海水淡化技术的应用研究

摘要：本文笔者结合个人在海水淡化技术上的研究经验与相关参考文献，就海水淡化技术的工作原理与工艺流程加以总结，并结合能源海水淡化技术对海水淡化技术的发展进行阐述，以供广大同行参考借鉴。

关键词：海水淡化技术；可再生能源

1.海水淡化技术

1.1多效蒸馏法

早期的多效蒸馏法因为热表面容易产生水垢问题而受到制约，直至20世纪60年代初期，低温多效蒸馏技术的出现，有效的缓解了热表面结垢问题，特别是其系统之中所采用的水平管降蒸发器更是成为了业绩标准。

按照进料海水以及蒸汽流动方向的异同，可以将多效蒸馏法的工艺流程分为逆流、顺流、平流三种，其中平流式结构是在海水淡化工业上应用最为广泛的一种多效蒸馏法系统。

具体的工艺流程如下：当海水进入到冷凝器内预热之后会被分为两股，其中一股作为冷却海水会被排放回海水之中以此排除系统内部的过多热量；另外一股则作为进料海水被分配到各效蒸发容器之中，在每一效的蒸发容器之中通过喷嘴，进料海水会被喷洒到水平布置的换热管之上。在第一效内水平管上的液膜通过吸收管内加热蒸汽冷凝之后所释放出来的潜在能力而蒸发，由此而产生的二次蒸汽会进入到第二效水平管内驱动管外液膜蒸发。由外部蒸汽发生器提供第一效的加热蒸汽，加热之后的蒸汽会在管内冷凝形成冷凝水之后在返回到外部蒸汽发生器之中，之后的每一效内水平管外液膜的蒸发都是由上一效的二次蒸汽驱动予以提供的，此时的二次蒸汽在管内凝结成为淡水并被收集到淡水罐之中。

1.2多级闪蒸法

20世纪50年代多级闪蒸法被提出，并因其具有结垢倾向小的优势，被广泛应用到工业海水淡化技术之中。通常情况下可以将多级闪蒸法系统分为直流式、海水循环式两种类型，其中海水循环式多级闪蒸法可以说是当前业界的标准。

具体的工艺流程如下：海水被引入到排热段冷凝管之中，吸收了蒸汽冷凝所释放的潜在热量之后，海水被预热到一个较高的温度并将其分为两个部分，其中一部分冷却海水直接被排放回海水之中以此排除系统之中的过多热量。另外一部分作为进料海水在经过脱气、化学预处理以后，与排热端的最后一级闪蒸室内海水进行混合，随后从排热段的最后一级中抽出循环海水，在被引入到热回收段的最后一级冷凝管之中。当循环海水沿着冷凝管流动时，就会吸收管外闪蒸蒸汽冷凝时所释放出来的所有潜在热量，从而不断的提高温度，加热蒸汽则会在管外壁被冷凝成为冷凝水。此后的热海水会依次进入到热回收断与排热段的各级闪蒸室内，由于进入到各级闪蒸室内的热海水，其压力高于对应的闪蒸室压力，所以海水会被急剧蒸发产生蒸汽，并通过除雾器去除其中夹带的海水液滴，最后运用淡水托盘收集淡水。

1.3反渗透法

反渗透法因其能耗较低，成为了现如今最成功的一种海水淡化技术，其基本原理就在于通过压力驱动对自然渗透现象进行克服。

具体的工艺流程如下：经过预处理的海水在高压泵作用下，水会通过半透膜迁移至淡水侧，而盐和其他成分则会被遗留在海水侧。这是因为水分子通过亲水性半透膜的扩散能力要远远强于盐分和其他成分，这也是半透膜半透性的本质所在。

在实际应用过程中由于反渗透系统的能量损耗，主要源自于海水压力的排放，所以在反渗透系统的使用过程中，往往会为其配备相应的能量回收装置以回收排放的浓盐水中的机械压缩能，从而提高系統的能量使用效率。

2.海水淡化技术的应用发展

随着近些年来淡水资源的进一步短缺，传统化石能源成本的不断上升，以再生能源为驱动力的海水淡化技术早已受到了人们的高度重视。尤其是在比较偏远的地区无论是水，还是电的供应都极为短缺，更需要加快对可再生能源，这种友好型清洁能源的充分利用。目前在海水淡化技术上，太阳能、风能、地热能都是最为常见的可再生能源。

2.1基于太阳能的海水淡化技术

对于偏远地区淡水产品大约在10m3/d的小型海水淡化装置是最适合使用太阳能海水淡化技术的。可以将太阳能淡水技术分为直接法和间接法两种。其中直接法主要指的是太阳能蒸馏，即利用太阳能直接对海水进行加热，产生蒸汽，并在冷凝之后收集得到淡水。根据不同的加热原理，又可以将太阳能蒸馏分为被动式太阳能蒸馏与主动式太阳能蒸馏两种。被动太阳能蒸馏不需要依靠辅助设备，主动式太阳能蒸馏则需要额外增加辅助设备。间接法是指太阳能在收集与脱盐过程是相互分开的，其中太阳能可通过太阳能集热器转换为热能，也可以通过光伏发电转换为电能，从而用于驱动脱盐过程。

2.2基于风能的海水淡化技术

所谓的风能海水淡化技术主要是利用风力发电机，将风动能转换成为电能，在消耗电能的过程中驱动海水淡化。风能海水淡化技术主要有两种实施方式，一种为风力发电机和海水淡化系统与电网系统进行连接；另外一种则是风力发电机与海水淡化系统相连接，充分利用所产生的电能、转子叶片在转动过程中的轴功。需要注意的是使用该种方法海水淡化系统性能会受到风力发电机发电功率不恒定的影响。

2.3基于地热能的海水淡化技术

所谓的地热能主要是由地球内部的放射性元素发生衰变而产生的热能。根据不同的温度可以将地热能分为低温地热、中温地热与高温地热。地热能和海水淡化系统的结合，主要分为三种方式：直接利用中高温地热以蒸汽的方式驱动热蒸馏法；利用高温地热发电驱动反渗透法和电渗析法等海水淡化系统；利用高压地热驱动反渗透法和压气蒸馏法等需要机械能驱动的海水淡化系统。此外，随着膜技术的发展，已开发出可以承受温度高达60℃的商业反渗透法膜，可直接应用于地热苦咸水淡化，且有助于反渗透法中淡水产量的增加。地热能海水淡化的主要优势在于系统中不需要蓄热。

结束语：

可以说新能源、新材料在海水淡化技术的发展过程中所起到的推动性作用早已不言而喻。尤其是新技术的出现使得海水淡化的应用场合变得更加的丰富多样。所以，在面对全球性淡水资源危机上，还应该做好海水淡化技术的研发工作，以便获得可持续性的淡水取用。

参考文献：

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