海水和苦咸水淡化_林斯清

①海水和苦咸水淡化林斯清(国家海洋局杭州水处理技术研究开发中心,浙江杭州310012)中图分类号:P747文献标识码:A文章编号:1000-3770(2001)01-0057-06现有苦咸水和海水淡化方法有许多种,主要是蒸馏法、电渗析法和反渗透法。目前苦咸水淡化大多采用反渗透法和电渗析法,主要是反渗透法。在海水淡化方面,主要是蒸馏法和反渗透法。虽然现有淡化容量的70%是蒸馏法,主要是多级闪蒸,然而这种局面正在变化,反渗透法以其低投资费和低能耗,大有后来居上的趋势。近年来,无论是苦咸水淡化还是海水淡化,其市场占有率,反渗透占有绝对的份额。近几年来,淡化市场一个明显特点是工程的私有化,合同采取开发商承包到底的模式,供需双方关系简化为卖水与买水。这种模式可以减少投资费用,降低运行管理费用,经济效益非常明显,从而大大降低淡化水的生产成本。随着淡化水生产成本的大幅度下降,世界各地正在兴建或计划兴建许多大型海水淡化工厂,一个海水淡化的新时代已经来临。1主要淡化方法的原理及其特点1.1蒸馏法无论哪种蒸馏法,都是把苦咸水或海水加热使之沸腾蒸发,再把蒸汽冷凝成淡水的过程。当然若有现成热的苦咸水或海水(温度70℃左右)可利用,则更为经济。蒸馏法是最早采用的淡化法,其优点是结构较简单,操作容易,所得淡水水质好等。蒸馏法有许多种,如多效蒸发、多级闪蒸、压汽蒸馏、膜蒸馏等等。以下分别介绍这几种蒸馏方法:1.1.1多效蒸发这是一种较早应用的海水淡化法,由于结垢和腐蚀等问题,后被多级闪蒸法所取代。几十年来,虽然在结构、材料、工艺等方面作了许多研究和改进,但至今市场的占有率仍然较低。许多专家和学者认为,多效蒸发法在传统效率、泵的能耗等优于多级闪蒸法,因此它仍然有较好的发展前景。如美国南加州MWD的淡化工程设想,工程规模28万m3/d,塔式结构,外壳为混凝土,30效,预计淡化成本0.49美元/m3。自1992年开始建造小型规模实验装置以来,传热等实验结果较好,但整个工程进展缓慢,能否达到预期的目标,还很难说,也可能中途夭折。图1多效蒸发原理多效蒸发是由若干个单元蒸发器(效)串联起来,除第一效的加热蒸汽来自锅炉外,以后各效的加热蒸汽均来自前一效产生的二次蒸汽。效数越多,造水比(每公斤原始加热蒸汽所制得蒸馏水量)越高,能耗越低。效数越多,投资费越高。因此要根据当地能源价格等因素,对造水比进行优化设计。目前造水比一般都在10以下。第27卷第1期2001年2月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.27No.1Feb.,2001①收稿日期:2000-11-28DOI:10.16796/j.cnki.1000-3770.2001.01.019多效蒸发按结构上可分为垂直管降膜蒸发器、水平管降膜蒸发器、塔式多效蒸发等。按运行温度可分为高温多效(～112℃)和低温多效(～70℃)。1.1.2多级闪蒸这是一种在50年代新发展起来的海水淡化法,由于它的安全可靠,因此发展迅速,中东许多产油国所建的海水淡化工厂,大都采用多级闪蒸法,并且与发电厂结合。如阿联酋建造了世界上最大的多级闪蒸海水淡化厂,就是与发电厂联合生产。产水量32.4万m3/d,单机产水量45400～57000m3/d,淡化部分的投资费5.44亿美元(不包括组装和现场安装费)。图2多级闪蒸原理闪蒸原理。当热海水通过节流孔进入一个蒸发室(室内无不凝性气体)时,由于热海水的饱和蒸汽压大于蒸发室的压力,热海水立即沸腾蒸发,同时温度下降,直到海水温度与其饱和蒸汽温度基本平衡,这个过程叫闪蒸。每个闪蒸室(级)包括有节流孔、汽水分离器、冷凝器、淡水集盘等。把多个闪蒸室串联起来,就是多级闪蒸器,级间差(2～3℃)。由于级间温差相应产生饱和蒸汽压差,热海水每进入下一级时,就闪蒸一次。多级闪蒸由热回收段和排热段组成,热回收段一般在20级以上,排热段为3级。多级闪蒸的造水比与多效蒸发大体相仿,一般在8左右。多级闪蒸的冷凝器从结构上可分为短管式和长管贯流式、短管式的级间冷凝器靠弯头连接,而长管贯流式则无需弯头连接。随着单机容量的增加,长管式已失去其意义,至今未得到实际应用。1.1.3压汽蒸馏利用机械压缩机把蒸汽压缩,使之升压和升温(温度升高10℃左右),并作为加热和使海水蒸发的热源,因此压汽蒸馏在运行之后不需外部提供加热蒸汽,靠机械能转化为热能,这过程效率高,比能耗较低,而且过程不需要冷却水,结构紧凑,但压汽机造价较高,容易腐蚀、结垢,难于进一步大型化。压汽蒸馏法虽常用于中小型海水淡化,但市场占有率越来越低。图3压汽蒸馏原理1.1.4膜蒸馏热海水接触憎水微孔膜,由于膜另一侧温度较低,相应的饱和蒸汽压亦低,膜面上的海水蒸发并透过膜的微孔到低压侧并在冷凝面(器)凝结为淡水。此法所得淡水纯度较高。膜的作用只起到汽水分离