海水淡化主要工艺及海水淡化发展现状分析

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。海水淡化的方法,基本上也分为这两大类。

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。

(1)反渗透法(Reverseosmosis,RO)

在压力驱动下,海水中的淡水通过半透膜进入膜的低压侧,而海水中的其他组分(如盐)被阻挡在膜的高压侧并随浓缩海水排出,从而达到有效的分离。海水淡化时,在海水一侧施加大于海水渗透压的外压,则海水中的纯水将反向渗透至淡水中,此即反渗透海水淡化原理(图1)。为了取得必要的淡化速率,实际操作压力大于5.5MPa。

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。

图1反渗透脱盐过程

图2反渗透膜构造示意图

图3反渗透脱盐过程

(2)电渗析法(Electrodialysis,ED)

在直流电场的作用下,离子透过选择性离子交换膜而迁移,从而使电解质离子自溶液中部分分离出来的过程称为电渗析(图2)。

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。

图4电渗透脱盐过程

(3)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)。

低温多效

多效蒸发是让加热后的海水在多个串联的蒸发器中蒸发，前一个蒸发器蒸发出来的蒸汽作为下一蒸发器的热源，并冷凝成为淡水。其中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。

图5利用蒸汽轮机背压蒸汽的MED工艺流程

图6燃煤电厂低温多效蒸馏海水淡化装置

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。