海水淡化技术

azx6545 · 发表于 2007-11-25 23:59:03

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海水淡化技术不是新课题。海水淡化是科学家们多年来不断进行研究的技术课题。随着水资源危机的加剧，海水淡化技术得到迅速发展。在已经开发的二十多种淡化技术中，蒸馏法、电渗析法、反渗透法都已经达到工业规模化生产的水平。　　最早的淡化方法有两种：冷冻法和蒸馏法。　　冷冻法，即冷冻海水使之结冰，在液态淡水变成固态冰的同时盐被分离出去。这两种方法都有难以克服的弊端，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。　　蒸馏法，即将水蒸发而盐留下，再将水蒸气冷凝为液态淡水。这个过程与海水制盐的过程相似，其相异的地方是人类要攫取的是淡水。蒸馏法海水淡化技术利用热能将海水转化为优质淡水，它又分为低温多效、多级闪蒸和压汽蒸馏三种技术。蒸馏法海水淡化技术是最早投入工业化应用的淡化技术。蒸馏法具有可利用电厂和其他工厂的低品位热、对原料海水水质要求低、装置的生产能力大等优点，是当前海水淡化的主流技术，占海水淡化技术总市场份额的57%以上。　　低温多效蒸馏海水淡化技术，是指盐水的最高蒸发温度TBT不超过70℃的海水淡化技术，其特征是将一系列的水平管降膜蒸发器或垂直管降膜蒸发器串联起来并被分成若干效组，用一定量的蒸汽输入通过多次的蒸发和冷凝，从而得到多倍于加热蒸汽量的蒸馏水的海水淡化技术。　　多级闪蒸海水淡化技术，是利用闪蒸原理进行海水淡化的工艺过程，成熟于本世纪60年代初，是目前主流的淡化技术。所谓的闪蒸是使热原料水引入到一个压力较低的空间内，由于环境压力低于受热原料水的温度所对应的饱和蒸汽压，此时原料水过热水而急速地部分汽化，产生蒸汽，经冷凝而变成淡水。利用这一原理便可做成多级闪蒸海水淡化装置。此种淡化装置其规模可以较大，成为大型海水淡化工厂，并可以与热电厂建在一起，利用热电厂的余热加热海水，而水电联产将可以大幅度降低生产成本，现行大型海水淡化厂大多采用此法。　　压汽蒸馏海水淡化技术，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。蒸汽冷凝后作为产品水引出，如此实现热能的循环利用。　　美国国际水能公司日前发明了一种叫做“快速喷雾蒸馏法”（RSD）的海水淡化方法。通常的方法是在一个真空的容器中通过蒸馏海水和过滤的办法获得淡水，三加仑的海水仅可获得一加仑（一加仑合3.785升）的淡水，排出另外两加仑含盐量很高的水，造成一定的环境污染。而“快速喷雾蒸馏法”可以获得两加仑的淡水，并同时将余下的部分制作成工业用盐。这种具有创新意义的淡化海水的原理是将海水喷向热气流，使颗粒非常微小的海水中的水分迅速变成水蒸气，而盐则成为固体。这种方法不用过滤器，既不浪费海水资源，也不需要对获得的淡水进行化学处理，而且还不需要排出剩余海水，对保护环境非常有利。与传统的多阶段海水淡化等方法相比，“快速喷雾蒸馏法”另一个重要特点就是它所需的成本很低，淡化一立方米的海水只需要0.35美元，而多阶段海水淡化法淡化一立方米的海水则需要1.56美元。不仅如此，用“快速喷雾蒸馏法”获得的淡水可以直接饮用。　　电渗析法　渗析是属于一种自然发生的物理现象。如将两种不同含盐量的水，用一张渗透膜隔开，就会发生含盐量大的水的电介质离子穿过膜向含盐量小的水中扩散，这个现象就是渗析。这种渗析是由于含盐量浓度不同而引起的，称为浓差渗析。渗析过程与浓度差的大小有关，浓差越大，渗析的过程越快，否则就越慢。因为是以浓差作为推动力的。因此，扩散速度比较慢。如果在膜的两边施加一直流电场，就可以加快扩散速度。电解质离子在电场的作用下，会迅速地通过膜，进行迁移过程，这样，就形成了去除水中离子的淡水室和离子浓缩的浓水室，将浓水排放，淡水即为除盐水。这就是电渗析法除盐原理。　　反渗透海水淡化法是二十世纪六十年代后期发展起来的一项新技术。渗透是一种物理现象，当两种含有不同浓度盐类的水，如用一张只让淡水通过而不让盐分通过的“半透膜”隔开，就会发现含盐量少的一边的水分会透过膜渗到含盐量高的水中，而所含的盐分并不渗透，这样，直到两边含盐浓度相等为止。然而，要完成这一过程需要很长时间，这一过程也称为自然渗透。但如果在含盐量高的水侧，试加一定压力，其结果可以使上述渗透停止，这时的压力称为渗透压力。如果压力再加大，可以使水向相反方向渗透，而盐分剩下。因此，反渗透淡化法，就是在有盐分的水中（如原水），施以比自然渗透压力更大的压力，使渗透向相反方向进行，把原水中的水分子压到膜的另一边，变成洁净的水，从而达到除去水中盐分的目的，这就是反渗透淡化法的原理。反渗透主体设备主要由高压泵、反渗透膜、能量回收三部分组成。在足够高压力的情况下，除水分子外，水中其他矿物质、有机及各种离子几乎都被拒之于膜外，并被高压水流冲出。渗透到另一面的水即是安全、卫生、纯净的水。反渗透法最大的优点是节约能源，生产同等质量的淡水它的能源消耗仅为蒸馏法的1/40。因此从1974年以来，世界上的发达国家不约而同地将海水淡化的研究方向转向反渗透法。　