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冷凍法海水淡化技術新進展

2015-09-21 11:25:55

  淡水資源的緊缺已經成為一個世界性問題,聯合國不止一次地向世界發出警告:除非各國采取有力措施,否則到2025年世界將約有三分之一的人口(約23億)得不到安全的飲用水供應。

  我國是水資源大國,同時也是人均水資源貧國。全國水資源總量為2181×1013m3,居世界第6位,但人均水資源量僅為2120×103m3,為世界人均的1/4,居世界第121位,被聯合國列為13個最貧水國之一。隨著經濟的發展和人民生活水平的提高,對水量的需求越來越大,對水質的要求越來越高,加上我國水資源時空分布不均、超限度的開采、無節制浪費以及隨意的污染,使得本來緊張的水資源供需矛盾更加尖銳,淡水資源的缺乏已經成為制約中國經濟發展和社會進步的瓶頸。“中國可持續發展水資源戰略研究”提出,中國水資源供求矛盾將影響國家整體性的可持續發展。其中北方,特別是環渤海地區,淡水供求矛盾已經成為這一地區可持續發展的關鍵因素。

  面對嚴重的淡水危機,中國開始將目光轉向了豐富的海水資源。中國擁有約1180×104km的海岸線,海洋面積約310×106km2,故利用海水淡化技術將豐富的海水作為人們生活、工業生產、農業灌溉需求的淡水資源,解決中國缺水的問題,特別是滿足沿海城鎮和島嶼對淡水的需求,是十分必要的。經過多年實踐證明,海水淡化是可行的和經濟的。

 

海水淡化設備

海水淡化設備

  海水淡化技術

  海水淡化是通過一系列的過程將高鹽度的海水轉變為人們可以直接使用的低鹽度的海水或淡水。目前海水淡化的方法有許多種,如蒸餾法、冷凍法、反滲透法、電滲析法、水合物法等。

  從能耗角度考察,對于中型裝置呈現下列趨勢:多級閃蒸>反滲透>冷凍法,對于大型裝置則為多級閃蒸>冷凍法>反滲透。從水費的角度考慮,無論是大型裝置還是中型裝置均呈現下列趨勢:反滲透>多級閃蒸>冷凍法。上述呈現的趨勢只是從能耗和水費方面進行的比較。由于反滲透法需要對海水進行嚴格的預處理,并且所用的膜一般3~5年便需要更換,而膜的更換費用約為總費用的40%左右,故綜合各種因素考慮,冷凍法在經濟上和技術上都具有一定的優勢。

  冷凍法

  海水在結冰時,鹽分被排除在冰晶以外,將冰晶洗滌、分離、融化后即可得到淡水,利用這一原理進行海水淡化的方法即為冷凍法。冷凍法工藝主要包括冰晶的形成、洗滌[9]、分離、融化等。其中,按冰晶形成的途徑不同可分為天然冷凍法和人工冷凍法,人工冷凍法又可分為直接冷凍法和間接冷凍法。但是間接冷凍法傳熱效率不高,而且需要很大的傳熱面積,從而限制了它的使用。

 

海水淡化設備圖片

海水淡化設備

  天然冷凍法

  在較高緯度地區,可以利用冬天溫度低這一自然環境條件使海水自然冷凍結冰,取冰融化而得到淡水。環渤海地區地處較高緯度區域,在重冰年可采海冰作為淡水資源,總量約410×1011m3[10,11]。雖然海水在結冰時大量的鹽分被排除在冰晶之外,但是在海冰形成過程中仍然會包裹一定量的海水,所以渤海海冰鹽度在3‰~8‰[12],經過簡單分離便可以用于工農業生產及生活飲用。因此,不少專家提出,開發渤海海冰作為淡水資源可緩解環渤海地區缺水的現況。

  人工冷凍法

  人工冷凍法可分為間接冷凍法(利用低溫冷凍劑與海水進行間接熱交換使海水冷凍結冰)和直接冷凍法(冷凍劑或冷媒與海水直接接觸而使海水結冰)。根據冷凍劑的不同,直接冷凍法又可分為冷媒直接接觸冷凍法和真空蒸發式直接冷凍法。

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