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冷冻法海水淡化技术新进展

2015-09-21 11:25:55

  淡水资源的紧缺已经成为一个世界性问题,联合国不止一次地向世界发出警告:除非各国采取有力措施,否则到2025年世界将约有三分之一的人口(约23亿)得不到安全的饮用水供应。

  我国是水资源大国,同时也是人均水资源贫国。全国水资源总量为2181×1013m3,居世界第6位,但人均水资源量仅为2120×103m3,为世界人均的1/4,居世界第121位,被联合国列为13个最贫水国之一。随着经济的发展和人民生活水平的提高,对水量的需求越来越大,对水质的要求越来越高,加上我国水资源时空分布不均、超限度的开采、无节制浪费以及随意的污染,使得本来紧张的水资源供需矛盾更加尖锐,淡水资源的缺乏已经成为制约中国经济发展和社会进步的瓶颈。“中国可持续发展水资源战略研究”提出,中国水资源供求矛盾将影响国家整体性的可持续发展。其中北方,特别是环渤海地区,淡水供求矛盾已经成为这一地区可持续发展的关键因素。

  面对严重的淡水危机,中国开始将目光转向了丰富的海水资源。中国拥有约1180×104km的海岸线,海洋面积约310×106km2,故利用海水淡化技术将丰富的海水作为人们生活、工业生产、农业灌溉需求的淡水资源,解决中国缺水的问题,特别是满足沿海城镇和岛屿对淡水的需求,是十分必要的。经过多年实践证明,海水淡化是可行的和经济的。

 

海水淡化设备

海水淡化设备

  海水淡化技术

  海水淡化是通过一系列的过程将高盐度的海水转变为人们可以直接使用的低盐度的海水或淡水。目前海水淡化的方法有许多种,如蒸馏法、冷冻法、反渗透法、电渗析法、水合物法等。

  从能耗角度考察,对于中型装置呈现下列趋势:多级闪蒸>反渗透>冷冻法,对于大型装置则为多级闪蒸>冷冻法>反渗透。从水费的角度考虑,无论是大型装置还是中型装置均呈现下列趋势:反渗透>多级闪蒸>冷冻法。上述呈现的趋势只是从能耗和水费方面进行的比较。由于反渗透法需要对海水进行严格的预处理,并且所用的膜一般3~5年便需要更换,而膜的更换费用约为总费用的40%左右,故综合各种因素考虑,冷冻法在经济上和技术上都具有一定的优势。

  冷冻法

  海水在结冰时,盐分被排除在冰晶以外,将冰晶洗涤、分离、融化后即可得到淡水,利用这一原理进行海水淡化的方法即为冷冻法。冷冻法工艺主要包括冰晶的形成、洗涤[9]、分离、融化等。其中,按冰晶形成的途径不同可分为天然冷冻法和人工冷冻法,人工冷冻法又可分为直接冷冻法和间接冷冻法。但是间接冷冻法传热效率不高,而且需要很大的传热面积,从而限制了它的使用。

 

海水淡化设备图片

海水淡化设备

  天然冷冻法

  在较高纬度地区,可以利用冬天温度低这一自然环境条件使海水自然冷冻结冰,取冰融化而得到淡水。环渤海地区地处较高纬度区域,在重冰年可采海冰作为淡水资源,总量约410×1011m3[10,11]。虽然海水在结冰时大量的盐分被排除在冰晶之外,但是在海冰形成过程中仍然会包裹一定量的海水,所以渤海海冰盐度在3‰~8‰[12],经过简单分离便可以用于工农业生产及生活饮用。因此,不少专家提出,开发渤海海冰作为淡水资源可缓解环渤海地区缺水的现况。

  人工冷冻法

  人工冷冻法可分为间接冷冻法(利用低温冷冻剂与海水进行间接热交换使海水冷冻结冰)和直接冷冻法(冷冻剂或冷媒与海水直接接触而使海水结冰)。根据冷冻剂的不同,直接冷冻法又可分为冷媒直接接触冷冻法和真空蒸发式直接冷冻法。

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