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海水淡化技术的分类及成本分析

作者:三青 时间:2023-04-27 阅读数:人阅读

 

海水淡化技术的分类及成本分析

目前,常见的海水淡化技术主要有7种,即蒸馏法、电渗析法、多级闪蒸法、低温多效法、反渗透法、冷冻法和露点蒸发法。不同类型的海水淡化技术具有不同的特点,具体应用要求存在一定差异。因此,要结合多种条件,合理选用海水淡化技术。

1、海水淡化技术类型

1.1蒸馏法

蒸馏法将海水加热到105℃得到蒸汽,之后将蒸汽冷凝,从而获取蒸馏水。其优点为设备构造简单、便于操作,所得的淡水质量优异,缺点是能耗较大。

1.2电渗析法

电渗析法借助离子交换技术,利用直流电场的作用,借助阴离子交换膜(阴膜)和阳离子交换膜(阳膜)的选择性,对海水中的阴阳离子进行选择性渗透,从而分离出淡水与浓盐水。在外部直流电场的作用下,海水中阳离子透过阳膜,而无法透过的阴离子被截留下来;阴离子可以透过阴膜,而无法透过的阳离子被截留下来。清除盐分后,海水就成为淡水。制约电渗析法应用的瓶颈是新型离子交换膜的研发和制造,其厚度一般为0.5―1.0mm。

1.3多级闪蒸法

多级闪蒸系统引入一定量的海水,然后对其进行加热升温,水源预热至设定水温,而闪蒸室气压应小于该设定水温对应的饱和蒸汽压,部分热盐水进入闪蒸室后迅速地挥发汽化,温度迅速下降,同时蒸汽冷却,凝结成水,这就是淡水。多级闪蒸法设备简单实用,水垢少,操作弹性较大,适用于大型和特大型海水淡化企业。多级闪蒸法不单单可以应用在海水淡化中,还可以应用在火力发电厂、石油化工厂的锅炉水供给领域。

1.4低温多效法

低温多效法是在最大蒸发水温小于70℃的条件下进行海水淡化,其把大量的水平管降膜蒸发器连在一起并分成多个组别,然后将一定量的水蒸气送入蒸发器,经过多次蒸发和冷却凝结,从而得到相当数量的蒸馏水。

1.5反渗透法

反渗透法能够高效去除海水中90%以上的可溶性盐、99%以上的胶体微生物与有机物,能够缓解日常生活用水问题。现阶段,相比电渗析法,反渗透法非常经济。反渗透法的主要驱动力是压力差,这就大大降低了海水淡化的能源消耗。反渗透法使用的是半透膜,通常,淡水通过半透膜渗透到海水一侧,这样海水一侧的水面就会升高,而半透膜另一侧的水面就会降低,当水面高的一侧施加超过海水渗透压的外力时,海水中的纯水就会逆向渗透到淡水侧,进而从水面较低的一侧获得淡水,另一侧则为盐水。

1.6冷冻法

“冷冻法就是冻结海水,使其完全结冰,当液体海水变为固体冰时,盐类被分离出来,从而得到淡水。传统的冷冻法包括直接接触法、真空冷冻法和间接冷冻法。直接接触法使用的冷冻剂通常是正丁烷、异丁烷等,它们不溶于海水且沸点接近海水,在整个气化过程中,冷冻室内气温稳定保持在-3℃,上下可稍有波动,冷冻剂和冰直接接触,产生了一种水、冷冻剂彼此不溶的体系,而水和冷冻剂的密度不同,这种差异使二者分离。淡水流出后,冷冻剂可继续使用。真空冷冻法首先利用海水的三相点,使海水蒸发和结冰过程同步完成,随后使冰晶融化和水蒸气凝结分开进行,由此获得淡水。间接冷冻法是指采用界面渐进原理,连续进行海水淡化,该方法主要用于大规模生产,费用较低,所得淡水的盐量基本可控。

1.7露点蒸发法

露点蒸发法是一项新型的海水淡化技术。它采用载气增湿和去湿的原理,并利用凝结去湿的热量,传热效率受气水混合物侧的传热影响。露点蒸发法以大气为主要载体,用海水对其增湿和去湿来生成淡水,并利用热传导原理使去湿过程和增湿过程耦合,将冷凝潜热送入蒸发室,为蒸发盐水提供汽化潜热,以提高其热效能。

2、影响海水淡化成本的因素

海水淡化成本与居民日常生活成本关联较大,只有接近日常用水价格,人们才会普遍接受。海水淡化成本主要由项目建设成本和运行管理费用组成,受多种因素影响,如工艺类型和拟建规模等。海水淡化成本主要涉及设备、材料和能源消耗,其中能源消耗占比较大。受应用技术影响,不同海水淡化项目采用的设备具有较大差异。当前,国内海水淡化行业发展强劲,海水淡化设备已实现国产化,较少进口。但海水存在一定的腐蚀性,海水淡化设备的关键零部件必须耐腐蚀,我国依然需要进口部分特殊零部件,其资金投入较大。此外,薄膜材质也是影响材料成本的重要因素,反渗透膜价格高昂,使用过程中易污染和损坏,一般3―5年需要更新一次。

海水淡化资金投入普遍较大,制约其大范围推广。历经半个多世纪的探索,反渗透法的诞生才极大地降低了海水淡化成本。通常,选用的海水淡化技术会直接影响海水淡化成本。例如,蒸馏法一般应用于压力较低的环境,可以有效减少热量需求,但这种方法对装置材料的耐腐蚀能力要求很高,要想降低能源成本,必须切实提高造水比,优化系统设计。

3、结语

当前,我国淡水资源分布不均,可用水资源较少。近年来,我国开始推行阶梯水价,同时持续提升海水淡化技术研发强度。海水淡化技术日臻成熟,随着海水淡化规模的持续扩大,其应用成本逐渐降低,未来,海水淡化行业将获得稳定快速的发展。

摘自《中国资源综合利用》2022年6期

【来源:河北省自然资源厅_科技发展】

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