深度解析海水淡化技術及其發展應用
【www.trjxwd.com南京純水設備】海水淡化即利用海水脫鹽生產淡水。是實現水資源利用的開源增量技術，可以增加淡水總量，且不受時空和氣候影響，可以保障沿海居民飲用水和工業鍋爐補水等穩定供水。
世界上有十多個國家的一百多個科研機構在進行著海水淡化的研究，有數百種不同結構和不同容量的海水淡化設施在工作。一座現代化的大型海水淡化廠，每天可以生產幾千、幾萬甚至近百萬噸淡水。水的成本在不斷地降低，有些國家已經降低到和自來水的價格差不多。某些地區的淡化水量達到了國家和城市的供水規模。
從海水中取得淡水的過程謂海水淡化。現在所用的海水淡化方法有海水凍結法、電滲析法、蒸餾法、反滲透法、以及碳酸銨離子交換法，目前應用反滲透膜法及蒸餾法是市場中的主流。
主要用途
海水淡化即利用海水脫鹽生產淡水。南京純水設備是實現水資源利用的開源增量技術，可以增加淡水總量，且不受時空和氣候影響，水質好、價格漸趨合理，可以保障沿海居民飲用水和工業鍋爐補水等穩定供水。從海水中取得淡水的過程謂海水淡化。
海水淡化主要是為了提供飲用水和農業用水，有時食用鹽也會作為副產品被生產出來。海水淡化在中東地區很流行，在某些島嶼和船只上也被使用。
常見方法
全球海水淡化技術超過20余種，包括反滲透法、低多效、多級閃蒸、電滲析法、壓汽蒸餾、露點蒸發法、水電聯產、熱膜聯產以及利用核能、太陽能、風能、潮汐能海水淡化技術等等，以及微濾、超濾、納濾等多項預處理和后處理工藝。
從大的分類來看，主要分為蒸餾法(熱法)和膜法兩大類，其中低多效蒸餾法、多級閃蒸法和反滲透膜法是全球主流技術。一般而言，低多效具有節能、海水預處理要求低、淡化水品質高等優點;反滲透膜法具有投資低、能耗低等優點，但海水預處理要求高;多級閃蒸法具有技術成熟、運行可靠、裝置產量大等優點，但能耗偏高。
一般認為，低多效蒸餾法和反滲透膜法是未來方向。預計“十二五”期間，我國海水淡化將達到150萬-200萬噸/日，是現有產能的三、四倍，投資規模將達到200億元左右。
蒸餾法
淡化法是影響海水蒸發與結冰速率的主要因素。
海水淡化法工藝之冰—鹽水是一固液系統普通的分離方法均可使冰—鹽水得到分離，但分離方法不同，得到的冰晶含鹽量也不同。實驗結果表明減壓過濾方法得到的冰晶含鹽量比常壓過濾方法得到的冰晶含鹽量低得多。
海水淡化法工藝之蒸汽冷凝在蒸發結晶器內，除海水析出冰晶以外，還將產生大量的蒸汽，這些蒸汽必須及時移走，才能使海水不斷蒸發與結冰。
反滲透法
通常又稱超過濾法，是1953年才開始采用的一種膜分離淡化法。該法是利用只允許溶劑透過、不允許溶質透過的半透膜，將海水與淡水分隔開的。在通常情況下，淡水通過半透膜擴散到海水一側，從而使海水一側的液面逐漸升高，直至一定的高度才停止，這個過程為滲透。此時，海水一側高出的水柱靜壓稱為滲透壓。如果對海水一側施加一大于海水滲透壓的外壓，那么海水中的純水將反滲透到淡水中。南京實驗室純水設備反滲透法的最大優點是節能。它的能耗僅為電滲析法的1/2，蒸餾法的1/40。因此，從1974年起，美日等發達國家先后把發展重心轉向反滲透法。
反滲透海水淡化技術發展很快，工程造價和運行成本持續降低，主要發展趨勢為降低反滲透膜的操作壓力，提高反滲透系統回收率，廉價高效預處理技術，增強系統抗污染能力等。
冷凍法
冷凍海水淡化法原理：海水三相點是使海水汽、液、固三相共存并達到平衡的一個特殊點。若壓力或溫度偏離該三相點，平衡被破壞，三相會自動趨于一相或兩相。冷凍法，即冷凍海水使之結冰，在液態海水變成固態冰的同時鹽被分離出去。冷凍法與蒸餾法都有難以克服的弊端，其中蒸餾法會消耗大量的能源并在儀器里產生大量的鍋垢，而所得到的淡水卻并不多；而冷凍法同樣要消耗許多能源，但得到的淡水味道卻不佳，難以使用。
冷凍海水淡化法工藝之預冷海水脫氣后可與蒸發結晶器內排出的濃鹽水和淡化水產生熱交換，預冷至海水的冰點附近。冷凍海水淡化法工藝之脫氣由于海水中溶有的不凝性氣體在低壓條件下將幾乎全部釋放,且又不會在冷凝器內冷凝。這將升高系統的壓力，使蒸發結晶器內壓力高于二相點壓力，破壞操作的進行。顯然減壓脫氣法適合本系統。
太陽能法
人類早期利用太陽能進行海水淡化，主要是利用太陽能進行蒸餾，南京純水設備所以早期的太陽能海水淡化裝置一般都稱為太陽能蒸餾器。
被動式太陽能蒸餾系統的例子就是盤式太陽能蒸餾器，人們對它的應用有了近150年的歷史。由于它結構簡單、取材方便，至今仍被廣泛采用。對盤式太陽能蒸餾器的研究主要集中于材料的選取、各種熱性能的改善以及將它與各類太陽能集熱器配合使用上。與傳統動力源和熱源相比，太陽能具有安全、環保等優點，將太陽能采集與脫鹽工藝兩個系統結合是一種可持續發展的海水淡化技術。
太陽能海水淡化技術由于不消耗常規能源、無污染、所得淡水純度高等優點而逐漸受到人們重視。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，水槽內有一個黑色多孔的氈心浮洞，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，蒸汽擴散到覆蓋層上冷卻為液體，排入不透明的蒸餾槽中.
多級閃蒸
所謂閃蒸，是指一定溫度的海水在壓力突然降低的條件下，部分海水急驟蒸發的現象。多級閃蒸海水淡化是將經過加熱的海水，依次在多個壓力逐漸降低的閃蒸室中進行蒸發，將蒸汽冷凝而得到淡水。
目前全球海水淡化裝置仍以多級閃蒸方法產量最大，技術最成熟，運行安全性高彈性大，主要與火電站聯合建設，適合于大型和超大型淡化裝置，主要在海灣國家采用。多級閃蒸技術成熟、運行可靠，主要發展趨勢為提高裝置單機造水能力，降低單位電力消耗，提高傳熱效率等。
低溫蒸餾
低溫多效海水淡化技術是指鹽水的最高蒸發溫度低于70℃的蒸餾淡化技術，其特征是將一系列的水平管噴淋降膜蒸發器串聯起來，用一定量的蒸汽輸入首效，后面一效的蒸發溫度均低于前面一效，然后通過多次的蒸發和冷凝，從而得到多倍于蒸汽量的蒸餾水的淡化過程。
多效蒸發是讓加熱后的海水在多個串聯的蒸發器中蒸發，前一個蒸發器蒸發出來的蒸汽作為下一蒸發器的熱源，并冷凝成為淡水。其中低溫多效蒸餾是蒸餾法中最節能的方法之一。低溫多效蒸餾技術由于節能的因素，發展迅速，裝置的規模日益擴大，成本日益降低，主要發展趨勢為提高首效溫度，提高裝置單機造水能力；采用廉價材料降低工程造價，提高操作溫度，提高傳熱效率等。一種低溫多效蒸餾法海水淡化設備，南京實驗室純水設備包括供汽系統、布水系統、蒸發器、淡水箱及濃水箱，供汽系統的生蒸汽入口置于中間效蒸發器上。工作方法為：
（1）布水系統對海水進行噴淋；
（2）輸入生蒸汽到中間效蒸發器的蒸發管內部；
（3）蒸汽在蒸發管內冷凝傳出熱量，蒸發管外吸收熱量產生蒸發；
（4）新蒸汽輸送至其兩側的蒸發管內.管外吸收熱量、產生蒸發；
（5）各效蒸發器重復蒸發和冷凝過程；
（6）蒸餾水進入淡水箱；
（7）濃鹽水進入濃水箱。
壓汽蒸餾
蒸餾法是通過加熱海水使之沸騰汽化，再把蒸汽冷凝成淡水的方法。蒸餾法海水淡化技術是最早投人工業化應用的淡化技術，特點是即使在污染嚴重、高生物活性的海水環境中也適用，產水純度高。
與膜法海水淡化技術相比，蒸餾法具有可利用電廠和其他工廠的低品位熱、對原料海水水質要求低、裝置的生產能力大，是當前海水淡化的主流技術之一。
電滲析法
該法的技術關鍵是新型離子交換膜的研制。離子交換膜是0.5~1.0mm厚度的功能性膜片，按其選擇透過性區分為正離子交換膜（陽膜）與負離子交換膜（陰膜）。
電滲析法是將具有選擇透過性的陽膜與陰膜交替排列，組成多個相互獨立的隔室海水被淡化，而相鄰隔室海水濃縮，淡水與濃縮水得以分離。電滲析法不僅可以淡化海水，南京純水設備也可以作為水質處理的手段，為污水再利用作出貢獻。此外，這種方法也越來越多地應用于化工、醫藥、食品等行業的濃縮、分離與提純。
露點蒸發
露點蒸發淡化技術是一種新的苦咸水和海水淡化方法。它基于載氣增濕和去濕的原理，同時回收冷凝去濕的熱量，傳熱效率受混合氣側的傳熱控制。露點蒸發淡化技術是以空氣為載體,通過用海水或苦咸水對其增濕和去濕來制得淡水,并通過熱傳遞將去濕過程與增濕過程耦合,使冷凝潛熱直接傳遞到蒸發室,為蒸發鹽水提供汽化潛熱,以提高過程的熱效率。
真空冷凍
真空冷凍海水淡化法工藝包括脫氣、預冷、蒸發結晶、冰晶洗滌、蒸汽冷凝等步驟，海水淡化水產品可達到國家飲用水標準，是一種較理想的海水淡化法。
發展現狀
全球海水淡化日產量約3500萬立方米左右，其中80%用于飲用水，解決了1億多人的供水問題，即世界上1/50的人口靠海水淡化提供飲用水。全球有海水淡化廠1.3萬多座，海水淡化作為淡水資源的替代與增量技術，愈來愈受到世界上許多沿海國家的重視；全球直接利用海水作為工業冷卻水總量每年約6000億立方米左右替代了大量寶貴的淡水資源；全世界每年從海洋中提鹽5000萬噸、鎂及氧化鎂260多萬噸、溴20萬噸等。海水淡化需要大量能量，所以在不富裕的國家經濟效益并不高。
作為水資源的開源增量技術，海水淡化已經成為解決全球水資源危機的重要途徑。到2006年，世界上已有120多個國家和地區在應用海水淡化技術，全球海水淡化日產量約3775萬噸，其中80%用于飲用水，解決了1億多人的供水問題。
“向海洋要淡水”已經形成了方興未艾的產業。
“中國在反滲透法、蒸餾法等主流海水淡化關鍵技術方面均取得重大突破，完成了自主知識產權的3000立方米/日低溫多效海水淡化工程，以及5000立方米/日反滲透海水淡化工程；南京實驗室純水設備海水直流冷卻技術已進入萬立方米/小時級產業化示范階段。中國海水淡化成本逐步下降，已接近5元/立方米。
中國海水淡化雖基本具備了產業化發展條件，但研究水平及創新能力、裝備的開發制造能力、系統設計和集成等方面與國外仍有較大的差距。當務之急是盡快形成中國海水淡化設備市場的完整產業鏈條。圍繞制約海水淡化成本降低的關鍵問題，發展膜與膜材料、關鍵裝備等核心技術，研發具有自主知識產權的海水淡化新技術、新工藝、新裝備和新產品，提高關鍵材料和關鍵設備的國產化率，增強自主建設大型海水淡化工程的能力。
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