太阳能蒸馏海水淡化技术回顾
太阳能蒸馏海水淡化技术回顾
摘要：回顾了太阳能蒸馏海水淡化技术的发展历程。针对最古老的盘式蒸馏器产水量较低的问题，各国学者不断改进设计，提出了许多效率较高的太阳能蒸馏器。本文对各种装置的工作过程以及产水能力进行了简单的介绍，分析总结了包括太阳辐照、海水温度、海水与凝结面温差、海水热容量、环境温度和风速等影响产水量的各种因素，得出结论认为应采用反射镜等措施改变太阳辐照的方向以增强装置换热面布置的灵活性，多次利用蒸汽凝结潜热，减小海水热容量以提高太阳能蒸馏器的产水能力和热利用效率。
关键字：太阳能蒸馏；海水淡化；产水量；影响因素
1. 引言
随着世界人口的增长以及工农业发展速度的加快，人类对于淡水的需求越来越大，然而可供人类直接使用的淡水量却很小，并且分布极不均衡，98.8%的淡水被冻结在地球的南北两极和高寒地带的冰川之中，存在于河流、湖泊和地下水等可直接利用的淡水已不足地球上淡水总量的0.36%，而与此相对的海水储量却占据着地球上总水量的97%以上（1）。因此，发展海水淡化技术已成为解决淡水问题的主要选择。目前已经成熟应用的海水淡化技术主要有多级闪蒸法（MSF），多效蒸馏法（MED）以及反渗透法（RO）等。这三种技术装机容量大，产水量高，适用于大型或超大型化海水淡化基地。然而，对于偏远地区，人烟稀少，动力缺乏，没有能力也没有必要发展大型海水淡化基地。凑巧的是，在这些偏远缺水地区，往往太阳能资源相当丰富，非常适宜于发展小型化分布式海水淡化技术。因此，结构简单、成本低廉的太阳能蒸馏器应运而生。太阳能蒸馏海水淡化技术一直备受关注，广大学者对其进行了大量的研究，致力于提高装置的产水量和热利用效率，发展各种蒸馏装置的传热传质理论分析模型为优化设计提供理论基础。
2. 蒸馏装置的发展历程
自19世纪70年代，世界上第一台太阳能蒸馏器出现之后，这种形式简单的海水淡化装置一直备受关注。如图1（a）所示，装置上部的太阳辐射，大部分透过玻璃盖板被底面深色涂料吸收转化为热，用于加热储存在盆底的薄海水层，使其温度升高并部分海水蒸发，水蒸气与空气混合形成饱和湿空气上升，湿空气中的水蒸汽在玻璃顶盖上凝结成淡水后滑落至玻璃盖低端的淡水收集槽中，完成海水淡化过程。这种蒸馏器结构简单，制作、运行和维护都比较方便，产水量相
对较低。根据Tayeb（2）的实验结果，蒸发面积0.24m2、冷凝面积0.267m2，典型的天气条件下（图1（a）所示装置）日产水量313ml，日平均效率21.8%。在同一篇文章中（2），他还公布了另外几种蒸发面积相同玻璃顶盖形状不同的蒸馏器的运行情况，有半球形图1（b），双层半球形图1（c）以及弓球形图1（d）的，其日产水量分别为258ml、286ml、206ml（2）。基于这种最简单的盘式蒸馏器，各国学者为了提高日产水量以及日平均效率，对装置进行了不断的改进。
(a) (b) (c) (d)
图1 不同顶盖的盘式蒸馏器（2）
2.1 增加太阳辐照吸收面积或改变辐照方向
太阳能蒸馏器的驱动力来自太阳的辐射，增加采光面积可以在相同的时间内接受更多的辐射，然而也不可避免的增加了装置的容量，文献（3）（如图2）在不改变装置容量的同时，依靠安装内部反射镜以及外部竖直平面反射镜来增加盆底受热面单位面积的辐照量，在相同的时间内提供更多的热量。内部反射镜在一年四季都能提高装置的产水量，尤其在冬季太阳高度角很低时，改进以后的装置产水量可提高70%-100%；外部竖直反射镜在春秋两季能较高的提高淡水产量，但其安装角度若能随月份的改变而改变，则在一年四季中对于产水量的提高都有显著的效果（4）。
文献（5）提出采用热管集热器结合一定数量垂直平行板的太阳能蒸馏装置，并对其进行了理论分析计算，理论日产水量在日照辐射为22.4MJ/m2时高达21.8kg/m2。几年后，Hiroshi Tanaka将理论付诸实验，在文献（6）中公布了实验结果，作者将采光面完全由平面反射镜来承担，通过平面反射镜改变太阳的辐照方向，将传统的水平受热面改为竖直受热面，通过巧妙的设计实现多效蒸馏，无论产水量还是热效率都大大的提高。每一面竖壁都同时充当冷凝面和蒸发面，由平面反射镜反射的太阳辐照落在第一面竖壁上，竖壁另一侧上的海水膜吸收热量发生蒸发，产生的蒸汽在第二面竖壁上凝结成淡水，淡水在重力作用下滑落至底部的淡水收集槽中，而蒸汽在凝结过程释放的潜热却被竖壁另一侧的海水膜吸收，促使其蒸发，如此依次将能量传递至最后一面竖壁，实现能量的多效利用。每一面竖壁充当能量利用的一效。在水平面太阳日辐照量13.4MJ/m2，玻璃日辐照量20.2MJ/m2，每效间隔5mm时，日产水量最高可达13.4kg/m2。
2.2 在流动中加热海水
正如我们所知，太阳辐射相当稀薄，仅仅靠增加采光面积来提高产水量并不是最佳选择。在热法海水淡化过程中，我们靠促使海水蒸发来达到盐水分离的目的，换句话说，我们希望消耗少量热量的同时产生最多的蒸汽，从而能收集最多的淡水。因此，学者们通过减小海水热容量来促进海水蒸发而不是将吸收的热量储藏在海水的显热当中。
B.Janarthanan （7）等设计了如图5所示的倾斜式带芯海水流动型太阳能蒸馏器（floating cum titled-wick type solar still ），海水在吸液芯的毛细作用下缓慢流
图2 带外部反射镜的蒸馏器（3） 图4 带反射镜的多效蒸馏器（6） 图3 结合热管的多效蒸馏器（5）
经倾斜面，由于吸液芯的存在，海水在倾斜面上保持为较薄的液膜，由于液膜具有更小的热容量，所以更加容易蒸发，另外由于在玻璃顶盖上也有冷海水流动，
降低了玻璃温度，增强了蒸汽凝结效果，淡水产量有所提高。
Farshad Farshchi Tabrizi （8）等设计了如图6所示级联太阳能蒸馏器（cascade solar still ），给水进入蒸馏器后依次沿着阶梯往下流，每一级阶梯水平和竖直壁上涂有吸收性材料吸收太阳辐照，当海水流经阶梯时吸收热量，温度升高，并部分蒸发。这种设计增加了日照辐射的吸收面积，在每级阶梯上总是一层相对较薄的海水，减小了海水的热容量，促进了海水的蒸发。由于海水处于流动状态，也减少了结垢的可能性。
图5 倾斜式带芯海水流动型蒸馏器（7）
图6 级联蒸馏器（8）
基于减小海水热容量，促进海水蒸发的思想，文献（9）提出改进给水方式，反复利用蒸汽潜热，并通过建立理论模型进行计算，结果显示有较高的产水量。
2.3 实现热回收
从上述装置我们可以发现一个共同的特点，所有海水只流经蒸馏器一次，这样带来的后果是那部分未被蒸发的咸水流出装置时同时把热量也带走了，造成了大量的浪费。因此，许多学者引进循环回路以提高热量利用率。另外当引入循环驱动力时，可以与许多集热器耦合在一起大大增加采光面积，进一步的改善了装置的工作效率。
Bhagwan Prasad 和G.N.Tiwari(10)将槽式聚光集热器与双层盘式蒸馏器相结合，使海水在进入蒸馏器之前有一个预热过程，同时底层蒸馏器凝结时释放的潜热被上一层的海水吸收，回收了凝结潜热，产水量最高可达每小时约1.9kg/m2。Ali.A.Badran（11）等将盘式蒸馏器与平板集热器结合起来（图8）组成循环回路，淡水产量大为提高，给水箱中冷海水经恒热箱流入平板集热器中，在平板集热器中被加热，然后进入蒸馏器中，较高温度的海水在蒸馏器中部分蒸发，蒸汽上升至玻璃顶盖上凝结，当蒸馏器内液位较高时，热海水又排出与恒热箱中流出的冷海水混合进入平板集热器，如此不断循环。与常规蒸馏器相比，淡水产量提高了52%，但是热效率却下降了。同类型引入循环回路进行热回收的还有（12）、（13），都较大的提高了产水能力。文献（14）虽然没有引进循环，却回收了蒸汽潜热。
图7 与槽式集热器结合的主动式蒸馏器（10）
图8 与平板集热器结合的主动式蒸馏器（11）
图9 倾斜式热回收主动式蒸馏器（12）
图10 带储热箱蒸馏器（15）
图11 以相变材料储热的蒸馏器（16）
图12 以沙子为储热介质的蒸馏器（17）
2.4 增加储热措施
利用太阳能进行海水淡化，最大的局限性在于装置只有在有太阳时才能工作，因此，许多学者希望能将太阳充足时没有完全消耗的能量储存起来，等太阳辐照减弱或完全消失时再将储存的能量释放，保证蒸馏器能日夜连续产水。
K.V oropoulos（15）等设计了图10所示的蒸馏装置，与传统的盘式蒸馏器相比，增加了吸收辐照面积以及储热水箱，使得蒸馏器能在太阳辐照量较小或完全没有时也能工作。在相同的辐照量下，与没有储热水箱的蒸馏器相比，淡水产量平均增加了近100%，在辐射量20.5MJ/m2时，引入储热水箱可使最高淡水产量每小时达4.4kg。
A.A.El-Sebaii（16）等在蒸馏器底部加入熔点较低的相变材料进行储热来实现蒸馏器连续工作。在晴朗的夏季加入相变材料时，产水量可达到9.005kg/m2，同样的条件没有相变材料时产水量为4.998kg/m2。同类型的还有（17），在蒸馏器的底部加入沙子作为储热介质，日产水量约为3kg/m2。
3. 淡水产量的影响因素
对于一套太阳能蒸馏海水淡化装置，在尽量保证结构简单的同时，总是希望能得到更多的淡水，也就是说希望以最小的代价得到最大的回报。在一些场合，产水量是设计者们设计装置时要考虑的主要因素。他们会增加装置的复杂程度、选择最优的安装方案、最大限度的利用有限的能量等等，而所有这些事情的目的就是为了提高装置产水能力。
3.1 太阳辐射
虽然学者们在文献当中总是以单位面积的日产水量作为评价一套装置的产水能力，但是正如我们所知，太阳辐照不仅稀薄，而且极不均衡，换句话说，在同一时间里，两个不同的地方所接受的太阳辐照是不一样的。把同一套装置安装在辐照量有区别的地方，很显然，在辐照量大的地方日产水量高一些，而在同一个地方，中午的产水量比早晨和下午要高一些。所有文献里描述产水量随时间变化曲线的趋势都是如图13所示的那样，这是因为太阳辐照随时间的走势是这样的，从开始产水那一刻起，产水量逐渐增大，达到峰值后又逐渐降下来直至最后停止产水。太阳辐照是太阳能蒸馏器进行盐水分离的驱动力，驱动力越大，分离过程就进行的越快。因为太阳的辐照强度总是在正午时分最大，因此产水量的峰值总是出现在那个时刻。当然有时候我们会看到曲线的平滑程度不一样，有些波峰比较陡峭，有些波峰比较平缓。这和当地的纬度以及海拔有关。由于产水量随着太阳辐照量的增减而增减，文献（18）专门研究了蒸馏器玻璃顶盖倾角的影响，通过安装最优的倾斜角度来获得最大的辐照量，从而获得最高的产水量。根据文献（18），玻璃的最佳倾角随着季节的不同而有所变化，这是因为地球的公转引起的。夏季时，在保证淡水能顺利滑落至淡水收集槽的情况下，玻璃顶盖的倾斜
角度越小越好，在冬季则相反。
3.2 海水温度
在盐水分离过程中，第一步是将海水温度提升，高于环境温度，第二步是热海水发生蒸发，产生蒸汽，实现盐水的分离，最后一步是将蒸汽冷凝成淡水，进图13 产水量随时间变化的趋势（14）
行收集。整个过程的最优化应该建立在每一步的最优化以及各个步骤耦合的最优化上。上面我们说到产水量随时间变化曲线的趋势如图13所示，应该补充说海水温度随时间的走势也是这样的。这就是说，在海水温度最高的时候，往往也是产水量最大的时候。在分析海水温度对于产水量的影响之前，先考察一下蒸发现象。蒸发会发生是由于液体分子运动很剧烈，液面附近动能较大的水分子克服表面张力飞散到上面的空间，变成气态。在没有任何其他气体的时候，气态水分子在液面上方的空间积聚越多，压力就会越大，因此，一部分气态分子不得不重新回到液态。当从液态挣脱出的分子和重新回到液态的分子数目相同时，达到动态平衡，也就是所谓的饱和状态。饱和状态下的温度和压力叫做饱和温度和饱和压力，一一对应。但是这个过程是在完全没有任何其他气体下的理想情况。在实际的太阳能蒸馏器当中，不可避免的存在有一定量的空气，空气的存在阻碍了蒸发过程，与没有空气存在时相比，如果要得到同样多的蒸汽需要将海水加热到更高的温度。海水温度低于或等于空气（未饱和空气）温度时，由于空气有一定的吸湿能力，能使一部分水以蒸汽形式混合在空气中，但这部分蒸汽想要凝结就必须有一个具有更低温度的凝结面，然而在这种情况下，这部分空气以及凝结面同时处在环境温度下，使得凝结不能发生，也就是说，虽然有水分蒸发，但是我们不能把它凝结成淡水而收集。海水温度高于空气温度时，由于温差的存在，驱使热量由海水向空气传递，而有相变的传热效率是最高的，所以热海水不断蒸发，湿空气中的水蒸气也不断的在凝结面上冷凝，并且热海水温度越高，蒸发越快。3.3 海水热容量
上面提到盐水分离的第二步是要热海水蒸发。实际上，在考虑用蒸馏的方法实现海水淡化时，总是希望把所有的热量都用于产生蒸汽。假设我们拥有同样多定量的热量，我们可以将这些热量用于加热大量的海水，将整个海水的温度提升1-2℃，我们也可以用这些热量加热少量的海水，让海水沸腾，全部变为蒸汽。显然在太阳能蒸馏海水淡化过程中，我们希望发生后一种情况。这给我们指明了一个方向，即在分配能量时，尽量少的一部分储藏在海水的显热里，尽量多的那部分分配在蒸汽潜热里。因为这不仅能增加蒸汽的产量，而且在蒸汽凝结时通过增加换热面又可以将这部分潜热重新利用。虽然不能将所有的能量全部储藏在蒸汽潜热里，但是可以通过减小海水热容量来加快蒸发。当海水热容量小时，同样的加热功率在相同的时间里可以使海水温度升到更高，从而使蒸发加快，蒸发量增大。文献（5）、（6）、（7）、（8）、（9）、（11）都是基于这种考虑，巧妙的改进了装置，尽量减小海水的热容量，取得了很好的效果。文献（18）、（19）、（20）、（21）则专门研究了海水层厚度对于产水量的影响。所有结果都显示，海水层厚度越薄，产水量越高。若海水是流动的，则海水热容量由给水流量确定，文献（22）
给出了给水流量对于产水量的影响。结果显示，给水流量越低，海水形成的膜厚度越薄，产水量越高。
表1 海水层厚度对日产水量的影响（18）
海水层厚度（cm ） 日产水量（kg/m 2）
2 5.2 4 5 6 4.8 8 4.5
3.4 海水温度与凝结面温度的差值
太阳能蒸馏不仅仅是将水分从咸水中脱离，而且还要将脱离的纯度较高的水分再收集起来，也就是说在完成蒸发之后，还要让蒸汽凝结。要想实现传热，就必须有温差，凝结也不例外。并且温差越大，凝结越快。正如我们前面所说，假如凝结面的温度与湿空气的温度相同，则纵使湿空气里含有大量的水蒸气，也不能使这部分水蒸气凝结成淡水。因此，湿空气与凝结面的温度差值对于产水量有着至关重要的影响。虽然发生凝结时，湿空气与凝结面的温差直接影响凝结传热，但是在建立传热模型时，文献（23）、（24）、（25）、（26）都是以热海水与凝结面之间的温差来描述对于产水量的影响。这在本质上是一样的。文献（27）的结果显示，有时凝结面的温度会高于海水温度。以海水与凝结面的温差来描述，则可将蒸馏器内的传热过程视为有限空间内自然对流传热，两者之间的温差为传热的驱动力，温差越大，蒸发量就越大，相对应的产水量也越大。详细理论分析模型参阅（28）、（29）。另外，A.El-Bahi （30）将蒸汽引入另一个空间内凝结，减少蒸发空间内湿空气的含量，促进热海水的蒸发，同时也增加了冷凝面积，产水量有较大提高。日产水量最高可达约7kg/m 2，这种改进在6、7、8月尤其明显。改进冷凝面设计以及材料来提高产水量的还有（31）、（32）、（33）。
3.5 环境因素
环境因素主要包括环境温度和当地风速。在考虑热损失时，我们希望环境温度越高越好，最好是与装置之间没有温差。但在考虑凝结面的冷凝过程时，又希望环境温度越低越好，这样不仅可以加快冷凝速率，还可以降低凝结面的温度来增加热海水与凝结面之间的温差，从而加快淡化过程。文献（34）公布的结果清晰的证明了这一点。然而，文献（35）的结果则认为环境温度越高，越有利于提高产水量。笔者认为文献（35
）公布的结果不足以说明环境温度的影响。因为在
图14 海水厚度的影响（19）
环境温度最高时同时也是太阳辐照量最大的时候，产水量的提高可能仅仅是辐照量的增大而引起的。只有在夜晚没有太阳辐照的条件下，环境温度降低，然而热海水温度却不变时才能说明环境温度的影响作用。文献（35）还考察了当地风速的影响，结果表明在一定范围内，风速越大，凝结面与环境换热越强，越容易降低凝结面的温度，从而增大了热海水与凝结面之间的温差，有利于淡水产量的提高。这与文献（36）结果相一致。然而文献（18）（如图15）则公布了相反的结果，即风速越低，产水量越高。
图15 产水量随风速的变化（18）
3.6 绝热层厚度
正如我们所知，太阳能能流密度比较低，只能为太阳能蒸馏装置提供不多的热量。为了高效利用这有限的热量，办法之一就是设计最优的绝热层减少热量的散失。然而，考虑到经济成本以及操作的方便，绝热层并不是越厚越好。文献（37）结果显示，绝热层的厚度存在一个最佳值，在低于这个厚度时，增加绝热层厚度有利于产水量的提高，而大于这个厚度时，再增加绝热层，产水量不再增加。4. 结论
简要回顾了太阳能蒸馏海水淡化技术的发展历程，分析总结了太阳能蒸馏装置淡水产量的影响因素，可以得出如下结论：
1、太阳能蒸馏海水淡化装置产水量较低，无法与MSF、MED以及RO等
海水淡化技术相比，然而在人烟稀少、电力缺乏的偏远地区，太阳能蒸馏海水淡化装置因其结构简单、运行维护方便有着无可比拟的优势，非常适宜于发展小型化分布式海水淡化基地。
2、采用反射镜等改变太阳辐照的方向，提高辐照吸收面布置的灵活性，有利于太阳能蒸馏装置布置更多的换热面，从而提高热利用效率。
3、减小海水热容量，加快蒸发速度，以实现尽可能多的热量用于蒸发。
4、改善设计，回收蒸汽潜热，达到以蒸汽潜热驱动海水蒸发，使热量得到多次利用。
参考文献：
[1] 何梓年. 太阳能热利用. 中国科学技术出版社. 2009.7.
[2] Tay A M .Performance study of some designs of solar still [J] Energy Conversion Mgmt .,1992 .33(9):889-898.
[3] Hiroshi Tanaka .Experimental study of a basin type solar still with internal and external reflectors in winter .Desalination ,2009 . 249 :130-134.
[4] Hiroshi Tanaka .Monthly optimum inclination of glass cover and external reflector of a basin type solar still with internal and external reflectors. .Solar Energy ,2010 .84: 1959-1966.
[5] Hiroshi Tanaka ,Yasuhito Nakatake .A vertical multiple-effect diffusion solar still coupled with
a heat-pipe solar collector .Desalination ,2004 .160 :195-205.
[6] Hiroshi Tanaka .Experimental study of vertical multiple-effect diffusion solar still coupled with a flat plate reflector .Desalination ,2009 ,249:34-40.
[7] B.Janarthanan ,J.Chandrasekaran ,S.Kumar .Performance of floating cum titled-wick typed solar still with the effect of water flowing over the glass cover .Desalination ,2006 .190 :51-62. [8] Farshad Farshchi Tabrizi ,.Mohammad Dashtban ,Hamid Moghaddam .Experimental investigation of a weir-type cascade solar still with built-in latent heat thermal energy storage system .Desalination 260 (2010) 248–253 .
[9] H. Tanaka , T. Nosoko ,T. Nagata .A highly productive basin-type-multiple-effect coupled solar still .Desalination 130 (2000) 279-293 .
[10] Bhagwan Prasad ,G.N .Tiwari .Analysis of double effect active solar distillation .Energy Convers .Mgmt .Vol.37.noll.pp.1996:1647-1656.
[11] Badran .A.A ,Al-Hallaq.A.A ,Eyal Salman .IA ,Odat.MZ .A solar still augmented with a flate-plate collector .Desalination ,2005 .172:227-234.
[12] S.B.Sadineni ,R.Hurt ,C.K.Halford ,R.F.Boehm .Theory of a weir-type inclined solar still .Energy ,2008. 33: 71-80.
[13] V.K. Dwivedi ,G.N. Tiwari .Experimental validation of thermal model of a double slope active solar still under natural circulation mode .Desalination 250 (2010) 49–55 .
[14] Klemens Schwarzer , Maria Eugenia Vieira, Christian Faber, Christoph Miiller .Solar thermal desalination system with heat recovery .Desalination 137 (2001) 23-29 .
[15] K.V oropoulos ,E.Mathioulakis ,V.Belessiotis .Experimental investigation of a solar still
coupled with solar collectors .Desalination ,2001 .138 :103-110.
[16] A.A.El-Sebaii ,A.A.Al-Ghamdi ,F.SAL-Hazmi ,Adel.S Faidah .Thermal performance of a single basin solar still with PCM as astorage medium .Applied Energy ,2009 .86: 1187-1195. [17] Farshad Farshchi , Tabrizi ,Ashkan ,Aolfaghari Sharak .Experimental study of an integrated basin solar still with a sandy heat reservoir .Desalination ,2010 .253: 195-199.
[18] A. Safwat Nafeya ,M. Abdelkader ,A. Abdelmotalip ,A.A. Mabrouk .Parameters affecting solar still productivity . Energy Conversion & Management 41 (2000) 1797-1809 .
[19] Rajesh Tripathi and G.N. Tiwari, Effect of water depth on internal heat and mass transfer for active solar distillation, Desalination, 173 (2005) 187–200.
[20] Rajesh Tripathi and G.N. Tiwari, Thermal modeling of passive and active solar stills for different depths of water by using the concept of solar fraction, Solar Ener., 80 (2006) 956–967.
[21] M.K. Phadatare ,S.K. Verma .Influence of water depth on internal heat and mass transfer in a plastic solar still .Desalination 217 (2007) 267–275 .
[22] Farshad Farshchi Tabrizi ,Mohammad Dashtban ,Hamid Moghaddam ,Kiyanoosh Razzaghi. Effect of water flow rate on internal heat and mass transfer and daily productivity of a weir-type cascade solar still .Desalination ,2010 .260:239-247 .
[23] S.K. Shukla, V.P.S. Sorayan .Thermal modeling of solar stills :an experimental validation .Renewable Energy 30 (2005) 683–699 .
[24] A. Madhlopa, C. Johnstone .Numerical study of a passive solar still with separate condenser .Renewable Energy 34 (2009) 1668–1677 .
[25] Re?ne? Tchinda, Ernest Kaptouom, Donatien Njomo .Heat and mass transfer processes in a solar still with an indirect evaporator- condenser .Energy Conversion & Management 41 (1999) 93- 107 .
[26] M. Sakthivel , S. Shanmugasundaram , T. Alwarsamy .An experimental study on a regenerative solar still with energy storage medium - Jute cloth .Desalination 264 (2010) 24–31 .
[27] Basel I. Ismail .Design and performance of a transportable hemispherical solar still .Renewable Energy 34 (2009) 145–150 .
[28] Pr. Kaabi Abdenacer ,Smakdji Nafila .Impact of temperature difference (water-solar collector) on solar-still global efficiency .Desalination 209 (2007) 298–305 .
[29] V.K. Dwivedi , G.N. Tiwari .Experimental validation of thermal model of a double slope active solar still under natural circulation mode .Desalination 250 (2010) 49–55
[30] A.El-Bahi ,D.Inan .A solar still with minimum inclination ,coupled to an outside condenser . Desalination 123 (1999) 79-83 .
[31] K.Vinoth Kumar ,R.Kasturi Bai .Performance study on solar still with enhanced condensation .Desalination 230 (2008) 51–61 .
[32] Vimal Dimri , Bikash Sarkar , Usha Singh , G.N. Tiwaria .Effect of condensing cover material on yield of an active solar still: an experimental validation .Desalination 227 (2008) 178–189 . [33] Nabil Hussain A. Rahim .Utilization of a forced condensing technique in a moving film inclined solar desalination still .Desalination 101 (1995) 255-262 .
[34] K. Voropoulos, E. Mathioulakis, V. Belessiotis .Experimental investigation of the behavior of
a solar still coupled with hot water storage tank .Desalination 156 (2003) 3 15-322 .
[35] O.O. Badran .Experimental study of the enhancement parameters on a single slope solar still productivity .Desalination 209 (2007) 136–143 .
[36] A.A. El-Sebaii, Effect of wind speed on active and passive solar stills. Energy Convers.
Mgmt..45 (2004) 1187–1204.
[37] Abdul Jabbar N. Khalifa , Ahmad M. Hamood .Effect of insulation thickness on the productivity of basin type solar stills: An experimental verification under local climate .Energy Conversion and Management 50 (2009) 2457–2461 .
太阳能海水淡化系统
太阳能海水淡化系统 太阳能蒸馏器的研究主要集中于材料的选取、各种热性能的改善以及 将它与各类太阳能集热器配合使用上。与传统动力源和热源相比，太 阳能具有安全、环保等优点，将太阳能采集与脱盐工艺两个系统结合是一种可持续发展的海水淡化技术。太阳能海水淡化技术由于不消耗常规能源、无污染、所得淡水纯度高等优点而逐渐受到人们重视。 [] 基本介绍 太阳能海水淡化系统与现有海水淡化利用项目相比有许多 太阳能、风能协同海水淡化系统（图） 新特点：首先是可独立运行，不受蒸汽、电力等条件限制，无污染、低能
耗，运行安全稳定可靠，不消耗、、等常规能源，对能源紧缺、环保要求高的地区有很大应用价值；其次是生产规模可有机组合，适应性好，投资相对较少，产水低，具备淡水供应市场的竞争力。人类早期利用太阳能进行海水淡化，主要是利用太阳能进行蒸馏，所以早期的太阳能海水淡化装置一般都称为太阳能蒸馏器。馏系统被动式太阳能蒸馏系统的例子就是盘式太阳能蒸馏器，人们对它的应用有了近150年的历史。由于它结构简单、取材方便，至今仍被广泛采用。目前对盘式太阳能蒸馏器的研究主要集中于材料的选取、各种热性能的改善以及将它与各类太阳能集热器配合使用上。与传统动力源和热源相比，太阳能具有安全、环保等优点，将太阳能采集与脱盐工艺两个系统结合是一种可持续发展的海水淡化技术。太阳能海水淡化技术由于不消耗常规能源、无、所得淡水纯度高等优点而逐渐受到人们重视。 重要意义 淡水是人类社会赖以生存和发展的基本物质之一。人体的60%是，其中主要是。水对人体健康至关重要，一旦失去体内水分10 %，生理功能即严重紊乱；失去水分20 %，人很快就会死亡。水对其他的生命也是如此，是一切生命之源。水对社会经济而言也不可或缺，农作物无水会枯死，工业生产无水会面临瘫痪。因此，水又是一切文明之源。地球表面积约为 5 . 1亿平 方公里，其中海洋面积就占据了它的70 . 8%。的平均深度约为3800米，所以地球上的总水量约有近14亿立方公里。若从地球 上人均占有水量来看，水资源是十分丰富的，人类似乎不应有缺水之
海水淡化技术介绍
海水淡化技术及建设投资运行成本介绍 1.海水淡化技术发展现状 海水淡化又被称为海水脱盐，也就是从海水中获取淡水的技术和过程。从海水中取出淡水或者除去海水中的盐分，都可以达到淡化的目的。从这两条路线出发，海水淡化分为两类。采用从海水中分离出淡水的方法又可以细分为蒸馏法、冷冻法、反渗透法、水合物法和溶剂萃取法；而第二类则包括电渗析法和离子交换法。其中目前得到大规模商业应用是反渗透法和蒸馏法。 （1）反渗透海水淡化技术 对透过的物质具有选择性的薄膜称为半透膜，一般将只能透过溶剂而不能透过溶液的薄膜称之为理想的半透膜。当半透膜把不同浓度的溶液隔开后，在自然情况下，水流是从低浓度盐水侧往高浓度盐水侧流动；当在高浓度盐水侧加上一个适当的压力后，也会将水从高浓度侧压到低浓度侧，见图1。反渗透海水淡化就是利用该原理，用高压泵将海水增压后，借助半透膜的选择截留作用来除去水中的无机离子得到淡水。由于反渗透膜的截留粒度小于10×10-10 m，所以反渗透海水淡化同时能滤除各种细菌、病毒，获得高质量的纯水。 图1. 反渗透海水淡化技术原理 一般说来，反渗透海水淡化工艺包括四部分：预处理、反渗透、后处理及清洗系统，图2是一种反渗透海水淡化系统的典型工艺流程。
图2. 反渗透系统典型工艺流程图 预处理系统的目的是为了充分发挥反渗透淡化系统的技术优越性，保障良好的设计性能和长时间的安全运行，特别是为了保证膜的使用寿命（一般情况下，自来水和苦咸水反渗透膜的使用寿命为5年，而海水膜的使用寿命为3年）而设置。由于供给的源水不同，其水质组成与杂质成分千差万别，预处理系统也有很大的区别，在决定预处理系统时需要丰富的基础理论知识和工程实际经验。 反渗透装置的主体由反渗透膜堆和高压泵两部分组成，反渗透组件是整个系统的心脏部分，而高压泵是系统的关键部件。高压泵把进水升压至不同的压力进入膜堆，透过膜的水作为产品水，而未透过膜的作为浓盐水排放。其设计的核心在于根据不同的原水水质安排不同的回收率，以及通过流程及设备的选用使系统尽可能的节能。一般情况下自来水及苦咸水回收率可以做到45%～75%，有些系
高中化学 1.3 海水淡化的方法素材 苏教版选修2
海水淡化的方法 1、蒸馏法：蒸馏淡化过程的实质就是水蒸气的形成过程，其原理如同海水受热蒸发形成云， 云在一定条件下遇冷形成雨，而雨是不带咸味的。 2、冷冻法：冷冻法，即冷冻海水使之结冰，在液态淡水变成固态冰的同时盐被分离出去。 3、反渗透法：通常又称超过滤法，是1953年才开始采用的一种膜分离淡化法。该法是利 用只允许溶剂透过、不允许溶质透过的半透膜，将海水与淡水分隔开的。反渗透法的最大优点是节能。它的能耗仅为电渗析法的1/2，蒸馏法的1/40。 4、太阳能法：人类早期利用太阳能进行海水淡化，主要是利用太阳能进行蒸馏，所以早期 的太阳能海水淡化装置是盘式太阳能蒸馏器，人们对它的应用有了近150年的历史。由于它结构简单、取材方便，至今仍被广泛采用。太阳能海水淡化技术由于不消耗常规能源、无污染、所得淡水纯度高等优点而逐渐受到人们重视。 5、低温多效：多效蒸发是让加热后的海水在多个串联的蒸发器中蒸发，前一个蒸发器蒸发 出来的蒸汽作为下一蒸发器的热源，并冷凝成为淡水。其中低温多效蒸馏是蒸馏法中最节能的方法之一。 6、多级闪蒸：所谓闪蒸，是指一定温度的海水在压力突然降低的条件下，部分海水急骤 蒸发的现象。目前全球海水淡化装置仍以多级闪蒸方法产量最大，技术最成熟，运行安全性高弹性大，主要与火电站联合建设，适合于大型和超大型淡化装置，降低单位电力消耗，提高传热效率等。 7、电渗析法：电渗析法是将具有选择透过性的阳膜与阴膜交替排列，组成多个相互独立的 隔室海水被淡化，而相邻隔室海水浓缩，淡水与浓缩水得以分离。电渗析法不仅可以淡化海水，也可以作为水质处理的手段，为污水再利用作出贡献。此外，这种方法也越来越多地应用于化工、医药、食品等行业的浓缩、分离与提纯。 8、压汽蒸馏：压汽蒸馏海水淡化技术，是海水预热后，进入蒸发器并在蒸发器内部分蒸发。 所产生的二次蒸汽经压缩机压缩提高压力后引入到蒸发器的加热侧。蒸汽冷凝后作为产品水引出，如此实现热能的循环利用。 9、露点蒸发法：露点蒸发淡化技术是一种新的苦咸水和海水淡化方法。它基于载气增湿和 去湿的原理，同时回收冷凝去湿的热量，传热效率受混合气侧的传热控制。 10、水电联产：水电联产主要是指海水淡化水和电力联产联供。由于海水淡化成本在很大程度上取决于消耗电力和蒸汽的成本，水电联产可以利用电厂的蒸汽和电力为海水淡化装置提供动力，从而实现能源高效利用和降低海水淡化成本。 11、热膜联产：热膜联产主要是采用热法和膜法海水淡化相联合的方式，满足不同用水需求，降低海水淡化成本。其优点是：投资成本低，可共用海水取水口。 1
海水淡化的方法及优缺点分析
海水淡化的方法及优缺点分析 摘要：海水淡化技术的大规模应用始于干旱的中东地区，但并不局限于该地区。由于世界上70％以上的人口都居住在离海洋120公里以内的区域，因而海水淡化技术近20多年迅速在中东以外的许多国家和地区得到应用。最新资料表明，到2003年止，世界上已建成和已签约建设的海水和苦咸水淡化厂，其生产能力达到日产淡水3600万吨。目前海水淡化已遍及全世界125个国家和地区，淡化水大约养活世界5％的人口。海水淡化，事实上已经成为世界许多国家解决缺水问题，普遍采用的一种战略选择，其有效性和可靠性已经得到越来越广泛的认同。当然，海水淡化是解决我国沿海地区淡水紧缺的有效途径。海水淡化是解决全球水资源短缺的重要战略手段之一，有着广阔的开发前景。 关键词：海水淡化蒸馏法反渗透法优缺点发展趋势和方向 引言：介绍了我国水资源现状、海水淡化发展概况和各种淡化方法及工作原理、工艺流程，并对各种淡化方法的优缺点和适用范围进行了评述，对海水淡化的方法进行了分析比较，指出了海水淡化今后发展的趋势和方向。 1我国水资源现状 我国是一个水资源严重短缺的国家，人均水资源占有量为2840m3，只有世界平均水平的1/4。因此我国是一个严重缺水的国家。同时，我国的淡水资源时空分布极不均匀，并且水体污染加剧了我国可利用淡水资源的匮乏程度。在资源性缺水的同时，我国经济增长快，人口数量大，城市化水平不断提高，使得水资源缺口越来越大，这已经成为阻碍我国社会可持续发展的瓶颈。目前水荒覆盖面几乎遍及全国。尤其是北方地区缺水问题相当严重，水荒已成为困扰工业企业生产和发展的一个重要问题。而沿海地区有１．８万多km长的海岸线，充分发挥这些地区濒临海洋的优势，走海水淡化之路是解决缺水问题的一条重要途径。解决城市水资源可持续利用的战略原则是坚持“开源与节流并重，节流优先、治污为本、科学开源、综合利用”，海水淡化是解决沿海地区淡水紧缺的有效途径。 2我国海水淡化发展概况 我国的海水淡化技术研究始于１９５８年，起步技术为电渗析，１９６５年开始反渗透技术的研究；１９７５年开始研究大中型蒸馏技术；１９８１年在西沙的永兴岛建成２００ｔ/ｄ的电渗析海水淡化装置；１９８６年建成６０００
热法海水淡化技术介绍
热法海水淡化介绍 1鼎联的海水淡化技术 目前商业应用主流的海水淡化技术分为膜法和热法两大类。膜法主要指的是反渗透海水淡化技术；热法海水淡化技术包括：多级闪蒸（MSF）、普通多效蒸发（MED）、热力压缩耦合多效蒸发技术（MED—TC）和机械蒸汽压缩蒸发技术（MVC）等几种。 （1）多级闪蒸（MSF） 多级闪蒸是使海水依次通过多个温度、压力逐级减低的闪蒸室进行蒸发冷凝的海水淡化方法。MSF需要串联较多的级数才能实现较高的造水比，且大多数级需要在真空条件下运行。目前MSF主要适用于大规模的海水淡化项目，可以充分体现规模效益，减少投资和运行费用。 墨西哥炼油厂MFS海水淡化项目 （2）普通多效蒸发（MED） 普通多效蒸发是将前一效产生的二次蒸汽作为后一效的加热蒸汽使用，最后一效的二次蒸汽经过末端冷凝器冷凝后排出。这样做的目的是利用二次蒸汽的气化潜热作为蒸发海水需要的热源，大大降低蒸发过程中的热能消耗。同多级闪蒸相比，普通多效蒸发更为节能。
泰国炼油厂MED海水淡化项目 （3）热力压缩耦合的多效蒸发技术（TC-MED） 为了充分利用末效二次蒸汽的气化潜热，降低蒸发的能耗，在普通多效蒸发的基础上增加蒸汽喷射压缩器，就组成了热力压缩耦合的多效蒸发技术，其工作原理是：采用少量高温高压的热力蒸汽（≥0.5MPa）喷入蒸汽喷射压缩器，将末效蒸发器的部分二次蒸汽吸入，两种蒸汽混合后产生能够用于蒸发器加热的蒸汽，再次送回至第一效蒸发器使用。末效蒸发器剩余部分的二次蒸汽经过末端冷凝器冷凝后排出。由于回收利用了部分末效蒸发器的二次蒸汽，因此TVC-MED系统的造水比明显高于普通MED系统。另外由于末效蒸发器需要被冷凝器冷凝的二次蒸汽明显减少，因此TVC-MED对冷却水的消耗量也明显小于普通MED。 台湾妈祖电厂MED-TC海水淡化项目 （4）机械蒸汽压缩蒸发技术（MVC） 机械蒸汽压缩蒸发技术是采用机械蒸汽压缩机对二次蒸汽进行压缩，使蒸汽的压力和温度得到提升，作为加热蒸汽再次送入蒸发器；加热蒸汽在蒸发器内通过换热将热量传给海水，而自身被冷却形成冷凝水。与TC-MED只利用部分二次蒸汽的潜热不同，MVC能够充分利用全部二次蒸汽的潜热，可以最大限度的减少蒸发过程的能耗，同时也不需要消耗冷却水。MVC正常运行过程中只需要消耗电，而不需要消耗蒸汽；只有在启动的时候消耗少量的蒸汽。MVC处理每吨水的电耗大约只消耗15~20KWh，等效的造水比大约在10~20，
海水淡化工艺设计的方案
1 前言 1.1 概况 我国淡水资源极为匮乏，全国660多个城市中，有400多个城市缺水，其中100多个城市严重缺水。淡水资源短缺乃至水危机是我国经济社会可持续发展过程中的最大制约之一。电厂在生产电能的同时，可利用其廉价的热和电，进行海水淡化，不仅可满足其工业用水的需要，而且还可为周边地区提供淡水水源。在推动和利用海水淡化技术方面，电厂有着其得天独厚的有利条件。因此滨海电厂配套建设海水淡化装置已成发展趋势。 1.2 水源及水质特点 某电厂取水具有海域辽阔、水量充沛、海水较清、悬浮物及有害微生物少等特点，可大大节省海水取水成本及原料海水预处理成本。 海水水质分析报告如下： 分析报告
1.3 海水淡化规模
根据建厂地区的缺水状况，电厂可针对性地提出水电联产的方案，目前可解决电厂的淡水用水，以后可根据需要适时配套建设大规模的海水淡化厂，为地方经济发展提供淡水资源保障。本项目结合2×1000MW发电机组的建设规模，暂按配套建设2×104m3/d规模的海水淡化装置设计；并对总规模为40×104m3/d海水淡化厂作出展望。 本专题报告按本期工程厂内自用的2×104m3/d规模和规划容量的40×104m3/d的海水淡化站分别进行比较论述。 2 海水淡化技术概述 海水淡化技术的种类很多，但适于产业化的主要有蒸馏法（俗称热法）和反渗透法（俗称膜法）。蒸馏法主要有多级闪蒸(MSF)、低温多效蒸馏(LT－MED)技术。 2.1 蒸馏法淡化技术 2.1.1 多级闪蒸(MSF) MSF是蒸馏法海水淡化最常用的一种方法，在20世纪80年代以前，较大型的海水淡化装置多数采用MSF技术。大港电厂二期工程引进了美国的多级闪蒸(MSF)海水淡化装置，是我国第一套大型的海水淡化装置。 MSF的典型流程示意图见图2-1。 图2-1 盐水再循环式多级闪蒸（MSF）原理流程 多级闪蒸过程原理如下；将原料海水加热到一定温度后引入闪蒸室，由于该
反渗透技术在海水淡化中应用.
作者：Abao005 浅析反渗透在海水淡化中的应用 摘要：海水淡化自古以来就是人们梦寐以求的，现在已经变为现实，尤其是近几年来，反渗透技术由于其投资少、能耗低、成本便宜、建设周期短等优点。已多次在国际海水淡化会化招标中胜出。本文主要介绍反渗透技术的发展，介绍了膜、组器、设备以及应用工艺的创新性开拓，其中包括不对称膜、复合膜。 关键词：海水淡化，渗透，反渗透，膜分离
引言 海水的组成很复杂，已知海水中含有80 多种化学元素，主要以离子形式存在。在海水浓缩、结晶过程中，则以盐的形式析出。其中Cl -，Na +，Mg 2+等11 种含量超过1 ×10 - 6的元素是海水的主要成份，占海水总含盐量的99.58% 。此外，海水中还存在某些同位素，重要的有氢的同位素氘等。海水中也溶解有多种气体，含量最多的为二氧化碳、氮和氧。空气中的稀有气体氩、氦和氖，在海水中也有微量存在。溶解在海水中的二氧化碳，与淡水中的情况不同，淡水中的二氧化碳主要是以游离状态存在，可用煮沸或减压等方法驱除。海水中的二氧化碳除少量是游离状态外，主要是以碳酸根及碳酸氢根形式存在，需加入强酸方可逐出，用一般的方法难以驱逐。海水中还含有各种数量不等的无机和有机悬浮物，因此要从海水中提取淡水并不是一件很容易的事。 世界上淡水资源不足，已成为人们日益关切的问题。作为水资源的开源增量技术，海水淡化已经成为解决全球水资源危机的重要途径。反渗透法于20世纪70年代起用于海水净化，经过几十年的发展，随着反渗透膜性能提高、预处理技术进步、能量回收率的提高等，已成为投资最省、成本最低、应用范围广泛的海水淡化技术，也是目前最清洁的方法。 一、反渗透简介 反渗透又称逆渗透，一种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。对膜一侧的料液施加压力，当压力超过它的渗透压时，溶剂会逆着自然渗透的方向作反向渗透。从而在膜的低压侧得到透过的溶剂，即渗透液；高压侧得到浓缩的溶液，即浓缩液。若用反渗透处理海水，在膜的低压侧得到淡水，在高压侧得到卤水。 反渗透时，溶剂的渗透速率即液流能量N为： N＝Kh(Δp－Δπ) 式中Kh为水力渗透系数，它随温度升高稍有增大；Δp为膜两侧的静压差；Δπ为膜两侧溶液的渗透压差。稀溶液的渗透压π为：
海水淡化技术发展前景展望
海水淡化技术发展前景展望 孔令斌 ( 泸州天叙天成新能源有限公司646600 ) 摘要本文按技术特征将海水淡化技术分为热法、膜法、电场法、溶剂法四种类型。电场法、溶剂法海水淡化技术还处于实验阶段。热法、膜法海水淡化技术已经实现商业化，处于推广难阶段。难点在于制水成本高。膜法海水淡化技术大幅度降低制水成本很难。现有热法海水淡化技术热量利用效率不高，有大量热量随着浓海水排放而散失。新型热法海水淡化技术和新型太阳能海水淡化技术，将海水分离成淡水和固态盐，没有浓海水排放，热量利用效率达到理论极限，制水成本成倍下降。将成为海水淡化的主流技术，完全能够消除全球水危机。 关键词：海水淡化膜法热法太阳能 1．引言 水危机越来越严重地制约人类社会发展，海水淡化技术是化解水危机的必然选择。太阳能海水淡化是海水淡化技术的起源，在人类还没有出现以前就在地球上进行着。地球就是一个天然的太阳能海水淡化装置。海水吸收太阳能从海面蒸发形成水蒸汽进入大气层，水蒸汽上升到高空冷凝成雨雪落回海面或落到地面。正是落到地面的雨雪实现了自然界的太阳能海水淡化。这些雨雪滋润大地，孕育生命，使地球生机勃勃。人类的生存繁衍也离不开自然界的太阳能海水淡化。随着人口增多和人类活动范围扩大，淡水资源越趋紧缺。模仿自然界的太阳能海水淡化获取淡水成为人类梦想。但是，好梦难圆。人类没有发现经济适用的太阳能海水淡化技术，试图通过其他技术途径制取廉价的淡水。多种海水淡化技术因此相继出现。人类发明了热法、膜法、离子交换法、电渗析法、水合物法、溶剂萃取法等海水淡化技术［1］。目前，实现商业化的却只有热法海水淡化技术和膜法海水淡化技术。太阳能海水淡化技术仍处于研究发展和小型试验阶段［1］。 海水淡化技术不能满足社会发展需求的现实引发社会各界对海水淡化技术的高度关注。早在十六世纪，英国女王就颁布过一道命令：对发明廉价海水淡化法的人，给予一万英镑的奖金。至今没有人获得这笔奖金。英国政府宣布女王当年的悬赏仍然有效。2014年，英国“经度奖”也将开发低成本可持续性海水淡化技术列为六个候选的科学难题之一［2］。 现有热法海水淡化技术和膜法海水淡化技术虽然实现了商业化，但是复杂的装置和大量浓海水排放，使其不能满足低成本可持续性的要求。尤其是热法海水淡化排出热浓海水，带走大量热量，造成环境热污染。2014年，中国人发明的新型热法海水淡化技术将海水分离成淡水和固态盐，热量利用效率大幅提高，环境热污染完全消除［3］。在此基础上，建立了适用于所有热法海水淡化装置的性能评价体系，水热比作为评价指标［4］。新型热法海水淡化技术能广泛利用现有热法海水淡化技术不能利用的工业废水废气余热实现海水固液分离［5］。能实现海水资源综合利用，淡水成本相应降低。 能源紧缺、环保压力等因素迫使人类再次重视太阳能海水淡化技术。现有热法海水淡化技术顺理成章地用于太阳能海水淡化技术开发。正因为如此，束缚了开发太阳能海水淡化技术的思维，找不到新技术路线。如中国海南省建成的太阳能海水淡化示范项目，采用太阳能加热制取蒸汽，通过多效蒸馏法制取淡水的技
蒸馏法海水淡化工艺原理解析
世界上淡水资源不足，已成为人们日益关切的问题。淡水资源短缺导致人们生活、工业发展受到了很大的影响。“向海洋要淡水”已经形成了方兴未艾的产业。 海水淡化工艺发展 中国在反渗透法、蒸馏法等主流海水淡化关键技术方面均取得重大突破，完成了自主知识产权的3000立方米/日低温多效海水淡化工程，以及5000立方米/日反渗透海水淡化工程;海水直流冷却技术已进入万立方米/小时级产业化示范阶段。中国海水淡化成本逐步下降，已接近5元/立方米。 蒸馏法海水淡化工艺原理 原理是加热-蒸发-冷凝。除了多效蒸发和多级闪蒸之外，蒸馏法还有蒸汽压缩法VC法是将蒸发过程自身产生的二次蒸汽，经压缩提高温度，再作为加热蒸汽使用，其设计思想是为了提高热效率。海水经泵提升压力后供人冷凝器作为冷却水冷凝蒸发器中获得的蒸汽，此时海水温度升高，作为蒸发器给水供人蒸发器，工作蒸汽进人蒸汽喷射器与部分蒸发器内获得的蒸汽混合后从喷射器排出，排出后的压缩蒸汽作为热源进人蒸发器内的蒸发管中，加热蒸发器内的海水，使其蒸发获得二次蒸汽，原蒸汽在冷凝器内冷凝后即得到淡水。蒸发器内未蒸发的海水通过泵排出。二次蒸汽作为下一过程的热源，如此循环。 蒸馏法海水淡化工艺特点 蒸馏法海水淡化技术是最早投人工业化应用的淡化技术，特点是即使在污染严重、高生物活性的海水环境中也适用，产水纯度高。与膜法海水淡化技术相比，蒸馏法具有可利用电厂和其他工厂的低品位热、对原料海水水质要求低、装置的生产能力大，是当前海水淡化的主流技术之一。 中国海水淡化虽基本具备了产业化发展条件，但研究水平及创新能力、装备的开发制造能力、系统设计和集成等方面与国外仍有较大的差距。当务之急是尽快形成中国海水淡化设备市场的完整产业链条。围绕制约海水淡化成本降低的关键问题，发展膜与膜材料、关键装备等核心技术，研发具有自主知识产权的海水淡化新技术、新工艺、新装备和新产品，提高关键材料和关键设备的国产化率，增强自主建设大型海水淡化工程的能力。
浅析太阳能海水淡化的发展过程
摘要： 本文按照在海水淡化过程中能源的来源方式不同，分常规能源和太阳能两个方面对海水淡化的研究进展进行了综述。着重介绍了太阳能海水淡化技术中的盘式海水淡化法和增湿海水淡化技术中存在的优缺点以及各国研究者所做出的改进方式以及实验研究成果。并对太阳能海水淡化技术目前存在的问题及发展趋势提出了一些建议。 关键词： 地球上拥有丰富的水资源，海水覆盖面积达71%，但不能直接用于生活用水和饮用水。地球上淡水资源只占水资源总量的2.5%，其中可供人类支配的淡水资源不足0.36%错误！未找到引用源。。第二次工业革命以来，化工、制造、电力等工业的兴起，使得人类对水资源的需求量大增，淡水资源日显不足；特别是进入20世纪以来，世界人口急剧增加，环境污染和生态破坏严重，城市化和人口集中等因素均给淡水供应带来巨大压力，人类无节制的开采及管理不善更加剧了水资源的供需矛盾。据测算，以目前世界人口的增长速度，至2025年世界人口将达85亿，届时淡水供需矛盾将更加突出错误！未找到引用源。。 通过海水制取纯水已有百年历史，二战后海水淡化技术进入实用化、工业化阶段，技术日臻成熟，为解决淡水短缺问题提供了新的途径。本文作者按照在海水淡化过程中能源的来源方式不同，分两个方面给我们介绍了海水淡化的研究进展，并重点介绍了太阳能海水淡化技术中的盘式海水淡化法和增湿海水淡化技术中各国研究者所做出的研究成果。 1 海水淡化研究进展 1．1 常规能源海水淡化技术 人类很早便开始利用海水来制取纯水，阿拉伯人在16世纪便通过蒸馏海水获取饮用水；至19世纪末英国已相继发明了管式蒸馏器、喷膜蒸发等技术，并开始对闪蒸技术进行研究；二战期间压汽蒸馏技术已开始应用于船舶和海外离岛的淡水供应，多效蒸馏装置也开始装备至战舰上；二战后阿拉伯地区石油开采为
蒸馏法海水淡化工艺原理解析
蒸馏法海水淡化工艺原 理解析 Document serial number【KK89K-LLS98YT-SS8CB-SSUT-SST108】
世界上淡水资源不足，已成为人们日益关切的问题。淡水资源短缺导致人们生活、工业发展受到了很大的影响。“向海洋要淡水”已经形成了方兴未艾的产业。 海水淡化工艺发展 中国在反渗透法、蒸馏法等主流海水淡化关键技术方面均取得重大突破，完成了自主知识产权的3000立方米/日低温多效海水淡化工程，以及5000立方米/日反渗透工程;海水直流冷却技术已进入万立方米/小时级产业化示范阶段。中国海水淡化成本逐步下降，已接近5元/立方米。 蒸馏法海水淡化工艺原理 原理是加热-蒸发-冷凝。除了多效蒸发和多级闪蒸之外，蒸馏法还有蒸汽压缩法VC法是将蒸发过程自身产生的二次蒸汽，经压缩提高温度，再作为加热蒸汽使用，其设计思想是为了提高热效率。海水经泵提升压力后供人冷凝器作为冷却水冷凝蒸发器中获得的蒸汽，此时海水温度升高，作为蒸发器给水供人蒸发器，工作蒸汽进人蒸汽喷射器与部分蒸发器内获得的蒸汽混合后从喷射器排出，排出后的压缩蒸汽作为热源进人蒸发器内的蒸发管中，加热蒸发器内的海水，使其蒸发获得二次蒸汽，原蒸汽在冷凝器内冷凝后即得到淡水。蒸发器内未蒸发的海水通过泵排出。二次蒸汽作为下一过程的热源，如此循环。 蒸馏法海水淡化工艺特点 蒸馏法海水淡化技术是最早投人工业化应用的淡化技术，特点是即使在污染严重、高生物活性的海水环境中也适用，产水纯度高。与膜法海水淡化技术相比，蒸馏法具有可利用电厂和其他工厂的低品位热、对原料海水水质要求低、装置的生产能力大，是当前海水淡化的主流技术之一。 中国海水淡化虽基本具备了产业化发展条件，但研究水平及创新能力、装备的开发制造能力、系统设计和集成等方面与国外仍有较大的差距。当务之急是尽快形成中国备市场的完整产业链条。围绕制约海水淡化成本降低的关键问题，发展膜与膜材料、关键装备等核心技术，研发具有自主知识产权的海水淡化新技术、新工艺、新装备和新产品，提高关键材料和关键设备的国产化率，增强自主建设大型海水淡化工程的能力。
海水淡化技术分析
海水淡化技术分析 1.基本概念 1.1 淡水：含盐量应在1000mg/L（NaCL）以下。 通常船用海水淡化装置对所产淡水含盐量的要求皆以锅炉补给水标准为依据。我国船用锅炉给水标准规定补给水的含盐量应小于10mg/L（NaCL）。 1.2 海水含盐量：大洋中海水平均含盐量约为35g/L。 1.3 海水盐的成分：当海水含盐量为35g/L时，各种盐类的含量如下表所示，其中含 。 量最多的是NaCL和MgCL 2 表1 海水中各种盐类的含量 淡水总产量与加热器所消耗的蒸汽量之比。 2海水淡化技术介绍 图1 海水淡化方法的分类
海水淡化技术经过半个多世纪的发展，从技术上讲已经比较成熟，目前在商业上成功应用的主要有多效蒸馏(MED)、多级闪蒸(MSF)、压汽蒸馏(VC))和反渗透法(SWRO)。 2.1多效蒸馏(MED) 多效蒸馏是由单效蒸馏组成的系统，加热蒸汽被引入第一效冷凝后，使海水产生比蒸汽温度低的几乎等量蒸发。产生的蒸汽被引入第二效作为加热蒸汽，并使海水以比第一效更低的温度蒸发。这个过程一直重复到最后一效，在最后一效蒸汽被海水冷凝器冷凝。第一效的冷凝液返回锅炉，而来自其它效的冷凝液被收集后作为产品水输出。 多效蒸馏海水淡化技术是最早的海水淡化方法之一，早在1898年就建成了日产1200-1500吨淡水的竖管多效蒸馏大型海水淡化工厂，但早期多效蒸馏系统的蒸发器为浸没管式，传热系数低，结垢严重，严重影响了产水量及装置寿命。20世纪60年代开始了降膜蒸发器(横管降膜及竖管降膜)的研究，使传热效率有了很大提高。70年代为了降低结垢和腐蚀，低温蒸馏技术进入人们的视野，到80年代初期，低温横管喷淋技术正式用于工业性的海水淡化装置。80年代中期大型低温高效海水淡化装置研究成功，其原理是以75℃左右的低温蒸汽作为加热热源，远低于多级闪蒸110℃左右的蒸汽温度，所以管壁的结垢倾向减小，并且使低温废热的利用成为可能，至此多效蒸馏海水淡化技术进入比较成熟阶段。 目前世界上应用的多效蒸馏海水淡化装置大都为低温多效蒸馏，此类装置的典型代表为以色列IDE公司开发的一种横管蒸发装置，在低温下操作，最高操作温度62.90℃，共7效，造水比可达 5.8-6.2，折合电耗9.4-8.2KWh/m3，当使用废热时总能耗仅为2.5KWh/m3。目前已有数百台1000t/d以上的此类装置在世界各地运行，最大的装置产水量为25000t/d。 低温多效蒸馏技术除在防腐防垢方面有突出优点外，低廉的造水成本也是其得以迅速发展的原因。A.N.Rogers，C.D.siebenthal，R.F.Battey and L.Awerbuch通过对大型海水淡化装置的计算得出多效蒸馏海水淡化方法单位淡化水成本最低的结论。美国人G.F.Leiiner也曾撰文《当今海水脱盐的费用》，对大型海水淡化装置进行比较，结果表明单位淡化水价低温多效较反渗透和多级闪蒸都低。低温多效蒸馏技术的低成本主要归结于它灵活的运行方式，可以利用各种形式的低位热源，如柴油发电机冷却水、工业废气、
海水淡化工艺方案
海水淡化工艺方案
1 前言 1.1 概况 中国淡水资源极为匮乏，全国660多个城市中，有400多个城市缺水，其中100多个城市严重缺水。淡水资源短缺乃至水危机是中国经济社会可持续发展过程中的最大制约之一。电厂在生产电能的同时，可利用其廉价的热和电，进行海水淡化，不但可满足其工业用水的需要，而且还可为周边地区提供淡水水源。在推动和利用海水淡化技术方面，电厂有着其得天独厚的有利条件。因此滨海电厂配套建设海水淡化装置已成发展趋势。 1.2 水源及水质特点 某电厂取水具有海域辽阔、水量充沛、海水较清、悬浮物及有害微生物少等特点，可大大节省海水取水成本及原料海水预处理成本。 海水水质分析报告如下：
1.3 海水淡化规模 根据建厂地区的缺水状况，电厂可针对性地提出水电联产的方案，当前可解决电厂的淡水用水，以后可根据需要适时配套建设大规模的海水淡化厂，为地方经济发展提供淡水资源保障。本项目结合2×1000MW发电机组的建设规模，暂按配套建设2×104m3/d规模的海水淡化装置设计；并对总规模为40×104m3/d海水淡化厂作出展望。 本专题报告按本期工程厂内自用的2×104m3/d规模和规划容量的40×104m3/d的海水淡化站分别进行比较论述。
2 海水淡化技术概述 海水淡化技术的种类很多，但适于产业化的主要有蒸馏法（俗称热法）和反渗透法（俗称膜法）。蒸馏法主要有多级闪蒸(MSF)、低温多效蒸馏(LT－MED)技术。 2.1 蒸馏法淡化技术 2.1.1 多级闪蒸(MSF) MSF是蒸馏法海水淡化最常见的一种方法，在20世纪80年代以前，较大型的海水淡化装置多数采用MSF技术。大港电厂二期工程引进了美国的多级闪蒸(MSF)海水淡化装置，是中国第一套大型的海水淡化装置。 MSF的典型流程示意图见图2-1。 图2-1 盐水再循环式多级闪蒸（MSF）原理流程多级闪蒸过程原理如下；将原料海水加热到一定温度后引入闪蒸室，由于该闪蒸室中的压力控制在低于热盐水温度所对应的饱和蒸汽压的条件下，故热盐水进入闪蒸室后即成为过热水而急速地部分气化，从而使热盐水自身的温度降低，所产生的蒸汽冷
反渗透海水淡化技术的发展
反渗透海水淡化技术的发展 海水淡化是从海水中获取淡水的技术和过程。早在50年代，为解决“水的危机”，美国从52年起专设盐水局，74年后转为资源技术局，不断推进水资源和脱盐的技术进步，其中反渗透法海水淡化（SWRO）就是1953年据膜和海水界面有一纯水层而提出的。 l、前言 水是生命的源泉，是社会和经济发展的命脉，是人类宝贵的不可替代的自然资源。当前缺水已成为世界性问题，成为制约社会进步和经济发展的瓶颈，解决水资源的供需矛盾，对我国的可持续发展是非常迫切的和重要的。我国沿海地区仅占全国土地面积的15%，人口的40%，但创造着60%以上的社会总产值，和全国一样，沿海，特别是北方地区以及岛屿的供水严重不足，形势严峻。沿海地区有丰富的海水资源，用海水淡化技术向大海要淡水，满足沿海城镇和岛屿对淡水的需求或紧缺需求，是自古以来人们所梦寐以求的，现在已变为现实。反渗透海水淡化不仅技术上完全可行，而且在许分情况下是经济的。 2、反渗透的发展概况 海水淡化是从海水中获取淡水的技术和过程。早在50年代，为解决“水的危机”，美国从52年起专设盐水局，74年后转为资源技术局，
不断推进水资源和脱盐的技术进步，其中反渗透法海水淡化（SWRO）就是1953年据膜和海水界面有一纯水层而提出的；73年日本通产省下设造水促进中心，专门研究的脱盐技术，欧洲则在尤里卡等计划下推动海水淡化的发展，它们也都以膜法为重点。经过近50年的研究、开发和产业化，SWRO自70年代进入海水淡化市场之后，发展十分迅速。RO用膜和组件已相当成熟，组件脱盐率可高达99.5%以上，有约20年的经验积累，SWRO工艺过程也逐渐成熟，近年来，功交换器和压力交换器的开发成功使能量效率都高达90%以上，从而使SWRO的本体能耗在3kWh/m3淡水以下，成为从海水制取引用水最廉价的方法，进一步增强了SWRO的竞争力。 近几年来，在国际海水淡化中，SWRO以投资最低，能耗最省，成本最低，建造周期短等优势而屡屡中标。SWRO所以能如此成功，与其在膜、组器、设备和工艺等方面的创新性开拓是分不开的。下面是着几方面的简要的发展概况： 3、反渗透的一些重大的创新进展 3.1反渗透膜的进步 在反渗透膜发展的历史中，不对称膜和复合股的研发是创新的两个范例。
我国海水淡化技术发展历程
我国海水淡化技术的发展历程我国的天然淡水资源量为2.7万亿立方米,居世界第六位。然而，我国淡水资源人均水量只相当于世界人均占有量的1/4,居世界第110位。目前，我国有200多个城市严重缺水。因此，为了满足生活和生产淡水资源的供给，海水淡化早已成为科技研究的热点课题。 地球表面79%是海水。海水资源丰富，但是其中含盐量高，不能被直接饮用。海水淡化技术就是要利用人工方法去除海水盐分，将海水转化为可以饮用的淡水资源。 海水淡化的源头可以追溯到古代。那时候就有人尝试从海水去除盐分。但是，直到16世纪，人们才真正开始对海水淡化技术的研究与应用。特别是在二战后，资本主义工业发展迅猛，淡水需求量大增，也促使海水淡化技术成为现代科技研究的重要方向。 到目前为止，海水淡化技术主要有两种方法，即蒸馏法和反渗透法。21世纪以前，反渗透膜技术都是被国外所垄断，而中国是直到90年代末期才开始掌握了反渗透膜的生产技术。 早在1958年，石松研究员等首先在我国开展离子交换膜电渗析海水淡化研究。随后1967年，国家科委组织全国在水处理和分析化学、材料化学、流体力学等各个学科的精英会战。1970
年，我国第一个海水淡化研究室在杭州成立。这个研究室曾研制成功海洋监测专用微孔滤膜，建成了世界最大的电渗析海水淡化站——西沙永兴岛海水淡化站，为我国海水淡化技术的发展做出了巨大贡献。 1982年，中国海水淡化与水再利用学会，经中国科协批准在杭州成立。1984年，国家海洋局以海水淡化研究室为主体，组建国家海洋局杭州水处理技术研究开发中心，开始对反渗透膜技术的研究。 2001年，国际海洋局杭州水处理技术研究开发中心实行集团化分体管理。同年，由此分化出来的杭州北斗星膜制品有限公司正式成立。该公司研制出的反渗透产品，标志着中国有了享有完全自主知识产权的反渗透技术。由中国制造的高性能复合膜元件开始投放市场，中国成为世界上第四个掌握自主海水淡化反渗透膜技术的国家。 反渗透海水淡化技术，工程造价和运行成本低，效率高，是最受欢迎的海水淡化方法之一。目前，反渗透海水淡化技术的主要发展趋势为降低反渗透膜的操作压力，提高反渗透系统回收率，廉价高效预处理技术，增强系统抗污染能力等。现在，我国海水淡化反渗透技术，处于国际领先位置，并早已经普及到生产和生活中。
太阳能海水淡化技术
太阳能海水淡化技术 1前言 中国太阳能光热利用经过30多年发展，一直以低温生活热水为主，据统计，截至2014年底，太阳能集热器保有量达到 4.14亿平方米，位列世界第一。国家明确“十三五”期间将用5年时间由4亿平方米保有量翻一番到8亿平方米的宏伟目标。要顺利完成这一目标，必须扩展太阳能热利用领域和方法，本文提出一种利用低温太阳能集热进行海水淡化的方法。 现有的海水淡化技术很多，但是传统的海水淡化技术普遍存在投资高、能源消耗过大等因素，所耗能源主要来自石油和煤炭等化石燃料，因而导致海水淡化技术推广受到一定局限。个别研究表明淡水日产量1000m3的海水净化系统每年耗能量相当于10000吨石油。而对于缺乏化石燃料资源、人口密度低、没有大规模连接电网的偏远地区，很难建立传统的海水淡化装置。因此，利用无处不在的太阳能对海水进行淡化处理成为很好的选择。 2技术背景 地球上海洋覆盖面积71%，海水的储量约13.7亿立方千米，占地球总水量的95%，占地表水总量的98%。在陆地的水储量中，淡水只占全球水储量的 2.53%，但是可供人类直接 使用的淡水总量仅占地球总储水量的十万分之七。我国是人均水资源缺乏的国家，被联合国列为13个最缺水国家之一，全年淡水缺口高达400亿吨。 “十二五”期间，我国的海水淡化产业产值达到300亿元以上，未来几年世界海水淡化市场将有近千亿的商机。在此背景下，发展海水淡化新技术，特别是利用太阳能进行海水淡化新技术，当务之急向海洋索取淡水已成为现代社会的重中之重。大力发展海水淡化新技术，对实现2020年8亿平方米太阳能集热器保有量这一目标，对缓解当代水资源短缺、日趋突出的 供需矛盾和日益严重的环境污染等系列重大问题具有深远的战略意义。 3太阳能海水淡化新技术 3.1海水淡化新技术简介 在太阳能海水淡化新技术的装置中，禾I」用被太阳能加热的水与海水换热，加热后的海水进入有吸附材料的蒸发器蒸发，蒸汽再进入冷凝器释放潜热并由高效能量回收系统将潜热回收进海水，同时蒸汽在冷凝器中被冷凝成产品淡水。实现了淡化海水和能量的高效利用。系统无需高压泵和消耗化学药品，这种海水淡化方法的关键是吸附材料的使用以及高效能量回收技术；设备结构简单、建造费用低且易维修保养；节省能源、造水能力高、成本低；既适宜小规模分散地区应用同时又适合大规模工程，此技术不同于以往的任何一种海水淡化方法。太阳能海水淡化新技术原理示意如图1所示。
海水淡化技术及其现状
海水资源利用 ——海水淡化技术及其现状 摘要：阐述全球淡水资源缺乏的现状，引出海水淡水技术是解决淡水缺乏的有效途径。详细介绍主要的海水淡化方法，包括多级闪蒸、反渗透、太阳能、电渗析等。分析我国淡水资源形势和海水淡化技术的发展状况，以及海水淡化的未来前景。 关键词：海水淡化，多级闪蒸法，反渗透法，太阳能法，电渗析法 1．前言 地球总储水量约为13.86亿立方米，人类主要利用的淡水却只占其中的2.53%，除少部分分布在湖泊、河流、土壤和地表以下浅层地下水中，大部分则以冰川、永久积雪和多年冻土的形式储存。淡水资源本是如此之少，又由于时空分布不均和污染，导致淡水资源更是匮乏，有人预言21世纪的战争必将由水引发。而海洋占据了地球表面积的70.8%，约占全球总水量的96.5%，从海洋中获得淡水是人类解决淡水缺乏的有效途径。 2. 海水淡化技术 海水淡化技术就是利用海水脱盐生产淡水。海水淡化根据不同的原理可以分为相变法、膜分离法、化学平衡法。相变法有蒸发法、蒸馏法和冷冻法，化学平衡法有离子交换法、水合物法和溶剂萃取法，二者都是从海水中分离出淡水；膜分离法有电渗析法和反渗透法，是从海水中分离出盐。自1954年第一个海水淡化厂在美国的德克萨斯建立，世界其他国家相继兴建了很多更大规模的海水淡化厂，尤其是中东地区。 2.1 多级闪蒸法 多级闪蒸海水淡化技术是由英国教授R.S.Silver在1957年发明的，这是蒸馏海水淡化技术历史上的里程碑。多级闪蒸彻底改革了传统的蒸馏脱盐模式，并且提供了一个实用经济又故障较少的饮用给水方法，它结构简单、操作方便、结垢危害小，不需要高压蒸汽为热源。另外，从海水综合利用出发，若将“滨海核电厂——多级闪急蒸馏海水淡化厂——浓海水的无机盐化工厂”综合生产建厂，将是一种现实可行的较为经济的生产系统方案。多级闪蒸海水淡化，是在一定压力下，把经过预热的海水加热至某一温度，引入闪蒸室，此室压强下降，可使海水急速汽化，即闪急蒸馏。产生的蒸汽在热交换管外冷凝成淡水，而留下的海水温度降到相应的饱和温度。温度降低所产出的湿热，供给为闪蒸所需的汽化潜热。依次将浓海水引入后续各闪蒸室逐级降压，使其再闪急蒸发，冷凝得到淡水。闪蒸室的个数称为级数，一般装置要几十级。其级数的多少，主要取决于总的闪蒸温度范围和温度损失。闪蒸温
离子交换技术与海水淡化
目录 摘要 (2) Abstract (2) 关键词 (2) 一、海水淡化的背景 (2) 九海水淡化的原因 (2) 2.............................................................................................................................. 海水的成分 (3) 二、海水淡化的技术： (3) 1?海水的预处理 (3) 2.反渗透 (4) 3.电渗析 (4) 4.蒸馆法 (4) 5.海水淡化的建设周期 (4) 三、离子交换海水的淡化技术： (5) [.淡化原理 (5) 2.离子交换剂直接淡化海水 (5) 3.离子交换剂用于淡化海水的预处理 (5) 3.离子交换剂用于淡化海水的后处理 (6) 4.离子交换技术淡化海水的特点 (6) 5.离子交换技术淡化海水的发展前景 (6) 四、结语 (7) 五、参考文献： (7)
摘要 随着我国经济的快速发展，用水量急剧增加，沿海地区由于经济发达人口众多，对水资源的需求量更大，水资源严重匮乏，海水淡化将成为沿海城市解决水危机的重要途径。离子交换法淡化海水具有处理彻底、成本低、可再生等优势, 已在海水淡化预处理、后处理、浓海水提取化学元素等方面得到广泛的应用，具有广阔的前景。 Abstract With the rapid development of economy in our country, water consumption has increased chamatically, due to the economic developed coastal areas with a large population, the greater demand for water resources, water resources are scarce, desalination will become the important way to solve the problem of water crisis in coastal cities.Method of ion exchange desalinatioii has complete processing, low cost and renewable advantages, has been in seawater desalination pretreatment, aft erti eatm ent, strong water extraction widely used in the chemical elements and so OIL has a broad prospect? 关键词 海水淡化；离子交换技术应用；离子交换技术海水淡化前景 一、海水淡化的背景 1?海水淡化的原因 水资源是基础性然资源和战略性经济资源，是经济社会发展的命脉，淡水资源短缺己成为制约我国经济和社会可持续发展的重要因素Z—。海水利用己成为世界许多临海国家新水源开发的战略决策,也是缓解我国水资源短缺、促进经济可持续发展的重要途径。 为解决淡水资源的供需矛盾，人们的目光早已转向相当于全球淡水37.6倍储量的海水。于是，海水和微咸水淡化被视为开发新水源、解决淡水资源危机的基本途径。rti 于物理方法耗能多、造价高，只适合于经济发达国家，适用性有限。为此，有人研究开发了用离子交换法进行海水淡化的新技术，并取得了成功。表1为淡化综合水价与沿海自來水价的比较： 表1: 从上表可以看出，到了2010年，海水淡化的水价，比居民自来水价比居民自来水价