯堿及純堿生產(chǎn)的主要原料因海水淡化副產(chǎn)濃海水的鹽含量約為天然海水的2 倍，以濃海水為原料用于日曬制鹽可節(jié)省約一半鹽田面積但伴隨濱海經(jīng)濟的快速發(fā)展，鹽田面積日漸縮減，濃海水的處理靠傳統(tǒng)的鹽田法制鹽將無法滿足發(fā)展大規(guī)模海水淡化的需求電滲析法電滲析法海水制鹽是通過選擇性離子交換膜濃縮制鹵液體鹽，并可進行真空蒸發(fā)制精制鹽甚至食用鹽海水提鉀海水提鉀世界鉀肥的總消費量為6 107 t/a由于陸地鉀礦分布不均，全球陸地可溶性鉀礦共89 億t儲量，90%集中在加、俄、德、美等少數(shù)幾個國家，絕大多數(shù)國家鉀礦貧乏，依賴進口以濃海水為原料，因其鉀離子濃度約為海水的2 倍，鉀離子篩吸附相同量鉀素所需處理的原料體積減少1 倍，從而減少能耗，降低成本因此，沸石鉀離子篩法沸石鉀離子篩法濃海水提鉀技術(shù)具有更好的發(fā)展前景。濃海水提溴濃海水提溴由于海水的溴濃度較低，采用空氣吹出法空氣吹出法直接從海水提溴，存在著設(shè)備龐大、電耗高等問題而以淡化后濃海水為原料，利用空氣吹出法提溴將大大緩解此問題，且淡化