海水淡化

地球上71%的面积被海洋覆盖，但人类生产生活所需的淡水资源却相对匮乏。从数据来看，地球上的水总体积约有13亿5900万立方千米，海洋约占地球总水量为97.2%，湖泊咸水和地下咸水占0.94%，淡水资源只有约3500万立方千米，只占总水量的2.53%，再除去无法取用的冰川和高山冰冠中的水，陆地上可利用的淡水湖、地下水和河流的水量不到地球总水量的1%。因此，对资源丰富的海水加以开发和利用，使之变成淡水，一直是人们探索的方向。

那么海水淡化技术究竟是怎么发展起来的呢？

1 海水淡化的发展历程

早在16世纪，第一个陆基海水脱盐工厂就可能建在突尼斯的一座海岛上。

英国殖民者在海水淡化厂附近游泳

17 世纪就有海水蒸馏的报道，在 1675 年和 1683 年的英国专利 No.184 和 No.226 提出了海水蒸馏淡化。

18 世纪提出了冰冻法海水淡化。

19世纪，也就是1800 年后，由于蒸汽机的出现，以及远洋殖民开拓对航海的发展和实际需求，促进了蒸馏的发展，出现了漫没式蒸发器，这可作为海水淡化技术发展的开始，1812-1840 年开发了单效和真空多效蒸发，也开始了闪蒸的研究和设计工作，1852 年英国专利垂直管海水蒸发器很快在舰船上使用，之后又提出水平管喷膜蒸发、蒸汽压缩等专利；1872 年，在智利出现了世界上第一台太阳能海水淡化装置， 日产淡化水 2t。1884 年，英国建成第一台船用海水淡化器，以解决远洋航运的饮水问题。

值得一提的在中国，山东省威海市刘公岛上发现一座海水淡化蒸馏塔。据考证，此蒸馏塔修建于1920年前后，占地612平方米。该遗址是中国乃至世界上现存Z早的陆基海水淡化项目之一。与1560年在突尼斯一座海岛上建立的第一个陆基海水淡化厂和1872年智利出现的世界上第一台太阳能海水淡化装置隶属相同原理的基础蒸馏海水淡化项目。

刘公岛海水淡化遗址

20世纪初期

1898 年，俄国巴库日产淡水 1230t 的多效蒸发海水淡化工厂投入运转。到1900 年提出了多级闪蒸(MSF) 的专利，1930年机械蒸汽压缩蒸馏有很大的改进，1942 年出现了适于船用的浸没管蒸馏，1943 年出现了适于船舶及海岛使用的蒸汽压缩蒸馏，这使该装置和多效蒸发在二战期间得到大力发展，并装备于各式战舰和船只上，但这阶段多为浸没式多效蒸发装置，这种装置直到 1970 年仍在使用，且规模越来越大。

二战时期船用海水淡化装置

20世纪中期

1943 年也有了用于海上救生的离子交换淡化装置。1944 年又提出了人工冷冻法。同时在1930 年提出了反渗透和电渗析的概念，但1954年电渗析才实用化，主要用于苦咸水脱盐。1953 年，提出溶剂萃取法。1957 年 R. S. Silver 和 A. Frankel 发明了多级闪蒸(MSF)，由于克服了多效蒸发中易结垢和腐蚀等问题，所以在中东等缺水地区获得很快的发展，这可作为海水淡化技术大规模应用的开始； 1960 年反渗透 (RO) 膜获得突破性进展，但在海水淡化中应用是美国DuPont公司“Permsep” B-10 中空纤维反渗透器首先于1975 年开始的； 1961 年，又提出耗能很低的水合物法。1975 年低温多效(LTME)蒸馏商品化，它克服了以前多效蒸发易高温结垢的缺点，能耗也有所降低，用材要求也不苛刻，而得到一定程度的推广。

20世纪末期

20 世纪 80 年代中期之后，随着反渗透膜性能提高、价格下降、能量回收效率的提高等，使RO成为投资Z省、成本Z低的海水淡化制取饮用水的过程，由于水资源的感乏和用水量的巨大需求，核能淡化也引起世界原子能组织和各国的重视，核能与反渗透或蒸馆法结合，大规模生产饮用水和工业用水正在推进之中。

是不是看了这么多的处理方法已经头晕眼花了呢？

接下来拓宝就给大家介绍一下

海水淡化的方法和原理

2 海水淡化方法简介

蒸馏法

蒸馏法一句所利用能源、设备及流程不同，主要分为以下四种：多级闪急蒸馏（MSF）、多效蒸馏（ME）、蒸汽压缩蒸馏（VC）和太阳能蒸馏（SD）等。

多效蒸馏示意图

多级闪蒸示意图

反渗透法

反渗透（RO）：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。在通常情况下，淡水通过半透膜扩散到海水一侧，从而使海水一侧的液面逐渐升高，直至一定的高度才停止，这个过程为渗透。此时，海水一侧高出的水柱静压称为渗透压。

如果对海水一侧施加一大于海水渗透压的外压，那么海水中的纯水将反渗透到淡水中。

电渗析法

电渗析（ED）：以直流电为推动力，利用阴离子交换膜、阳离子交换膜对水溶液中的阴阳离子的选择透过性，使一个水体中的离子通过膜转移到另一水体中的分离过程。

电渗析示意图

冷冻法

冷冻脱盐（freezing desalination）：海水结冰后，冰中含盐量很低，将冰分离融化而得淡水的过程。

冷冻法脱盐示意图

水合物法

水合物法脱盐（hydrate desalting process）：使低碳烃在一定条件下与海水中的水成水合物，再从这种水合物中获取淡水的过程。

水合法示意图

电容吸附法

连接在金属、石墨等集电极上的一对活性炭电极，在外加直流电压让含有离子的原水流过期间时，通过静电力分别把液体中的正、负离子成分吸向负极、正极（充电），在吸附达到达到饱和状态的适当时刻，让两极短路或者反过程接触（放电）时，吸附的离子成分便发生脱附。这样的反复地进行充电、放电的周期性操作，脱盐装置入口（原水）的离子浓度是固定不变的，而出口浓度却呈周期性变化的状态。把出口的流路按照通电的状态进行相应的切换时，便能交替地得到除去了离子的淡化液体与从电极表面上回收的离子成分的浓缩液。

电容吸附法示意图

嵌镶离子交换膜压渗析

嵌镶膜是利用阳离子高聚物电解质同阴离子高聚物电解质互相交错、组合而成的膜，因其构型如同镶嵌的图案，故称为镶嵌膜。嵌镶膜是压渗析设备的主要部件。倘若用盐水通过嵌镶膜，如图所示，盐水中的Na离子与Cl离子就如同下阶梯一样，分别通过各自的通道迁到膜的下届面层，并立即电中和，再经扩散离开膜面，结果在膜的下游流出浓水，膜上侧变成淡水。

嵌镶膜工作示意图

溶剂萃取法

溶剂萃取法用于海水淡化的有两条途径：一是利用萃取剂除去海水中的盐而得淡水，鉴于海水组成的复杂性，至今还不能应用的少数几种溶剂，很简便的达到这一目的；二是用萃取剂萃取出海水中的水，再使溶剂与水分离而得淡水，这是目前实际采用的方法。

溶剂萃取法海水淡化原理

膜蒸馏

膜蒸馏（MD）是膜技术与蒸馏过程相结合的分离过程，膜的一侧与热的待处理溶液直接接触（称为热侧），另一侧直接或间接地与冷的水溶液接触（称为冷侧），热侧溶液中易挥发的组分在膜面处汽化通过膜进入冷侧并被冷凝成液相，其他组分则被疏水膜阻挡在热侧，从而实现混合物分离或提纯的目的。

四种不同操作方式的膜蒸馏

正渗透

正渗透（forward osmosis，FO）是指水通过选择性渗透膜从高水化学势区向低水化学势区域的传递过程，如图所示。可见，正渗透过程的实现需有两个必要因素：其一为可允许水通过而截留其他溶质分子或离子的选择性透过膜；其二为膜两侧所存在的水化学势差，推动纯水从海水侧渗透到汲取液侧；而后，借助化学沉降、冷却沉降、热挥发、反渗透、纳滤和电磁场等方法从汲取液中获得淡水，并使汲取液得到浓缩而可回用。

正渗透示意图

3 淡化技术的发展前景

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，大规模地把海水交成淡水，已经在世界各地出现，尤其是海湾地区。目前主要海水淡化方法有海水反渗透(SWRO)、多级闪蒸(MSF)、 多效蒸发(MED)和压汽蒸馏(VC) 等，而适用于大型的海水淡化的方法只有SWRO、MSF和MED。

3308维多利亚线路检测中心环境秘鲁20000t/天海水淡化工厂实景

2014年世界淡化水日产量8500万立方米/天，现仍以10% ~30%的年增长率攀升，中东地区以热法为主，美国、欧洲和澳大利亚等以SWRO为主。Z大的MSF淡化厂规模达88万立方米/天，Z大的SWRO淡化厂规模为52万立方米/天，目前SWRO成为从海水制取饮用水Z有竞争力的海水淡化手段。

3308维多利亚线路检测中心环境自主研发的AIO集装箱式海水淡化

海水淡化不仅是某一国家和地区，某一时期的暂时性的局部问题，而是世界范围内涉及人类生存和社会发展的长远而重大的问题。它可据所需水质和水量要求为所需地区连续地提供淡水，为缺水地区(我国沿海地区、北方和西北地区)人民生活、经济发展和生态维持提供淡水保证。可向海岛和船供水，利于海防建设和提高续航力，保证国家安全。可去除水中危害人体健康成分。提高人民生活质量。可对传统产业进行技术改造，实行清洁生产。

3308维多利亚线路检测中心环境SUNUP-海水淡化厂家

3308维多利亚官方地址是一家集开发、生产、销售、服务为一体的膜分离技术设备高新技术企业，以高盐水处理技术为核心，致力于研究发展海水淡化、零排放、垃圾渗滤液、特种分离等领域。

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