海水淡化技術(shù)的應(yīng)用研究

劉壯志

摘要：本文筆者結(jié)合個(gè)人在海水淡化技術(shù)上的研究經(jīng)驗(yàn)與相關(guān)參考文獻(xiàn)，就海水淡化技術(shù)的工作原理與工藝流程加以總結(jié)，并結(jié)合能源海水淡化技術(shù)對(duì)海水淡化技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行闡述，以供廣大同行參考借鑒。

關(guān)鍵詞：海水淡化技術(shù)；可再生能源

1.海水淡化技術(shù)

1.1多效蒸餾法

早期的多效蒸餾法因?yàn)闊岜砻嫒菀桩a(chǎn)生水垢問題而受到制約，直至20世紀(jì)60年代初期，低溫多效蒸餾技術(shù)的出現(xiàn)，有效的緩解了熱表面結(jié)垢問題，特別是其系統(tǒng)之中所采用的水平管降蒸發(fā)器更是成為了業(yè)績(jī)標(biāo)準(zhǔn)。

按照進(jìn)料海水以及蒸汽流動(dòng)方向的異同，可以將多效蒸餾法的工藝流程分為逆流、順流、平流三種，其中平流式結(jié)構(gòu)是在海水淡化工業(yè)上應(yīng)用最為廣泛的一種多效蒸餾法系統(tǒng)。

具體的工藝流程如下：當(dāng)海水進(jìn)入到冷凝器內(nèi)預(yù)熱之后會(huì)被分為兩股，其中一股作為冷卻海水會(huì)被排放回海水之中以此排除系統(tǒng)內(nèi)部的過多熱量；另外一股則作為進(jìn)料海水被分配到各效蒸發(fā)容器之中，在每一效的蒸發(fā)容器之中通過噴嘴，進(jìn)料海水會(huì)被噴灑到水平布置的換熱管之上。在第一效內(nèi)水平管上的液膜通過吸收管內(nèi)加熱蒸汽冷凝之后所釋放出來的潛在能力而蒸發(fā)，由此而產(chǎn)生的二次蒸汽會(huì)進(jìn)入到第二效水平管內(nèi)驅(qū)動(dòng)管外液膜蒸發(fā)。由外部蒸汽發(fā)生器提供第一效的加熱蒸汽，加熱之后的蒸汽會(huì)在管內(nèi)冷凝形成冷凝水之后在返回到外部蒸汽發(fā)生器之中，之后的每一效內(nèi)水平管外液膜的蒸發(fā)都是由上一效的二次蒸汽驅(qū)動(dòng)予以提供的，此時(shí)的二次蒸汽在管內(nèi)凝結(jié)成為淡水并被收集到淡水罐之中。

1.2多級(jí)閃蒸法

20世紀(jì)50年代多級(jí)閃蒸法被提出，并因其具有結(jié)垢傾向小的優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用到工業(yè)海水淡化技術(shù)之中。通常情況下可以將多級(jí)閃蒸法系統(tǒng)分為直流式、海水循環(huán)式兩種類型，其中海水循環(huán)式多級(jí)閃蒸法可以說是當(dāng)前業(yè)界的標(biāo)準(zhǔn)。

具體的工藝流程如下：海水被引入到排熱段冷凝管之中，吸收了蒸汽冷凝所釋放的潛在熱量之后，海水被預(yù)熱到一個(gè)較高的溫度并將其分為兩個(gè)部分，其中一部分冷卻海水直接被排放回海水之中以此排除系統(tǒng)之中的過多熱量。另外一部分作為進(jìn)料海水在經(jīng)過脫氣、化學(xué)預(yù)處理以后，與排熱端的最后一級(jí)閃蒸室內(nèi)海水進(jìn)行混合，隨后從排熱段的最后一級(jí)中抽出循環(huán)海水，在被引入到熱回收段的最后一級(jí)冷凝管之中。當(dāng)循環(huán)海水沿著冷凝管流動(dòng)時(shí)，就會(huì)吸收管外閃蒸蒸汽冷凝時(shí)所釋放出來的所有潛在熱量，從而不斷的提高溫度，加熱蒸汽則會(huì)在管外壁被冷凝成為冷凝水。此后的熱海水會(huì)依次進(jìn)入到熱回收斷與排熱段的各級(jí)閃蒸室內(nèi)，由于進(jìn)入到各級(jí)閃蒸室內(nèi)的熱海水，其壓力高于對(duì)應(yīng)的閃蒸室壓力，所以海水會(huì)被急劇蒸發(fā)產(chǎn)生蒸汽，并通過除霧器去除其中夾帶的海水液滴，最后運(yùn)用淡水托盤收集淡水。

1.3反滲透法

反滲透法因其能耗較低，成為了現(xiàn)如今最成功的一種海水淡化技術(shù)，其基本原理就在于通過壓力驅(qū)動(dòng)對(duì)自然滲透現(xiàn)象進(jìn)行克服。

具體的工藝流程如下：經(jīng)過預(yù)處理的海水在高壓泵作用下，水會(huì)通過半透膜遷移至淡水側(cè)，而鹽和其他成分則會(huì)被遺留在海水側(cè)。這是因?yàn)樗肿油ㄟ^親水性半透膜的擴(kuò)散能力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于鹽分和其他成分，這也是半透膜半透性的本質(zhì)所在。

在實(shí)際應(yīng)用過程中由于反滲透系統(tǒng)的能量損耗，主要源自于海水壓力的排放，所以在反滲透系統(tǒng)的使用過程中，往往會(huì)為其配備相應(yīng)的能量回收裝置以回收排放的濃鹽水中的機(jī)械壓縮能，從而提高系統(tǒng)的能量使用效率。

2.海水淡化技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展

隨著近些年來淡水資源的進(jìn)一步短缺，傳統(tǒng)化石能源成本的不斷上升，以再生能源為驅(qū)動(dòng)力的海水淡化技術(shù)早已受到了人們的高度重視。尤其是在比較偏遠(yuǎn)的地區(qū)無論是水，還是電的供應(yīng)都極為短缺，更需要加快對(duì)可再生能源，這種友好型清潔能源的充分利用。目前在海水淡化技術(shù)上，太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮芏际亲顬槌Ｒ姷目稍偕茉础?/p>

2.1基于太陽(yáng)能的海水淡化技術(shù)

對(duì)于偏遠(yuǎn)地區(qū)淡水產(chǎn)品大約在10m3/d的小型海水淡化裝置是最適合使用太陽(yáng)能海水淡化技術(shù)的?？梢詫⑻?yáng)能淡水技術(shù)分為直接法和間接法兩種。其中直接法主要指的是太陽(yáng)能蒸餾，即利用太陽(yáng)能直接對(duì)海水進(jìn)行加熱，產(chǎn)生蒸汽，并在冷凝之后收集得到淡水。根據(jù)不同的加熱原理，又可以將太陽(yáng)能蒸餾分為被動(dòng)式太陽(yáng)能蒸餾與主動(dòng)式太陽(yáng)能蒸餾兩種。被動(dòng)太陽(yáng)能蒸餾不需要依靠輔助設(shè)備，主動(dòng)式太陽(yáng)能蒸餾則需要額外增加輔助設(shè)備。間接法是指太陽(yáng)能在收集與脫鹽過程是相互分開的，其中太陽(yáng)能可通過太陽(yáng)能集熱器轉(zhuǎn)換為熱能，也可以通過光伏發(fā)電轉(zhuǎn)換為電能，從而用于驅(qū)動(dòng)脫鹽過程。

2.2基于風(fēng)能的海水淡化技術(shù)

所謂的風(fēng)能海水淡化技術(shù)主要是利用風(fēng)力發(fā)電機(jī)，將風(fēng)動(dòng)能轉(zhuǎn)換成為電能，在消耗電能的過程中驅(qū)動(dòng)海水淡化。風(fēng)能海水淡化技術(shù)主要有兩種實(shí)施方式，一種為風(fēng)力發(fā)電機(jī)和海水淡化系統(tǒng)與電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行連接；另外一種則是風(fēng)力發(fā)電機(jī)與海水淡化系統(tǒng)相連接，充分利用所產(chǎn)生的電能、轉(zhuǎn)子葉片在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的軸功。需要注意的是使用該種方法海水淡化系統(tǒng)性能會(huì)受到風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電功率不恒定的影響。

2.3基于地?zé)崮艿暮Ｋ夹g(shù)

所謂的地?zé)崮苤饕怯傻厍騼?nèi)部的放射性元素發(fā)生衰變而產(chǎn)生的熱能。根據(jù)不同的溫度可以將地?zé)崮芊譃榈蜏氐責(zé)?、中溫地?zé)崤c高溫地?zé)帷５責(zé)崮芎秃Ｋ到y(tǒng)的結(jié)合，主要分為三種方式：直接利用中高溫地?zé)嵋哉羝姆绞津?qū)動(dòng)熱蒸餾法；利用高溫地?zé)岚l(fā)電驅(qū)動(dòng)反滲透法和電滲析法等海水淡化系統(tǒng)；利用高壓地?zé)狎?qū)動(dòng)反滲透法和壓氣蒸餾法等需要機(jī)械能驅(qū)動(dòng)的海水淡化系統(tǒng)。此外，隨著膜技術(shù)的發(fā)展，已開發(fā)出可以承受溫度高達(dá)60℃的商業(yè)反滲透法膜，可直接應(yīng)用于地?zé)峥嘞趟?，且有助于反滲透法中淡水產(chǎn)量的增加。地?zé)崮芎Ｋ闹饕獌?yōu)勢(shì)在于系統(tǒng)中不需要蓄熱。

結(jié)束語(yǔ)：

可以說新能源、新材料在海水淡化技術(shù)的發(fā)展過程中所起到的推動(dòng)性作用早已不言而喻。尤其是新技術(shù)的出現(xiàn)使得海水淡化的應(yīng)用場(chǎng)合變得更加的豐富多樣。所以，在面對(duì)全球性淡水資源危機(jī)上，還應(yīng)該做好海水淡化技術(shù)的研發(fā)工作，以便獲得可持續(xù)性的淡水取用。

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