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海水淡化技术研究新进展和发展趋势分析

2020-03-20 16:56:00 https://www.chinajsq.cn/ 浏览数: 手机访问 中华净水器网

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当前,水资源短缺是各国均需要解决的问题,而通过海水淡化能够有效缓解水资源不足问题。本文对海水淡化技术进行简单介绍,对传统技术优点与缺点进行简单阐述,并简单分析海水淡化技术研究现状与发展,最后,简单介绍核能、风能以及太阳能等新型淡化技术。

中华净水器网】摘要:当前,水资源短缺是各国均需要解决的问题,而通过海水淡化能够有效缓解水资源不足问题。本文对海水淡化技术进行简单介绍,对传统技术优点与缺点进行简单阐述,并简单分析海水淡化技术研究现状与发展,最后,简单介绍核能、风能以及太阳能等新型淡化技术。希望能够为相关人员提供参考,促进我国海水淡化工艺发展,以提高人们用水质量。

净水器行业发展

(图片来源:互联网,侵删)

关键词:海水淡化技术;研究进展;发展趋势

前言:水资源对人类生存有着重要作用,虽然水资源将大部分地球表面覆盖,然而96.5%属于海水,无法直接使用,而仅有0.26%的地下水、湖水与河水等淡水资源可以被人们直接利用。在社会快速发展过程中,人们在水资源需求量方面日益增加,而基于无节制浪费、水生态污染以及超限度开采等影响,导致世界水资源出现短缺问题,对经济发展产生一定影响。因此,世界各国正在积极开展海水淡化研究,对此需要加大相关工作研究力度。

1、海水淡化技术现状

1.1反渗透工艺

RO工艺属于一种膜分离工艺,基于能量回收效率不断提升与膜组件持续改进,促使反渗透技术得到快速发展。该技术,具有造水成本低、工程量小、能耗小、常温操作、操作简单以及占地少等特点。然而该工艺在进料海水水质方面有着较高要求,因此预处理成本会有所增加。可以通过气浮或是超滤结合混凝和沉淀的方式,开展海水预处理工作,可以保证污染密度、水浊度以及化学需氧量等方面均满足进水要求[1]。

1.2多级闪蒸技术

MSF主要通过将海加热至规定温度,之后借助闪蒸器快速实现气化,并通过蒸汽冷凝获得淡水。在热法中,MSF的应用非常广泛,具有维护量小与机容量大的特点。另外,其缺点也非常突出,比如能耗高、设备成本高、操作弹性小以及操作温度高等。

1.3MED技术

对于该技术,主要在低于70℃的温度条件中,通过蒸馏二次蒸汽加热蒸发下一效海水,进而获得纯净水。MED操作温度较低,能够降低设备结垢与腐蚀问题,借助廉价传热材料、工业废热等即可实现海水淡化,其具有操作弹性大、热效率高以及动力消耗小等优点。然而,由于地温余热缺少稳定性,效率低等特点,导致装置运行成本远远超出设计成本并且设备体积大,费用较高。

2、研究现状和发展

当前,在海水淡化工艺研究方面持续发展,在热法海水淡化工艺方面,低压蒸汽方法借助引射器使蒸发器达到真空状态,促使海水基于比常压沸点低的条件下实现蒸发。低压蒸汽系统主要受到给水口半径、给水温度以及流速等方面影响。高春林等人通过对淡化装置液汽引射器展开实验研究与数值模拟,借助实验研究与数值计算手段,深入研究引射器参数与工作特性,并得出系数与工作流体和引射流体之间的关系[2]。

3、新兴海水淡化技术

3.1新能源淡化技术

(1)核能。以反应堆所转化的电能或是热能为驱动能量,开展海水淡化工作。通过实践表明,核能淡化技术已经非常成熟,在各个国家中有着广泛利用。然而应用核能过程中,需要对核废料安全性与放射性进行充分考虑,需要保证核能具有良好可靠性,以保证淡水与周边环境不会受到放射破坏[3]。

(2)太阳能。太阳能淡化工艺主要为两种

①对太阳能进行热能转化,促使海水出现蒸发现象,就是太阳能光热淡化技术。

②对太阳能进行电能转化,实现海水淡化,就是太阳能发电淡化技术。

在当前发展中,仍然以太阳能的光热转换蒸馏工艺为主,其中,规模小、成本高、效率低与稳定性差等对太阳能技术应用产生较大影响,并且各个地区基于自身气象条件与地质位置等也会影响该技术使用,而通过太阳能开展海水淡化的优势也各不相同。要想有效促进太阳能利用效率,应该积极促进观点转化与集热等方面效率,另外,对海水淡化工艺不断加以优化,使太阳能实用性与经济性得到有效提升。

(3)风能。此种淡化技术具有两种形式。①借助风力涡轮旋转作用,使风能可以实现机械能转换,直接使海水淡化设备运行。②借助风力发电机促使风能实现电能转化,之后为海水淡化设备提供动力。风力能够满足电渗析以及用能设备运行需求,然而风能缺少稳定性,而RO有着良好操作性与适应性,能够和风能实现互补。借助风能开展海水淡化工作还有一定不足,比如稳定性差与间歇性强等缺点非常明显,对风能与传统技术进行有机结合,是当前风能淡化工艺发展的重要途径。

3.2集成淡化工艺

(1)电渗析与RO集成。预脱盐工段通过电渗析来实现,以控制海水含盐量,之后借助反渗透膜实现海水淡化目标。此集成技术使得海水在金属管方面的腐蚀危害得到有效控制,并且是反渗透压力得到充分降低,实现节约能耗目标[4]。

(2)膜蒸馏。此种技术通过蒸馏手段实现膜分离,需要借助热源不断海水,通过蒸发水蒸气产生蒸汽分压。并且基于膜两侧蒸汽分压差,形成驱动力,保证水蒸气能够持续穿过疏水膜,在水分子完成气化之后,穿过膜并展开冷凝处理,进而达到水盐分离目的。该工艺融合了膜法与热工艺的优点,具有预处理要求较低、结构紧凑、简单、操作条件良好以及分离效率较高等特点。然而,其还处于研发阶段,并未满足工业化要求,需要提高热效率以及膜通量,促进膜蒸馏工艺发展。

(2)MSF和RO集成。RO具有水质较差与产水效率高等特点,而FSM具有效率低、结垢问题明显以及产水水质好等特点,两者通过优势互补,能够有效减少产水成本,促进海水淡化效率。当前两种工艺已经实现商业化发展。

3.3MVR改进技术

MVR技术要借助压缩机对低品位蒸汽进行压缩,促使压力与温度快速升高,达到潜热持续循环目的。此种工艺在西方国家得到广泛应用,而在我国研究时间较短。其主要具有工程量小、操作简单以及节能环保等特点,在海水淡化方面需要选用低压缩比、高性能压缩机,并且保证换热管具有良好耐腐蚀性,并且蒸发温度适当。

对此,青岛科技大学化工学院,在进行多年研究之后,构建MVR蒸发过程计算模型,使得MVR模拟局限性与物性数据不足等问题得到有效解决,同时,提出设计整套MVR工艺装置。主要针对以下方面进行改进:

①对管路与设备材质进行科学设计。

②合理选择压缩机,以满足MVR过程要求,是操作稳定性得到有效提升。

③引进高效换热设施,使换热条件得到充分强化。

④对换热设备压力、温度等操作条件进行合理设计。

⑤对MVR凝气排放效果差问题进行充分改进,使传热效果得到有效强化。基于该工艺自动化程度良好、流程简单以及工程量小等特点,使得在石油平台、海岛、舰船等方面具有重大应用意义,并且有着良好的发展空间。

结语:综上所述,在环境问题与能源问题持续加剧影响下,促使海水淡化工艺研究以及利用工作得到进一步发展。蒸馏法的经济性与能耗已经成为重点研究方向,同时对核能、太阳能、电厂余热以及风能等方面进行积极研究,获得更多研究成果,促进海水淡化工艺发展。膜法工艺在近年发展较为迅速,新膜材料研究以及应用,同时解决配套问题,已经成为膜法重点研究趋势。

(文章来源:国际水展中心-公众号,侵删)

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