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2016年海水淡化产业技术特点和发展分析

日期:2016年12月8日 13:37

我国海岸线总长为32647公里,沿海和中西部地区也拥有极为丰富的地下苦咸水资源,实现海水和苦咸水淡化无疑是解决我国淡水紧缺的一条重要战略途径。海水淡化(又称海水脱盐)是分离海水中盐和水的过程。从海水中取出水,或除去海水中的盐,都可以达到淡化目的。

2016年海水淡化产业技术特点和发展分析.

  目前,在已经开发的20多种海水淡化技术中,蒸馏法、电渗析法、反渗透法都达到一定水平,遗憾的是这些技术很难推广,因为这些淡化装备都是用电、煤等能源为代价换取水源的技术。

  其中得到大规模商业应用的是反渗透法、电渗析法和蒸馏法。

  反渗透法:

  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。

  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。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。它的能耗仅为电渗析法的1/2,蒸馏法的1/40。因此,从1974年起,美日等发达国家先后把发展重转向反渗透法。

  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。

  电渗析法:

  该法的技术关键是新型离子交换膜的研制。离子交换膜是0.5-1.0mm厚度的功能性膜片,按其选择透过性区分为正离子交换膜(阳膜)与负离子交换膜(阴膜)。电渗析法是将具有选择透过性的阳膜与阴膜交替排列,组成多个相互独立的隔室海水被淡化,而相邻隔室海水浓缩,淡水与浓缩水得以分离。电渗析法不仅可以淡化海水,也可以作为水质处理的手段,为污水再利用作出贡献。此外,这种方法也越来越多地应用于化工、医药、食品等行业的浓缩、分离与提纯。

  蒸馏法:

  蒸馏法的海水淡化原理简单,即将海水加热,待水蒸汽冷凝后得到淡水。蒸馏法依据所用能源、设备及流程的不同,分为多级闪蒸(Multi-stageflashdistillation,MSF)、低温多效(Multipleeffectdistillation,MED)和蒸汽压缩蒸馏(Vaporcom-pression,VC)等。其中,低温多效在70℃以下进行操作,远低于多级闪蒸110℃左右的蒸汽温度,有效地避免了无机盐的结垢,是目前最为适用的蒸发技术之一。同时,它可利用各种形式的低位热源,如与火电厂或核电厂结合,利用蒸汽轮机的背压0.02~0.04MPa(绝对压力)抽气造水,减少发电损失,提高发电机组的效率(图3)。

  其他主流海水淡化法还有:

  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。馏系统被动式太阳能蒸馏系统的例子就是盘式太阳能蒸馏器,人们对它的应用有了近150年的历史。由于它结构简单、取材方便,至今仍被广泛采用。目前对盘式太阳能蒸馏器的研究主要集中于材料的选取、各种热性能的改善以及将它与各类太阳能集热器配合使用上。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重视。

  低温多效:

       低温多效蒸馏是蒸馏法中最节能的方法之一。低温多效蒸馏淡化技术的概念低温多效海水淡化技术是指盐水的最高蒸发温度低于70℃的淡化技术,其特征是将一系列的水平管喷淋降膜蒸发器串联起来,用一定量的蒸汽输入通过多次的蒸发和冷凝,后面一效的蒸发温度均低于前面一效,从而得到多倍于蒸汽量的蒸馏水的淡化过程。低温多效蒸馏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。一种低温多效蒸馏法海水淡化设备,包括供汽系统、布水系统、蒸发器、淡水箱及浓水箱,供汽系统的生蒸汽入口置于中间效蒸发器上。工作方法为:(1)布水系统对海水进行喷淋;(2)输入生蒸汽到中间效蒸发器的蒸发管内部;(3)蒸汽在蒸发管内冷凝传出热量,蒸发管外吸收热量产生蒸发;(4)新蒸汽输送至其两侧的蒸发管内;(5)管内发生冷凝,管外吸收热量、产生蒸发;(6)各效蒸发器重复蒸发和冷凝过程;(7)蒸馏水进入淡水箱;(8)浓盐水进入浓水箱。

  多级闪蒸:

       所谓闪蒸,是指一定温度的海水在压力突然降低的条件下,部分海水急骤蒸发的现象。多级闪蒸海水淡化是将经过加热的海水,依次在多个压力逐渐降低的闪蒸室中进行蒸发,将蒸汽冷凝而得到淡水。目前全球海水淡化装置仍以多级闪蒸方法产量最大,技术最成熟,运行安全性高弹性大,主要与火电站联合建设,适合于大型和超大型淡化装置,主要在海湾国家采用。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。

  海水淡化技术的发展与工业应用,已有半个世纪的历史,在此期间形成了以多级闪蒸、反渗透和多效蒸发为主要代表的工业技术。2016-2021年海水淡化行业深度分析及“十三五”发展规划指导报告分析认为,今后三、四十年在工业应用上,仍将是这三项技术“唱主角”,但反渗透的比重将越来越大。从地区上来讲,中东海湾国家仍将以多级闪蒸为首选,因为它具有大型化和超大型化(单台设备产水量目前已高达日产淡水4~5万吨)、适应于污染重的海湾水以及预处理费用低的优势;然而在中东以外地区将以反渗透或膜法为首选,因为膜法的能耗和成本都具有优势,以北美地区为例,近期的发展已经表明,在淡化和水处理方面都将以膜法为主。

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