海水淡化课题研究

海水淡化课题研究

班级：高一（一）班

指导老师：张永峰

研究人员：刘兴强

一、研究背景：

海水淡化是21世纪的朝阳产业

世界上淡水资源不足，已成为人们日益关切的问题。有人预言，19世纪争煤，20世纪争油，21世纪可能争水。

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。目前，世界上已有120多个国家在运用海水淡化技术获取淡水，全球有海水淡化厂1.3万多座。2008年全球海水淡化总产量已达到日均6348万吨，全球海水淡化工程总投资额达到248亿美元，每年以20%-30%的速度增长。

中国也属于世界上13个贫水国之一，人均淡水资源仅为世界人均量的1/4，并且水资源分布不均，大量的淡水集中在南方，北方淡水资源仅为南方的1/4，可以说，整个淡水资源形势不容乐观。

截至2009年，中国海水淡化实际产水量日均24万吨，年海水直接利用量近500亿立方米。主要用于解决沿海城市工业用水和海岛生活用水，用于市政供水的大型海水淡化工程尚属空白。

经过多年的科技攻关，中国在海水淡化、海水直接利用等海水利用关键技术方面取得重大突破，技术经济日趋合理。部分技术如低温多效海水淡化技术、海水循环冷却技术已跻身国际先进水平。目前中国海水淡化已基本具备了产业化发展条件。

未来20年内国际海水淡化市场将有近700亿美元的商机。中国未来会有几十亿美元的市场。过去海水淡化产业关注的热点在中东地区和欧洲西班牙等地，但现在英国、法国、新加坡、丹麦、日本等国家的海水淡化企业纷纷来到中国，从事

技术、投资和建设活动。目前，中国市场成为国外海水淡化产品装备制造集团的重要战略市场。

相比南水北调，对于北方沿海地区，海水淡化在中国更具有现实价值。在我国国家政策和规划先行的背景下，未来我国的海水淡化市场面临着巨大的机遇。

海水淡化，顾名思义就是利用海水脱盐生产淡水。据了解，自从国家发改委、国家海洋局和财政部于2005年联合出台了我国首部《海水利用专项规划》后，天津、浙江、青岛、大连等9个沿海省市先后将淡化海水的项目提上日程，以求解决其工业用水的需求。

二、提出问题：如何进行海水淡化？

三、解决方法：

海水淡化的方法：

常用的海水淡化方法有二种。一种称为反渗透法。即从海水里渗透出淡水来的方法，就是反渗透法。外加高压与海水的含盐量成正比。一般反渗透法海水淡化要加到80大气压。因此，反渗透的容器尺寸不能太大，不然，反渗透膜和容器的强度均成问题。所以，反渗透法仅适用于海岛小规模海水淡化和内陆地区的苦咸水淡化，因为苦咸水的含盐量远比海水的低。

另一种称为蒸馏法，蒸馏法虽然是一种古老的方法，但由于技术不断地改进与发展，该法至今仍占统治地位。蒸馏淡化过程的实质就是水蒸气的形成过程，其原旦如同海水受热蒸发形成云，云在一定条件下遇冷形成雨，而雨是不带的咸味的。根据设备蒸馏法、蒸汽压缩蒸馏法、多级闪急蒸馏法等

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。冷

冻法与蒸馏法都有难以克服的弊端，其中蒸馏法会消耗大量的能源并在仪器里产生大量的锅垢，而所得到的淡水却并不多；而冷冻法同样要消耗许多能源，但得到的淡水味道却不佳，难以使用。

太阳能法

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。冷冻法与蒸馏法都有难以克服的弊端，其中蒸馏法会消耗大量的能源并在仪器里产生大量的锅垢，而所得到的淡水却并不多；而冷冻法同样要消耗许多能源，但得到的淡水味道却不佳，难以使用

电渗析法：该法的技术关键是新型离子交换膜的研制。离子交换膜是0.5-1.0mm厚度的功能性膜片，按其选择透过性区分为正离子交换膜（阳膜）与负离子交换膜（阴膜）。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

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。

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。

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。国外大部分海水淡化厂都是和发电厂建在一起的，这是当前大型海水淡化工程的主要建设模式。

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，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、无污染、所得淡水纯度高等优点而逐渐受到人们重视

由于多级闪蒸反渗透法等现下比较普遍所以讲下多级闪蒸

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。多级闪蒸海水淡化是将经过加热的海水，依次在多个压力逐渐降低的闪蒸室中进行蒸发，将蒸汽冷凝而得到淡水。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，主要在海湾国家采用。多级闪蒸技术成熟、运行可靠，主要发展趋势为提高装置单机造水能力，降低单位电力消耗，提高传热效率等。

实验室装置图：

1、蒸馏法：

2、反渗透法：

3、冷冻法：

4、电渗析法：

5、压汽蒸馏：

四、海水淡化的成本

据报道，每天约有6000吨的海水淡化水输入天津市汉沽区的市政供水管网，每吨价格为8.15元，而天津市民用水价每吨4.6元，成本之高令人难以接受。那么，为何会出现如此大的差异呢？

“使用反渗透膜技术出来的海水淡化水同自来水的含盐量差不多，不会出现细菌污染情况，人们可以放心使用。”，“由于海水淡化需要建立工厂、配置装备，所以固定成本投资相对较高，再加上淡化水在进入自来水管网前还需经过质量调配，因此淡化水的水价相对较高。”。

“不过，随着反渗透膜技术的不断成熟，成本会越来越低，淡化水最终能走进人们的生活从而解决水资源的危机问题。”。

“其实，淡化水的推广与技术及水源好坏有关，如果淡化海水的技术有所提高，而且水源好的话，成本会相对偏低，此外，降低能耗也是海水淡化低成本的关键因素之一。”。

今年2月，国家发改委发布了《关于组织实施城市节水和海水利用高技术产业化专项的公告》，对低温多效和反渗透海水（苦咸水）淡化等先进技术及其相关生产工艺、装备的工程应用进行示范和产业化，以引导和推动我国海水利用产业快速、健康发展。7月，发改委、科技部、商务部又联合发布修订的《当前优先发展的高技术产业化重点领域指南（2007年度）》，海水和苦咸水利用技术和设备再次被列入近期产业化重点。

五、开发多种水资源

假如海水淡化可以得到进一步推广，能最终解决我国水资源紧缺的问题吗？

“其实，无论是蓄水、跨流域调水等传统措施还是海水淡化，都难以全面解决缺水的根本问题。他们只能实现水资源的时空位移、或是增加水资源总量，解决部分地区的缺水问题。比如，海水淡化只能减轻沿海地区的供水压力，缓解一部分水资源紧张问题，完全靠某一种方法从根本上是解决不了问题的”。

那么，淡化水能够运输到内陆缺水地区吗？“这就需要考虑成本了，如果一些内陆城市距沿海城市不是很远的话，向其运输淡化水是个不错的选择，但是如果是相对偏远的内陆城市，运费估计会消耗太大，这样还不如采取其他方案来解决用水问题。”。

“人们还是应该加强节水意识，同时我们可以充分开发利用其他水资源，比如，冰山水和地下水等，只有将所有可能的水资源全部运用起来才能更好面对水资源缺乏问题。”

（以上为本次研究报告全部内容）

报告人：刘兴强