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海水淡化技术

20世纪50年代以后,海水淡化技术随着水资源危机的加剧得到了加速发展。目前已经实现商业化应用的淡化技术主要可分为蒸馏

法和薄膜法两大类。蒸馏法又可细分为多级闪化法(MSF)、多级蒸馏法(MED)和蒸汽压缩法(VC)。薄膜法主要有电透析法(ED)和逆

渗透法(RO)两种方法。其他的淡化技术则有冷冻法(Freezing)及太阳能蒸发法(Solar Still)等。

1)多级闪化法(MSF

2)逆渗透法(RO

3)电透析法(ED                                               (详见下文介绍)   

4)多效蒸馏法(MED

     

 

 

 

 

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1)多级闪化法(MSF

多级闪化法是利用蒸馏的原理,将溶液中的水分转变成蒸汽而与溶解于溶液中的盐分分离;闪化是以减压的方式降低沸点,产生水蒸气,水蒸气经冷凝后即可制得淡水。这种方法不会使含盐水真正沸腾(仅仅是表面沸腾),可以大幅度地改善积垢的问题。

多级闪化法的制作程序主要分成两个系统:一个是加热区域,一般多采用蒸气做热源,蒸气冷凝后回到锅炉。另一个为闪化区域,为一个多级的闪化与热回收区,级数随着不同的设计要求而定。

MSF法产量大,使用广泛,技术成熟,已于1950年具有商业化规模。

2)逆渗透法(RO

逆渗透法自70年代发展出第一座海水淡化厂以来,一直是具有竞争力的海水淡化技术之一。原海水通过R O膜之前必须先经预处理,其目的是除去可能阻塞薄膜的物质或破坏其构造的成分,如氧化剂等。处理的方法包括凝集沉降、过滤及添加抑制结构的药剂等。经过预处理后,海水由高压泵送至薄膜分离室,借助于半透膜可除去90%~99%的盐类、95%~99%的有机物及将近100%的胶体如细菌、硅胶等。薄膜的组成通常包括两个部分,一部分为海绵状的多孔物质,可让盐类及水通过并支持半透膜;另一部分为厚度仅为数千分之一英寸的半透膜,只能允许水通过。一般商业应用的渗透膜材质可分为醋酸纤维及聚氨脂两类。聚氨脂类的材质通常拥有较长的使用寿命。

逆渗透法耗费的电能较大,但与多级闪化法相比有以下优点:

[1] 只耗费电能,不需要蒸气;

[2] 设备系统模组化,安装容易;

[3] 淡化厂的兴建周期较短,厂房占地面积小。

3)电透析法(ED

电透析法的原理是将很多的阴/阳离子薄膜交错地串联在一起,电解质溶液则在膜间流动,两侧施加直流电的电压之后,阳离子向阴极移动而阴离子向阳极移动。其中阴离子可顺利通过阴离薄膜,但再往前移动时却被邻近的阳离子膜挡住。同样,阳离子也可以顺利地通过阳离子膜而无法通过阴离子膜。最终将分离得到低电解质浓度的溶液(淡水)以及高电解质浓度的溶液(卤水)。电透析法所耗用的能源与溶液中盐类含量成正比,实际的脱盐率介于75%~99%之间。

此方法较少被应用在海水淡化方面,因海水所含的TDS 较高,耗电能较逆渗透法高,经济效益较差,因此此方法多用于淡化碱水。

电透析法的商业化应用始于60年代,比逆透法早10年,其中往复式电透析法可以大幅度地改善积垢的问题,已成为电透析法的主流。在80年代因使用脂肪质阴离子薄膜的缘故,使得往复式电透析法较以前有了较大的改善。

4)多效蒸馏法(MED

多效蒸馏法是海水淡化技术中较早发展成功的方法之一,其原理是利用高温蒸汽与海水的温差进行热交换后,将蒸发出的水蒸汽冷凝并收集而成。但由于海水沸腾而造成管线容易积垢及其他因素,使得多效蒸馏法在应用上不如多极闪化法占有率那么大。

根据工艺流程来区分,多效蒸馏法主要有以下两种设备型式:沉管式蒸发器及管壳式蒸发器。管壳式蒸发器又可分为垂直管蒸发器和水平管蒸发器。

目前,全世界范围内仍以MSF法生产的淡水量较多,但RO法的占有比例有逐年增加的趋势,这是因为用于RO法的逆渗膜的制作技术不断改进,渗透膜的产量增加,能源消耗减小,使得RO法越来越受到市场的重视。

虽然海水淡化技术已经完全成熟,但由于海水淡化的成本比其他淡水资源的成本仍偏高,所以到现在为止,这种技术还没有在我国发展到商业化应用的阶段。目前在国内,不考虑初期的基建投资,淡化海水的成本为4.58.0元/吨。随着我国经济建设的不断发展和市政供水价格的放开,利用海水淡化技术制取淡水必将大有市场。

 

 


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