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海水淡化工程技术方案

海水淡化是当前解决水资源短缺的有效途径之一,海水淡化

是把海水中的盐分脱离,使咸水变成淡水的过程。常见的海水淡水

方法能够细分为蒸馏法、冷冻法、反渗透法、水合物法和溶剂

萃取法,还包括电渗析法和离子交换法。当前最常见的方法为反渗

透法和蒸馏法。

一、海水淡化技术简介

1、反渗透海水淡化技术

对透过的物质具有选择性的薄膜称为半透膜,一般将只能透

过溶剂而不能透过溶液的薄膜称之为理想的半透膜。当半透膜把不

同浓度的溶液隔开后,在自然情况下,水流是从低浓度盐水侧往高

浓度盐水侧流动;当在高浓度盐水侧加上一个适当的压力后,也会

将水从高浓度侧压到低浓度侧,见图1。反渗透海水淡化就是利用

该原理,用高压泵将海水增压后,借助半透膜的选择截留作用来除

去水中的无机离子得到淡水。由于反渗透膜的截留粒度小于

10×10-10m,因此反渗透海水淡化同时能滤除各种细菌、病毒,获

得高质量的纯水。

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图1.反渗透海水淡化技术原理

一般说来,反渗透海水淡化工艺包括四部分:预处理、反渗

透、后处理及清洗系统,图2是一种反渗透海水淡化系统的典型

工艺流程。

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图2.反渗透系统典型工艺流程图

预处理系统的目的是为了充分发挥反渗透淡化系统的技术优

越性,保障良好的设计性能和长时间的安全运行,特别是为了保证

膜的使用寿命(一般情况下,自来水和苦咸水反渗透膜的使用寿命

为5年,而海水膜的使用寿命为3年)而设置。由于供给的源水不

同,其水质组成与杂质成分千差万别,预处理系统也有很大的区别,

在决定预处理系统时需要丰富的基础理论知识和工程实际经验。

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反渗透装置的主体由反渗透膜堆和高压泵两部分组成,反渗

透组件是整个系统的心脏部分,而高压泵是系统的关键部件。高压

泵把进水升压至不同的压力进入膜堆,透过膜的水作为产品水,而

未透过膜的作为浓盐水排放。其设计的核心在于根据不同的原水水

质安排不同的回收率,以及经过流程及设备的选用使系统尽可能

的节能。一般情况下自来水及苦咸水回收率能够做到45%~75%,

有些系统的回收率甚至做到90%以上,而对于海水反渗透系统,大

中型装置能够做到30%~50%。

后处理系统的目的是调节产品淡水的水质,使之符合使用的

要求。当需要产品水进入自来水管道时,一般也要增加后处理工

艺。一般,反渗透的产品水呈弱酸性,不是最佳的饮用水,直接进入

供水管网时会对铁制的管网系统产生腐蚀,产生红水现象等。后处

理的常见方法是投加石灰、苏打或火碱以提高碱度或硬度,另外,

也需要投加少量的次氯酸钠以防止细菌的滋生。

二、蒸馏海水淡化技术

蒸馏法海水淡化技术有:多级闪蒸、多效蒸馏和压汽蒸馏等。

其中,多级闪蒸主要采用给原料水加热升温、然后分多级分步降压

的方法使海水中的水份逐渐蒸发,然后冷却其水蒸汽达到收集水

的方法;多效蒸馏采用较高温度的水,随着其水份的蒸发和水温的

降低,不断供应其热能的办法。压汽蒸馏法和多效蒸馏的原理相似,

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只是其热源是电能经过压缩机(机械能)压缩蒸发出来的蒸汽冷凝

所释放出来的热(水的蒸汽-液体水的相变产生的热)。

图3.低温多效海水淡化原理图

低温多效蒸馏的热源为70℃的蒸汽,操作温度低,大大改进了

海水对传热管及设备本体的腐蚀状况,降低了装置的材料成本,水

泵的动力消耗也大幅度下降,图3是低温多效海水淡化流程示意图,

其特征是将一系列的水平管喷淋降膜蒸发器串联起来,用一定量

蒸汽输入经过多次的蒸发和冷凝,后面一效的蒸发温度均低于前

面一效,从而得到多倍于蒸汽量的蒸馏水。

经过多年发展,海水淡化应用地区和范围日益广泛,已成为部

分沿海国家和地区的主要水源。据国际脱盐协会统计,截止到底,

全球共有14100个淡化工程,总产量约6348万立方米/日,为2亿多

人供水。海水