海水淡化技术现状及各种淡化方法评述_解利昕

海水淡化技术现状及各种淡化方法评述解利昕李凭力王世昌(天津大学化工学院,天津300072)摘要介绍了海水淡化的各种方法及其原理,对海水淡化技术的研究现状进行了总结,对海水淡化各种方法的能耗、优缺点、适用范围及其发展方向进行了分析讨论,并对海水淡化技术的应用状况进行了分析对比。关键词水资源,海水,苦咸水,淡化中图分类号P747文献标识码A文章编号1000-6613(2003)10-1081-04水是生命的源泉,是社会经济发展的动脉。虽然地球上70%的面积被水覆盖着,但人们赖于生存的淡水只占总水量的2.5%～3%。随着世界环境的变化,人口的增加、生活水平的提高以及工业的快速发展,当今整个世界都面临严重的淡水资源短缺的局面。中国工程院2000年7月提出的“21世纪中国可持续发展水资源战略研究”报告指出,到2010年中国缺水量将达到1000亿立方米,至2030年,缺水量仍将高于这一数值[1]。缺水最严重的当属沿海工业城市,人均水资源量大部分低于500m3,属于严重缺水地区。缺水问题已经成为城市经济增长与发展的控制因素,对个别城市甚至是持续生存的关键[2,3]。鉴于人类的70%居住在距大海不到120公里的地方,故将浩瀚的大海作为获取淡水的来源,淡化海水作为现有水源的有利补充措施,在一定条件下可满足人们生活用水需求。1海水淡化技术海水淡化技术的研究起始于20世纪50年代中期,到现在,海水淡化已发展成为一种可靠的工业技术。1960年,全球海水淡化的总装机容量仅为0.058×106m3/d;1970年,全球海水淡化的总装机容量达到1.15×106m3/d[4];目前,全世界单机日产量在100t以上的淡化装置其总的生产能力超过了30×106m3/d[5]。按分离过程分类,海水淡化方法主要有蒸馏法、膜法、结晶法、溶剂萃取法和离子交换法等。其中蒸馏法又有多级闪蒸(MSF)、多效蒸发(ME)和压汽蒸馏(VC)之分,膜法海水淡化技术则包含了反渗透法(RO)和电渗析法(ED),结晶法则由冷冻法和水合物法构成。虽然淡化方法有许多种,但多年的实践表明真正实用的海水淡化方法只有MSF、ME、VC和RO等几种方法[6]。蒸馏法是最早采用的海水淡化技术,是海水淡化最主要的方法。蒸馏法海水淡化是将海水加热蒸发,再使蒸汽冷凝得到淡水的过程。蒸馏法具有其他淡化方法不可比拟的特点:设备简单可靠;受原水浓度限制较小,即当料液浓度变化时,蒸发过程的条件改变不大,能耗变化较小,故蒸馏法更加适合于海水及高浓度苦咸水淡化;海水蒸发所得的水就是蒸馏水,水质较高;直接利用热能,避免了能量转换过程的损耗,可利用低压蒸汽、废可燃气体、熔炉废热、温泉热等廉价热能,较为经济。(1)多级闪蒸(MSF)经过加热的海水,依次在多个压力逐级降低的闪蒸室进行蒸发,蒸发的蒸汽用于加热循环的海水并冷凝成淡水的过程。MSF通常与火力发电站联合建设与运行,以汽轮机低压抽汽作为热源,MSF在海湾国家采用较多。由于MSF加热过程与蒸发过程分开进行,所以海水结垢倾向小。MSF技术最为成熟,整体性好,运行安全性高,适合于大型和超大型淡化装置,就淡化水量而言,目前MSF在全球仍属第一。MSF的研究目前正朝着进一步扩大单机容量,系统操作最佳化,开发对环境影响小、用量小的新型阻垢剂,研究新型传热材料的方向发展。(2)多效蒸发(ME)加热后的海水经多个蒸发器串联运行,前一效蒸发的二次蒸汽作为下一效的加热蒸汽,并冷凝成为淡水的过程。ME也主要与火电厂联运,但规模一般在日产1万吨以下。这又包括两种类型,一类是各效分列式,20世纪70、收稿日期2003-07-07;修改稿日期2003-08-14。第一作者简介解利昕(1964—),男,博士,教授级高工,现在国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所工作。联系人李凭力,电话022-27401694,E-maillpltd@263.net。·1081·2003年第22卷第10期化工进展CHEMICALINDUSTRYANDENGINEERINGPROGRESSDOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2003.10.01280年代较盛行,称为竖管蒸发(VTE),操作温度一般较高,顶温100～120℃,欧洲和亚洲一些火电厂都有使用;另一类是低温多效蒸馏(LT-MED),顶温65～70℃。后者较前者更具竞争力,是蒸馏法中最节能的方法之一[7]。目前多效蒸发的研究多集中于提高其传热效果,制作材料,系统优化等方面。(3)压汽蒸馏(VC)将蒸发出的蒸汽适当加压,提高其温度后,再用作蒸发器的加热蒸汽并冷凝成淡水的过程。VC用电或蒸汽驱动,也属于节能的淡化方法之一。但规模一般不大,多为日产百吨级、千吨级。膜法海水淡化技术是指用天然或人工合成的高分子薄膜,以外界能量或化学位差为推动力将海水