淺談海水淡化新方法

王菁 趙華

摘 要：文章對(duì)海水淡化存在的問題加以論述，并通過視圖說明了新型節(jié)能減排海水淡化的方法，既能得到淡水又能收集鹽類。我國是一個(gè)水資源嚴(yán)重短缺的國家，人均水資源占有量不足3 000 m3，只有世界平均水平的1/4；加上我國的淡水資源分布不均勻，同時(shí)水體污染加劇了淡水資源的匱乏程度，因此，我國是一個(gè)嚴(yán)重缺水的國家。

關(guān)鍵詞：海水淡化 反滲透膜 節(jié)能減排 太陽灶

中圖分類號(hào)：P747 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）03（c）-0047-02

20世紀(jì)50年代以后，海水淡化技術(shù)隨著水資源危機(jī)的加劇得到了加速發(fā)展，目前已經(jīng)開發(fā)的淡化技術(shù)有20多種，比如：反滲透法、低多效、多級(jí)閃蒸、電滲析法、壓汽蒸餾、露點(diǎn)蒸發(fā)法等，但達(dá)到商業(yè)規(guī)模的主要有反滲透法和蒸餾法，也就是常說的“膜法”和“熱法”。

以上諸法的共同特點(diǎn)就是都要花費(fèi)一些成本，盡管淡化水的成本也在不斷地降低，近幾年我國海水淡化的成本已經(jīng)降至4～7元/m3，但無論哪種方法都毫無意外的在耗費(fèi)電能；此外還有一個(gè)極其嚴(yán)重的問題，那就是幾乎所有的海水在被提取出淡水后，剩下的高濃度鹽水都被排回大海。據(jù)統(tǒng)計(jì)目前我國海水淡化能力約為60萬噸/日，未來10年內(nèi)行業(yè)市場容量有5倍以上的成長空間，這就意味著每年會(huì)有更多的淡水被提取出來，而更多的濃鹽水被排入大海，這樣常年累月的積累，海水的濃度會(huì)越來越高，后果不堪設(shè)想。

筆者認(rèn)為今后海水淡化的趨勢(shì)應(yīng)該是在節(jié)能降低成本的同時(shí)，制取鹽類創(chuàng)收，做到“零”排放，達(dá)到真正意義上的節(jié)能減排。

筆者的這個(gè)淡化裝置是在已經(jīng)成熟的海水淡化基礎(chǔ)上進(jìn)行的，它的目的就是利用一切可以利用的可再生能源，盡量不耗費(fèi)電能，在制取淡水的同時(shí)還能制取鹽類，實(shí)現(xiàn)“零”排放。它由2個(gè)裝置組成，第一個(gè)裝置是制取淡水及濃鹽水的裝置，第二裝置是制取鹽的裝置。

第一個(gè)裝置由2個(gè)高架的淡水箱、1個(gè)高架的濃鹽箱、1塊壓力板、1塊太陽能板、2個(gè)電動(dòng)閥門、2張反滲透膜、2根金屬軟管及1個(gè)太陽能泵組成。

首先，利用最常用的太陽能板原理，但板內(nèi)的介質(zhì)不是水而是液氨，因?yàn)橐喊钡谋葻崛轂?.6 kJ/（kg·K）（即單位質(zhì)量的液氨溫度升高1 ℃所吸收的熱量），它是目前僅次于氫氣的比熱容最大的物質(zhì)，它的沸點(diǎn)極低，僅為-33.41 ℃，液氨的蒸汽壓隨著溫度非線性增加，它們之間的關(guān)系可以用克勞修斯-克拉佩龍方程描述，如表1所示。

由表1可以看出，經(jīng)過加溫后的氨蒸汽壓力非常大，完全可以用來作為動(dòng)力源。

太陽光照射在太陽能板上時(shí)，液氨快速地吸收熱能后變?yōu)榘闭羝?，?dāng)電動(dòng)閥1打開時(shí)，氨蒸汽沿著管路向上進(jìn)入濃鹽箱中的壓力板內(nèi)，形成很高的蒸汽壓，推動(dòng)壓力板向左移動(dòng)，如圖1所示。

而反滲透膜法的基本原理為：用一張只透過水而不能透過鹽的半透膜將淡水和鹽水隔開，淡水會(huì)透過半透膜至鹽水一側(cè)，這種現(xiàn)象稱為滲透。當(dāng)滲透到鹽水一側(cè)的液面達(dá)到某一高度時(shí)，滲透的自然趨勢(shì)被這一壓力所抵消從而達(dá)到平衡。這一平衡壓力即為該體系的滲透壓，如，在鹽水一側(cè)加一個(gè)大于滲透壓的壓力，鹽水中的水會(huì)透過半透膜到淡水處，這種與自然滲透相反的水遷移過程稱為反滲透。

因此，在壓力板向左運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的壓力使?jié)恹}箱中的淡水透過反滲透膜進(jìn)入淡水箱1中，當(dāng)壓力板到達(dá)盡頭時(shí)，關(guān)閉電動(dòng)閥1，打開電動(dòng)閥2，同理，壓力板向右移動(dòng)，濃鹽箱中的淡水透過反滲透膜進(jìn)入淡水箱2中，如此反復(fù)一個(gè)來回后，濃鹽箱中的鹽水濃度已經(jīng)很高了，將此濃鹽水從底部排出，自流入下部的閃蒸裝置。

做完功的氨蒸汽因海水的降溫及壓力下降又變?yōu)橐后w，流入太陽能板中進(jìn)行閉式循環(huán)。

反滲透膜的壽命根據(jù)水質(zhì)的不同而千差萬別，尤其是海水，盡管已經(jīng)進(jìn)行了預(yù)處理，但膜的清洗和更換也會(huì)比較頻繁，因此，將反滲透膜做成可拆卸的加固板，插于箱壁中，便于拆卸。

由于濃鹽箱是高架的，經(jīng)過預(yù)處理的海水需用泵打入，此泵我們選用技術(shù)成熟的太陽能水泵，太陽能水泵又稱光伏水泵，比如：無刷直流電機(jī)已標(biāo)準(zhǔn)化，有專門的廠家大批生產(chǎn)，成本比較低，效率高，無需人員看管，維護(hù)工作量可降至最低，是理想的集經(jīng)濟(jì)性、可靠性和環(huán)保效益為一體的綠色能源泵。

第二個(gè)裝置就是太陽灶，按字面理解太陽能灶就是把太陽能收集起來，用于做飯、燒水的一種器具，它的關(guān)鍵部件是聚光鏡，現(xiàn)在不論鏡面材料的選擇，還有幾何形狀的設(shè)計(jì)都已非常成熟了，價(jià)錢低廉，自己制作也很方便，其原理在這里不再贅述。

當(dāng)太陽光照射到聚光式太陽灶的旋轉(zhuǎn)拋物面反射鏡時(shí)，光線會(huì)被反射到指定的位置，形成聚焦，使單位面積的輻射強(qiáng)度增大，能到達(dá)800 ℃～1000 ℃的高溫，再利用導(dǎo)光鏡或光纖將高溫光束導(dǎo)向灶頭，灶頭上放置一個(gè)平底鍋，濃鹽水流入鍋內(nèi)被快速蒸干，然后將鹽收集后賣出，還能能創(chuàng)造一定的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

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