海水淡化技术研究进展

2.3.1电渗析技术
优点 缺点
1、水回收率低； 2、对不带 电荷的物质如有机物、 胶体、微生物、悬浮物等无脱除能 力，（对水质要求较 严格，需对 原水进行预处理）； 3、给水含盐量越高，能耗越大， 在苦咸水淡化工程中的应用受到局 限。
我国对电渗析技术的研究和应用起步较晚，但发展很快。1957 年开始试验研究，1964 年研制成功了第一台小型实用电渗析淡化器。1981 年在西沙群岛永兴岛建立了我国第一座规 模较大的电渗析海水淡化站，产淡水量200 m3⋅d-1。
重力过滤器（杀菌剂、还原剂）——活性炭过滤器——（加硫
酸、阻垢剂）——过滤器——反渗透膜组件
3海水淡化技术的问题
（1）成本高 造水成本相对较高是制约目前海水淡化技术进一步发展的最主要原 因之一，因而对现有工艺技术的优化及提升、相关技术的耦合、海水的 综合利用、新能源的利用和新技术的开发是解决这一问题的主要途径。
我国对海水淡化科技发展进行了重点支持，围绕高压反渗透海水淡化和低温多 效蒸馏海水淡化两个主流工艺分别进行了集中攻关，取得了一系列重要进展。
2、海水淡化技术
2.1蒸馏法
蒸馏法：
所谓蒸馏法是指把海水加热使之沸腾蒸发，再把蒸汽冷凝成淡水的过程。蒸 馏法是淡化海水的最古老的方法。 早在17、18世纪，在大海上航行的船员们把简单的蒸馏器安装在厨房的火炉 上，将水蒸气冷却而得到供饮用的淡水。
2.1.5膜蒸馏法
（3）扫气式膜蒸馏 该组件内，膜的冷侧通常以惰性气体（如氮气等）作载体，将通过膜的 水蒸气带至组件外冷凝。 （4）减压膜蒸馏 与气隙式膜蒸馏相类似，只是将冷侧施以低压处理。
2.1.5膜蒸馏法
常用膜材料： PTEE聚四氟乙烯，PVDF聚偏氟乙烯，PP聚丙烯
优点
缺点
1、膜成本高蒸馏通量小； 1、该过程几乎在常压下进行， 设备简单、操作简便； 2、由于温度极化和浓度极化 2、加热到沸点，只要膜两侧 的影响，运行状态不稳定； 维持适当的温差，该过程便 3、研究工作多处于试验阶段， 可以运行； 3、膜蒸馏组件很容易设计成 对传质和传热机理及参数影 响的定量分析还很不够。 潜热回收的形式，可进一步 降低能耗。
复合抛物面集热器
反射聚光型
真空管集热器
平板集热器
直射非聚光型
2.1.1太阳能蒸馏法
太阳能蒸馏法就是采用简单的太阳能蒸馏器。该蒸馏器由一个水槽组成，水槽 内有一个黑色多孔的毡心浮洞，槽顶上盖有一块透明、边缘封闭的玻璃覆盖层。太阳 光穿过透明的覆盖层投射到黑色绝热的槽底，转换为热能。因此，塑料芯中的水面温 度总是高于透明覆盖层底的温度，水从毡芯蒸发，蒸汽扩散到覆盖层上冷却为液体， 排入不透明的蒸馏槽中。
优点 1、热效率高； 缺点
容易腐蚀、结垢；
2、过程不需冷却水，结构紧凑； 3、能耗低。 压汽机造价较高，难于进一步 大型化。
2.1.5膜蒸馏法
膜蒸馏法是指热海水接触憎水微孔膜，由于膜另一侧温度较低，相应的饱和蒸汽 压力也低，膜面上的海水蒸发并透过膜的微孔到低压侧并在冷凝面凝结为纯度较高的 淡水。在膜蒸馏法中，膜只起到汽水分离器和增加蒸发面的作用。 （1）直接接触式膜蒸馏（水吸式或外冷式） 该组件内，膜两侧的液体直接与膜面接触。 其一面试经过加热的原溶液为热侧，另一面是冷 水为冷侧，膜孔内为汽相（蒸汽和空气），在热 侧膜面上生成的水蒸气透过膜至冷侧凝结成水， 并和冷水合二为一。 （2）气隙式膜蒸馏（内冷式） 该组件内，膜的冷侧装有冷却板，在其间就 是气隙室。当热侧水蒸气透过膜在气隙室扩散遇 冷壁凝结成液态导出，而冷却水在组件内部降温。 凝结水和冷却水各有通道，互不混合。 和直接接触膜蒸馏组件相反，蒸发面和冷却 面之间有一定距离（气隙室宽度），这样通量和 热传导均收到了阻力。其优点是热量损失小，热 效率高；不需另加热量回收装置。缺点是组件结 构较直接法复杂；其膜通量比直接法小。
特征： （1）是管膜有多薄，它必须有两个界面； （2）膜具有选择透过性。在液相中，膜能使溶质透过的现象称为 渗析；能使溶剂(如水)透过的现象称之为渗透。利用膜的选择透过性进 行分离或浓缩的方法称为膜法分离技术。
膜法分离技术在海水淡化中常用的技术是电渗析和反渗透
2.3.1电渗析技术
电渗析法是利用具有选择性的离子交换膜在外加直流电场 的作用下，使水中的离子定向迁移，并有选择性地通过带有不 同电荷的离子交换膜，从而达到溶质和溶剂分离的目的。
过程工艺简单，除盐率高，操作 方便
2.3.2反渗透技术
运用反渗透原理，把原料海水经过加药和过滤后进入高压泵，经升压后进入反 透膜堆，这样就可以进行海水淡化。透过膜的脱盐水作为产品水被收集并经过进一 步处理后即可送入管网供用户使用。
2.3.1反渗透技术
优点 缺点
1、投资省、能耗低、建设周期 短、易于自动控制； 2、装置体积小，设备及操作简 单，维修方便；
（2）海水（加杀菌剂）——沉沙池（加杀菌剂、FeCl3、聚
电解质）——混凝沉淀设备（加阻垢剂）——多效蒸馏装置
多级闪蒸浓水温度范围在95到110，增加了对设备的腐蚀，需采用价 格昂贵的通镍合金特种不锈钢及钛合金制作设备，进入淡化装置的海水不 仅需要加酸软化，脱除二氧化碳，还需要脱除氧气。 低温多效蒸发淡化最高操作温度在70左右，结垢可能性小，进入装
置的海水只需要添加微量阻垢剂。
2.1.4压汽蒸馏法
海水蒸发过程所产生的 二次蒸汽，经压缩机增压，
蒸汽饱和温度相应提高，在
输入到蒸发器管束内，作为 进料升压和升温(温度升高
10℃左右)，并作为Baidu Nhomakorabea热和使
海水蒸发的热源，因此压汽 蒸馏法在运行后不需外部提 供加热蒸汽，靠机械能转化 为热能。
2.1.4压汽蒸馏法
2.1.2多效蒸馏法
优点 1、热效率高，30余度的温差 可达到10左右的造水比； 2、结垢倾向小（操作温度在 60-70℃），对原水预处理要 求低，投资少； 4、能耗低。 设备体积较大，装置费用较高。 缺点
造水比：对于海水淡化系统, 造水比 P是 衡量其性能的最重要的参数, 它是指蒸发
装置淡水总产量与盐水加热器所消耗的蒸汽量之比,
2.2冷冻法
由于海水在结冰时，水可以形成冰晶而将盐份排除在外，这样使盐和水 分离系利用相变进行海水淡化的另一种方法－冷冻法。
间接冷冻法：利用低温冷冻剂与海水进行间接热交换后使海水冷冻成冰。
由于传热效率不高，而且需要很大的换热面，因此一般已不采用。
直接冷冻法：直接冷冻法则是指冷冻剂与海水直接接触使海水结冰。
2.1.3多级闪蒸法(MSF)
多级闪蒸(MSF)是一种在20 世纪50 年代发展起来的海水淡化技术，其原理是海 水经过预热后，进入闪蒸室，该闪蒸室的压力低于将要进入的盐水所对应的饱和蒸 汽压力，盐水进入后即因过热而进行闪蒸。闪蒸出的蒸汽冷凝后即为淡水。
2.1.3多级闪蒸法(MSF)
安全可靠，因此发展迅速，中东许多产油国所建的海水淡化工 厂大多采用多级闪蒸法，并且与发电厂结合。如阿联酋建造了世界 上最大的多级闪蒸海水淡化厂，就是与发电厂联合生产。
2、在冰晶输送过程中冰晶长大， 既可能堵塞管道，又可能使冰 3、膜蒸馏组件很容易设计成潜 中盐份增多。 热回收的形式，可进一步降低 能耗。
2.3膜法
膜法分离技术是指用特制的膜将一种液体中的溶质和溶剂分离的 方法。 原理：这里所谓膜是指一种流体相内(或是在两种流体之间)有一层 薄的凝聚相物质，它把流体相分隔为互不相通的两部分，并能使这两 部分产生传质作用。
2.1.3多级闪蒸法(MSF)
优点
1、工艺成熟、应用广泛； 2、单机容量大，最大可达5万 吨/天； 3、维护量小，对原水要求低； 操作弹性小，动力消耗大。
缺点
4、出水品质好，热效率高。
多级闪蒸和多效蒸馏预处理比较
蒸馏法预处理目的是为了防止设备腐蚀和结垢
蒸馏法预处理工艺：
（1）海水（加杀菌剂）——沉沙池（加硫酸）——填料塔脱 气（加聚羟酸酯）——多级闪蒸淡化装置；
膜的寿命和抗污染问题严重， 反渗透 膜、高压泵、能量回收 装置需定期更换。
3、在常温 下操作，设备的腐 蚀和结垢程度较轻。
膜法预处理工艺
目的是预防生物污染和结垢 主要方法包括加氯杀菌、凝聚沉淀、多介质过滤、加酸调
PH、加阻垢剂、加还原剂等。
例如：海水（加杀菌剂、FeCl3、聚电解质）——絮凝槽——
（2）高浓度盐水污染
各国研究人员针对浓海水排放对海洋生态环境的影响展开了研究， 普遍认为排放水物理性质的改变和残留化学品的毒性将对海洋生物造成
2.1.1太阳能蒸馏法
优点 缺点
1、突破蒸汽、电力限制，运行 1、装置性能受地区及气候条件 可靠安全，可独立使用； 的影响大； 2、不消耗化石能源，无污染， 2、单位面积产水量较低； 低能耗，能源紧缺高的地区更 有突出的应用价值； 3、适应性好，生产淡水成本低， 3、装置占地面积大。 生产规模可有机组合，投资相 对较少。
猜猜我是什么？
“eliodomestico”太阳能淡水蒸馏器
陶土、回收塑料和电镀锌混合制作而成，一天大概能生产出5公升的饮用水。
2.1.1太阳能蒸馏法
对于太阳能海水淡化系统的研究，主要集中在对太阳能蒸发器、集热器以及 相应海水淡化装置的改进上。
直接法
太阳能
热能
蒸馏
间接法
太阳能
电能
电渗析
槽型抛物面集热器
1、引言
近年来，国外海水淡化产业发展迅速，并形成大规模产业集群。根据国际脱盐 协会发布的数据，截至2011 年底全球已签约的淡化工程约为1. 6 万个，总装机容量 约7740 万吨/日，62. 8% 的淡化水作为市政供水 。市政供水是海水淡化的主要应用 领域，已解决了2亿多人的生活用水问题。 使用的海水淡化的国家和地区既包括阿拉伯海湾地区产油国家，也包括西班牙、 以色列、澳大利亚等发达国家。尤其在阿拉伯海湾地区和缺水岛屿，淡化水已成为 基本水源。
海水淡化技术研究进展
汇报人： 学 号：
CONTENTS
目 录
1 2 3
引言 海水淡化技术 海水淡化技术的问题
4
实例
1、引言
水资源分布极度不均衡
世界淡水资源的60%
80个国家和地区约15亿人口淡水不足；
26个国家约3亿人口极度缺水。
1、引言
我国人均淡水资源量仅为世界人均占有量的1/4，被联合国列为13个贫水国之一。沿 海地区作为我国人口聚集和经济发展的重心，也是我国水资源最为短缺的地区，天津、 北京等70多个大中城市用水状况日趋紧张。 根据《全国水资源综合规划》，到2020年和2030年，全国用水总量力争分别控制在 6700亿立方米以内和7000亿立方米以内。即便如此并考虑南水北调工程，到2030年我国 沿海地区年缺水量仍将达到214亿立方米。
真空冷冻蒸汽吸收法
真空冷冻蒸汽压缩法
2.2冷冻法
二次冷媒直接接触法 （外界加入冷冻剂）
一般使用的冷冻剂是丁烷等，液态丁烷与预冷 的海水接触，丁烷汽化吸冷使海水冷冻结冰，产生 的丁烷蒸汽经压缩至大气压以上进入融化器与冰接 触，丁烷蒸汽液化而冰晶融化使水与丁烷再分离。
2.2冷冻法
优点 缺点
1、预处理简单，设备投资相对 1、过程中产生的三相点蒸汽难 较小； 以去除、冰晶的控制和输送、 分离； 2、低温下操作，腐蚀和结垢问 题相对缓和；
2.1.2多效蒸馏法（MED）
多效蒸馏，是让加热后的海水在多个串联的蒸发器中蒸发，前一个蒸 发器蒸发出来的蒸汽作为下一蒸发器的热源，并冷凝成为淡水。低温多效 蒸馏(LT-MED)是多效蒸馏法中最节能的方法之一。
世界上最大的低温多效海水淡化厂是SIDEM 公司EPC 承建的沙特阿拉 伯的Marafiq 海水淡化厂，生产淡水102.5万m3 /d。
真空蒸发式直接冷冻法 （以水为冷冻剂）
二次冷媒直接接触法 （外界加入冷冻剂）
2.2冷冻法
真空蒸发式直接冷冻法 （以水为冷冻剂）
真空蒸发式直接冷冻法正是利用海水的三 相点原理，以水自身为制冷剂，将海水控制在 三相点附近(0.01℃，610.3 Pa)，使海水同时蒸 发与结冰，再将冰与蒸汽分别融化和冷凝则可 获得淡水。
81%
19%
1、引言
我国大陆海岸线总长 1.8万多公里，有150个左右 的沿海城市，6500多个500 平方米以上的岛屿，这是我 国发展海水淡化有利的地理 条件。 在我国沿海地区大规模 建设海水淡化工程、发展海 水淡化产业，不仅可增加水 资源总量，而且可改善水资 源结构、提高水资源安全保 障率，是解决我国沿海地区 淡水短缺的战略选择和重要 措施。