水,從來沒有像今天這樣受到如此廣泛的關(guān)注。人們已經(jīng)意識(shí)到了水資源的重要性,其市場(chǎng)價(jià)值正在迅速上升。甚至有人說,21世紀(jì)的淡水就如同20世紀(jì)的石油一樣,將成為重要的戰(zhàn)略資源。在我國(guó),淡水資源形勢(shì)十分嚴(yán)峻,既患貧,更患不均。尤其是占國(guó)土一半以上的北方地區(qū),生產(chǎn)、生活用水短缺問題已嚴(yán)重影響到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活的質(zhì)量。淡水供應(yīng)的資源性短缺導(dǎo)致地下水連年超采,由此又帶來了地面沉降、海水入侵、土地鹽堿化等諸多嚴(yán)重問題。然而盡管我國(guó)是缺水大國(guó),但同時(shí)也是水資源大國(guó)。我們?nèi)鄙俚氖沁m合于生產(chǎn)生活直接使用的淡水。我國(guó)擁有超過1.8公里的大陸海岸線。在地球水資源總量中占有97%以上份額的海水資源并沒有得到充分利用。現(xiàn)在,海水淡化已經(jīng)發(fā)展成為大規(guī)模開辟新水源的成熟技術(shù),也是解決沿海地區(qū)缺水問題最有效的措施之一。

1、海水淡化概況

現(xiàn)代海水淡化技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用始于干旱的中東地區(qū),但并不局限于該地區(qū)。由于世界上70％以上的人口都居住在離海洋120公里以內(nèi)的區(qū)域,因而海水淡化技術(shù)近20多年迅速在世界上許多國(guó)家和地區(qū)得到

目前海水淡化已遍及全世界125個(gè)國(guó)家和地區(qū),淡化水大約養(yǎng)活世界5％的人口。海水淡化,事實(shí)上已經(jīng)成為世界許多國(guó)家解決缺水問題,普遍采用的一種策略選擇,其有效性和可靠性已經(jīng)得到越來越廣泛的認(rèn)同。

2、海水淡化技術(shù)的現(xiàn)狀

海水淡化方法有數(shù)十種,但目前工業(yè)上采用的主要是多級(jí)閃蒸、反滲透、多效蒸發(fā)等。其中又以前兩種方法為主,它們占到整個(gè)淡化市場(chǎng)份額的85％以上。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(fā)的現(xiàn)象。多級(jí)閃蒸海水淡化是將經(jīng)過加熱的海水,依次在多個(gè)壓力逐漸降低的閃蒸室中進(jìn)行蒸發(fā),將蒸汽冷凝而得到淡水。目前全球海水淡化裝置仍以多級(jí)閃蒸方法產(chǎn)量最大,技術(shù)最成熟,運(yùn)行安全性高彈性大,主要與火電站聯(lián)合建設(shè),適合于大型和超大型淡化裝置,主要在海灣國(guó)家采用。反滲透則是將海水加壓,使淡水透過半透膜的淡化方法。該方法適應(yīng)性寬,無論大中小規(guī)模,也無論海水或苦咸水都可選用,是近30年發(fā)展最快的海水淡化方法。美洲、歐洲和亞洲的大中型海水淡化廠均以反滲透為首選,在海灣國(guó)家也有相當(dāng)規(guī)模的應(yīng)用。多效蒸發(fā)是讓加熱后的海水在多個(gè)串聯(lián)的蒸發(fā)器中蒸發(fā),前一個(gè)蒸發(fā)器蒸發(fā)出來的蒸汽作為下一蒸發(fā)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(jié)能的方法之一。除以上三種主要的淡化方法外,壓汽蒸餾、電滲析也是比較成熟的海水淡化方法,但一般規(guī)模不大。在實(shí)際選用中,究竟哪種方法最好,也不是絕對(duì)的,要根據(jù)規(guī)模大小、能源費(fèi)用、海水水質(zhì)、氣候條件以及技術(shù)與安全性等實(shí)際條件而定。實(shí)際上,一個(gè)大型的海水淡化項(xiàng)目往往是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程。就主要工藝過程來說,包括海水預(yù)處理、淡化(脫鹽)、淡化水后處理等。其中預(yù)處理是指在海水

進(jìn)入起淡化功能的裝置之前對(duì)其所作的必要處理,如殺除海生物,降低濁度、除掉懸浮物(對(duì)反滲透法),或脫氣(對(duì)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(gè)淡化系統(tǒng)的核心部分,這一過程除要求高效脫鹽外,往往需要解決設(shè)備的防腐與防垢問題,有些工藝中還要求有相應(yīng)的能量回收措施;后處理則是對(duì)不同淡化方法的產(chǎn)品水針對(duì)不同的用戶要求所進(jìn)行的水質(zhì)調(diào)控和貯運(yùn)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(yōu)化利用與回收,設(shè)備防垢和防腐,以及濃鹽水的正確排放等問題。

3、海水淡化的主要方法

3.1多級(jí)閃蒸法

閃蒸是將原料海水加熱到一定溫度后引入閃蒸室，閃蒸室內(nèi)壓力低于將要進(jìn)入的鹽水所對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽壓力，熱鹽水進(jìn)入后即為過熱水而迅速汽化，所產(chǎn)生的蒸汽冷凝后即為所需的淡水。多級(jí)閃蒸就是以此為原理，使熱鹽水依次流經(jīng)多個(gè)溫度、壓力逐漸降低的閃蒸室，逐級(jí)蒸發(fā)降溫生產(chǎn)淡水。

3.2多效蒸餾法

多效蒸餾是使用最早的海水淡化技術(shù)，在20世紀(jì)60年代前，多效蒸餾一直是最主要的商業(yè)化海水淡化技術(shù)。其是在單效蒸餾的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的蒸發(fā)技術(shù)，分低溫和高溫多效蒸餾。低溫多效蒸餾是指鹽水的最高蒸發(fā)溫度不超過70℃的海水淡化方法，其特征是將一系列的水平管或垂直管與膜蒸發(fā)器串聯(lián)起來，并被分為若干效組，后面一效的壓力均低于前面一效，從而后面一效的蒸發(fā)溫度均低于前面一效，利用前一效內(nèi)加熱海水獲得的蒸汽作為熱源加熱后面一效的海水，從而得到多倍于加熱蒸汽量的淡化效果。

4、海水淡化技術(shù)的新發(fā)展與趨勢(shì)

海水淡化技術(shù)的發(fā)展與工業(yè)應(yīng)用,已有半個(gè)世紀(jì)的歷史,在此期間形成了以多級(jí)閃蒸、反滲透和多效蒸發(fā)為主要代表的工業(yè)技術(shù)。專家普遍認(rèn)為,今后三四十年在工業(yè)應(yīng)用上,仍將是這三項(xiàng)技術(shù)“唱主角”,但反滲透的比重將越來越大。從地區(qū)上來講,中東海灣國(guó)家仍將以多級(jí)閃蒸為首選,因?yàn)樗哂写笮突统笮突?單臺(tái)設(shè)備產(chǎn)水量目前已高達(dá)日產(chǎn)淡水4～5萬噸)、適應(yīng)于污染重的海灣水以及預(yù)處理費(fèi)用低的優(yōu)勢(shì);然而在中東以外地區(qū)將以反滲透或膜法為首選,因?yàn)槟しǖ哪芎暮统杀径季哂袃?yōu)勢(shì),以北美地區(qū)為例,近期的發(fā)展已經(jīng)表明,在淡化和水處理方面都將以膜法為主。從裝置規(guī)模來說,單機(jī)日產(chǎn)4～5萬噸、或總?cè)债a(chǎn)30～40萬噸的淡化廠已相繼在多處建成或正在興建。所以大型或超大型化不僅在中東,在其它地區(qū)也都是自然的發(fā)展趨勢(shì)。然而建設(shè)大型淡化廠的前提在于能源基地的建設(shè)。對(duì)于膜法,自然要有電力支持,對(duì)于蒸餾法則要有大型火電站所提供的低壓蒸汽與淡化裝置相匹配,而且電、水生產(chǎn)必須聯(lián)合設(shè)計(jì),協(xié)調(diào)運(yùn)行。目前一個(gè)受人重視的能源措施是核能淡化。核電站可以支持大型反滲透淡化廠的能量需求;而低溫核反應(yīng)堆則可以直接為蒸餾淡化廠提供低壓蒸汽。核能淡化廠自然都要求較大的生產(chǎn)規(guī)模才可能發(fā)揮其規(guī)模效益優(yōu)勢(shì)。淡化技術(shù)本身的研究開發(fā)和更新從來沒有停止過,盡管上述三項(xiàng)工業(yè)應(yīng)用技術(shù)發(fā)展勢(shì)頭不減,但一些新的技術(shù)也在一定程度上受到重視,如冷凍法、流通電容吸附法、露點(diǎn)蒸發(fā)法以及幾種方法的集成技術(shù)等?，F(xiàn)有淡化技術(shù)的各個(gè)環(huán)節(jié)也都在不斷改進(jìn)和更新,如低壓膜法預(yù)處理技術(shù),無論對(duì)反滲透還是蒸餾法,都比傳統(tǒng)預(yù)處理優(yōu)越。低壓膜法預(yù)處理既可以縮短工藝,又可以大幅度提高產(chǎn)水率或造水比。反滲透的余壓能回收效率從20世紀(jì)70年代的30％提高到現(xiàn)在的90％以上,這使得海水反滲透的耗能量和淡水成本大幅降低。納米復(fù)合材料的采用大大提高了膜片強(qiáng)度與耐老化能力,并進(jìn)而提高了出水率。超聲波在反滲透工藝中的應(yīng)用不但解決膜污染的問題,而且大幅度地提高了產(chǎn)水量,降低了單位出水的能耗。目前各種新型高效和廉價(jià)的能量回收裝置相繼出現(xiàn),這都為今后海水淡化成本的進(jìn)一步降低甚至在苦咸水反滲透中廣泛采用提供了條件。

在我國(guó)現(xiàn)有經(jīng)濟(jì)和技術(shù)條件下,海水淡化技術(shù)將得到更廣泛的應(yīng)用。改良現(xiàn)有工藝降低海水淡化成本、解決濃鹽水排放對(duì)環(huán)境影響等問題將成為一個(gè)時(shí)期內(nèi)海水淡化研究的主要方向。在集中地規(guī)模化工業(yè)應(yīng)用中,蒸餾法與反滲透法并重。在分散的家庭終端,反滲透則是主要的發(fā)展趨勢(shì)。