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海水淡化知多少

2022-07-22 16:25:06 转载出处:榕城网

宋朝周密编写了本书叫《癸辛杂谈》,书中描写了一个会造淡水的“宝贝”的故事。此乃一宝物,名字叫‘海井’,是一口专造淡水的井,只要将它放到海里,不愁没有淡水喝。

随着科学技术的发展,今天人类已造出海水淡化机,将古人“画井解渴”的美好愿望变成了现实。

众所周知,海水含盐量太高,平均在千分之三十五左右,而日常生活用水的含盐量在万分之五左右,工农业用水的含盐量有的可以稍高一些,但也不能高于千分之三。要使海水像溪水那样甘甜爽口,就要脱掉海水中的盐分。脱盐,就是人们通常所说的“海水淡化”,即利用海水脱盐生产淡水,是实现水资源利用的开源增量技术,且不受时空和气候影响,可以为居民饮用水和工业用水等提供稳定地供水,缓解淡水资源短缺问题,保障人民生命健康安全和社会经济发展。

“海水淡化”之发展历程

16世纪第一个陆基海水脱盐工厂在突尼斯的一座海岛上修建。

17世纪就有海水蒸馏的报道,在 1675 年和 1683 年的英国专利 No.184 和 No.226 提出了海水蒸馏淡化。蒸馏法顾名思义,就是将海水加热沸腾变成不含盐分的蒸汽,蒸汽遇冷后凝聚成水珠汇集成淡水。蒸馏法海水淡化技术研究历史较长,在供水方面应用最广、起的作用最大。

海水蒸馏

18世纪,提出了冰冻法海水淡化。

19世纪,由于蒸汽机的出现,出现了漫没式蒸发器,这可作为海水淡化技术发展的开始。19世纪末,蒸汽轮船发展了起来,为了满足锅炉用水和一部分饮用水的需要,轮船上普遍安装了制造淡水的蒸发器。世界上第一台固定式淡化装置,于1877年在俄国巴库建成。此后,在欧洲及其他干旱国家也相继建立。

漫没式蒸发器

20世纪尤其是50年代后期,海水淡化技术获得了快速的发展,相继提出了冷冻法、反渗透法、电渗析法、低温多效法,采用先进的技术设备,大规模地淡化海水。从生产淡水的用途来看,主要是解决生活用水,有的用在工业上,少数供军事需要。像科威特、沙特阿拉伯等海湾国家,淡水的主要来源,就是海水淡化。太阳能蒸馏技术相对成熟,可分为直接法和间接法。直接法是太阳能直接作用于海水而立刻蒸发的方法。1982年日本冲绳建造了这样的一套装置。

太阳能蒸馏技术

进入21世纪,在国家的推动下,我国的海水淡化产业得到较快发展。目前,我国已初步形成反渗透、多效蒸馏两大技术研发和装备制造体系,自主技术建成单机3.5万吨/日多效蒸馏、2万吨/日反渗透示范工程;超、微滤膜和压力膜壳已出口国外并具备一定的竞争力;相关药剂通过国际认证,并用于十万吨级工程示范;国产反渗透膜建成规模化生产线并得到一定范围推广;海水高压泵研制成功,实现万吨级工程的示范应用;能量回收装置样机得到工程验证;相关技术及材料装备已拓展应用于多个领域;在新方法、新技术、新材料方面探索性研究日渐活跃。

海水淡化工厂

“海水淡化”之工艺简介

目前全球海水淡化技术超过20余种,包括反渗透法、低温多效、多级闪蒸、电渗析法、正渗透发、压汽蒸馏、露点蒸发法、水电联产、热膜联产以及利用核能、太阳能、风能、潮汐能海水淡化技术等等。目前我国在用的海水淡化工艺主要为反渗透(RO)、低温多效(MED)、多级闪蒸(MSF)、电渗析(ED)、正渗透(FO)。

反渗透(RO)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。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渐升高,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(RO)技术

低温多效(MED)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,通过串联多个蒸发器以节省热量。低温多效蒸馏(LT-MED)技术具有如下的优点:系统操作弹性较大、出水水质较好、结垢情况得以减轻。但低温余热不稳定、效率低等因素使其运行成本较高。因此,更适于大规模项目,与电厂、市政结合,有利于提高综合效率。

低温多效(MED)技术

多级闪蒸(MSF):多级闪蒸系统是由多个蒸发容器串联而成,串联的容器内压递减,从而实现闪蒸汽化,它的到来进一步解决了多级闪蒸技术的结垢问题。MSF技术的主要特点是操作灵活性低,难以适应水量的变化、初期建设工程量大、产水水质高,且由于大量海水的循环消耗大量动力,因此多级闪蒸海水淡化工艺多与发电站等相邻建立,为工业企业提供优质淡化水。

多级闪蒸(MSF)技术

电渗析法ED:是利用离子交换膜进行海水淡化的方法。离子交换膜是一种功能性膜,分为阴离子交换膜和阳离子交换膜(简称阴膜和阳膜)。阳膜只允许阳离子通过,阴膜只允许阴离子通过,这就是离子交换膜的选择透过性。在外加电场的的作用下,水溶液中的阴、阳离子会分别向阳极和阴极移动,如果中间再加上一种交换膜,就可能达到分离浓缩的目的。

电渗析法(ED)技术

正渗透FO):是指水通过选择性渗透膜从高水化学势区向低水化学势区域的传递过程。正渗透过程的实现需有两个必要因素:其一为可允许水通过而截留其他溶质分子或离子的选择性透过膜;其二为膜两侧所存在的水化学势差,推动纯水从海水侧渗透到汲取液侧。而后,借助化学沉降、冷却沉降、热挥发、反渗透、纳滤和电磁场等方法从汲取液中获得淡水,并使汲取液得到浓缩而可回用。

“海水淡化”之发展现状

目前,海水淡化技术已在160多个国家应用,21000座海水淡化厂在运行,淡化工程规模超过1亿吨/日,已建和在建30万吨/日及以上规模海水淡化工程达36个。全球62%的淡化水用于市政供水,解决了3亿多人的饮水问题,其余满足工业、农业、旅游业及军事等方面的需求。

作为解决淡水资源短缺的重要手段,海水淡化技术受到广泛关注。经过多年发展,我国海水淡化政策体系逐步完善,自主技术基本成熟,产业初具规模。截至2020年,全国有海水淡化工程135个,分布在沿海9个省市水资源严重短缺的城市和海岛。其中,万吨级及以上海水淡化工程40个,千吨级及以上、万吨级以下海水淡化工程50个,千吨级以下海水淡化工程45个,主要用于满足沿海城市钢铁、电力、冶金等工业用水及海岛地区生活用水。其中,海水淡化用于工业用水主要集中在沿海地区北部、东部和南部海洋经济圈的电力、石化、钢铁等高耗水行业;海水淡化用于生活用水主要集中在海岛地区和北部海洋经济圈的天津、青岛2个沿海城市。

2021年,我省海水淡化日产能达到34.07万吨,跃居全国第三位,海水淡化水年产量超过5900万吨,超额完成自然资源部下达我省海水淡化水替代地下水5000万吨的指标,有效缓解了沿海地区水资源紧缺状况,为京津冀协同发展和生态文明建设作出了贡献。

因海而生,向海图强,京唐公司一期建设日产5万吨海水淡化项目,填补多项国内外空白,与蛟龙号、港珠澳大桥比肩,被评为全国首批“优秀海洋工程”。二期建设日产3.5万吨热法海水淡化及配套燃气蒸汽联合循环发电机组(CCPP),构建了全球首例“燃-热-电-水-盐”五效一体高效循环利用系统,开创了低品质能源高效利用的新格局,年减少二氧化碳排放量约40万吨。

河北国华沧东发电有限责任公司作为河北首个实现海水淡化水外供的海水淡化企业,通过与沧州渤海新区政府确立“企业制水,政府包销”的海水淡化“渤海新区模式”,由政府修建淡水输送管网,为供水方和用户搭建输水通道,为海水淡化规模化发展提供了保障。政府、制水企业、用户间建立起安全可靠的水厂运营协调机制,实现多方共赢,每天向周围生物、医药、化工、钢铁企业输送淡水4万吨左右。

河北省地质矿产勘查开发局第四水文工程地质大队作为我局首个且唯一研究海水淡化的单位,参与到河北省发改委、河北省自然资源联合印发的《河北省海水利用发展行动实施方案(2021—2025年)》编制工作中,提出要加大园区海水淡化利用规模,积极研究探索海水淡化技术,统筹推动海水淡化综合利用和渤海新区的海水淡化产业发展,促进海洋经济高质量发展,为建设经济强省、美丽河北做出积极贡献。

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