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海水淡化技术的主要类型

发布时间:2022-08-31 11:30:22 浏览次数:473
 

    海水淡化技术,由于海水含盐量非常高,不能直接使用。海水淡化主要有两种方法,即蒸馏法和反渗透法。蒸馏法主要用于大型海水淡化处理和热能丰富的场所。反渗透膜法因其应用范围广、脱盐率高而得到广泛应用。反渗透膜法首先提取海水进行预处理,以降低海水的浊度,防止细菌、藻类和其他微生物的生长。然后,海水由专用高压泵加压,使海水进入反渗透膜。由于海水含盐量高,海水反渗透膜必须具有高脱盐率、耐腐蚀、耐高压和耐污染的特性。经反渗透膜处理的海水含盐量大大降低,TDS含量从36000 mg/L增加到约200 mg/L。脱盐后的水质甚至优于自来水,可用于工业、商业、居民、船舶和舰船
    世界上有20多种海水淡化技术,包括反渗透、低多效、多级闪蒸、电渗析、压力蒸汽蒸馏、露点蒸发、水力热电联产、热膜热电联产以及利用核能、太阳能、风能和潮汐能的海水淡化技术,以及许多预处理和后处理过程,如微滤、超滤和纳滤。
    从分类的角度来看,主要分为两类:蒸馏法(热法)和膜法。其中,低多效蒸馏法、多级闪蒸法和反渗透膜法是全球主流技术。一般来说,低多效具有节能、对海水预处理要求低、淡化水水质高的优点;反渗透膜法具有投资少、能耗低的优点,但对海水的预处理要求较高;多级闪蒸法技术成熟,运行可靠,机组出力大,但能耗高。人们普遍认为,低多效蒸馏和反渗透膜是未来的发展方向。预计“十二五”期间,中国海水淡化能力将达到150-200万吨/天,是现有能力的三到四倍,投资规模将达到200亿元左右。
    冷冻海水淡化法原理:海水三相点是海水的汽、液、固相共存并达到平衡的特殊点。如果压力或温度偏离三相点,平衡将被破坏,三相将自动趋向于单相或两相。真空冷冻海水淡化是一种低成本的海水淡化方法,它利用海水的三相点原理,以水本身作为制冷剂,使海水同时蒸发和冻结,然后将冰晶分离并洗涤,得到淡化水。与蒸馏法和膜海水淡化法相比,冷冻海水淡化法能耗低、腐蚀和结垢轻、预处理简单、设备投资小、海水盐度高,是一种理想的海水淡化方法。
冷冻法
    冷冻法,即冷冻海水使其结冰。当液态海水变成固体冰时,盐被分离。冷冻法和蒸馏法都具有难以克服的缺点。蒸馏法将消耗大量能量,在仪器中产生大量水垢,但获得的淡水不多;冷冻法也消耗大量能量,但获得的淡水味道差,难以使用。
    脱气后,冷冻海水淡化工艺的预冷海水可以与蒸发结晶器排出的浓盐水和脱盐水进行热交换,并预冷至接近海水的冰点。冷冻海水淡化过程的脱气将几乎完全释放低压下溶解在海水中的不凝气体,并且不会在冷凝器中冷凝。这将增加系统的压力,使蒸发结晶器中的压力高于两相点的压力,并破坏操作。显然,减压脱气方法适用于该系统。

蒸馏
   海水淡化是影响海水蒸发和冻结速率的主要因素。
   海水淡化过程中的冰盐水是一个固液系统。常用的分离方法可以分离冰盐水,但不同分离方法的冰晶含盐量不同。实验结果表明,真空过滤法所得冰晶的含盐量远低于常压过滤法。海水淡化过程的蒸汽在蒸发结晶器中冷凝。除了从海水中分离出的冰晶外,还会产生大量蒸汽。这些蒸汽必须及时排出,以使海水不断蒸发和冻结。

反渗透
    通常称为超滤,是一种膜分离脱盐方法,仅在1953年采用。该方法是通过使用只允许溶剂通过而不允许溶质通过的半透膜将海水与淡水分离。在正常情况下,淡水通过半透膜扩散到海水侧,使得海水侧的液位逐渐升高,直到一定高度。这个过程称为渗透。此时,高于海水侧的水柱静压称为渗透压。如果向海水侧施加大于海水渗透压的外部压力,则海水中的纯水将反渗透到淡水中。反渗透的最大优点是节能。其能耗仅为电渗析的1/2和蒸馏的1/40。因此,自1974年以来,美国、日本等发达国家相继将发展重点转向反渗透。
反渗透海水淡化技术发展迅速,项目成本和运行成本持续下降。主要发展趋势是降低反渗透膜的运行压力,提高反渗透系统的回收率,采用低成本高效的预处理技术,提高系统的抗污染能力。


太阳能法
    在人类早期,太阳能用于海水淡化,主要用于蒸馏。因此,早期的太阳能海水淡化装置通常称为太阳能蒸馏器。蒸馏系统被动太阳能蒸馏系统的一个例子是盘式太阳能蒸馏器,已经使用了近150年。由于其结构简单、材料方便,仍被广泛使用。盘式太阳能蒸馏器的研究主要集中在材料的选择、各种热性能的改善以及它与各种太阳能收集器的使用。与传统的电源和热源相比,太阳能具有安全环保的优点。太阳能收集和海水淡化工艺的结合是一种可持续的海水淡化技术。太阳能海水淡化技术因其不消耗常规能源、无污染、淡水纯度高等优点而越来越受到重视。太阳能蒸馏是一种简单的太阳能蒸馏器。蒸馏器由水箱组成,水箱内有一个黑色多孔毡芯浮孔,水箱顶部覆盖一层封闭边缘的透明玻璃覆盖层。阳光穿过透明覆盖层,投射到黑色绝缘罐的底部,并转化为热能。因此,塑料芯中的水面温度总是高于透明覆盖层底部的温度。水从毡芯蒸发,蒸汽扩散到覆盖层,冷却成液体并排入不透明蒸馏罐。

低温蒸馏
    低温多效海水淡化技术是指盐水最高蒸发温度低于70℃的蒸馏淡化技术。其特点是将一系列水平管喷雾降膜蒸发器串联连接,向第一效果输入一定量的蒸汽,后一效果的蒸发温度低于前一效果。然后,通过多次蒸发和冷凝,得到蒸馏水与多次蒸汽的脱盐过程。
多效蒸发是使加热的海水在多个串联蒸发器中蒸发。从前一个蒸发器蒸发的蒸汽用作下一个蒸发器的热源,并冷凝成淡水。低温多效蒸馏是最节能的蒸馏方法之一。由于节能因素,低温多效蒸馏技术发展迅速。装置的规模在增加,成本在降低。主要发展趋势是提高一效温度,提高机组产水能力;采用低成本材料,降低工程成本,提高运行温度,提高传热效率。一种低温多效蒸馏海水淡化设备,包括蒸汽供应系统、配水系统、蒸发器、淡水箱和浓缩水箱。蒸汽供应系统的原始蒸汽入口位于中效蒸发器上。工作方法如下:(1)配水系统喷洒海水;(2) 向中效蒸发器的蒸发管输入粗蒸汽;(3) 蒸汽在蒸发管中冷凝并散发热量,蒸发管外吸收的热量产生蒸发;(4) 新鲜蒸汽送至两侧蒸发管,管外吸热蒸发;(6) 每个效蒸发器重复蒸发和冷凝过程;(7) 蒸馏水进入淡水罐;(8) 浓盐水进入浓水箱。

多级闪蒸
    所谓闪蒸,是指在一定温度下海水压力突然下降的情况下,部分海水迅速蒸发的现象。多级闪蒸海水淡化是在多个闪蒸室中以逐渐降低的压力蒸发加热的海水,并冷凝蒸汽以获得淡水。全球海水淡化厂仍采用多级闪蒸法,产量最大,技术最成熟,运行安全性高,灵活性大。它们主要与火力发电厂一起建设,适用于大型和超大型海水淡化厂,主要用于海湾国家。多级闪存技术成熟可靠。主要发展趋势是提高机组的产水能力,降低机组功耗,提高传热效率。

电渗析
    该方法的关键技术是新型离子交换膜的开发。离子交换膜是一种厚度为0.5-1.0mm的功能膜。根据其选择性渗透性可分为正离子交换膜(正膜)和负离子交换膜。电渗析方法是以选择性渗透性交替布置正膜和负膜,以形成多个独立的隔室。海水被脱盐,相邻隔室中的海水被浓缩,淡水和浓缩水被分离。电渗析不仅可以淡化海水,还可以作为一种水质处理手段,为污水的再利用做出贡献。此外,该方法也越来越多地应用于化工、制药、食品等行业的浓缩、分离和纯化。

压力蒸汽蒸馏
蒸馏是一种通过加热将海水煮沸,然后将蒸汽冷凝成淡水的方法。蒸馏海水淡化技术是最早投入工业应用的海水淡化技术。其特点是水纯度高,即使在污染严重、生物活性高的海水环境中也适用。与膜式海水淡化技术相比,蒸馏法具有利用电厂和其他电厂的低热、对原海水质量要求低、装置生产能力大的优点。它是目前海水淡化的主流技术之一。

露点蒸发
露点蒸发淡化技术是一种新的咸水和海水淡化方法。它基于载气的加湿和除湿原理,同时回收冷凝和除湿的热量。传热效率由混合物侧的传热控制。露点蒸发脱盐技术以空气为载体,通过海水或微咸水对其进行加湿和除湿来生产淡水,并通过传热将除湿过程与加湿过程耦合,从而冷凝潜热直接传递到蒸发室,为蒸发的盐水提供蒸发潜热,从而提高工艺的热效率。建立了两台加湿/除湿耦合的露点蒸发和脱盐设备,有效传热面积分别为9.6m~2和2.75m~2。建立了相应的实验装置和计算机数据采集系统。成功地完成了露点蒸发脱盐和强化传热传质脱盐的基本过程和参数之间的相关性实验。


真空冷却
真空冷冻海水淡化工艺包括脱气、预冷、蒸发结晶、冰晶洗涤、蒸汽冷凝等步骤。海水淡化水产品符合国家饮用水标准,是理想的海水淡化工艺。
一种新的吸附方法
无压渗透吸附:无压渗透海水淡化法,或“正向渗透法”,允许水通过多孔膜进入高吸水性吸附剂。盐的浓度甚至超过海水的溶液或固体物质,但溶液中的特殊盐很容易蒸发。它分为固体盐和液体盐。固体盐解吸消耗更少的能量。
另外两种方法对碳纳米管膜的结构进行了创新和改进。一种是使用碳纳米管在薄膜中制造小孔,另一种是利用薄膜进行渗透。蛋白质膜是一种膜,其孔由引导水分子通过活细胞的细胞膜的蛋白质组成。