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海水淡化飲用水設備

發布日期:2010-4-8 閱覽數:1367次

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海水淡化定義
  海水淡化即利用海水脫鹽生產淡水。是實現水資源利用的開源增量技術,可以增加淡水總量,且不受時空和氣候影響,水質好、價格漸趨合理,可以保障沿海居民飲用水和工業鍋爐補水等穩定供水。
  從海水中取得淡水的過程謂海水淡化。
  第一個海水淡化工廠于1954 年建于美國,現在仍在得克薩斯的弗里波特(Freep-ort)運轉著。佛羅里達州的基韋斯特(Key West)市的海水淡化工廠是世界上最大的一個,它供應著城市用水。
  現在所用的海水淡化方法有海水凍結法、電滲析法、蒸餾法、反滲透法,目前應用反滲透膜的反滲透法以其設備簡單、易于維護和設備模塊化的優點迅速占領市場,逐步取代蒸餾法成為應用最廣泛的方法。
  、
海水淡化的主要用途
  海水淡化主要是為了提供飲用水和農業用水,有時食用鹽也會作為副產品被生產出來。海水淡化在中東地區很流行,在某些島嶼和船只上也被使用。
簡介
  海水淡化是人類追求了幾百年的夢想。早在400多年前,英國王室就曾懸賞征求經濟合算的海水淡化方法。
  從20世紀50年代以后,海水淡化技術隨著水資源危機的加劇得到了加速發展,在已經開發的二十多種淡化技術中,蒸餾法、電滲析法、反滲透法都達到了工業規;a的水平,并在世界各地廣泛應用。
  現在世界上有十多個國家的一百多個科研機構在進行著海水淡化的研究,有數百種不同結構和不同容量的海水淡化設施在工作。一座現代化的大型海水淡化廠,每天可以生產幾千、幾萬甚至近百萬噸淡水。
  淡化水的成本在不斷地降低,有些國家已經降低到和自來水的價格差不多。某些地區的淡化水量達到了國家和城市的供水規模,預計到八十年代末,淡化水將可用于農田灌溉。
海水淡化歷史
  地球表面2/3的面積被水覆蓋,但水儲量的97%為海水和苦咸水,這些水是很豐富的。但是,要利用海水必須經過淡化。目前,全世界有一百二十多個國家和地區采用海水或苦咸水淡化技術取得淡水。據統計,海水淡化系統與生產量以每年10%以上的速度在增加。亞洲國家如日本、新加坡、韓國、印尼與中國等也都積極發展或應用海水淡化做為替代水源,以增加自主水源的數量。海水淡化的技術主要有蒸餾、凍結、反滲透、離子遷移、化學法等辦法。海水淡化雖然耗電耗能,成本很高,但是意義重大。有人估計,海水淡化可能是21世紀誕生出的一種新型的生產淡水的未來水產業。就目前經濟技術水平而言,海水淡化的成本還是比較高的。
  第一個海水淡化工廠于1954 年建于美國,現在仍在得克薩斯的弗里波特(Freep-ort)運轉著。佛羅里達州的基韋斯特(Key West)市的海水淡化工廠是世界上最大的一個,它供應著城市用水。
  表面看海水淡化很簡單,只要將咸水中的鹽與淡水分開即可。最簡單的方法,一個是蒸餾法,將水蒸發而鹽留下,再將水蒸氣冷凝為液態淡水。這個過程與海水逐漸變咸的過程是類似的,只不過人類要攫取的是淡水。另一個海水淡化的方法是冷凍法,冷凍海水,使之結冰,在液態淡水變成固態的冰的同時,鹽被分離了出去。兩種方法都有難以克服的弊病。蒸餾法會消耗大量的能源,并在儀器里產生大量的鍋垢,相反得到的淡水卻并不多。這是一種很不劃算的方式。冷凍法同樣要消耗許多能源,得到的淡水卻味道不佳,難以使用。
  1953年,一種新的海水淡化方式問世了,這就是反滲透法。這種方法利用半透膜來達到將淡水與鹽分離的目的。在通常情況下,半透膜允許溶液中的溶劑通過,而不允許溶質透過。由于海水含鹽高,如果用半透膜將海水與淡水隔開,淡水會通過半透膜擴散到海水的一側,從而使海水一側的液面升高,直到一定的高度產生壓力,使淡水不再擴散過來。這個過程是滲透。如果反其道而行之,要得到淡水,只要對半透膜中的海水施以壓力,就會使海水中的淡水滲透到半透膜外,而鹽卻被膜阻擋在海水中。這就是反滲透法。反滲透法最大的優點就是節能,生產同等質量的淡水,它的能源消耗僅為蒸餾法的1/40。因此,從1974年以來,世界上的發達國家不約而同地將海水淡化的研究方向轉向了反滲透法。
  在新興的反滲透法研究方興未艾的時候,古老的蒸餾法也改弦易轍,重新煥發了青春。常識告訴我們,水在常溫常壓下要加熱到100℃才沸騰,產生大量的水蒸氣。傳統的蒸餾法只考慮了通過升高溫度獲得水蒸氣的方式,耗能甚巨。而新的方法是將氣壓降下來,把經過適當加溫的海水,送入人造的真空蒸餾室中,海水中的淡水會在瞬間急速蒸發,全部變成水蒸氣。許多這樣的真空蒸餾室連接起來,就組成了大型的海水淡化工廠。如果海水淡化工廠與熱電廠建在一起,利用熱電廠的余熱給海水加溫,成本就更低了。
  現在世界上的大型海水淡化工廠,大多采用新的蒸餾法。在西亞盛產石油的國度,往往土地“富得流油”,卻打不出一口淡水井。水比油貴的現實,使海水淡化工廠如雨后春筍般出現在西亞的海岸線上。1983年,西亞第一大國沙特阿拉伯在吉達港修建了日產淡水30萬噸的海水淡化廠;在另一個西亞國家科威特,現在每天可以生產淡水100萬噸。波斯灣沿岸地區,有的國家的淡化海水已經占到了本國淡水使用量的80%—90%。
海水淡化方法
  現代意義上的海水淡化則是在第二次世界大戰以后才發展起來的。戰后由于國際資本大力開發中東地區石油,使這一地區經濟迅速發展,人口快速增加,這個原本干旱的地區對淡水資源的需求與日俱增。而中東地區獨特的地理位置和氣候條件,加之其豐富的能源資源,又使得海水淡化成為該地區解決淡水資源短缺問題的現實選擇,并對海水淡化裝置提出了大型化的要求。
  在這樣的背景下,20世紀60年代初,多級閃蒸海水淡化技術應運而生,現代海水淡化產業也由此步入了快速發展的時代。
  海水淡化技術的大規模應用始于干旱的中東地區,但并不局限于該地區。由于世界上70%以上的人口都居住在離海洋120公里以內的區域,因而海水淡化技術近20多年迅速在中東以外的許多國家和地區得到應用。最新資料表明,到2003年止,世界上已建成和已簽約建設的海水和苦咸水淡化廠,其生產能力達到日產淡水3600萬噸。目前海水淡化已遍及全世界125個國家和地區,淡化水大約養活世界5%的人口。海水淡化,事實上已經成為世界許多國家解決缺水問題,普遍采用的一種戰略選擇,其有效性和可靠性已經得到越來越廣泛的認同。
  冷凍法:冷凍法,即冷凍海水使之結冰,在液態淡水變成固態冰的同時鹽被分離出去。冷凍法與蒸餾法都有難以克服的弊端,其中蒸餾法會消耗大量的能源并在儀器里產生大量的鍋垢,而所得到的淡水卻并不多;而冷凍法同樣要消耗許多能源,但得到的淡水味道卻不佳,難以使用。真空冷凍海水淡化法工藝包括脫氣、預冷、蒸發結晶、冰晶洗滌、蒸汽冷凝等步驟,海水淡化水產品可達到國家飲用水標準,是一種較理想的海水淡化法。
  冷凍海水淡化法原理
  海水三相點是使海水汽、液、固三相共存并達到平衡的一個特殊點。若壓力或溫度偏離該三相點,平衡被破壞,三相會自動趨于一相或兩相。真空冷凍法海水淡化正是利用海水的三相點原理,以水自身為制冷劑,使海水同時蒸發與結冰,冰晶再經分離、洗滌而得到淡化水的一種低成本的淡化方法。與蒸餾法、膜海水淡化法相比,冷凍海水淡化法能耗低,腐蝕、結垢輕,預處理簡單,設備投資小,并可處理高含鹽量的海水,是一種較理想的海水淡化法。
  冷凍海水淡化法工藝
  冷凍海水淡化法工藝之脫氣 由于海水中溶有的不凝性氣體在低壓條件下將幾乎全部釋放,且又不會在冷凝器內冷凝。這將升高系統的壓力,使蒸發結晶器內壓力高于二相點壓力,破壞操作的進行。顯然減壓脫氣法適合本系統。
  冷凍海水淡化法工藝之預冷 海水脫氣后可與蒸發結晶器內排出的濃鹽水和淡化水產生熱交換,預冷至海水的冰點附近。
  海水淡化法工藝之溫度和壓力 它們是影響海水蒸發與結冰速率的主要因素。
  海水淡化法工藝之冰—鹽水是一固液系統 普通的分離方法均可使冰—鹽水得到分離,但分離方法不同,得到的冰晶含鹽量也不同。實驗結果表明減壓過濾方法得到的冰晶含鹽量比常壓過濾方法得到的冰晶含鹽量低得多。
  海水淡化法工藝之蒸汽冷凝 在蒸發結晶器內,除海水析出冰晶以外,還將產生大量的蒸汽,這些蒸汽必須及時移走,才能使海水不斷蒸發與結冰。
  反滲透法:通常又稱超過濾法,是1953年才開始采用的一種膜分離淡化法。該法是利用只允許溶劑透過、不允許溶質透過的半透膜,將海水與淡水分隔開的。在通常情況下,淡水通過半透膜擴散到海水一側,從而使海水一側的液面逐漸升高,直至一定的高度才停止,這個過程為滲透。此時,海水一側高出的水柱靜壓稱為滲透壓。如果對海水一側施加一大于海水滲透壓的外壓,那么海水中的純水將反滲透到淡水中。反滲透法的最大優點是節能。它的能耗僅為電滲析法的1/2,蒸餾法的1/40。因此,從1974年起,美日等發達國家先后把發展重心轉向反滲透法。
  反滲透海水淡化技術發展很快,工程造價和運行成本持續降低,主要發展趨勢為降低反滲透膜的操作壓力,提高反滲透系統回收率,廉價高效預處理技術,增強系統抗污染能力等。
  太陽能法:人類早期利用太陽能進行海水淡化,主要是利用太陽能進行蒸餾,所以早期的太陽能海水淡化裝置一般都稱為太陽能蒸餾器。餾系統被動式太陽能蒸餾系統的例子就是盤式太陽能蒸餾器,人們對它的應用有了近150年的歷史。由于它結構簡單、取材方便,至今仍被廣泛采用。目前對盤式太陽能蒸餾器的研究主要集中于材料的選取、各種熱性能的改善以及將它與各類太陽能集熱器配合使用上。與傳統動力源和熱源相比,太陽能具有安全、環保等優點,將太陽能采集與脫鹽工藝兩個系統結合是一種可持續發展的海水淡化技術。太陽能海水淡化技術由于不消耗常規能源、無污染、所得淡水純度高等優點而逐漸受到人們重視。
  低溫多效:低溫多效蒸餾淡化技術的概念低溫多效海水淡化技術是指鹽水的最高蒸發溫度低于70℃的淡化技術,其特征是將一系列的水平管噴淋降膜蒸發器串聯起來,用一定量的蒸汽輸入通過多次的蒸發和冷凝,后面一效的蒸發溫度均低于前面一效,從而得到多倍于蒸汽量的蒸餾水的淡化過程。
  多效蒸發是讓加熱后的海水在多個串聯的蒸發器中蒸發,前一個蒸發器蒸發出來的蒸汽作為下一蒸發器的熱源,并冷凝成為淡水。其中低溫多效蒸餾是蒸餾法中最節能的方法之一。低溫多效蒸餾技術由于節能的因素,近年發展迅速,裝置的規模日益擴大,成本日益降低,主要發展趨勢為提高裝置單機造水能力,采用廉價材料降低工程造價,提高操作溫度,提高傳熱效率等。一種低溫多效蒸餾法海水淡化設備,包括供汽系統、布水系統、蒸發器、淡水箱及濃水箱,供汽系統的生蒸汽入口置于中間效蒸發器上。工作方法為:(1)布水系統對海水進行噴淋;(2)輸入生蒸汽到中間效蒸發器的蒸發管內部;(3)蒸汽在蒸發管內冷凝傳出熱量,蒸發管外吸收熱量產生蒸發;(4)新蒸汽輸送至其兩側的蒸發管內;(5)管內發生冷凝,管外吸收熱量、產生蒸發;(6)各效蒸發器重復蒸發和冷凝過程;(7)蒸餾水進入淡水箱;(8)濃鹽水進入濃水箱。
  多級閃蒸:所謂閃蒸,是指一定溫度的海水在壓力突然降低的條件下,部分海水急驟蒸發的現象。多級閃蒸海水淡化是將經過加熱的海水,依次在多個壓力逐漸降低的閃蒸室中進行蒸發,將蒸汽冷凝而得到淡水。目前全球海水淡化裝置仍以多級閃蒸方法產量最大,技術最成熟,運行安全性高彈性大,主要與火電站聯合建設,適合于大型和超大型淡化裝置,主要在海灣國家采用。多級閃蒸技術成熟、運行可靠,主要發展趨勢為提高裝置單機造水能力,降低單位電力消耗,提高傳熱效率等。
  電滲析法:該法的技術關鍵是新型離子交換膜的研制。離子交換膜是0.5-1.0mm厚度的功能性膜片,按其選擇透過性區分為正離子交換膜(陽膜)與負離子交換膜(陰膜)。電滲析法是將具有選擇透過性的陽膜與陰膜交替排列,組成多個相互獨立的隔室海水被淡化,而相鄰隔室海水濃縮,淡水與濃縮水得以分離。電滲析法不僅可以淡化海水,也可以作為水質處理的手段,為污水再利用作出貢獻。此外,這種方法也越來越多地應用于化工、醫藥、食品等行業的濃縮、分離與提純。
  壓汽蒸餾:壓汽蒸餾海水淡化技術,是海水預熱后,進入蒸發器并在蒸發器內部分蒸發。所產生的二次蒸汽經壓縮機壓縮提高壓力后引入到蒸發器的加熱側。蒸汽冷凝后作為產品水引出,如此實現熱能的循環利用。
  露點蒸發法:露點蒸發淡化技術是一種新的苦咸水和海水淡化方法。它基于載氣增濕和去濕的原理,同時回收冷凝去濕的熱量,傳熱效率受混合氣側的傳熱控制。露點蒸發淡化技術是以空氣為載體,通過用海水或苦咸水對其增濕和去濕來制得淡水,并通過熱傳遞將去濕過程與增濕過程耦合,使冷凝潛熱直接傳遞到蒸發室,為蒸發鹽水提供汽化潛熱,以提高過程的熱效率。建立了有效傳熱面積分別為9.6 m~2和2.75 m~2的兩臺增濕/去濕耦合的露點蒸發淡化設備。建立了相應的實驗裝置和計算機數據采集系統。分別成功地完成了露點蒸發淡化基本流程與參數相關性實驗以及強化傳熱/傳質淡化實驗。
  水電聯產:水電聯產主要是指海水淡化水和電力聯產聯供。由于海水淡化成本在很大程度上取決于消耗電力和蒸汽的成本,水電聯產可以利用電廠的蒸汽和電力為海水淡化裝置提供動力,從而實現能源高效利用和降低海水淡化成本。國外大部分海水淡化廠都是和發電廠建在一起的,這是當前大型海水淡化工程的主要建設模式。
  熱膜聯產:熱膜聯產主要是采用熱法和膜法海水淡化相聯合的方式(即MED-RO或MSF-RO方式),滿足不同用水需求,降低海水淡化成本。目前,世界上最大的熱膜聯產海水淡化廠是阿聯酋富查伊拉海水淡化廠,日產海水淡化水量為45.4萬立方米,其中,MSF日產水28.4萬立方米,RO日產水17萬立方米。其優點是:投資成本低,可共用海水取水口。RO和MED/MSF裝置淡化產品水可以按一定比例混合滿足各種各樣的需求。
  此外,以上方法的其他組合也日益受到重視。在實際選用中,究竟哪種方法最好,也不是絕對的,要根據規模大小、能源費用、海水水質、氣候條件以及技術與安全性等實際條件而定。
  實際上,一個大型的海水淡化項目往往是一個非常復雜的系統工程。就主要工藝過程來說,包括海水預處理、淡化(脫鹽)、淡化水后處理等。其中預處理是指在海水進入起淡化功能的裝置之前對其所作的必要處理,如殺除海生物,降低濁度、除掉懸浮物(對反滲透法),或脫氣(對蒸餾法),添加必要的藥劑等;脫鹽則是通過上列的某一種方法除掉海水中的鹽分,是整個淡化系統的核心部分,這一過程除要求高效脫鹽外,往往需要解決設備的防腐與防垢問題,有些工藝中還要求有相應的能量回收措施;后處理則是對不同淡化方法的產品水針對不同的用戶要求所進行的水質調控和貯運等處理。海水淡化過程無論采用哪種淡化方法,都存在著能量的優化利用與回收,設備防垢和防腐,以及濃鹽水的正確排放等問題。
  海水淡化技術的發展與工業應用,已有半個世紀的歷史,在此期間形成了以多級閃蒸、反滲透和多效蒸發為主要代表的工業技術。專家普遍認為,今后三、四十年在工業應用上,仍將是這三項技術“唱主角”,但反滲透的比重將越來越大。從地區上來講,中東海灣國家仍將以多級閃蒸為首選,因為它具有大型化和超大型化(單臺設備產水量目前已高達日產淡水4~5萬噸)、適應于污染重的海灣水以及預處理費用低的優勢;然而在中東以外地區將以反滲透或膜法為首選,因為膜法的能耗和成本都具有優勢,以北美地區為例,近期的發展已經表明,在淡化和水處理方面都將以膜法為主。

宏大設想:尋找海水淡化新技術
  
  
非加壓滲透吸附法(90年代)

  非加壓吸附滲透海水淡化法,或稱為“正向滲透法”,讓水通過多孔膜進入一種超強吸水的吸附劑的鹽濃度甚至超過海水的溶液或固態物,但溶液里的特殊鹽分很容易蒸發。分固態鹽、液態鹽方向。固態鹽解吸附耗能更小。
  另外兩種方法都在薄膜結構上有了創新和改進
  
碳納米管薄膜

  
  一種用碳納米管來做薄膜的小孔,另一種
  
活細胞的蛋白質膜

  
  薄膜的孔用引導水分子通過活細胞的細胞膜的蛋白質來構成。

海水淡化現狀
  目前,全球海水淡化日產量約3500萬立方米左右,其中80%用于飲用水,解決了1億多人的供水問題,即世界上1/50的人口靠海水淡化提供飲用水。全球有海水淡化廠1.3萬多座,海水淡化作為淡水資源的替代與增量技術,愈來愈受到世界上許多沿海國家的重視;全球直接利用海水作為工業冷卻水總量每年約6000億立方米左右替代了大量寶貴的淡水資源;全世界每年從海洋中提鹽5000萬噸、鎂及氧化鎂260多萬噸、溴20萬噸等。海水淡化需要大量能量,所以在不富裕的國家經濟效益并不高。沙特阿拉伯的海水淡化廠占全球海水淡化能力的24%。阿拉伯聯合酋長國的杰貝勒阿里海水淡化廠第二期是全球最大的海水淡化廠,每年可產生3億立方米淡水。
題圖說明
  美國佐治亞州的一家公司研制出一種新型海水淡化設備,據稱淡化過程的費用只有現有技術的三分之一。
  據最新一期英國《新科學家》雜志報道,這種便攜式的新設備每天能夠處理1.1萬升水。它使用了一種稱為“迅速噴霧蒸發”(RSE)的技術:含鹽的水通過管道噴霧進入分離室,形成非常細小的水滴;在分離室的熱空氣中,水滴迅速蒸發,水和鹽分等雜質分離;水蒸氣輸入凝結室成為純水,而鹽分則落在分離室的底部,而傳統技術鹽分回收后集結在管道上面,很難取下。
  該公司稱,新技術效率比現有的反向滲透等技術要高得多。試驗表明,它能處理含鹽量高達16%的水,大大超出了一般海水的濃度。平均算來,它生產1000升淡水的成本是16至27美分?茖W家說,這種裝置還可以處理廢水。RSE技術回收的效率可達95%,傳統技術只能達到35%,投資只有蒸餾法和反滲透法的四分之一且運行維護成本大為降低。
海水淡化市場分析
  世界上淡水資源不足,已成為人們日益關切的問題。有人預言,19世紀爭煤,20世紀爭油,21世紀可能爭水。
  作為水資源的開源增量技術,海水淡化已經成為解決全球水資源危機的重要途徑。到2006年,世界上已有120多個國家和地區在應用海水淡化技術,全球海水淡化日產量約3775萬噸,其中80%用于飲用水,解決了1億多人的供水問題。
  “向海洋要淡水”已經形成了方興未艾的產業。截至2006年底,中國日淡化海水能力接近15萬噸,比上一年翻一番。中國在反滲透法、蒸餾法等主流海水淡化關鍵技術方面均取得重大突破,完成了自主知識產權的3000立方米/日低溫多效海水淡化工程,以及5000立方米/日反滲透海水淡化工程;海水直流冷卻技術已進入萬立方米/小時級產業化示范階段。中國海水淡化成本逐步下降,已接近5元/立方米。
  中國海水淡化雖基本具備了產業化發展條件,但研究水平及創新能力、裝備的開發制造能力、系統設計和集成等方面與國外仍有較大的差距。當務之急是盡快形成中國海水淡化設備市場的完整產業鏈條。圍繞制約海水淡化成本降低的關鍵問題,發展膜與膜材料、關鍵裝備等核心技術,研發具有自主知識產權的海水淡化新技術、新工藝、新裝備和新產品,提高關鍵材料和關鍵設備的國產化率,增強自主建設大型海水淡化工程的能力。
  未來20年內國際海水淡化市場將有近700億美元的商機,中國應占有充分份額。根據全國海水利用專項規劃,到2010年,中國海水淡化規模將達到每日80萬至100萬噸,2020年中國海水淡化能力達到每日250萬至300萬噸,尤其是國家積極支持海水淡化產業,自2008年1月1日起,企業的海水淡化工程所得將免征所得稅。中國海水淡化產業發展前景廣闊。
我國海水淡化發展
  中國海水淡化技術是在政府支持和國家重點攻關項目驅動下發展起來的,電滲析、反滲透和蒸餾法(多級閃蒸、壓氣蒸餾和低溫多效蒸餾)等海水淡化技術的研究開發,都取得相當大的進展。1958年首先開展電滲析海水淡化的研究,1967-1969年國家科委和國家海洋局共同組織了全國海水淡化會戰,同時開展電滲析、反滲透、蒸餾法等多種海水淡化技術的研究,為海水淡化事業的發展奠定了基礎。
  1965年,山東海洋學院化學系在國內最先進行反滲透CA不對稱膜的研究;上世紀70年代進行了中空纖維和卷式RO膜及元件的研究,并初步工業化!捌呶濉币詠,反滲透海水淡化技術的開發研究一直列入國家重點攻關項目,“七五”期間完成了中、低鹽度反滲透膜和組件的研制,建立了海水淡化示范工程;“八五”期間,在中鹽度反滲透膜的研制方面取得了很大進展;“九五”攻關使新型的聚酰胺復合膜中試放大成功,結合關鍵技術和設備引進,現已生產聚酰胺復合膜產品。1997年在浙江舟山市嵊山鎮建造了500立方米/日反滲透海水淡化示范工程,噸水耗電5.5度以下,技術經濟指標具有同等容量的世界先進水平。目前我國已建和在建的海水淡化裝置10多個, 以反滲透法為主,已建成最大反滲透海水淡化工程為5000 m3/d。另外,還開展了NF-RO集成海水淡化的研究。浙江玉環電廠的30000噸/日雙膜法海水淡化工程已完成招標合同,建成后將成為國內最大的海水淡化同類工程。
  上世紀60年代原船舶工業部上海704研究所開發了5 m3/d級的壓汽蒸餾淡化裝置和利用柴油機缸套水余熱的閃蒸淡化裝置裝備艦船使用。70年代-80年代初,天津市科委支持了日產淡水百噸級的多級閃蒸中試研究,取得一定的設計參數和經驗。80年代以后,國家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所進行了30 m3/d規模的壓汽蒸餾裝置開發工作,其研究內容包括30 m3/d豎管常壓壓汽蒸餾裝置和30m3/d水平管負壓壓汽蒸餾裝置(操作溫度72℃)以及30m3/dOTE/VC淡化裝置。以上研究工作取得的成果和過程中遇到的問題為后期研究積累了豐富的經驗,對于我國蒸餾法海水淡化技術的發展起到了重要的推進作用。
  1987年大港電廠從美國ESCO公司引進兩套3000m3/dMSF海水淡化裝置,與離子交換法結合,解決鍋爐補給水的供應,運轉至今取得了顯著的經濟和社會效益,自1994年開始參照引進的多級閃蒸海水淡化裝置,開發生產出日產1200 m3淡水的多級閃蒸系統原型中間試驗裝置。1998年完成安裝,此設備出水電導率在2.7~7μs/cm之間,產水量最大約45 m3/h,尚需進一步進行改進工作。
  2004年6月由國家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所設計的3000 m3/d的低溫多效蒸餾海水淡化工程在山東黃島發電廠一次試車成功并通過9個多月的運行考驗。海水淡化裝置系國內第一臺完全自主知識產權的多效蒸餾海水淡化裝置,裝置的國產化率達99%。海水淡化裝置的建設完成表明我國已初步掌握大型低溫多效蒸餾海水淡化的成套技術。另外,10000 m3/d的多效蒸餾示范工程已完成設計,近期將開工建設。
  除了自主設計建造的蒸餾淡化工程外,2003年河北黃驊發電廠簽約從法國Sidem公司引進2×10000 m3/d熱壓縮多效蒸餾海水淡化裝置,將于2006年下半年投入運行。2004年,天津經濟技術開發區簽約從美國WEIR熱能公司引進10000 m3/d低溫多效裝置,計劃于2005年底投入運行。
  海濱電廠海水淡化的出現
  隨著我國淡水資源的日益短缺,海濱電廠海水淡化既符合國家的發展戰略,在經濟上又具有可操作性。目前,我國建設中的2×1000MW燃煤機組海水淡化設備的水量需求都考慮了工業用水、消防用水和生活用水,產水量均達2萬t/d,其投資額為1. 3~1. 6億元人民幣。如果從降低造價的角度出發,可以考慮引進市場競爭機制,允許私營或職工與單位投資等多渠道、多層次相結合的投資方式。主要融資模式可以參照國外BOT(建設—經營—轉移)和BOO(建設—擁有—經營)模式,加上國家政策的扶持,實施有效可行的方案,大力發展海水淡化技術,鼓勵企業進入海水淡化領域,將會為內陸節約更多的淡水資源。
海水淡化-海水淡化的能耗與成本
  在海水淡化技術已成熟的今天,經濟性是決定其廣泛應用的重要因素。在國內,"成本和投資費用過高",一直被視為是海水淡化難以大膽使用的主要問題,但實際上這是一個"認識"問題。
  目前世界上常用的淡水取用方式主要有地下取水、遠程調水和海水(苦咸水)淡化三種。開采地下水作為一個重要的開源措施,工程量小、成本低,這是很吸引人的優點,但地下取水受資源條件限制很大,而且許多地區多年來由于過度開采地下水,已形成地下漏斗,造成房屋傾斜,甚至導致了海水倒灌等環境危害,地下水的開采已經受到制約。
  遠程調水,目前并沒有把工程投資費用以及被引水地區的間接經濟損失計算在內,僅以日常運行費用、管理費計算其成本,這與真正成本相差很大。其實引水工程,除了巨額的投資之外,還要占用大量耕地,還存在被引水地區的環境危害等問題。如引黃濟青(島)工程,占地達6.2萬畝,還會造成黃河斷流、植被破壞等生態環境問題,而生態環境的破壞在經濟上是難以估量的。80年代實施的引灤入津工程,時至今日每立方米成本仍達2.3元左右,距離天津市民的用水價1.4元有0.9元的政府補貼。專家預測,南水北調工程實施后,長江水流到北京,按現行不變成本計算,綜合成本在5元/立方米以上,甚至有專家預測每立方米將達20元。美國有資料認為,遠程調水超過40公里,成本將超過海水淡化。
  對于海水淡化,能耗是直接決定其成本高低的關鍵。40多年來,隨著技術的提高,海水淡化的能耗指標降低了90%左右(從26.4kwh/m3降到2.9kwh/m3),成本隨之大為降低。目前我國海水淡化的成本已經降至4-7元/立方米,苦咸水淡化的成本則降至2-4元/立方米,如天津大港電廠的海水淡化成本為5元/立方米左右,河北省滄州市的苦咸水淡化成本為2.5元/立方米左右。如果進一步綜合利用,把淡化后的濃鹽水用來制鹽和提取化學物質等,則其淡化成本還可以大大降低。至于某些生產性的工藝用水,如電廠鍋爐用水,由于對水質要求較高,需由自來水進行再處理,此時其綜合成本將大大高于海水淡化的一次性處理成本?梢,如果拋開政府補貼等政策性因素而單從經濟技術方面分析,海水淡化尤其是苦咸水淡化的單位成本實際上是很有競爭力的。
  幾種淡水獲取方式的成本比較單位:元/立方米
  取水方式平均成本
  開采地下水限制開采量
  遠程調水引灤入津:2.3元/立方米(直接成本)
  南水北調:5-20元/立方米(到北京平均水價)
  海水淡化海水:4--7元/立方米(綜合成本)
  苦咸水:2--4元/立方米(綜合成本)
  在我國,由于受計劃經濟的影響,長期以來一直沒有良性的水價形成機制,自來水的價格與價值嚴重背離,政府負擔著巨額補貼,自來水的價格普遍偏低,目前自來水的價格一般為1.5-2元/立方米,隨著淡化技術的不斷進步和產業化規模效益的顯現,海水(苦咸水)淡化的成本將會越來越低。2000年10月朱熔基總理在南水北調座談會上強調:"要建立合理的水價形成機制,逐步較大幅度提高水價,充分發揮價格杠桿的作用"。隨著淡水資源的日趨缺乏,各個城市節水措施已經出臺,實行自來水限量使用,超標加價。由此可以預見,在不久的將來,一方面海水淡化成本不斷降低,另一方面自來水的價格不斷上漲,兩者將越來越接近,自來水價格甚至將高于苦咸水淡化的成本,海水淡化的成本問題將得以解決。成本問題的解決將會對海水淡化的廣泛應用及產業化進程產生極大的促進作用。
海水淡化-冷凍海水淡化法
  真空冷凍海水淡化法工藝包括脫氣、預冷、蒸發結晶、冰晶洗滌、蒸汽冷凝等步驟,海水淡化水產品可達到國家飲用水標準,是一種較理想的海水淡化法。
  冷凍海水淡化法原理
  海水三相點是使海水汽、液、固三相共存并達到平衡的一個特殊點。若壓力或溫度偏離該三相點,平衡被破壞,三相會自動趨于一相或兩相。真空冷凍法海水淡化正是利用海水的三相點原理,以水自身為制冷劑,使海水同時蒸發與結冰,冰晶再經分離、洗滌而得到淡化水的一種低成本的淡化方法。與蒸餾法、膜海水淡化法相比,冷凍海水淡化法能耗低,腐蝕、結垢輕,預處理簡單,設備投資小,并可處理高含鹽量的海水,是一種較理想的海水淡化法。
  冷凍海水淡化法工藝
  冷凍海水淡化法工藝之脫氣
  由于海水中溶有的不凝性氣體在低壓條件下將幾乎全部釋放,且又不會在冷凝器內冷凝。這將升高系統的壓力,使蒸發結晶器內壓力高于二相點壓力,破壞操作的進行。顯然減壓脫氣法適合本系統。
  冷凍海水淡化法工藝之預冷
  海水脫氣后可與蒸發結晶器內排出的濃鹽水和淡化水產生熱交換,預冷至海水的冰點附近。
  冷凍海水淡化法工藝之溫度和壓力
  它們是影響海水蒸發與結冰速率的主要因素。
  冷凍海水淡化法工藝之冰—鹽水是一固液系統
  普通的分離方法均可使冰—鹽水得到分離,但分離方法不同,得到的冰晶含鹽量也不同。實驗結果表明減壓過濾方法得到的冰晶含鹽量比常壓過濾方法得到的冰晶含鹽量低得多。
  冷凍海水淡化法工藝之蒸汽冷凝
  在蒸發結晶器內,除海水析出冰晶以外,還將產生大量的蒸汽,這些蒸汽必須及時移走,才能使海水不斷蒸發與結冰。
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