海水淡化技术及发展状况简析Word文件下载.docx
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1953年，一种新的海水淡化方法问世了，这就是反渗透法。
这种要领利用半透膜来到达将淡水与盐分散的目的。
在通常情况下，半透膜允许溶液中的溶剂通过，而不允许溶质透过。
由于海水含盐高，如果用半透膜将海水与淡水离隔，淡水会通过半透膜扩散到海水的一侧，从而使海水一侧的液面升高，直到一定的高度产生压力，使淡水不再扩散过来。
这个历程是渗透。
在新兴的反渗透法研究方兴未艾的时候，陈腐的蒸馏法也改弦易辙，重新抖擞了青春。
知识报告我们，水在常温常压下要加热到100℃才沸腾，产生大量的水蒸气。
传统的蒸馏法只考虑了通过升高温度得到水蒸气的方法，耗能甚巨。
而新的要领是将气压降下来，把经过适当加温的海水，送入人造的真空蒸馏室中，海水中的淡水会在瞬间急速蒸发，全部酿成水蒸气。
许多这样的真空蒸馏室连接起来，就组成了大型的海水淡化工场。
如果海水淡化工场与热电厂建在一起，利用热电厂的余热给海水加温，本钱就更低了。
现在世界上的大型海水淡化工场，大多接纳新的蒸馏法。
在西亚盛产石油的国度，往往土地“富得流油”，却打不出一口淡水井。
水比油贵的现实，使海水淡化工场如雨后春笋般出现在西亚的海岸线上。
1983年，西亚第一大国沙特阿拉伯在吉达港修建了日产淡水30万吨
的海水淡化厂；
在另一个西亚国度科威特，每天也可以生产淡水100万吨。
波斯湾沿岸地域，有的国度的淡化海水已经占到了本国淡水使用量的80%—90%。
二、海水淡化要领及主要技能
现代意义上的海水淡化则是在第二次世界大战以后才生长起来的。
战后由于国际资本鼎力大举开发中东地域石油，使这一地域经济迅速生长，人口快速增加，这个原本干旱的地域对淡水资源的需求与日俱增。
而中东地域奇特的地理位置和睦候条件，加之其富厚的能源资源，又使得海水淡化成为该地域解决淡水资源短缺问题的现实选择，并对海水淡扮装置提出了大型化的要求。
在这样的配景下，20世纪60年代初，多级闪蒸海水淡化技能应运而生，现代海水淡化财产也由此步入了快速生长的时代。
海水淡化技能的大范围应用始于干旱的中东地域，但并不局限于该地域。
由于世界上70％以上的人口都居住在离海洋120公里以内的区域，因而海水淡化技能近20多年迅速在中东以外的许多国度和地域得到应用。
最新资料表明，到2003年止，世界上已建成和已签约建立的海水和苦咸水淡化厂，其生产能力到达日产淡水3600万吨。
目前海水淡化已遍及全世界125个国度和地域，淡化水约莫养活世界5％的人口。
海水淡化，事实上已经成为世界许多国度解决缺水问题，普遍接纳的一种战略选择，其有效性和可靠性已经得到越来越遍及的认同。
1、冷冻法
冷冻法，即冷冻海水使之结冰，在液态淡水酿成固态冰的同时盐被分散出去。
冷冻法与蒸馏法都有难以克服的毛病，其中蒸馏法会消耗大量的能源并在仪器里产生大量的锅垢，而所得到的淡水却并不多；
而冷冻法同样要消耗许多能源，但得到的淡水味道却不佳，难以使用。
真空冷冻海水淡化法工艺包罗脱气、预冷、蒸发结晶、冰晶洗涤、蒸汽冷凝等步调，海水淡化水产物可到达国度饮用水尺度，是一种较理想的海水淡化法。
冷冻海水淡化法原理
海水三相点是使海水汽、液、固三相共存并到达平衡的一个特殊点。
若压力或温度偏离该三相点，平衡被破坏，三相会自动趋于一相或两相。
真空冷冻法海水淡化正是利用海水的三相点原理，以水自身为制冷剂，使海水同时蒸发与结冰，冰晶再经分散、洗涤而得到淡化水的一种低本钱的淡化要领。
与蒸馏法、膜海水淡化法相比，冷冻海水淡化法能耗低，腐化、结垢轻，预处置惩罚简朴，设备投资小，并可处置惩罚高含盐量的海水，是一种较理想的海水淡化法。
冷冻海水淡化法工艺
冷冻海水淡化法工艺之脱气由于海水中溶有的不凝性气体在低压条件下将险些全部释放,且又不会在冷凝器内冷凝。
这将升高系统的压力，使蒸发结晶器内压力高于二相点压力，破坏操纵的进行。
显然减压脱气法适合本系统。
冷冻海水淡化法工艺之预冷海水脱气后可与蒸发结晶器内排出的浓盐水和淡化水产生热互换，预冷至海水的冰点四周。
海水淡化法工艺之温度和压力
它们是影响海水蒸发与结冰速率的主要因素。
海水淡化法工艺之冰—盐水是一固液系统普通的分散要领均可使冰—盐水得到分散，但分散要领差别，得到的冰晶含盐量也差别。
实验结果表明减压过滤要领得到的冰晶含盐量比常压过滤要领得到的冰晶含盐量低得多。
海水淡化法工艺之蒸汽冷凝在蒸发结晶器内，除海水析出冰晶以外，还将产生大量的蒸汽，这些蒸汽必须实时移走，才气使海水不停蒸发与结冰。
2、反渗透法
通常又称凌驾滤法，是1953年才开始接纳的一种膜分散淡化法。
该法是利用只允许溶剂透过、不允许溶质透过的半透膜，将海水与淡水离开开的。
在通常情况下，淡水通过半透膜扩散到海水一侧，从而使海水一侧的液面逐渐升高，直至一定的高度才停止，这个历程为渗透。
此时，海水一侧超过的水柱静压称为渗透压。
如果对海水一侧施加一大于海水渗透压的外压，那么海水中的纯水将反渗透到淡水中。
反渗透法的最大优点是节能。
它的能耗仅为电渗析法的1/2，蒸馏法的1/40。
因此，从1974年起，美日等发达国度先后把生长重心转向反渗透法。
反渗透海水淡化技能生长很快，工程造价和运行本钱连续低落，主要生长趋势为低落反渗透膜的操纵压力，提高反渗透系统接纳率，廉价高效预处置惩罚技能，增强系统抗污染能力等。
3、太阳能法
人类早期利用太阳能进行海水淡化，主要是利用太阳能进行蒸馏，所以早期的太阳能海水淡扮装置一般都称为太阳能蒸馏器。
馏系统被动式太阳能蒸馏系统的例子就是盘式太阳能蒸馏器，人们对它的应用有了近150年的历史。
由于它结构简朴、取材方便，至今仍被遍及接纳。
目前对盘式太阳能蒸馏器的研究主要会合于质料的选取、种种热性能的改进以及将它与种种太阳能集热器配合使用上。
与传统动力源和热源相比，太阳能具有宁静、环保等优点，将太阳能收罗与脱盐工艺两个系统结合是一种可连续生长的海水淡化技能。
太阳能海水淡化技能由于不消耗通例能源、无污染、所得淡水纯度高等优点而逐渐受到人们重视。
太阳能蒸馏法就是接纳简朴的太阳能蒸馏器。
该蒸馏器由一个水槽组成，水槽内有一个玄色多孔的毡心浮洞，槽顶上盖有一块透明、边沿关闭的玻璃笼罩层。
太阳光穿过透明的笼罩层投射到玄色绝热的槽底，转换为热能。
因此，塑料芯中的水面温度总是高于透明笼罩层底的温度，水从毡芯蒸发，蒸汽扩散到笼罩层上冷却为液体，排入不透明的蒸馏槽中。
4、低温多效
低温多效蒸馏淡化技能的观点低温多效海水淡化技能是指盐水的最高蒸发温度低于７０℃的淡化技能，其特征是将一系列的水平管喷淋降膜蒸发器串联起来，用一定量的蒸汽输入通过多次的蒸发和冷凝，背面一效的蒸发温度均低于前面一效，从而得到多倍于蒸汽量的蒸馏水的淡化历程。
多效蒸发是让加热后的海水在多个串联的蒸发器中蒸发，前一个蒸发器蒸发出来的蒸汽作为下一蒸发器的热源，并冷凝成为淡水。
其中低温多效蒸馏是蒸馏法中最节能的要领之一。
低温多效蒸馏技能由于节能的因素，近年生长迅速，装置的范围日益扩大，本钱日益低落，主要生长趋势为提高装置单机造水能力，接纳廉价质料低落工程造价，提高操纵温度，提高传热效率等。
一种低温多效蒸馏法海水淡化设备，包罗供汽系统、布水系统、蒸发器、淡水箱及浓水箱，供汽系统的生蒸汽入口置于中间效蒸发器上。
事情要领为：
（１）布水系统对海水进行喷淋；
（２）输入生蒸汽到中间效蒸发器的蒸发管内部；
（３）蒸汽在蒸发管内冷凝传出热量，蒸发管外吸收热量产生蒸发；
（４）新蒸汽输送至其两侧的蒸发管内.管外吸收热量、产生蒸发；
（６）各效蒸发器重复蒸发和冷凝历程；
（７）蒸馏水进入淡水箱；
（８）浓盐水进入浓水箱。
5、多级闪蒸
所谓闪蒸，是指一定温度的海水在压力突然低落的条件下，部分海水急骤蒸发的现象。
多级闪蒸海水淡化是将经过加热的海水，依次在多个压力逐渐低落的闪蒸室中进行蒸发，将蒸汽冷凝而得到淡水。
目前全球海水淡扮装置仍以多级闪蒸要领产量最大，技能最成熟，运行宁静性高弹性大，主要与火电站联合建立，适合于大型和超大型淡扮装置，主要在海湾国度接纳。
多级闪蒸技能成熟、运行可靠，主要生长趋势为提高装置单机造水能力，低落单元电力消耗，提高传热效率等。
6、电渗析法
该法的技能要害是新型离子互换膜的研制。
离子互换膜是0.5-1.0mm厚度的功效性膜片，按其选择透过性区分为正离子互换膜（阳膜）与负离子互换膜（阴膜）。
电渗析法是将具有选择透过性的阳膜与阴膜瓜代排列，组成多个相互独立的隔室海水被淡化，而相邻隔室海水浓缩，淡水与浓缩水得以分散。
电渗析法不但可以淡化海水，也可以作为水质处置惩罚的手段，为污水再利用作出孝敬。
别的，这种要领也越来越多地应用于化工、医药、食品等行业的浓缩、分散与提纯。
7、压汽蒸馏
压汽蒸馏海水淡化技能，是海水预热后，进入蒸发器并在蒸发器内部分蒸发。
所产生的二次蒸汽经压缩机压缩提高压力后引入到蒸发器的加热侧。
蒸汽冷凝后作为产物水引出，如此实现热能的循环利用。
8、露点蒸发法
露点蒸发淡化技能是一种新的苦咸水和海水淡化要领。
它基于载气增湿和去湿的原理，同时接纳冷凝去湿的热量，传热效率受混淆气侧的传热控制。
露点蒸发淡化技能是以空气为载体,通过用海水或苦咸水对其增湿和去湿来制得淡水,并通过热通报将去湿历程与增湿历程耦合,使冷凝潜热直接通报到蒸发室,为蒸发盐水提供汽化潜热,以提高历程的热效率。
创建了有效传热面积分别为9.6m~2和2.75m~2的两台增湿/去湿耦合的露点蒸发淡化设备。
创建了相应的实验装置和盘算机数据收罗系统。
分别乐成地完成了露点蒸发淡化根本流程与参数相关性实验以及强化传热/传质淡化实验。
9、水电联产
水电联产主要是指海水淡化水和电力联产联供。
由于海水淡化本钱在很洪流平上取决于消耗电力和蒸汽的本钱，水电联产可以利用电厂的蒸汽和电力为海水淡扮装置提供动力，从而实现能源高效利用和低落海水淡化本钱。
外洋大部分海水淡化厂都是和发电厂建在一起的，这是当前大型海水淡化工程的主要建立模式。
10、热膜联产
热膜联产主要是接纳热法和膜法海水淡化相联合的方法（即MED-RO或MSF-RO方法），满足差别用水需求，低落海水淡化本钱。
目前，世界上最大的热膜联产海水淡化厂是阿联酋富查伊拉海水淡化厂，日产海水淡化水量为45.4万立方米，其中，MSF日产水28.4万立方米，RO日产水17万立方米。
其优点是：
投资本钱低，可共用海水取水口。
RO和MED/MSF装置淡化产物水可以按一定比例混淆满足种种百般的需求。
别的，以上要领的其他组合也日益受到重视。
在实际选用中，究竟哪种要领最好，也不是绝对的，要凭据范围巨细、能源用度、海水水质、气候条件以及技能与宁静性等实际条件而定。
实际上，一个大型的海水淡化项目往往是一个非常庞大的系统工程。
就主要工艺历程来说，包罗海水预处置惩罚、淡化（脱盐）、淡化水后处置惩罚等。
其中预处置惩罚是指在海水进入起淡化功效的装置之前对其所作的须要处置惩罚，如杀除海生物，低落浊度、撤除悬浮物（对反渗透法），或脱气（对蒸馏法），添加须要的药剂等；
脱盐则是通过上列的某一种要领撤除海水中的盐分，是整个淡化系统的焦点部分，这一历程除要求高效脱盐外，往往需要解决设备的防腐与防垢问题，有些工艺中还要求有相应的能量接纳步伐；
后处置惩罚则是对差别淡化要领的产物水针对差别的用户要求所进行的水质调控和贮运等处置惩罚。
海水淡化历程无论接纳哪种淡化要领，都存在着能量的优化利用与接纳，设备防垢和防腐，以及浓盐水的正确排放等问题。
海水淡化技能的生长与产业应用，已有半个世纪的历史，在此期间形成了以多级闪蒸、反渗透和多效蒸发为主要代表的产业技能。
专家普遍认为，今后三、四十年在产业应用上，仍将是这三项技能“唱主角”，但反渗透的比重将越来越大。
从地域上来讲，中东海湾国度仍将以多级闪蒸为首选，因为它具有大型化和超大型化（单台设备产水量目前已高达日产淡水4～5万吨）、适应于污染重的海湾水以及预处置惩罚用度低的优势；
然而在中东以外地域将以反渗透或膜法为首选，因为膜法的能耗和本钱都具有优势，以北美地域为例，近期的生长已经表明，在淡化和水处置惩罚方面都将以膜法为主。
三、部分国度海水淡化生长现状概述
海水淡化是解决淡水资源短缺的重要途径。
海水淡化技能，经过半个多世纪的生长，其技能已经成熟。
目前，反渗透法（RO）和多级闪蒸法（MSF）是两种用得最多的要领，MSF技能最为成熟，在海湾国度接纳较多，RO的技能生长速度最快，是一种高效节能的技能。
目前，世界上已有40多个国度和地域开展了海水淡化事情，海水淡化已经成为或正在筹划成为日本、美国、以色列、新加坡、西班牙、加勒比海各岛国等水资源的重要组成部分。
1、美国
美国政府于1950年代创建盐水局（OfficeofSalineWater），进行淡化技能应用研究，1974年后转为资源技能局，不停推进水资源和脱盐技能的进步。
美国已兴建与筹划兴建的代表性海水淡化厂列表1如下。
表1、美国已兴建与筹划兴建的代表性海水淡化厂
所在
厂名
产量（吨/天）
供水年份
供水代价（新台币/吨）
Tempa,Florida
TempaBayWater
94,500
2005
18.2
HuntingtonBeach,CA
PoseidonResources
189,000
2006
－
Freeport,Texas
BrazosRiverAuthority
95,000
Carlsbad,CA
SanDiegoCountyWaterAuthority
2007
24.4
LosAngeles,CA
L.A.Dept.ofWater&
Power
45,000
2008
27.7
WestBasinMunicipalWaterDistrict
75,600
24.0
LeeCounty,Florida
SouthFloridaWaterManagementDistrict
37,800～113,400
资料来源：
2、日本
1973年，日本通产省下设造水促进中心，专门研究节能的脱盐技能。
日本海水淡化厂主要应用在产业用水（以发电厂和锅炉用水为主）及离岛地域生活用水。
1968年，日本制作了第一座民用海淡厂，至2001年，日本共有369座日产量500吨以上的海水淡化厂，每日可供给777,967吨的淡化水，其中347座供给产业用水，占总厂数的94%，供给民用水的仅22座，约占总厂数的6%。
在投资金额方面，产业用淡化厂总投资金额占总额的77.8%。
位于冲绳岛的日产40,000吨淡水的逆渗透式海水淡化厂是目前日本最大范围的民用海水淡化厂，该厂总投资金额约347亿日元，由中央政府补贴85%，每日供水40,000吨。
福冈市1978年及1994年曾遭遇干旱缺水，加上人口及用水量连续增加，福冈市水道局为寻求可靠且有效的水源，决定制作海水淡化设施。
水道局于1997年完成筹划，决定以逆渗透淡化方法，兴建日产5万吨的海水淡化厂。
1999年，厚生省批准兴建筹划，2000年，福冈大林海水淡化厂以统包方法开始兴建，于2005年6月1日开始供水。
3、新加坡
新加坡由于自然水资源短缺，一半以上的水源来自马来西亚西部地域。
新加坡早在20世纪70年代就研究海水淡化科技，但因为本钱太高，直到1990年代初期，新加坡大众事业委员会（PUB）才开始筹划由民间企业供给淡化水项目，决定以BOO方法（建立－拥有－运营）兴建1座日产13.6万吨的海水淡化厂。
2003年6月，新加坡斥资两亿新元兴建首座海水淡化厂新泉（SingSpring），由星泉公司以每吨0.78元新币的售价，每天提供13.6万吨的淡化水给PUB。
该厂接纳反向逆渗透薄膜科技，生产可靠宁静且切合世界卫生组织和PUB食用水宁静尺度的淡水。
该厂已于2005年9月开始供水，可满足新加坡10%的用水需求。
4、以色列
以色列是一个干旱少雨、水资源非常缺乏的国度，沙漠地域约占领土总面积的2/3，会合在南部地域。
凭据以色列水资源委员会的“以色列水资源供需预测（1998-2020）”（表2），到2020年，以色列的咸水和海水淡化都要有显著增加，其中海水淡化量相对1998年水平更是增加20倍，到达年产淡水2亿吨的水平，占总供水能力的近8%。
表2、1998～2020年以色列水资源供需预测
年份
人口（百万）
地表水
地下水
地下咸水
污水处置惩罚再利用
海水淡化
合计
1998
6.0
640
1050
140
260
10
2100
2010
7.4
645
165
470
100
2430
2020
8.6
660
1075
180
565
200
2680
以色列水资源委员会,1998
以色列年用水需求量约20亿吨，但水资源供给仅有16亿吨，不敷部分则以污水接纳再利用及海水淡化增补。
按以色列水资源委员会的筹划，将在20年内再建8个海水淡化厂，以供给民用及产业用水。
在兴办方法上，多接纳BOOT（兴建-营运-拥有-移转）或BOO（兴建-营运-拥有）模式，承包商往往是私人企业家。
政府对初期投资赐与支持并在条约中确定工场生产后由政府包管的最低购置量，以低落投资者的风险。
5、西班牙
西班牙是欧洲最干旱的国度之一，每逢夏季，数百万游客云集在西班牙沿海度假胜地避暑消夏，消费了大量的水资源，是世界上第五洪流消费国。
由于气候和自然等多方面的原因，水在西班牙一直是稀缺资源。
西班牙1965年就建成了第一家海水淡化厂，目前有3000家海水淡化厂在运转，700家日产量凌驾800.000m3，占世界市场的25%。
现在，西班牙在废水再利用、产业用水处置惩罚和海水淡化等领域有技能优势和实践经验，并且是反渗透海水淡扮装置第二大国。
最近，西班牙又在地中海沿岸陆续推出三座节能型大范围海水淡化厂，提供该地域生活、产业及农业用水，详见表3。
表3、西班牙在地中海的三座海水淡化厂情况
产量（m3/天）
单元产水整厂用电量（Kwh/m3）
Carboneras
120,000
4.08
SanPedrodelPinatar
85,000
4.30
CampodeCartagena
140,000
3.13
凭据2001年西班牙的水资源筹划，西班牙在2001年后的8年投资了200亿欧元，新建41家海水淡化厂。
到2015年，海水淡化日产量将达1,300,000m3。
四、外洋海水淡化技能的生长及启示
1、现状
海水淡化是解决淡水资源短缺的重要途径，愈来愈得到一些沿海国度的高度重视，因此海水淡化技能的生长也是十分迅速的。
尤其在中东地域和一些岛屿地域，淡化水在本地经济和社会生长中发挥了重要作用。
以色列70%的饮用水源来自于海水淡化水，2005年日产海水淡化水量达73.8万立方米；
阿联酋饮用水主要依赖海水淡化水，2003年日产海水淡化水量达546.6万立方米；
意大利西西里岛有500万居民，2005年日产海水淡化水量为13.5万立方米，约占全部可饮用水源的15%～20%。
目前全球海水淡化市场的年成交额已到达数十亿美元。
著名的海水淡化公司有：
法国Sidem公司、英国Weir热能公司、韩国斗山重工公司、以色列IDE公司、意大利Fisia公司等。
截止到2003年12月，全球已有130多个国度应用海水淡化技能，海水淡化日产水量约3775万立方米。
其中，80%用于饮用水，解决了1亿多人的供水问题，即世界上1/50的人口靠海水淡化提供饮用水。
多级闪蒸、低温多效和反渗透是当今海水淡化三大主流技能。
陪同海水淡化技能的生长和社会需求量加大，海水淡化工场的淡化范围不停扩大。
其范围从最初的日产几百立方米，生长到现在的日产几十万立方米。
目前，世界上最大的多级闪蒸海水淡化厂是沙特阿拉伯的shuaiba海水淡化厂，日产淡水46万立方米；
世界上最大的低温多效海水淡化厂是阿联酋TaweelahA1海水淡化厂，日产淡水24万立方米；
世界最大的反渗透海水淡化厂是以色列南部地中海岸产业区的阿什凯隆海水淡化厂，日产淡水33万立方米。
不久前，韩国斗山公司签约承建了世界上最大的沙特阿拉伯热膜耦合海水淡化厂，筹划2009年建成，日产淡水88万立方米。
在海水淡化范围不停扩大的同时，本钱也逐渐低落。
其中，典范的大范围反渗透海水淡化吨水本钱已从1985年的1.02美元降至2005年的48美分。
且在本钱的组成上，运行及维护、能源消费和投资本钱均逐年下降。
目前，外洋每吨淡化水出厂代价一般为0.6美元～0.9美元。
2、海水淡化技能生长的趋势
水电联产、热膜联产等多种技能集成是目前世界上海水淡化技能主要的生长趋势。
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