海水淡化三大商業(yè)應用工藝以及技術(shù)發(fā)展趨勢
【www.wotx.net南京純水設備】海水淡化(又稱海水脫鹽)是分離海水中鹽和水的過程。從海水中取出水,或除去海水中的鹽,都可以達到淡化目的。海水淡化的方法,基本上也分為這兩大類。
其中得到大規(guī)模商業(yè)應用的是反滲透法、電滲析法和蒸餾法。
（1）反滲透法(Reverseosmosis,RO)
在壓力驅(qū)動下,海水中的淡水通過半透膜進入膜的低壓側(cè),而海水中的其他組分(如鹽)被阻擋在膜的高壓側(cè)并隨濃縮海水排出,從而達到有效的分離。南京工業(yè)純水處理設備海水淡化時,在海水一側(cè)施加大于海水滲透壓的外壓,則海水中的純水將反向滲透至淡水中,此即反滲透海水淡化原理。為了取得必要的淡化速率,實際操作壓力大于5.5MPa。
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。
（2）電滲析法(Electrodialysis,ED)
在直流電場的作用下,離子透過選擇性離子交換膜而遷移,從而使電解質(zhì)離子自溶液中部分分離出來的過程稱為電滲析。
該法的技術(shù)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(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。
（3）蒸餾法
蒸餾法的海水淡化原理簡單,即將海水加熱,待水蒸汽冷凝后得到淡水。蒸餾法依據(jù)所用能源、設備及流程的不同,分為多級閃蒸(Multi-stageflashdistillation,MSF)、低溫多效(Multipleeffectdistillation,MED)和蒸汽壓縮蒸餾(Vaporcom-pression,VC)等。其中,低溫多效在70℃以下進行操作,遠低于多級閃蒸110℃左右的蒸汽溫度,有效地避免了無機鹽的結(jié)垢,是目前最為適用的蒸發(fā)技術(shù)之一。同時,它可利用各種形式的低位熱源,如與火電廠或核電廠結(jié)合,利用蒸汽輪機的背壓0.02～0.04MPa(絕對壓力)抽氣造水,減少發(fā)電損失,提高發(fā)電機組的效率。
低溫多效
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。南通純水處理設備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，近年發(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。
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，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。
海水淡化的聯(lián)產(chǎn)
水電聯(lián)產(chǎn)
水電聯(lián)產(chǎn)主要是指海水淡化水和電力聯(lián)產(chǎn)聯(lián)供。由于海水淡化成本在很大程度上取決于消耗電力和蒸汽的成本，水電聯(lián)產(chǎn)可以利用電廠的蒸汽和電力為海水淡化裝置提供動力，從而實現(xiàn)能源高效利用和降低海水淡化成本。國外大部分海水淡化廠都是和發(fā)電廠建在一起的，這是當前大型海水淡化工程的主要建設模式。
熱膜聯(lián)產(chǎn)
熱膜聯(lián)產(chǎn)主要是采用熱法和膜法海水淡化相聯(lián)合的方式（即MED-RO或MSF-RO方式），滿足不同用水需求，降低海水淡化成本。目前，世界上最大的熱膜聯(lián)產(chǎn)海水淡化廠是阿聯(lián)酋富查伊拉海水淡化廠，日產(chǎn)海水淡化水量為45.4萬立方米，其中，MSF日產(chǎn)水28.4萬立方米，RO日產(chǎn)水17萬立方米。其優(yōu)點是：投資成本低，可共用海水取水口。RO和MED/MSF裝置淡化產(chǎn)品水可以按一定比例混合滿足各種各樣的需求。
此外，以上方法的其他組合也日益受到重視。南京實驗室純水處理設備在實際選用中，究竟哪種方法最好，也不是絕對的，要根據(jù)規(guī)模大小、能源費用、海水水質(zhì)、氣候條件以及技術(shù)與安全性等實際條件而定。
實際上，一個大型的海水淡化項目往往是一個非常復雜的系統(tǒng)工程。就主要工藝過程來說，包括海水預處理、淡化（脫鹽）、淡化水后處理等。其中預處理是指在海水進入起淡化功能的裝置之前對其所作的必要處理，如殺除海生物，降低濁度、除掉懸浮物（對反滲透法），或脫氣（對蒸餾法），添加必要的藥劑等；脫鹽則是通過上列的某一種方法除掉海水中的鹽分，是整個淡化系統(tǒng)的核心部分，
這一過程除要求高效脫鹽外，往往需要解決設備的防腐與防垢問題，有些工藝中還要求有相應的能量回收措施；后處理則是對不同淡化方法的產(chǎn)品水針對不同的用戶要求所進行的水質(zhì)調(diào)控和貯運等處理。海水淡化過程無論采用哪種淡化方法，都存在著能量的優(yōu)化利用與回收，設備防垢和防腐，以及濃鹽水的正確排放等問題。
海水淡化技術(shù)的發(fā)展與工業(yè)應用，已有半個世紀的歷史，在此期間形成了以多級閃蒸、反滲透和多效蒸發(fā)為主要代表的工業(yè)技術(shù)。專家普遍認為，今后三、四十年在工業(yè)應用上，仍將是這三項技術(shù)“唱主角”，但反滲透的比重將越來越大。從地區(qū)上來講，中東海灣國家仍將以多級閃蒸為首選，因為它具有大型化和超大型化（單臺設備產(chǎn)水量目前已高達日產(chǎn)淡水4～5萬噸）、適應于污染重的海灣水以及預處理費用低的優(yōu)勢；然而在中東以外地區(qū)將以反滲透或膜法為首選，因為膜法的能耗和成本都具有優(yōu)勢，以北美地區(qū)為例，近期的發(fā)展已經(jīng)表明，在淡化和水處理方面都將以膜法為主。
海水淡化國際發(fā)展趨勢
近年來世界上海水淡化正向高效化、低能化和規(guī)模化的目標發(fā)展，反滲透（SWRO）、多級閃蒸（MSF）和多效蒸發(fā)（MED）更成為適用于大型海水淡化技術(shù)的主流。
MSF近年主要進展在：單機容量進一步擴大，系統(tǒng)設計最佳化、管理軟件化、操作自動化；采用聚羧酸酯等新型防垢、抑垢和分散劑，可提升運行溫度；開發(fā)新興高級奧氏不銹鋼代替鎳基合金，提高運行可靠性、穩(wěn)定性；工藝改進，有利降低能耗使目前總體水平處于10—14kwh/m淡水狀態(tài)。
MED方法的主要進展在低溫多效操作技術(shù)的開發(fā)，以減少結(jié)垢、腐蝕，降低成本，通常能夠在6.0—8.0kwh/m3。
SWRD技術(shù)從膜、組件和工藝已日趨成熟，近年來重大進展在于功能交換器和壓力交換器的成功開發(fā)，可使能量回收高達90%以上，從而使其能耗降至3.8～4.3kwh/m3淡水。
近年國際海水淡化項目招標中，總以工程投資最低、造水能耗最低、運行成本最低，以及建設周期最短和占地面積最少等優(yōu)勢為基本條件和要求。
總之，海水淡化既是水資源開發(fā)的重要途徑，南京反滲透純水處理設備而且夢已成真、可望可即?？梢钥隙?，隨著陸用水資源的日漸枯竭，海洋必將成為海水淡化技術(shù)大有用武的主戰(zhàn)場。
海水淡化潛在市場
海水淡化的潛在大市場海水淡化業(yè)市場主要包括有工程設計、設備制造、工程安裝、淡化水產(chǎn)品提供、技術(shù)服務等等。
從國際市場方面來看，20世紀70年代以來，大多數(shù)沿海國家由于水資源問題日益突出，都直接卷入了海水淡化的發(fā)展潮流。無論是中東的產(chǎn)油國還是西方的發(fā)達國家，都建設有相當規(guī)模的海水淡化廠或海水淡化示范裝置，北歐、南美和東亞地區(qū)每年海水淡化設備進口和工程安裝市場有近100億美元，且仍在高幅增長之中，南亞、中亞和非洲也有眾多的海水淡化潛在用戶。海水淡化的國際市場規(guī)模巨大。
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