海水淡化的资料

【专家解说】：。　　 　　海水淡化的发展概况 　　海水淡化并不是人类首创。事实上，自然界的海水淡化现象每天都在进行。海水在太阳照射下蒸发，水蒸汽进入大气冷凝后以雨雪形式降落至地面，形成天然淡水。以这种蒸发冷凝原理做成的海水蒸馏淡化器，早在两千多年前就被古希腊水手运用在自己的船上。但现代意义上的海水淡化则是在第二次世界大战以后才发展起来的。战后由于国际资本大力开发中东地区石油，使这一地区经济迅速发展，人口快速增加，这个原本干旱的地区对淡水资源的需求与日俱增。而中东地区独特的地理位置和气候条件，加之其丰富的能源资源，又使得海水淡化成为该地区解决淡水资源短缺问题的现实选择，并对海水淡化装置提出了大型化的要求。在这样的背景下，20世纪60年代初，多级闪蒸海水淡化技术应运而生。现代海水淡化产业也由此步入了快速发展的时代。 　　海水淡化技术的大规模应用始于干旱的中东地区，但并不局限于该地区。由于世界上70％以上的人口都居住在离海洋120公里以内的区域，因而海水淡化技术近20多年迅速在中东以外的许多国家和地区得到应用。最新资料表明，到2003年止，世界上已建成和已签约建设的海水和苦咸水淡化厂，其生产能力达到日产淡水3600万吨（见图1）。目前海水淡化已遍及全世界125个国家和地区，淡化水大约养活世界5％的人口。海水淡化，事实上已经成为世界许多国家解决缺水问题，普遍采用的一种战略选择，其有效性和可靠性已经得到越来越广泛的认同。　　 盛产石油、经济富有的中东国家，大多是干旱的沙漠地区。在这样的地区，水比油贵并不认为是不合算的。他们花费一些石油和金钱，大规模淡化海水，供应人们的生活，浇灌树木花草，美化环境。他们觉得这是很值得的。 　　正因为如此，20世纪50年代以后，海水谈化，作为一门现实的应用技术，发展很快。在已经开发的20几种淡化技术中，蒸馏法、电渗析法、反渗透法达到了工业规模的生产应用。 　　电渗析淡化法是使用一种特别制造的薄膜实现的。在电力作用下，海水中盐类的正离子穿过阳膜跑向阴极方向，不能穿过阴膜而留下来；负离子穿过阴膜跑向阳极方向，不能穿过阳膜而留下来。这样，盐类离子被交换走的管道中的海水就成了淡水，而盐类离子留下来的管道里的海水就成了被浓缩了的卤水。 　　反渗透淡化法更加绝妙。它使用的薄膜叫“半透膜”。半透膜的性能是只让淡水通过，不让盐分通过。如果不施加压力，用这种膜隔开咸水和淡水，淡水就自动地住咸水那边渗透。我们通过高压泵，对海水施加压力，海水中的淡水就透过膜到淡水那边去了，因此叫做反渗透，或逆渗透。 　　蒸馏法的原理很简单，就是我们在实验室里制备蒸馏水的原理。把海水烧到沸腾，淡水蒸发为蒸汽，盐留在锅底，蒸汽冷凝为蒸馏水，即是淡水。 　　这种古老的海水淡化方法，消耗大量能源，产生大量锅垢，很难大量生产淡水。现代多级闪急蒸馏淡化使古老的蒸馏法焕发了青春。 　　水在常规气压下，加热到100℃才沸腾成为蒸汽。如果使适当加温的海水，进入真空或接近真空的蒸馏室，便会在瞬间急速蒸发为蒸汽。利用这一原理，做成多级闪急蒸馏海水淡化装置。此种淡化装置可以造得比较大，真空蒸发室可以造得比较多，连接起来，成为大型海水淡化工厂。这种淡化工厂，可以与热电厂建在一起，利用热电厂的余热加热海水。水电联产，可以大大降低生产成本。现行大型海水淡化厂，大多采用此法。如果太阳能蒸发淡化法能够投入实用，古老的蒸馏淡化技术又上一个节能的新台阶。 　　目前，海水淡化基本上也已经形成新兴产业部门。1975年，全世界海水淡化日产量达200万吨。此后，以每两年翻一番的速度增长。 　　1975年，香港建成一个日产18万吨的海水淡化厂，在当时属于世界先进的淡化厂。祖国从1965年开始向香港供水。引用充沛的东江水，不断扩大“东深供水工程”，保证香港发展充足用水。1975年建成的大型海水淡化厂成了备用设备。 　　1983年，沙特阿拉伯吉达港建成日产30万吨海水淡化厂。接着，巴林建成日产10万吨海水淡化厂。科威特海水淡化能力日产100多万吨。中东盛产石油的富国，人民生活用水基本上已可完全依靠海水淡化来供应。 　　海水谈化技术的进步鼓舞着我们，人类必能最终找到生产大量廉价淡化海水的方法，最终克服淡水紧缺的威胁。在这个问题彻底解决之前，我们应当实行节约用水。 介 　　海水淡化方法有数十种，但目前工业上采用的主要是多级闪蒸、反渗透、多效蒸发等。其中又以前两种方法为主，它们占到整个淡化市场份额的85％以上。 　　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（见图2）。 沙特阿拉伯多级闪蒸海水淡化装置 （20×23500吨/天） 　　反渗透则是将海水加压，使淡水透过半透膜的淡化方法。该方法适应性宽，无论大中小规模，也无论海水或苦咸水都可选用，是近20年发展最快的海水淡化方法。美洲、欧洲和亚洲的大中型海水淡化厂均以反渗透为首选，在海湾国家也有相当规模的应用。 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 维尔京群岛低温多效蒸馏淡化装置 （2×5000吨/天） 　　除以上三种主要的淡化方法外，压汽蒸馏、电渗析也是比较成熟的海水淡化方法，但一般规模不大。在实际选用中，究竟哪种方法最好，也不是绝对的，要根据规模大小、能源费用、海水水质、气候条件以及技术与安全性等实际条件而定。 　　实际上，一个大型的海水淡化项目往往是一个非常复杂的系统工程。就主要工艺过程来说，包括海水预处理、淡化（脱盐）、淡化水后处理等。其中预处理是指在海水进入起淡化功能的装置之前对其所作的必要处理，如杀除海生物，降低浊度、除掉悬浮物（对反渗透法），或脱气（对蒸馏法），添加必要的药剂等；脱盐则是通过上列的某一种方法除掉海水中的盐分，是整个淡化系统的核心部分， 这一过程除要求高效脱盐外，往往需要解决设备的防腐与防垢问题，有些工艺中还要求有相应的能量回收措施；后处理则是对不同淡化方法的产品水针对不同的用户要求所进行的水质调控和贮运等处理（见图5）。海水淡化过程无论采用哪种淡化方法，都存在着能量的优化利用与回收，设备防垢和防腐，以及浓盐水的正确排放等问题。　　 科威特的淡化水贮水塔（单塔贮水量650吨） 　　海水淡化的发展趋势 　　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。专家普遍认为，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（见图6）。 北美地区各种淡化方法和净水方法的应用与发展情况 　　从装置规模来说，单机日产4～5万吨、或总日产30～40万吨的淡化厂已相继在多处建成或正在兴建。所以大型或超大型化不仅在中东，在其它地区也都是自然的发展趋势。然而建设大型淡化厂的前提在于能源基地的建设。对于膜法，自然要有电力支持，对于蒸馏法则要有大型火电站所提供的低压蒸汽与淡化装置相匹配，而且电/水生产必须联合设计，协调运行。目前一个受人重视的能源措施是核能淡化。核电站可以支持大型反渗透淡化厂的能量需求；而低温核供热反应堆则可以直接为蒸馏淡化厂提供低压蒸汽。核能淡化厂自然都要求较大的生产规模才可能发挥其规模效益优势。 　　淡化技术本身的研究开发和更新从来没有停止过，尽管上述三项工业应用技术发展势头不减，但一些新的技术也在一定程度上受到重视，如冷冻法、流通电容吸附法、露点蒸发法以及几种方法的集成技术等。 　　现有淡化技术的各个环节也都在不断改进和更新，如低压膜法预处理技术，无论对反渗透还是蒸馏法，都比传统预处理优越。膜法预处理既可以缩短工艺，又可以大幅度提高产水率或造水比。反渗透的余压能回收效率从七十年代的30％提高到现在的90％以上，这使得海水反渗透的耗能量和淡水成本大幅降低。目前各种新型高效和廉价的能量回收装置相继出现，这为今后海水淡化成本的进一步降低甚至在苦咸水反渗透中广泛采用提供了条件。 　　目前，国际上海水淡化厂的浓盐水排放基本上都是冲稀后直接排海，一般来说还没有出现大的环境问题，但也引起环境专家和渔业界的关切。然而对于一些封闭或半封闭海域（如我国渤海等），排盐问题可能需要慎重研究，特别是当淡化规模很大时。因此研究用浓盐水晒盐和化学资源的提取可能有助于这一问题的解决。这样将可能带来一些附加效益，而且还有可能缩减当前的滩晒盐田。这尚需要做大量实实在在的研究工作。