《海水淡化》教案2

《海水淡化》教案

知识回顾

1．什么是蒸馏？

【提示】利用液体的沸点不同将两种或多种互溶液体分离的方法。

2．渗析的含义是什么？

【提示】渗析是用于提纯胶体的一种方法，利用胶粒不能通过半透膜而离子或小分子能透过半透膜而将胶体和离子分开。

学习目标

1．知道海水是一种重要的资源，海水淡化技术是解决淡水资源紧缺问题的关键。

2．了解海水淡化的主要方法。

3．了解蒸馏法淡化海水的基本原理。

教学过程

一、海水淡化的概念与方法

1．概念：海水是一种不容忽视的潜在水源，海水淡化技术是解决淡水资源紧缺问题的关键。海水淡化又称脱盐，它是利用物理、化学、生物方法将海水中溶解的盐脱除。

2．方法：海水淡化的方法有蒸馏法、膜法、冷冻法、离子交换法等，其中蒸馏法、膜法是主要方法。

二、海水淡化技术

1．蒸馏法

(1)类型：蒸馏与减压蒸馏。

(2)实际应用：蒸馏法淡化的水量约占世界海水总淡化量的。70%实际应用中，人们采用降低容器内压强的方法使水在比较低的温度下沸腾，并充分利用热交换技术，使该法得以普及。

2．电渗析法

基本原理：在电渗析槽里，阴、阳离子交换膜把渗析槽分隔成三个区域(如教科书中电渗析原理示意图)，两端的两个区域的电极分别与直流电源的两极相连。装满海水后，在外加电场的作用下，处于中间位置海水槽里的阴、阳离子分别透过阴离子交换膜、阳离子交换膜迁移到阳极区、阴极区，中间水槽里的水含盐量就降低了。

3．反渗透法

(1)渗透压：用一种渗透膜把含盐浓度不同的两种水溶液隔开，将发生渗透现象。浓度较小的溶液中的水分会通过半透膜渗透到浓度较大的溶液中，使原来浓度较大的一侧溶液液面升高，当液面升高产生的压力达到一定的数值时能阻止水的继续渗透，这个压力称为渗透

压。

(2)基本原理：如果在含盐浓度较大的溶液一侧施加一定的压力，可以迫使水从浓溶液一侧向稀溶液一侧渗透，使浓溶液浓度增大。

4．冷冻法

基本原理：把冷海水喷入真空室，部分海水蒸发吸热使其余海水冷却形成冰晶。固体冰晶中的杂质要比原溶液中少得多。将得到的冰晶用适量的淡水淋洗、熔化，就得到淡水。

【思考题1】海水淡化的原理是什么？怎样形成闭合回路的？

【提示】电解原理。外电路靠电子定向移动，内电路靠阴阳离子分别向两极透过阴阳离子交换膜定向移动形成电流。

【思考题2】要因地制宜地选择海水淡化的方案，需注意哪些问题？

【提示】①该地区的地理环境；②该地区所需淡水量的多少；③经济状况；④技术条件。

【思考题3】反渗透法的特点是什么？关键是什么？

【提示】①寻找理想的渗透膜。②提高海水的淡化效率。

要点掌握

一、海水淡化的方法

海水淡化的方法已有十几种，主要的有蒸馏法、电渗析法、离子交换法等。其中蒸馏法的历史最久，技术和工艺也比较完善，是目前海水淡化的主要方法。

(1)蒸馏法：蒸馏法虽然是一种古老的方法，但由于技术不断地改进与发展，该法至今仍占统治地位。蒸馏淡化过程的实质就是水蒸气的形成过程，其原理如同海水受热蒸发形成云，云在一定条件下遇冷形成雨，而雨是不带咸味的。根据所用能源、设备、流程不同主要可分设备蒸馏法、蒸气压缩蒸馏法、多级闪急蒸馏法等。

(2)冷冻法：冷冻法，即冷冻海水使之结冰，在液态淡水变成固态冰的同时盐被分离出去。冷冻法与蒸馏法都有难以克服的弊端，其中蒸馏法会消耗大量的能源并在仪器里产生大量的锅垢，而所得到的淡水却并不多；而冷冻法同样要消耗许多能源，但得到的淡水味道却不佳，难以使用。

(3)反渗透法：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，将海水与淡水分隔开的。在通常情况下，淡水通过半透膜扩散到海水一侧，从而使海水一侧的液面逐渐升高，直至一定的高度才停止，这个过程为渗透。此时，海水一侧高出的水柱静压称为渗透压。

(4)太阳能法：人类早期利用太阳能进行海水淡化，主要是利用太阳能进行蒸馏，所以早期的太阳能海水淡化装置一般都称为太阳能蒸馏器。由于它结构简单、取材方便，至今仍被广泛采用。与传统动力源和热源相比，太阳能具有安全、环保等优点，将太阳能采集与脱盐工艺两个系统结合是一种可持续发展的海水淡化技术。太阳能海水淡化技术由于不消耗常规能源、无污染、所得淡水纯度高等优点而逐渐受到人们的重视。

如果对海水一侧施加一大于海水渗透压的外压，那么海水中的纯水将反渗透到淡水中。反渗透法的最大优点是节能。反渗透海水淡化技术发展很快，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。

【例1】将海水淡化后作生活用水，以解决淡水资源匮乏的问题，下列淡化海水的方法，在原理上完全不可行的是()。

A．加明矾使海水中的盐分沉淀而淡化

B．利用太阳能使海水蒸馏淡化

C．将海水缓慢降温凝固以获取淡化的饮用水

D．将海水通过离子交换树脂除去所含离子

【解析】A项中明矾是KAl(SO4)2·12H2O，加入到海水中能除去OH－或Ba2＋等，但对Na ＋、Cl－、Mg2＋、Ca2＋等无影响，起不到淡化海水的作用，另外，加入明矾，对水的质量要求较高的生活用水，会有对人不利的因素，不可行；B项中是海水淡化常用的一种方法；C 项中由于降温，物质的溶解性降低，而使水得到淡化；D项中此法普通水都可以纯净化，海水当然可以淡化。

【答案】A

【变式】水资源非常重要，联合国确定2003年为国际淡水年。下列关于水的说法中错误的是()。

A．蒸馏法是海水淡化的方法之一

B．淡水的密度小于海水的密度

C．融化的雪水中矿物质的含量比深井水中的少

D．在0 ℃以上，温度越高，水的密度越小

【解析】水在4 ℃时，ρ＝1 g·cm－3，小于4 ℃时热缩冷胀，高于4 ℃时，热胀冷缩。

【答案】D

二、海水淡化的原理

海水淡化的目的是去除海水中超标的盐，降低盐的浓度。

最简单的方法是利用太阳能蒸发水分，收集蒸馏水。其次可以采用减压蒸馏的方法，降低水的沸点，使水在较低的温度下蒸发，收集蒸馏水。

现在大规模淡化海水则采用电渗析法。如下图所示：海水进入电渗析装置后，在电场作用下，钠离子和氯离子都要做定向移动：钠离子向阴极移动，氯离子向阳极移动，但阳离子交换膜只能让钠离子通过，阴离子交换膜只能让氯离子通过，所以，在电渗析装置中就出现了“一格海水被浓缩，另一格海水被淡化”的情况，我们只需要将淡水引出即得淡化水，而浓缩后的卤水则可以作为海水加工的原料得到进一步的利用。