1、海水淡化的研究性學習報告一、課題背景：世界上淡水資源不足，已成為人們日益關切的問題。作為水資源的開源增量技術，海水淡化已經成為解決全球水資源危機的重要途徑。到2006年,世界上已有120多個國家和地區在應用海水淡化技術，解決了 1億多人的供水問題。而海水淡化工程與化學技術的改革發展密不可分，為了了解這些內在聯系，比如：化學是怎樣推進海水淡化技術進步的，現代海水淡化設備的原理，未來海水淡化工程的走向發展帶著這些問題我們展開了關于海水淡化的研究活動。二、課題目的1 了解海水淡化的實質2找出化學對海水淡化的作用3海水淡化的發展4海水淡化的主要方式5海水淡化與化學資源市場走向6明白淡水資源對人類的重要

2、從而珍惜水資源三、課題研究過程1討論，制定方案和計劃為了使研究過程更為順利，我們首先討論了一些有關的問題。 比如：如何進行 研究，分幾個步驟進行，如何分工等。制定了進行研究的方案，計劃，為研究的 進行作了準備。2分工我們分成兩組，利用課余時間進行活動。第一組；上圖書館，上網查找資料。第二組：整理論文，制作幻燈片。四、課題組成員指導老師：章秋香老師組長：蘇超鵠組員：廖艷、熊小梅、馮玉琴五、課題成果海水淡化的實質：海水淡化即利用海水脫鹽生產淡水。 是實現水資源利用的開 源增量技術，可以增加淡水總量，且不受時空和氣候影響，水質好、價格漸趨合 理，可以保障沿海居民飲用水和工業鍋爐補水等穩定供水。從海水

3、中取得淡水的 過程謂海水淡化。地球表面2/3的面積被水覆蓋，但水儲量的97 %為海水和苦咸水，這些水是很豐富的。但是，要利用海水必須經過淡化。目前，全世界有一百二 十多個國家和地區采用海水或苦咸水淡化技術取得淡水。據統計，海水淡化系統與生產量以每年 10 %以上的速度在增加。 亞洲國家如日本、 新加坡、 韓國、印尼與中國等也都積極發展或應用海水淡化做為替代水源，以增加自主水源的數量。海水淡化的技術主要有蒸餾、凍結、反滲透、離子遷移、化學法等辦法。海水淡化雖然耗電耗能，成本很高，但是意義重大。有人估計， 海水淡化可能是21 世紀誕生出的一種新型的生產淡水的未來水產業。就目前經濟技術水平而言，海水

4、淡化的成本還是比較高的。化學與海水淡化的聯系：表面看海水淡化很簡單，只要將咸水中的鹽與淡水分開即可。最簡單的方法，一個是蒸餾法，將水蒸發而鹽留下，再將水蒸氣冷凝為液態淡水。這個過程與海水逐漸變咸的過程是類似的，只不過人類要攫取的是淡水。另一個海水淡化的方法是冷凍法，冷凍海水，使之結冰，在液態淡水變成固態的冰的同時，鹽被分離了出去。兩種方法都有難以克服的弊病。蒸餾法會消耗大量的能源，并在儀器里產生大量的鍋垢，相反得到的淡水卻并不多。這是一種很不劃算的方式。冷凍法同樣要消耗許多能源，得到的淡水卻味道不佳，難以使用。化學與物理不斷進步推進了科學有序地進行海水淡化的工程改進，可以說，正是科學技術的優化

5、促成了海水淡化的成熟。海水淡化的發展：第一個海水淡化工廠于1954 年建于美國，多年來，其技術也在不斷進步。1953 年，一種新的海水淡化方式問世了，這就是反滲透法。這種方法利用半透膜來達到將淡水與鹽分離的目的。在通常情況下，半透膜允許溶液中的溶劑通過，而不允許溶質透過。由于海水含鹽高，如果用半透膜將海水與淡水隔開，淡水會通過半透膜擴散到海水的一側，從而使海水一側的液面升高，直到一定的高度產生壓力，使淡水不再擴散過來。這個過程是滲透。如果反其道而行之，要得到淡水，只要對半透膜中的海水施以壓力，就會使海水中的淡水滲透到半透膜外，而鹽卻被膜阻擋在海水中。這就是反滲透法。反滲透法最大的優點就是節能，

6、生產同等質量的淡水，它的能源消耗僅為蒸餾法的1/40 。因此，從1974 年以來，世界上的發達國家不約而同地將海水淡化的研究方向轉向了反滲透法。在新興的反滲透法研究方興未艾的時候，古老的蒸餾法也改弦易轍，重新煥發了青春。常識告訴我們，水在常溫常壓下要加熱到100 才沸騰，產生大量的水蒸氣。傳統的蒸餾法只考慮了通過升高溫度獲得水蒸氣的方式，耗能甚巨。而新的方法是將氣壓降下來，把經過適當加溫的海水，送入人造的真空蒸餾室中，海水中的淡水會在瞬間急速蒸發，全部變成水蒸氣。許多這樣的真空蒸餾室連接起來，就組成了大型的海水淡化工廠。如果海水淡化工廠與熱電廠建在一起，利用熱電廠的余熱給海水加溫，成本就更低了

7、。現在世界上的大型海水淡化工廠，大多采用新的蒸餾法。在西亞盛產石油的國度，往往土地“富得流油”，卻打不出一口淡水井。水比油貴的現實，使海水淡化工廠如雨后春筍般出現在西亞的海岸線上。1983 年，西亞第一大國沙特阿拉伯在吉達港修建了日產淡水30 萬噸的海水淡化廠；在另一個西亞國家科威特，現在每天可以生產淡水100 萬噸。波斯灣沿岸地區，有的國家的淡化海水已經占到了本國淡水使用量的80% 90% 。現代意義上的海水淡化則是在第二次世界大戰以后才發展起來的。戰后由于國際資本大力開發中東地區石油，使這一地區經濟迅速發展，人口快速增加，這個原本干旱的地區對淡水資源的需求與日俱增。而中東地區獨特的地理位置

8、和氣候條件，加之其豐富的能源資源，又使得海水淡化成為該地區解決淡水資源短缺問題的現實選擇，并對海水淡化裝置提出了大型化的要求。海水淡化的方法：蒸餾法：蒸餾法雖然是一種古老的方法，但由于技術不斷地改進與發展，該法至今仍占統治地位。蒸餾淡化過程的實質就是水蒸氣的形成過程，其原理如同海水受熱蒸發形成云，云在一定條件下遇冷形成雨，而雨是不帶咸味的。根據所用能源、設備、流程不同主要可分設備蒸餾法、蒸汽壓縮蒸餾法、多級閃急蒸餾法等。冷凍法 ： 冷凍法，即冷凍海水使之結冰，在液態淡水變成固態冰的同時鹽被分離出去。冷凍法與蒸餾法都有難以克服的弊端，其中蒸餾法會消耗大量的能源并在儀器里產生大量的鍋垢，而所得到的

9、淡水卻并不多；而冷凍法同樣要消耗許多能源，但得到的淡水味道卻不佳，難以使用。反滲透法： 通常又稱超過濾法，是1953 年才開始采用的一種膜分離淡化法。該法是利用只允許溶劑透過、不允許溶質透過的半透膜，將海水與淡水分隔開的。在通常情況下，淡水通過半透膜擴散到海水一側，從而使海水一側的液面逐漸升高，直至一定的高度才停止，這個過程為滲透。此時，海水一側高出的水柱靜壓稱為滲透壓。如果對海水一側施加一大于海水滲透壓的外壓，那么海水中的純水將反滲透到淡水中。反滲透法的最大優點是節能。它的能耗僅為電滲析法的1/2 ，蒸餾法的1/40 。因此，從1974 年起，美日等發達國家先后把發展重心轉向反滲透法。反滲透

10、海水淡化技術發展很快，工程造價和運行成本持續降低，主要發展趨勢為降低反滲透膜的操作壓力，提高反滲透系統回收率，廉價高效預處理技術，增強系統抗污染能力等。太陽能法：人類早期利用太陽能進行海水淡化，主要是利用太陽能進行蒸餾，所以早期的太陽能海水淡化裝置一般都稱為太陽能蒸餾器。餾系統被動式太陽能蒸餾系統的例子就是盤式太陽能蒸餾器，人們對它的應用有了近 150 年的歷史。由于它結構簡單、取材方便，至今仍被廣泛采用。目前對盤式太陽能蒸餾器的研究主要集中于材料的選取、各種熱性能的改善以及將它與各類太陽能集熱器配合使用上。與傳統動力源和熱源相比，太陽能具有安全、環保等優點，將太陽能采集與脫鹽工藝兩個系統結合

11、是一種可持續發展的海水淡化技術。太陽能海水淡化技術由于不消耗常規能源、無污染、所得淡水純度高等優點而逐漸受到人們重視。低溫多效法： 多效蒸發是讓加熱后的海水在多個串聯的蒸發器中蒸發，前一個蒸發器蒸發出來的蒸汽作為下一蒸發器的熱源，并冷凝成為淡水。其中低溫多效蒸餾是蒸餾法中最節能的方法之一。低溫多效蒸餾技術由于節能的因素，近年發展迅速，裝置的規模日益擴大，成本日益降低，主要發展趨勢為提高裝置單機造水能力，采用廉價材料降低工程造價，提高操作溫度，提高傳熱效率等。多級閃蒸： 所謂閃蒸，是指一定溫度的海水在壓力突然降低的條件下，部分海水急驟蒸發的現象。多級閃蒸海水淡化是將經過加熱的海水，依次在多個壓力

12、逐漸降低的閃蒸室中進行蒸發，將蒸汽冷凝而得到淡水。目前全球海水淡化裝置仍以多級閃蒸方法產量最大，技術最成熟，運行安全性高彈性大，主要與火電站聯合建設，適合于大型和超大型淡化裝置，主要在海灣國家采用。多級閃蒸技術成熟、運行可靠，主要發展趨勢為提高裝置單機造水能力，降低單位電力消耗，提高傳熱效率等。電滲析法：該法的技術關鍵是新型離子交換膜的研制。離子交換膜是0.5-1.0mm 厚度的功能性膜片，按其選擇透過性區分為正離子交換膜（陽膜）與負離子交換膜（陰膜）。電滲析法是將具有選擇透過性的陽膜與陰膜交替排列，組成多個相互獨立的隔室海水被淡化，而相鄰隔室海水濃縮，淡水與濃縮水得以分離。電滲析法不僅可以淡

13、化海水，也可以作為水質處理的手段，為污水再利用作出貢獻。此外，這種方法也越來越多地應用于化工、醫藥、食品等行業的濃縮、分離與提純。壓汽蒸餾：壓汽蒸餾海水淡化技術，是海水預熱后，進入蒸發器并在蒸發器內部分蒸發。所產生的二次蒸汽經壓縮機壓縮提高壓力后引入到蒸發器的加熱側。蒸汽冷凝后作為產品水引出，如此實現熱能的循環利用。水電聯產： 水電聯產主要是指海水淡化水和電力聯產聯供。由于海水淡化成本在很大程度上取決于消耗電力和蒸汽的成本，水電聯產可以利用電廠的蒸汽和電力為海水淡化裝置提供動力，從而實現能源高效利用和降低海水淡化成本。國外大部分海水淡化廠都是和發電廠建在一起的，這是當前大型海水淡化工程的主要建

14、設模式。熱膜聯產： 熱膜聯產主要是采用熱法和膜法海水淡化相聯合的方式（即 MED-RO 或 MSF-RO 方式） ， 滿足不同用水需求，降低海水淡化成本。目前，世界上最大的熱膜聯產海水淡化廠是阿聯酋富查伊拉海水淡化廠，日產海水淡化水量為45.4 萬立方米，其中，MSF 日產水 28.4 萬立方米，RO 日產水 17 萬立方米。其優點是：投資成本低，可共用海水取水口。RO 和 MED/MSF 裝置淡化產品水可以按一定比例混合滿足各種各樣的需求。此外，以上方法的其他組合也日益受到重視。在實際選用中，究竟哪種方法最好，也不是絕對的，要根據規模大小、能源費用、海水水質、氣候條件以及技術與安全性等實際條

15、件而定。實際上，一個大型的海水淡化項目往往是一個非常復雜的系統工程。就主要工藝過程來說，包括海水預處理、淡化（脫鹽）、淡化水后處理等。其中預處理是指在海水進入起淡 化功能的裝置之前對其所作的必要處理，如殺除海生物，降低濁度、除掉 懸浮物（對反滲透法），或脫氣（對蒸儲法），添加必要的藥劑等；脫鹽 則是通過上列的某一種方法除掉海水中的鹽分，是整個淡化系統的核心部 分，這一過程除要求高效脫鹽外，往往需要解決設備的防腐與防垢問題， 有些工藝中還要求有相應的能量回收措施；后處理則是對不同淡化方法的 產品水針對不同的用戶要求所進行的水質調控和貯運等處理。海水淡化過 程無論采用哪種淡化方法，都存在著能量的優

16、化利用與回收，設備防垢和 防腐，以及濃鹽水的正確排放等問題。海水淡化與化學資源市場走向：目前，全球海水淡化日產量約3500萬立方米左右，其中 80%用于飲用水，解決了 1億多人的供水問題，即世界 上1/50的人口靠海水淡化提供飲用水。全球有海水淡化廠1 . 3萬多座，海水淡化作為淡水資源的替代與增量技術，愈來愈受到世界上許多沿海國家的重視；全球直接利用海水作為工業冷卻水總量每年約6000億立方米左右替代了大量寶貴的淡水資源；全世界每年從海洋中提鹽5000萬噸、鎂及氧化鎂260多萬噸、澳20萬噸等。圍繞制約海水淡化成本降低的關鍵問題， 發展膜與膜材料、關鍵裝備等核心技術，研發具有自主知識產權的海水淡 化新技術、新工藝、新裝備和新產品，提高關鍵材料和關鍵設備的國產化 率，增強自主建設大型海水淡化工程的能力海水淡化與水資源：世界上淡水資源不足，已成為人們日益關切的問題。有人預言，19世紀爭煤，20世紀爭油，21世紀可能爭水。向海洋要淡水”已經形成了方興未艾的產業，然而面對人類對于水資源的任意揮霍，再多的方法也只是徒勞。只有從根本上解決水資源浪費的情況， 海水淡化才是有意義的。我們必須清醒意識到海水淡化的重要性以及水資 源