新型分離技術(shù)海水淡化

新型分離技術(shù)海水淡化第1頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月目錄前言海水淡化技術(shù)概述淡化技術(shù)的新進(jìn)展需要進(jìn)一步解決的問題結(jié)語第2頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月1.前言我們的地球是水球，可用淡水卻只有0.77%。全球范圍有12億人得不到充足的清潔用水，水污染每年造成數(shù)百萬人死于非命，數(shù)億人致病或致殘。約有23億人（41%）生活在缺水地區(qū)，2025年這個(gè)數(shù)據(jù)可能會(huì)攀升到35億人。全球平均每年增長(zhǎng)人口8000萬，這些新增長(zhǎng)的人口都需要水?，F(xiàn)有的淡水資源正在日益受到地下水層污染的威脅。第3頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月世界水的分布第4頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月氣候變化的影響第5頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月全球快速擴(kuò)展的水危機(jī)第6頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月人口和天氣的影響加重水危機(jī)第7頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月全球?yàn)I海大城市缺水情況加劇輕度缺水中度缺水重度缺水第8頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月中東和北非的需水情況第9頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月1.前言地球上冰川逐步消失，目前一年四季有水的河流可能會(huì)變成季節(jié)河，迫使人類尋找新水源。海水和苦咸水資源是可用淡水的160多倍，人們自然想到海水淡化。它行嗎？第10頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月2.海水淡化技術(shù)概述海水淡化的定義海水淡化是從海水中獲取淡水的技術(shù)和過程——包括取出淡水和除去鹽分兩種方法。從海水中分離出淡水：蒸餾法、冷凍法、反滲透法、水合物法和溶劑萃取法；除去海水中的鹽分：電滲析法和離子交換法。第11頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月海水淡化技術(shù)的分類電滲析法離子交換法冷凍法水合物法溶劑萃取法反滲透法蒸餾法多級(jí)閃蒸多效蒸餾壓汽蒸餾分離出鹽分離出淡水海水淡化第12頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月2.海水淡化技術(shù)概述蒸餾法是基于相變分離的方法，鹽水變成蒸汽、冷凝后即為淡水——封閉環(huán)境的人工降雨水的汽化潛熱為560kcal/kg，蒸餾能耗大于反滲透。由于運(yùn)行溫度高，同樣回收率下蒸餾淡化的腐蝕和結(jié)垢趨勢(shì)也比反滲透高。反滲透的不足:產(chǎn)水純度稍低、預(yù)處理要求嚴(yán)格以及溫度降低使產(chǎn)水量下降。反滲透在新世紀(jì)有了快速的發(fā)展，裝機(jī)容量已超過50%的市場(chǎng)份額第13頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月海水淡化裝機(jī)容量隨年份變化TotalCapacity47Mm3/day第14頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月全球的熱法和膜法裝置第15頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月2.海水淡化技術(shù)概述淡化雖有發(fā)展，總量卻僅僅是人類淡水使用量的千分之二。少數(shù)情況下，淡化水的總成本比傳統(tǒng)的水資源要低。二者的接近才能使淡化有大的發(fā)展。淡化水的總成本=資金成本+能源成本+運(yùn)行成本SWRO:資金成本占40%，能源成本占40%，預(yù)處理、后處理以及清洗的運(yùn)行成本占20%。蒸餾淡化：前兩項(xiàng)的比例更高些。提高淡化水的競(jìng)爭(zhēng)性：從資金成本、能源成本和運(yùn)行成本三個(gè)方面共同下手。第16頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月投資與能耗的折衷第17頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月3.淡化技術(shù)的新進(jìn)展——1能耗降低SWRO的能耗下降情況第18頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月能量回收系統(tǒng)的進(jìn)步能量回收系統(tǒng)回收效率（%）弗朗西斯透平76佩爾頓透平87渦輪增壓器（turbo-charger）85功交換器96壓力交換器96第19頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月四種能量回收裝置第20頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月多級(jí)閃蒸成本年度下降情況第21頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月3.淡化技術(shù)的新進(jìn)展——2規(guī)模擴(kuò)大各種淡化工藝的單機(jī)規(guī)模擴(kuò)大情況第22頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月Ashkelon淡化廠（33萬噸/日）第23頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月Ashkelon淡化廠反滲透膜堆（16）第24頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月Ashkelon淡化廠的高壓泵和能量回收一個(gè)廠內(nèi)兩組能量回收，10臺(tái)增壓泵。第25頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月26澳大利亞Perth淡化廠（14.4萬噸/日）

第26頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月大直徑反滲透膜和壓力容器第27頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月世界首例大直徑膜反滲透淡化廠節(jié)電效果：30%第28頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月MSF的規(guī)模效益第29頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月3.淡化技術(shù)的新進(jìn)展——3膜性能提高反滲透膜脫鹽率和水通量的提高第30頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月復(fù)合膜表層形態(tài)的發(fā)展（透射電鏡觀測(cè)）

第31頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月3.淡化技術(shù)的新進(jìn)展——3膜性能提高UT-VT的耐氯反滲透膜聚合過程中引進(jìn)兩個(gè)荷電的磺酸基團(tuán)，形成有重現(xiàn)性的穩(wěn)定聚合物；脫鹽率可達(dá)到99%、滿足苦咸水淡化的要求，用于海水淡化還需提高性能；聚合物暴露在濃氯溶液中35小時(shí)沒有顯著變化，芳香聚酰胺膜早就溶化了。第32頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月3.淡化技術(shù)的新進(jìn)展——3膜性能提高M(jìn)IT的耐污染膜聚氟乙烯骨架、聚氧乙烯為齒的梳狀膜，形成直徑2納米的微孔矩陣。膜具有非常高的水通量，同時(shí)具有抗污堵能力。聚氧乙烯與水結(jié)合得十分緊密沒有機(jī)會(huì)粘接生物分子?？状蟆⒉幻擕}：用作反滲透的預(yù)處理攔截進(jìn)水中的懸浮顆粒通過對(duì)骨架部分引入荷電基團(tuán)以排斥離子或縮短聚氧乙烯側(cè)鏈的長(zhǎng)度將孔做得更小來改善對(duì)鹽組分的攔截效果。第33頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月3.淡化技術(shù)的新進(jìn)展——3膜性能提高支撐在多孔氮化硅上的碳納米管膜在一個(gè)大氣壓下水分子通量是預(yù)期值的1000倍。機(jī)理還不很清楚如果碳納米管膜能夠放大并用于脫鹽，將會(huì)顯著的降低海水淡化的動(dòng)力消耗。第34頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月3.淡化技術(shù)的新進(jìn)展——3膜性能提高正滲透耶魯大學(xué)和美國(guó)多家機(jī)構(gòu)在進(jìn)行研究耶魯大學(xué)利用商品化的CTA正滲透膜以及NH3-CO2組成的汲取液進(jìn)行淡化研究，柱蒸餾對(duì)汲取液進(jìn)行濃縮。鹽的截留率高于95%，水通量可達(dá)25L/m2h。得到美國(guó)政府的資助，目前正在進(jìn)行中試研究。

第35頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月滲透/正滲透BrineWaterEquilibriumosmoticpressureBrineWatermembraneOsmosisWater/FeedForwardOsmosis(FO)BrineBrine≡DrawSolution(DS)第36頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月汲取液濃度與滲透壓的關(guān)系第37頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月流程圖-從廢水中回收飲用水FOMDFinalWasteROHygieneWWHum.Cond.+UrineCatalyticOxidation第38頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)驗(yàn)裝置第39頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月正滲透性能第40頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月正滲透性能測(cè)試-處理厭氧消化液第41頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月正滲透性能測(cè)試結(jié)果PretreatedCentrateRawCentrate123456789第42頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月正滲透性能測(cè)試平均去除率(%)氨總氮正磷酸鹽>87>89>99.5第43頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月正滲透與反滲透的對(duì)比MembraneCleaning第44頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月膜的結(jié)垢RO膜FO膜第45頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月耶魯大學(xué)正滲透研究第46頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月耶魯大學(xué)正滲透研究需要解決的問題正滲透膜的水通量和對(duì)鹽的截留率需要進(jìn)一步提高產(chǎn)品水含氨量的限制。汲取液濃縮能耗問題。盡管汲取液有極高的滲透壓且在58℃就分解成了二氧化碳和氨氣，但如果濃縮過程耗用了過多的能量，會(huì)影響其可行性。第47頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月3.淡化技術(shù)的新進(jìn)展——3膜性能提高新加坡南洋理工大學(xué)的二氧化鈦納米纖維膜水中的腐殖酸濃度為15mg/L，脫除實(shí)驗(yàn)：在沒有紫外線照射：對(duì)腐殖酸的脫除率為57%，對(duì)于TOC的脫除率在同等水平；膜上照射紫外線，對(duì)于腐殖酸的脫除率達(dá)100%，對(duì)于TOC的脫除率達(dá)93.6%。巧妙的利用了膜分理和納米二氧化鈦的光催化作用，為廢污水的回用指明了方向。獲得2008年國(guó)際水協(xié)的創(chuàng)新獎(jiǎng)。第48頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月二氧化鈦納米纖維膜第49頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月二氧化鈦膜對(duì)腐殖酸的脫除效果第50頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月3.淡化技術(shù)的新進(jìn)展——4膜法預(yù)處理的應(yīng)用

美國(guó)馬丁縣中試證明膜法預(yù)處理的優(yōu)點(diǎn)過濾水質(zhì)明顯改善透過水質(zhì)更加穩(wěn)定反滲透膜的污堵明顯減輕化學(xué)藥劑用量減少減少占地面積投資成本降低運(yùn)行費(fèi)用降低第51頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月預(yù)處理技術(shù)的進(jìn)步第52頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月黃島電廠超濾系統(tǒng)計(jì)算機(jī)畫面第53頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月黃島電廠反滲透系統(tǒng)計(jì)算機(jī)畫面第54頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月黃島電廠日產(chǎn)3000m3/dSWRO裝置超濾膜：海德能公司第55頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月黃島電廠日產(chǎn)10000m3/dSWRO裝置超濾膜：凱發(fā)公司第56頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月3.淡化技術(shù)的新進(jìn)展——5與熱淡化的結(jié)合

將現(xiàn)行的熱法淡化技術(shù)與反滲透淡化技術(shù)結(jié)合形成混合流程，減少海水的取用量，提高供水的靈活性并降低淡化成本。應(yīng)用新近開發(fā)的熱淡化技術(shù)：如露點(diǎn)蒸發(fā)和膜蒸餾。目前還難以預(yù)測(cè)露點(diǎn)蒸發(fā)和膜蒸餾能否與工業(yè)規(guī)模的反滲透或熱法淡化技術(shù)相競(jìng)爭(zhēng)。不同的水源有不同的特點(diǎn)以及不同的群體對(duì)水有不同的需求，各種淡化技術(shù)都應(yīng)有其生存和發(fā)展空間。第57頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月4.需要進(jìn)一步解決的問題

關(guān)注淡化水的安全以效益優(yōu)先為原則，開發(fā)苦咸水資源以改善環(huán)境為先導(dǎo)，提高污水回用的等級(jí)關(guān)注廢棄膜產(chǎn)生的污染第58頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月5.結(jié)語社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需要可持續(xù)的水資源支撐，從長(zhǎng)遠(yuǎn)的觀點(diǎn)來看，海水淡化是解決問題的重要途徑。淡化技術(shù)，尤其是反滲透海水淡化技術(shù)在過去的半個(gè)世紀(jì)已經(jīng)取得長(zhǎng)足進(jìn)步，但還有較大的發(fā)展空間。膜技術(shù)的最新進(jìn)展為進(jìn)一步降低海水淡化成本指明了方向。我國(guó)的海水淡化已經(jīng)起步，目前需要關(guān)注和解決的問題包括：淡化水進(jìn)入城市管網(wǎng)的后處理技術(shù)儲(chǔ)備、淡化技術(shù)用于