海水淡化及其应用

1.2.中国淡水资源的现状
• 中国水资源总量为2.8万亿m³,其中地表水2.7万亿m³, 地下水0.83万亿m³。由于地表水与地下水相互转换、 互为补给，扣除两者重复计算量0.73万亿m³,即与河川 径流不重复的地下水资源量约为0.1万亿m³ 。目前全 国 600多个城市中,400多个缺水,其中100多个严重缺 水。我国多年平均降水总量为6.2万亿m³,除通过土壤 水直接利用于天然生态系统与人工生态系统外,可通过 水循环更新的地表水和地下水的多年平均水资源总量 为2.8万亿m³，水资源总量居世界第六位,仅次于巴西、 俄罗斯、加拿大、美国和印度尼西亚。按1997年人口 统计,我国人均水资源总量为2300 m³上下,人均占有量 仅有世界平均数的¼，居世界第128位。 中国未来各水平年需水情况表（单位：亿立方米）
（一）海水淡化已成为解决全球水 海水淡化水在一些沿海缺水国家和地区的经济和 社会发展中发挥了重要作用。以色列70% 的饮用 水源来自于海水淡化水，2005 年日产海水淡化 水量达73.8 万m³；阿联酋饮用水主要依赖海水 淡化水，2003 年日产海水淡化水量达546.6 万 m³；意大利西西里岛500 万居民，2005 年日产 海水淡化水量为13.5 万m³，约占全部可饮用水源 的15—20% 。目前全球海水淡化的市场年成交额 已达到数十亿美元。
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性的海水环境中也适用，产水纯度高。与膜法海水淡
化技术相比，蒸馏法具有可利用电厂和其他工厂的低
品位热、对海水水质要求低、装置的生产能力大等优
点。
3.2.1.多效蒸发技术 Multi-Effect Distillation
• 多效蒸发(MED)是在多级闪蒸以前最古老的淡化方法之一，是由 单效蒸发组成的系统，即将前一蒸发器产生的二次蒸汽引入下一 蒸发器作为加热蒸汽，并在下一有效蒸发器中冷凝成蒸馏水，如 此依次进行。 • 以竖管降膜多效蒸发为例，图4为该工艺流程。从冷凝器后分流 出来的原料海水经过预处理后，由泵依次送入预热器进行预热， 然后进入第1效蒸发器的顶部，并按要求分配到传热管的内壁， 管外为加热蒸汽。蒸发出来的二次蒸汽同下降的盐水在分离室中 实现汽液分离，二次蒸汽经过除沫器后引至下一效加热。剩下的 盐水则因两效间的压差作用而流入下一效蒸发器。各效所生成的 蒸馏水也沿压力温度降低的方向流经各效管间，同时回收热量， 直到最后的冷凝器，形成产品水抽出。最后的浓盐水从末端Dn的 底部排出。
（二）海水淡化技术日趋成熟, 淡化规模不断扩大, 成本不断降低 多级闪蒸(MSF) 、多效蒸发(MED)和反渗透(RO)是 当今海水淡化三大主流技术。 多级闪蒸技术成熟、运行可靠。主要发展趋势为 提高装置单机造水能力，降低单位电力消耗，提 高传热效率等。 多效蒸发技术由于节能的因素，近年发展迅速， 装置的规模日益扩大，成本日益降低。主要发展 趋势为提高装置单机造水能力，采用廉价材料降 低工程造价，提高操作温度，提高传热效率等。 反渗透技术发展很快，工程造价和运行成本持续 降低。主要发展趋势为降低反渗透膜的操作压力， 提高反渗透系统回收率，廉价高效预处理技术， 增强系统抗污染能力等。
END
海 水 淡 化 及 其 应 用
Concept & Applications of Desalination
内容提要
1.全球及中国淡水资源现状 2.施行海水淡化的必要性及紧迫性 3.海水淡化技术 4.海水淡化的发展状况及趋势
1.全球及中国淡水资源现状
1.1全球淡水资源的现状
• 据专家估计，地球上的13.86亿立方公里水资源总量 中，其中 96.7％的水集中在海洋里，目前还无法直 接利用。而大陆上只占地球上水量的3.3%所有淡水 资源总储量中的85％集中在冰盖和冰川中，在现阶 段也难以利用。地球上实际上能为人类开发利用的 水资源主要是河流径流和地下淡水。地下水占地球 淡水总量的22.6%，为8600万亿吨，但一半的地下 水资源处于800m以下的深度，难以开采。河流和 湖泊占地球淡水总量的0.6%，为 230万亿吨，目前 能够为人类开采利用的河流径流和地下淡水一般只 能达到40％。也就是说，我们实际可以利用的淡水 少之又少。
①.反渗透海水淡化过程不发生相变化，是最节能的海水淡化方法，其能耗仅 为电渗析法的1/2，蒸馏法的1/40 ；
②.设备简单，效率高； ③.占地面积小； ④.操作方便，控制容易； ⑤设备投资低，建设周期短。 • 其主要缺点是对进水水质要求较高。
图8 RO海水淡化流程图
4.海水淡化的发展状况及趋势
海 水
海 水 淡 化 化术 技 淡
技
术
蒸馏法 蒸馏法
膜 法 膜 法
其他方法 其他方法
多 多 效 效 蒸 发 蒸 发
多 多 级 级 闪 蒸 闪 蒸
反 反 渗 渗 透 透
电 电 渗 渗 析 析
冷 冷 冻 冻 法 法
离 离 子 子 交 换 交 换
图3 海水淡化方法
3.2.蒸馏法海水淡化技术
• 蒸馏法是通过加热海水使之沸腾汽化，再把蒸汽冷凝 成淡水的方法。其特点是即使在污染严重、高生物活
水的浪费是惊人的：一个滴水的水龙头，一个月可以浪 费1至6 m³ 水；一个漏水的马桶，一个月要浪费3至25 m³ 水； 一个城市如果有60万个水龙头关不紧、20万个马桶漏水， 一年可损失上亿立方米的水。因此，在日常生活中掌握一些 节水的小常识是很有必要的。 提高科学用水、计划用水、节 约用水的自觉性，在全社会形 成一个水资源可持续利用的良 好环境，造福人类，造福子孙 后代。
• 约占世界人口总数40%的80个国家和地区淡 水不足，其中26个国家约3亿人极度缺水。更 可怕的是，预计到2025年，世界上将会有30 亿人面临缺水，40个国家和地区淡水严重不 足。 2009-03联合国发布《世界水资源开发报 告》强调，地下水用量占总用水量的20%，并 且还在迅速增长，干旱地区尤其如此。20世 纪地下水的利用量增长了5倍。报告认为,水在 粮食生产中必不可少,且农业耗水量居首，估 计约占总耗水量的70%。报告还指出，目前世 界人口约为66亿,每年以800万的速度增长。 照此计算,每年增加的淡水需求量约为640亿m³ 。
（三）水电联产、热膜联产等多种技术集成是海水 淡化技术主要发展趋势
水电联产主要是指海水淡化水和电力联产联供。由于海水 淡化成本在很大程度上取决于消耗电力和蒸汽的成本，水 电联产可以利用电厂的蒸汽和电力为海水淡化装置提供动 力，从而实现能源高效利用和降低海水淡化成本。国外大 部分海水淡化厂都是和发电厂建在一起的，是目前大型海 水淡化工程的主要建设模式。 热膜联产主要是采用热法和膜法海水淡化相联合的方式 （即MED－RO或MSF－RO方式），满足不同用水需求， 降低海水淡化成本。目前，世界上最大的热膜联产海水淡化 厂是阿联酋富查伊拉海水淡化厂，日产海水淡化水量为45.4 万m³，其中，MSF日产水28.4 万m³，RO日产水17 万m³ 。 其优点是：投资成本低，可共用海水取水口。RO和 MED/MSF 装置淡化产品水可以按一定比例混合满足各种各 样的需求。
2.2.施行海水淡化的必要性及紧迫性 地球上97%以上的水是人类难以直接利用 的海水。人类在面临陆上淡水紧缺和物质 资源不断的威胁下，开发利用海水资源和 其中3.5%的矿物资源是发展的必然趋势。
3.海水淡化技术
3.1.海水淡化方法
• 海水淡化：将海水中的盐分和水分进行分离，生产生 活或工业用水的过程。其主要方法如下：
从国际看，大规模海水淡化应用已有成功实践。目前， 沙特、以色列等国家70%的淡水资源来自海水淡化，美国、 日本、西班牙等国家为保护本国淡水资源也竞相发展海水 淡化产业。2008年，全球海水淡化工程总投资额达248亿 美元，且每年以20%—30%的速度递增，2015年预计将达 到564亿美元。世界海水淡化总产量达6348万吨/日，海水 冷却水年用量超过7000亿吨，海水制盐6000万吨/年、镁 260万吨/年、溴素50万吨/年。 从国内看，近年来海水淡化和综合利用事业取得了长足 发展。2009年，全国海水淡化的实际产水量已经达到42.5 万吨/日。全国目前在建和待建的海水淡化工程有30多项， 全部建成后海水淡化规模将达到195.8万吨/日。
水平年 2030年 2050年 生产需水量 生活需水量 生态需水量 总需水量 5820 6196 972 1166 485 501 7277 7863
2.施行海水淡化的必要性及紧迫性
2.1.什么是海水淡化 (Desalination) • 海水淡化就是除去海水中的盐分以获得淡水的工
艺过程，亦称海水脱盐。它是实现水资源利用的 开源增量技术，可以增加淡水总量，且不受时空 和气候影响，水质好、价格渐趋合理，可以保障 沿海居民饮用水和工业锅炉补水等稳定供水。修 建水利设施、跨流域调水、生产生活节水、循环 利用水和海水淡化等。与其他途径相比，海水淡 化具有多方面优势：海水淡化可以从增量上缓解 水资源短缺问题；海水储量巨大，获取成本为零， 无需向任何一方付费；海水资源是无国界的；海 水淡化生产稳定性强，受原料供应和自然气候条 件影响很小；淡化水的水质纯净。
图4 竖管降膜多效蒸发流程
筑龙给排水
图6 IDE公司维京群岛工程
3.2.2.多级闪蒸技术 Multi-Stage Flash
• 闪蒸是指一定温度的水在环境压力低于该温度所对应的饱 和蒸汽压时发生的骤然蒸发现象。闪蒸后的水温度降低以 使其饱和蒸汽压与环境压力平衡。多级闪蒸(MSF)就是利 用此原理，使加热至一定温度的盐水依次在一系列压力逐 渐降低的容其中闪蒸汽化，蒸汽冷凝后得到淡水的过程。 该方法是在多效蒸馏的基础上发展而来的。相比多效蒸馏 法多级闪蒸减少了垢的形成。 • 由于多级闪蒸法得到淡水价格相对反渗透法的低，所以在 全世界还有很多国家和地区使用该种方法。但是该方法只 能用于海水淡化，并不适用于苦咸水淡化。
图7 多级闪蒸技术流程
3.3.反渗透技术
• 反渗透法(RO) ，通常又称超过滤法，是1953年才开始采 用的一种膜分离淡化法。该法是利用只允许溶剂透过、不 允许溶质透过的半透膜，在外加压力作用下将海水与淡水 分隔开的。由于它和自然渗透的方向相反，故称为反渗透。
• 与蒸馏法相比，反渗透法具有以下突出的优点: