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海水淡化工程的介绍与应用前景分析海水淡化技术是将海水中的盐和水别离的技术作为一个海洋大国,我国水资源呈现总体缺乏,地区分布不均的情况;加之我国处于迅速开展阶段,水资源的可持续利用有助于经济的开展和保护生态环境本文主要简述了海水淡化工程的开展国内外现状、原理、主要技术和开展前景
一、引言水乃生命源泉,是人类赖以存在所不可或缺的资源,但是,随着现代社会的高速开展经济的持续增长和生活的高质改善,牺牲的是我们存在的美好环境工业化和都市化的开展迫使我们的环境的加剧恶化和资源的短缺,尤其是对水体的污染,目前淡水资源的短缺已成为仅次于全球气候变暖的世界第二大环境问题据统计,目前人类生活用水每年以5%的速度增加,每15年用水总量就增加一倍,到2030年世界将会有三分之一人口面临淡水资源危机我国被列为世界13个缺水国之一我国水资源情况川⑴总量多但人均拥有量少,据统计我国淡水资源总量为
2.8万亿立方米,居世界第6位但是人均淡水资源量为2340m3仅为前苏联的1/7美国的1/5世界人均的1/4⑵我国水资源的地理分布极不均匀,总体上呈现南多地少,北少的态势北方的人均水量甚至仅是南方人均水量的4分之一,亩均水量仅是南方的9分之一⑶我国年际水资源量和水资源的年度分配不平均,枯水年与丰水年差异大但是,我国是一个海洋大国,拥有约300万平方公里海洋面积和18000多公里长的海岸线而海水淡化出水对环境副作用小,不受气候和季节的影响,由此,开展海水淡水化具有不可防止的趋势和良好的前景海水淡化也称海水化淡、海水脱盐,是指将水中的多余盐分和矿物去除得到淡水的工序《中国21世纪议程》,《中国海洋21世纪议程》把海水淡化技术和建设海水淡化示范工程并在有条件的地区推广,列为优先开展工程
二、国内外海水淡化开展历程和现状.国际海水淡化开展历程和现状表1国际海水淡化开展大事记将海水通过简单蒸储得到淡水简易的海水蒸储装置开场出现,用于远航船上为船员提供淡水世界上第一个陆地海水脱盐厂在突尼斯的一个海岛上建成海水蒸储淡化的专利在英国诞生智力研发出了世界首台太阳能海水淡化装置,日产2万吨淡水俄罗斯投产了本国第一家基于多效蒸发原理的海水淡化工厂,日产淡水到达1230吨电渗析海水淡化装置问世R.S.Silver和A.Frankel创造的多级闪急蒸储法海水淡化技术(MSF)反渗透法海水淡化装置问世低温多效海水淡化技术在原有多效蒸储根基上进展改良反渗透技术成为耗能最低,投资运行最快的海水淡化技术,目前,海水淡化产业及装置已覆盖西亚、西班牙、塞浦路斯、葡萄牙、希腊、意大利、印度、中国、日本和澳大利亚等世界150多个国家和地区西亚是最大的市场但兴旺国家和地区的市场也同样很大,美国占第2中国为第6日本为第7⑵图1世界海水淡化未来开展趋势图1世界海水淡化未来开展趋势图,通过该图可知,世界海水淡水化市场在逐年增加.国内海水淡化开展现状表2我国海水淡化开展大事记年份开展进程1958国家海洋局第二海洋研究所首先开展电渗析海水淡化的研究1965山东海洋学院进展反渗透膜的研究1968研制出第一台反渗透海水淡化器1970成立第一个海水淡化研究室1974完成百吨级多级闪蒸海水淡化(MSF)中试实验1975开场大中型陆用蒸储装置的研究1981第一个日产200顿电渗析海水淡化站在西沙群岛建成1984国家海洋局杭州水处理技术研究开发中心正式成立1984国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所成立1987引进3000m3/dMSF海水淡化装置1997浙江竦泗镇建成首台500m3/d反渗透海水淡化站2000河北沧州建设18000m3/d反渗透苦咸水淡化厂2003山东荣成建成万吨级反渗透海水淡化示范工程2003河北黄炸发电厂引进20000m3/d多效蒸储海水淡化装置2004首台我国自主知识产权的3000m3/d低温多效蒸储海水淡化工程在山东黄岛2005《海水利用专项规划》正式发布第一个指导性纲领文件2007辽宁红沿河核电海水淡化工程,我国首个核电站海水淡化系统,于2010年一期完成正式通水2008众和海水淡化公司出口印度尼西亚两台低温多效海水淡化设备,我国海水淡化技术开场走向国际图21990-2011年国内淡化装机容量走势图图2为我国淡化装机容量走势图,数据显示我国海水淡化产业虽然起步晚,但在国家大力支持下,近20年以来国内淡化装置容量增长趋势仅在“十一五〃期间,我国海水淡化产能实现年近70%的速度增长率,截止到2011年底,我国已建成的海水淡化装置总产水量近72万立方米/日
二、海水淡化研究方法海水淡化是一种实现海水中的盐分和水分别离,最终得到淡水和浓缩盐水的技术和过程目前已研发出20余种海水淡化技术,根据原理对不同可分为热法和膜法两大类,热法主要包括低温多效(ME)、多级闪蒸(MSF)、压汽蒸储(VC)、露点蒸发、太阳能等技术,膜法主要包含反渗透法(RO〕、电渗析法(ED〕等,多年的实践说明,真正实用的海水淡化只有MSF、ME、VC、ED和RO等方法⑶由图3知反渗透法(R0)己占到
61.1%多级闪蒸(MSF)占到
25.7%多效蒸馈(MED)占
8.3%图3各种淡水方法在世界上的应用情况我国海水淡化采用最多的是电渗析技术,其次是反渗透技术下面针对这2种方法进展简要阐述⑷.电渗析技术电渗析(ED)是膜别离技术的一种,是电解和渗析扩散过程的组合,其工艺原理如图3所示图
3.双膜电渗析槽原理利用质子交换膜的选择透过性,在外加直流电场作用下,阴、阳离子分别往阳极和阴极移动,它们最终会于交换膜,如果膜的固定电荷与离子的电荷相反,则离子可以通过,如果它们是一样的,则离子被排斥,从而可以制得淡水电渗析适用于含盐量小于20g/L的苦咸水的淡化,由于其耗能很大,大型海水淡化装置基本上不采用电渗析法止匕外,电渗析只能除去水中的盐分,而对水中有机物不能除去,某些高价离子和有机物还会污染膜电渗析运行过程中易发生浓度极差化而产生结垢,这些都是电渗析技术较难掌握而又必须重视的问题.反渗透技术反渗透1R0〕技术属于一种膜别离技术,反渗透膜是一种用特殊材料和加工方法制成的、具有半透性能的薄膜它能够在外加压力作用下使水溶液中的某些组分选择性透过,从而到达淡化、净化或浓缩别离的目的利用选择性半透膜装置,在海水一边施加一个大于渗透压的压力时海水中的水分子通过渗透膜进入淡水一边,海水中的溶质被渗透膜隔离使得海水浓度增加工作原理如图4所示图4反渗透原理当连通器盐水侧对液体压力P大于渗透压H时,盐水中的水分子将通过半透膜进入淡水侧而溶质仍被半透膜隔离于盐水侧,致使盐水浓度加大,这个过程与自然界正常渗透过程相反,称为反渗透为使反渗透装置正常运行,盐水侧压力必须高于渗透压H一般在4〜7MPa范围内反渗透装置投资省、能耗低、建设周期短、易于自动控制,适用于海水、苦咸水大中型规模的淡化工程,装置体积小,设备及操作简单,且在常温下操作,设备的腐蚀和结垢程度较轻存在的问题是膜的寿命和抗污染,反渗透膜、高压泵、能量回收装置需进口,进口膜使用3〜5年后更换率为5%o
四、海水淡化应用前景海水淡水化正处于高数开展的阶段,国内外大量科研工作者从事这方面的研究,出现了许多好的研究成果,目前主要关注与海水淡化经济效益和绿色环保主要有以下几方面⑴开展以水电联产、热膜耦合为代表的一体化整合海水淡化技术水电联产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局部海水淡化厂都是和发电厂建在一起的,是当前大型海水淡化工程的主要建设模式⑵研究海水淡化与新型清洁、可再生能源耦合技术无论是蒸储法还是反渗透海水淡化技术,都需要以消耗能源作为代价来换取淡水近年来以风能、太阳能为代表的可再生能源已经在全球各个国家得到广泛应用,此外国内外大量研究以潮汐能、波浪能、静水压、温差能等海洋能的海水淡化技术平刀⑶研发不同类型的小型淡化装置,为海岛、舰船、石油平台配套水资源短缺是海岛开发建设的瓶颈,海水淡化是解决海岛水资源短缺的基本途径研究开展不同技术类型的小型海水淡化装置是加强国防、维护国家权益和加快海岛开发建设及经济开展的重要需求另外小型淡化装置还用于舰船、石油钻井平台等场合,为远海资源开发、深海油气探测、海洋科学考察、海洋维权等提供充足淡水资源⑻年份开展进程。