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1、第四章第四章 海水淡化海水淡化 第四章第四章 思考题思考题n海水淡化有几种方法？它们各自的海水淡化有几种方法？它们各自的原理是什么？各自有何特点？原理是什么？各自有何特点？n太阳能蒸发法、反渗透法、冷冻法、太阳能蒸发法、反渗透法、冷冻法、电渗析法、闪蒸蒸馏法的耗能大小顺电渗析法、闪蒸蒸馏法的耗能大小顺序如何？序如何？4-1海水淡化概况海水淡化概况 一、海水淡化技术发展概况一、海水淡化技术发展概况 山山海海经经和和东东汉汉时时孔孔融融的的同同岁岁论论都都提提到到“弊弊箪箪淡淡卤卤”现现象象，指指古古时时人人们们发发现现蒸蒸饭饭竹竹席席经经长长期期使使用用后后形形成成的的一一层层膜膜具具有有吸吸附
2、附和和离离子子交交换换功功能能，可吸附盐分，可吸附盐分，“能淡盐味能淡盐味”。宋宋人人记记载载了了具具有有淡淡化化海海水水功功能能“海海井井”器器物。物。北北方方沿沿海海农农民民多多年年前前有有取取海海冰冰保保墒墒习习惯惯，是冷冻法淡化海水的直接利用是冷冻法淡化海水的直接利用。西西方方国国家家海海水水淡淡化化器器的的出出现现与与航航海海的的兴起有关。兴起有关。19世世纪纪有有用用明明火火直直接接加加热热的的单单效效船船用用蒸馏器蒸馏器。随随着着制制糖糖工工业业发发展展、蔗蔗糖糖溶溶液液蒸蒸发发和和结晶，出现了结晶，出现了多效蒸发多效蒸发。从从19501985年年的的35年年间间，海海水水淡淡化
3、化发发展展经经历历三三个个阶阶段段，即即发发现现阶阶段段，开开发发阶阶段段和和商业化阶段商业化阶段。在这期间研究开发主要集中在蒸馏、冷在这期间研究开发主要集中在蒸馏、冷冻、电渗析和反渗透。冻、电渗析和反渗透。此后十多年此后十多年蒸馏法蒸馏法和和反渗透反渗透法发挥了更法发挥了更大作用，形成当代海水淡化与苦咸水淡大作用，形成当代海水淡化与苦咸水淡化技术与市场的主体。化技术与市场的主体。到到1998年年全全世世界界淡淡化化水水生生产产能能力力达达到到日日产产2300104m3，2000年年达达到到日日产产2700104m3，平平均均以以78的的增增长率攀升。长率攀升。地区分布地区分布:虽然淡化水生产
4、能力半数以上在虽然淡化水生产能力半数以上在中东中东国家国家（约占（约占2000年世界淡化水生产能年世界淡化水生产能力的力的52），但发达国家特别是美、），但发达国家特别是美、日和欧洲国家占很大比重。日和欧洲国家占很大比重。淡化水已养活世界上淡化水已养活世界上1亿多人口。亿多人口。以色列的海水以色列的海水淡化装置淡化装置研研究究开开发发现现代代化化含含义义上上的的海海水水淡淡化化技技术术，我我国国始于始于1958年，年，从电渗析着手从电渗析着手1968年后年后开始注意到反渗透技术；开始注意到反渗透技术；1975年年开始研究大中型陆用蒸馏装置；开始研究大中型陆用蒸馏装置；1986年年引引进进建建设
5、设日日产产3000 m3电电厂厂用用多多级级闪闪蒸蒸海水淡化装置；海水淡化装置；1997年建成舟山日产年建成舟山日产500 m3海水反渗透淡化海水反渗透淡化装置。装置。此后日产千吨级海水反渗透装置和日产此后日产千吨级海水反渗透装置和日产18000 m3苦咸水反渗透淡化装置相继建成。苦咸水反渗透淡化装置相继建成。而海水反渗透膜生产线在此间成功投产。而海水反渗透膜生产线在此间成功投产。04年年9月月14日日,国国内内首首台台百百吨吨级级低低温多效海水淡化装置研制成功温多效海水淡化装置研制成功国内首套万吨级反渗透海水淡化项目一期工程顺利出水 2003年年11月月5日，由国家发改委立项，山东省日，由国
6、家发改委立项，山东省发改委主持，国家海洋局杭州水处理技术研究开发改委主持，国家海洋局杭州水处理技术研究开发中心技术支撑，山东省荣成石岛水产供销集团发中心技术支撑，山东省荣成石岛水产供销集团总公司承担的国家高技术产业化示范工程项目总公司承担的国家高技术产业化示范工程项目“山东省荣成市万吨级反渗透海水淡化示范工程山东省荣成市万吨级反渗透海水淡化示范工程”一期工程调试成功，顺利出水。一期工程调试成功，顺利出水。经测定，额定经测定，额定5000吨日单机（吨日单机（25），在），在17时产水量已达时产水量已达5280吨日，出水含盐量仅吨日，出水含盐量仅为为160毫克升，优于国家毫克升，优于国家500毫克
7、毫克/升的水质升的水质标准，能耗低于标准，能耗低于3.8度吨水。度吨水。该项目是目前国内首套最大的万吨级反渗该项目是目前国内首套最大的万吨级反渗透海水淡化项目，突破了国际上五千吨为透海水淡化项目，突破了国际上五千吨为单元的大规模海水淡化工程技术。单元的大规模海水淡化工程技术。万吨级反渗透海水淡化示范工程的建成，万吨级反渗透海水淡化示范工程的建成，将极大地提高我国的膜工程技术水平，使将极大地提高我国的膜工程技术水平，使我国膜技术应用进入了一个新的发展高潮。我国膜技术应用进入了一个新的发展高潮。万吨级反渗透海水淡化系统是目前国际上万吨级反渗透海水淡化系统是目前国际上最具代表性的海水淡化系统，特别是
8、最具代表性的海水淡化系统，特别是5000吨日单机，它的研制成功将为建立日产吨日单机，它的研制成功将为建立日产数十万吨级反渗透海水淡化系统扫清了技数十万吨级反渗透海水淡化系统扫清了技术障碍，具备了竞争国际海水淡化市场的术障碍，具备了竞争国际海水淡化市场的能力，构建起与国际接轨的技术平台。能力，构建起与国际接轨的技术平台。工作人员工作人员正在品尝正在品尝淡化的海淡化的海水，他身水，他身后是纳米后是纳米多微孔陶多微孔陶瓷复合膜瓷复合膜海水淡化海水淡化装置装置青岛科瑞特机海水淡化设备有限公司投资300多万、花6年时间研制的纳米多微孔陶瓷复合膜海水淡化装置采用反纳米多微孔陶瓷复合膜海水淡化装置采用反渗透
9、法淡化海水，通过纳米技术处理的海水，各项指标完渗透法淡化海水，通过纳米技术处理的海水，各项指标完全达到或超过饮用水标准，每吨水综合成本全达到或超过饮用水标准，每吨水综合成本3.4元。比其元。比其他淡化机的他淡化机的6元成本低。元成本低。二、海水与苦咸水淡化二、海水与苦咸水淡化方法简介方法简介 至至今今海海水水与与苦苦咸咸水水淡淡化化方方法法已已经经出出现现了了数数十十种种，主主要要包包括括蒸蒸馏馏法法、膜膜法法、电渗析法和冷冻法等。电渗析法和冷冻法等。蒸馏（蒸发）法蒸馏（蒸发）法原理：加热蒸发冷凝。原理：加热蒸发冷凝。设备型式多种，可分三大类：设备型式多种，可分三大类：浸没管单效和多效蒸发（浸
10、没管单效和多效蒸发（STE或或ST）竖管多效蒸发（竖管多效蒸发（VTE）水平管多效蒸发（水平管多效蒸发（HTE）高温和低温多效高温和低温多效蒸馏（蒸馏（MED）属属此类。此类。早期多用早期多用多多效效蒸蒸发发（ME）低温单级闪蒸（低温单级闪蒸（SSF）多级闪蒸（多级闪蒸（MSF）闪闪蒸蒸（FLASH）目目前前世世界界上上特特别别是是中中东东使使用用最多、规模最大的一种。最多、规模最大的一种。中东的海水淡化装置 机机 械械 压压 汽汽 蒸蒸 馏馏（MVC）热热 力力 压压 汽汽 蒸蒸 馏馏（TVC）压压汽汽蒸蒸馏馏（VC）实实际际上上，按按蒸蒸发发器器型型式式细细分分还还有有很很多多种种，如如多
11、多效效蒸蒸发发中中又又有有长长管管升升、降降膜膜式式，自自然然循循环环与与强强制制循循环环式式等等；而而多多级级闪闪蒸蒸中中，又又有有水水平平式式、竖竖管管式式、沸沸腾腾床床式式、横横管管式与长管式等。式与长管式等。2.膜法膜法反渗透反渗透(RO)：以压力差为推动力的淡化过以压力差为推动力的淡化过程。目前发展最快使用最多的淡化技术，程。目前发展最快使用最多的淡化技术，由于膜种类不同，有卷式膜组件，中空纤由于膜种类不同，有卷式膜组件，中空纤维膜组件之分。维膜组件之分。膜蒸馏膜蒸馏(MD)：以温差为推动力的脱盐过程以温差为推动力的脱盐过程(蒸汽通过疏水微孔膜的蒸发过程），也有蒸汽通过疏水微孔膜的蒸
12、发过程），也有浓差设计。规模小，使用很少。浓差设计。规模小，使用很少。纳滤纳滤(NF或膜软化或膜软化MS):以低压差驱动的反渗以低压差驱动的反渗透过程。主要用于截留二价离子透过程。主要用于截留二价离子(除硬除硬)，但也有一定程度除盐但也有一定程度除盐(除一价离子除一价离子)的效果。的效果。反渗透法淡化所用的膜供参观的海水淡化反渗透管聚烯烃低压纳滤膜聚烯烃低压纳滤膜PVD系列装置系列装置 3.电渗析法电渗析法电渗析（电渗析（ED）:以电位差微推动力，利用离以电位差微推动力，利用离子交换膜的选择透过性而脱除水中离子的子交换膜的选择透过性而脱除水中离子的淡化过程。淡化过程。为防止因浓差极化引起膜面结
13、垢，采用频为防止因浓差极化引起膜面结垢，采用频繁自动倒换电极极性电渗析，称为繁自动倒换电极极性电渗析，称为频繁倒频繁倒极电渗析（极电渗析（EDR）。ED和和EDR主要用于淡化苦咸水。主要用于淡化苦咸水。电去离子（电去离子（EDI）:将电渗析与离子交换结将电渗析与离子交换结合，在电渗析器淡水室中填充离子交换剂，合，在电渗析器淡水室中填充离子交换剂，在直流电场作用下，实现电渗析过程、离在直流电场作用下，实现电渗析过程、离子交换除盐和离子交换连续电再生过程。子交换除盐和离子交换连续电再生过程。这是这是ED过程的一种发展，但除盐原理和操过程的一种发展，但除盐原理和操作特性已经发生变化。作特性已经发生变
14、化。EDI不用于苦咸水淡化，主要用于高纯水生不用于苦咸水淡化，主要用于高纯水生产。产。电渗析淡化装置 4.冷冻法冷冻法将海水冷冻到冰点以下，淡水结冰、将海水冷冻到冰点以下，淡水结冰、分离、再融化为淡水的过程。分离、再融化为淡水的过程。冷冻法有利用天然冰法和人工冷冻冷冻法有利用天然冰法和人工冷冻法两种。法两种。三、海水淡化技术的三、海水淡化技术的应用与发展应用与发展 多级闪蒸多级闪蒸全球淡化水总产量中属第一，技术最成全球淡化水总产量中属第一，技术最成熟，运行安全性高、弹性大，适合于大熟，运行安全性高、弹性大，适合于大型和超大型淡化装置，主要在海湾国家型和超大型淡化装置，主要在海湾国家采用。采用。
15、MSF总是与火力电站联合运行，以汽轮总是与火力电站联合运行，以汽轮机低压抽汽作为热源。机低压抽汽作为热源。目前日产目前日产6万万m3的单机已投入商业运行，的单机已投入商业运行，日产日产9万万m3的单机在设计。皆是世界上最的单机在设计。皆是世界上最大规模的海水淡化装置。大规模的海水淡化装置。多级闪急蒸馏装置多级闪急蒸馏装置 多效蒸馏（发）多效蒸馏（发）主要与火电站联运，规模一般在日产主要与火电站联运，规模一般在日产1万万m3以下。以下。包括两种类型：包括两种类型：各各效效分分列列式式操操作作温温度度较较高高，顶顶温温100120，我国和欧洲一些火力电厂都使用；，我国和欧洲一些火力电厂都使用；低温
16、多效蒸馏低温多效蒸馏（LT-MED）顶温顶温6570。压汽蒸馏压汽蒸馏 用电或蒸汽驱动，属于最省能的淡化方法用电或蒸汽驱动，属于最省能的淡化方法之一。但规模不大，多为日产千吨级。之一。但规模不大，多为日产千吨级。几几种种主主要要淡淡化化方方法法中中反反渗渗透透法法发发展展速速度度最最高，淡化水成本降得最快。高，淡化水成本降得最快。19981998年年IDAIDA（国国际际脱脱盐盐协协会会）统统计计结结果果：MSFMSF为为44.144.1，RORO为为39.539.5，MEME为为4.054.05；两两年年以以后后，MSFMSF降降为为42.4%42.4%，RORO为为41.1%41.1%，而
17、而NF/MSNF/MS也迅速上升。也迅速上升。实际选用何种方法要根据条件而定：实际选用何种方法要根据条件而定：包包括括大大小小、能能源源费费用用、原原水水水水质质、气气候候条条件以及技术与安全性要求等。件以及技术与安全性要求等。图图4-1 图图4-1海海湾六国所湾六国所选用的几选用的几种淡化方种淡化方法产水量法产水量与全世界与全世界几种方法几种方法总产水量总产水量的比较。的比较。从中可知全世界：从中可知全世界：多多级级闪闪蒸蒸(MSF)集中在海湾国家集中在海湾国家反反渗渗透透(RO)占占次次要地位要地位电电渗渗析析(ED)与与压压汽汽蒸蒸馏馏(VC)占占分分量极少量极少多多效效蒸蒸馏馏(ME)
18、基基本未采用本未采用 图图4-2 北北美美地地区区多多种种淡淡化化方方法法和和净净水水方方法法到到2005的应用和发展情况的应用和发展情况 图图4-2 苦苦咸咸水水(地地表表水水)反反渗透渗透应用最多应用最多20世世纪纪80年年代代后后期期开开始始膜膜软软化化(纳纳滤滤)迅速崛起迅速崛起90年年代代后后期期低低压压膜膜(微微滤滤与与超超滤滤)以以更更高高速速度度在在水水处处理理中中采采用用，虽虽然然这这不不是是淡淡化化过过程程，但但对对海海水水淡淡化化技技术术的的发发展展有重要影响。有重要影响。日本现有淡化水生产能力为日本现有淡化水生产能力为100多万多万m3/d，主要采用主要采用反渗透法反渗透法。冲绳日产冲绳日产4万万 m3RO厂投产，厂投产，福冈日产福冈日产5万万 m3RO厂建设，对亚洲邻国厂建设，对亚洲邻国如新加坡等提供了更多经验和决策依据。如新加坡等提供了更多经验和决策依据。图图43 19912001年年间间世世界界各各地地区区采采用用淡淡化化方方法法比比较较。热热法法(MSF，VC)仍仍是是中中东东国国家家首首选选，其其次次是是反渗透反渗透。其它地区基本选用反渗透。其它地区基本选用反渗透。