科技情报_海水淡化专栏

海水淡化技术: 蒸馏法和薄膜法

海水淡化作为一种技术，已历经数十年的研究，现在它已经完全成熟，能耗指标也大幅地降低了。目前已经实现商业化应用的淡化技术主要可分为蒸馏法和薄膜法两大类。蒸馏法又可细分为多级闪化法（MSF）、多级蒸馏法（MED）和蒸汽压缩法（VC）。薄膜法主要有电透析法（ED）和逆渗透法（RO）两种方法。其他的淡化技术则有冷冻法（Freezing）及太阳能蒸发法（Solar Still）等。
        在各种淡化技术中，以MSF法的单位产量最大，每单位机组的设计最高产量可达每日57600立方米。RO法及VC法的单位机组产量可达每日10000立方米。目前，全世界运行中最大的淡化厂产量为每日470000立方米，它有20台MSF机组，单机产量为每日23500立方米。
    目前，全世界范围内仍以MSF法生产的淡水量较多，但RO法的占有比例有逐年增加的趋势，这是因为用于RO法的逆渗膜的制作技术不断改进，渗透膜的产量增加，能源消耗减小，使得RO法越来越受到市场的重视。
    虽然海水淡化技术已经完全成熟，但由于海水淡化的成本比其他淡水资源的成本仍偏高，所以到现在为止，这种技术还没有在我国发展到商业化应用的阶段。目前在国内，不考虑初期的基建投资，淡化海水的成本为4.5～8.0元／吨。随着我国经济建设的不断发展和市政供水价格的放开，利用海水淡化技术制取淡水必将大有市场。

多级闪化法（M SF）

    多级闪化法是利用蒸馏的原理，将溶液中的水分转变成蒸汽而与溶解于溶液中的盐分分离；闪化是以减压的方式降低沸点，产生水蒸气，水蒸气经冷凝后即可制得淡水。这种方法不会使含盐水真正沸腾（仅仅是表面沸腾），可以大幅度地改善积垢的问题。
    多级闪化法的制作程序主要分成两个系统：一个是加热区域，一般多采用蒸气做热源，蒸气冷凝后回到锅炉。另一个为闪化区域，为一个多级的闪化与热回收区，级数随着不同的设计要求而定。该方法产量大，使用广泛，技术成熟，已于1950年具有商业化规模。

逆渗透法（RO）

逆渗透法自70年代发展出第一座海水淡化厂以来，一直是具有竞争力的海水淡化技术之一。原海水通过R O膜之前必须先经预处理，其目的是除去可能阻塞薄膜的物质或破坏其构造的成分，如氧化剂等。处理的方法包括凝集沉降、过滤及添加抑制结构的药剂等。经过预处理后，海水由高压泵送至薄膜分离室，借助于半透膜可除去90％～99％的盐类、95％～99％的有机物及将近100％的胶体如细菌、硅胶等。薄膜的组成通常包括两个部分，一部分为海绵状的多孔物质，可让盐类及水通过并支持半透膜；另一部分为厚度仅为数千分之一英寸的半透膜，只能允许水通过。一般商业应用的渗透膜材质可分为醋酸纤维及聚氨脂两类。聚氨脂类的材质通常拥有较长的使用寿命。
    逆渗透法耗费的电能较大，但与多级闪化法相比有以下优点：1．只耗费电能，不需要蒸气；2．设备系统模组化，安装容易；3．淡化厂的兴建周期较短，厂房占地面积小。

电透析法（ED）
    电透析法的原理是将很多的阴／阳离子薄膜交错地串联在一起，电解质溶液则在膜间流动，两侧施加直流电的电压之后，阳离子向阴极移动而阴离子向阳极移动。其中阴离子可顺利通过阴离薄膜，但再往前移动时却被邻近的阳离子膜挡住。同样，阳离子也可以顺利地通过阳离子膜而无法通过阴离子膜。最终将分离得到低电解质浓度的溶液（淡水）以及高电解质浓度的溶液（卤水）。电透析法所耗用的能源与溶液中盐类含量成正比，实际的脱盐率介于75％～99％之间。
    此方法较少被应用在海水淡化方面，因海水所含的TDS 较高，耗电能较逆渗透法高，经济效益较差，因此此方法多用于淡化碱水。
    电透析法的商业化应用始于60年代，比逆透法早10年，其中往复式电透析法可以大幅度地改善积垢的问题，已成为电透析法的主流。在80年代因使用脂肪质阴离子薄膜的缘故，使得往复式电透析法较以前有了较大的改善。
    多效蒸馏法（MED）
    多效蒸馏法是海水淡化技术中较早发展成功的方法之一，其原理是利用高温蒸汽与海水的温差进行热交换后，将蒸发出的水蒸汽冷凝并收集而成。但由于海水沸腾而造成管线容易积垢及其他因素，使得多效蒸馏法在应用上不如多极闪化法占有率那么大。
    根据工艺流程来区分，多效蒸馏法主要有以下两种设备型式：
    １．沉管式蒸发器；
    ２．管壳式蒸发器，又可分为垂直管蒸发器和水平管蒸发器。

摘自《中国水利报》