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海水真的能淡化嗎？-潤德澳

作者：編輯：來源：發(fā)布日期： 2019.10.24

信息摘要：

在古時候，人類就想著把海水變成可口的淡水，民間流傳著，觀世音佛祖手里的玉瓶里裝有一支小柳條，只要往海水上一揮就能把苦咸的海水變?yōu)楦侍鸬牡?，?/div>

在古時候，人類就想著把海水變成可口的淡水，民間流傳著，觀世音佛祖手里的玉瓶里裝有一支小柳條，只要往海水上一揮就能把苦咸的海水變?yōu)楦侍鸬牡?，還有一個故事，世上有一種叫作“海井”的人間至寶，像是一個無底的桶，下海遠航帶上它，安放在船上就有源源不斷的淡水出來。

1945年以后才出現(xiàn)了具有真正現(xiàn)代意義的海水淡化，此時世界興起了工業(yè)農(nóng)業(yè)發(fā)展的浪潮人口也在不斷迅速增長，淡水資源日亦缺乏，在經(jīng)濟發(fā)達的沿海地區(qū)更是嚴重缺水，淡水如此稀缺，人們逐漸把眼觀放在了海水淡化上，海水淡化面臨前所未有的挑戰(zhàn)。

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全球海水淡化技術(shù)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(fā)法、水電聯(lián)產(chǎn)、熱膜聯(lián)產(chǎn)以及利用核能、太陽能、風能、潮汐能海水淡化技術(shù)等等，以及微濾、超濾、納濾等多項預處理和后處理工藝。當前居于主流的是膜技術(shù)(包括反滲透、電滲析、電去離子等)和熱技術(shù)(包括多效蒸餾和多級閃蒸等)。兩種方法各有優(yōu)缺點，但都有高能耗的問題。世界上許多國家都投入巨資，研發(fā)海水淡化技術(shù)、建立海水淡化工廠。

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(shù)。一般而言，低多效具有節(jié)能、海水預處理要求低、淡化水品質(zhì) 高等優(yōu)點;反滲透膜法具有投資低、能耗低等優(yōu)點，但海水預處理要求高;多級閃蒸法具有技術(shù) 成熟、運行可靠、裝置產(chǎn)量大等優(yōu)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(xiàn)有產(chǎn)能的三、四倍，投資規(guī)模將達到200億元左右。

冷凍法

冷凍法，即冷凍海水使之結(jié)冰，在液態(tài)海水變成固態(tài)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(chǎn)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(fā)結(jié)晶器內(nèi)排出的濃鹽水和淡化水產(chǎn)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(nèi)冷凝。這將升高系統(tǒng)的壓力，使蒸發(fā)結(jié)晶器內(nèi)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(tǒng)。

蒸餾法

淡化法是影響海水蒸發(fā)與結(jié)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(tǒng) 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(jié)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(fā)結(jié)晶器內(nèi)，除海水析出冰晶以外，還將產(chǎn)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(fā)與結(jié)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(zhì)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(cè)，從而使海水一側(cè)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(cè)高出的水柱靜壓稱為滲透壓。如果對海水一側(cè)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。反滲透法的最大優(yōu)點是節(jié)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(fā)達國家先后把發(fā)展重心轉(zhuǎn)向反滲透法。

反滲透海水淡化技術(shù)發(fā)展很快，工程造價和運行成本持續(xù)降低，主要發(fā)展趨勢為降低反滲透膜的操作壓力，提高反滲透系統(tǒng)回收率，廉價高效預處理技術(shù)，增強系統(tǒng)抗污染能力等。

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，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。蒸餾系統(tǒng)被動式太陽能蒸餾系統(tǒng)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(jié)構(gòu)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(tǒng)動力源和熱源相比，太陽能具有安全、環(huán)保等優(yōu)點，將太陽能采集與脫鹽工藝兩個系統(tǒng)結(jié)合是一種可持續(xù)發(fā)展的海水淡化技術(shù)。太陽能海水淡化技術(shù)由于不消耗常規(guī)能源、無污染、所得淡水純度高等優(yōu)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(nèi)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(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.

低溫多效蒸餾淡化技術(shù)

低溫多效海水淡化技術(shù)是指鹽水的最高蒸發(fā)溫度低于70℃的蒸餾淡化技術(shù)，其特征是將一系列的水平管噴淋降膜蒸發(fā)器串聯(lián)起來，用一定量的蒸汽輸入首效，后面一效的蒸發(fā)溫度均低于前面一效，然后通過多次的蒸發(fā)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(fā)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。其中低溫多效蒸餾是蒸餾法中最節(jié)能的方法之一。低溫多效蒸餾技術(shù)由于節(jié)能的因素，發(fā)展迅速，裝置的規(guī)模日益擴大，成本日益降低，主要發(fā)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(shè)備，包括供汽系統(tǒng)、布水系統(tǒng)、蒸發(fā)器、淡水箱及濃水箱，供汽系統(tǒng)的生蒸汽入口置于中間效蒸發(fā)器上。工作方法為：(1)布水系統(tǒng)對海水進行噴淋;(2)輸入生蒸汽到中間效蒸發(fā)器的蒸發(fā)管內(nèi)部;(3)蒸汽在蒸發(fā)管內(nèi)冷凝傳出熱量，蒸發(fā)管外吸收熱量產(chǎn)生蒸發(fā);(4)新蒸汽輸送至其兩側(cè)的蒸發(fā)管內(nèi).管外吸收熱量、產(chǎn)生蒸發(fā);(6)各效蒸發(fā)器重復蒸發(fā)和冷凝過程;(7)蒸餾水進入淡水箱;(8)濃鹽水進入濃水箱。

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(fā)的現(xiàn)象。多級閃蒸海水淡化是將經(jīng)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(fā)，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(chǎn)量最大，技術(shù)最成熟，運行安全性高彈性大，主要與火電站聯(lián)合建設(shè)，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(shù)成熟、運行可靠，主要發(fā)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。

電滲析法

該法的技術(shù)關(guān)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(qū)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，也可以作為水質(zhì)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(yī)藥、食品等行業(yè)的濃縮、分離與提純。

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(shù) 是最早投人工業(yè)化應用的淡化技術(shù)，特點是即使在污染嚴重、高生物活性的海水環(huán)境中也適用，產(chǎn)水純度高。與膜法海水淡化技術(shù)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(zhì)要求低、裝置的生產(chǎn)能力大，是當前海水淡化的主流技術(shù)之一。

露點蒸發(fā)

露點蒸發(fā)淡化技術(shù)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(cè)的傳熱控制。露點蒸發(fā)淡化技術(shù)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(fā)室,為蒸發(fā)鹽水提供汽化潛熱,以提高過程的熱效率。建立了有效傳熱面積分別為9.6 m~2和2.75 m~2的兩臺增濕/去濕耦合的露點蒸發(fā)淡化設(shè)備。建立了相應的實驗裝置和計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。分別成功地完成了露點蒸發(fā)淡化基本流程與參數(shù)相關(guān)性實驗以及強化傳熱/傳質(zhì)淡化實驗。

海水淡化成本過高，一度是企業(yè)不感冒的主要絆腳石。目前使用的膜法和熱法，最大問題都是“費電、燒錢”。這個技術(shù)消耗的主要就是電，另外利用反滲透膜來截留雜質(zhì)鹽分。每隔一段時間，膜就需要清洗甚至更換，電耗和膜的維護更換是該技術(shù)高成本的關(guān)鍵難題。熱法，簡而言之就是蒸餾，如同家庭煲湯一樣，常壓下水達到100攝氏度蒸發(fā)。但海水不行，像煲湯一樣進行常規(guī)蒸餾，就會出現(xiàn)厚厚的一層垢。工業(yè)上淡化海水一般采用負壓蒸餾，水不需要 100攝氏度，幾十攝氏度就蒸發(fā)了。海水就不會發(fā)生結(jié)垢，這成為海水淡化的另一種可靠方法，但同樣存在成本高昂的弱點。

目前，我國沿海多個萬噸級和10萬噸級海水淡化工程相繼投產(chǎn)運營。今年1月15日，“十二五”期間，海水淡化設(shè)備國產(chǎn)化率由40%上升到現(xiàn)在的85%左右?！拔覀冄邪l(fā)出的利用余熱進行海水淡化的新技術(shù)，可用于海島、遠洋漁船、海上平臺、沿海地區(qū)等，可大幅降低海水淡化實際能耗和成本”，

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