海水淡化過程和方式方法

由于淡水稀缺，有必要將鹽水轉(zhuǎn)化為可飲用的淡水，這個(gè)過程稱為海水淡化。它還可以減少水中的總?cè)芙夤腆w(TDS)。海水淡化過程?地球上只有0.5%的水可以飲用。其余97%是海水，2.5%是咸水。?天然水可以根據(jù)其TDS值進(jìn)行分類。由于淡水稀缺，有必要將鹽水轉(zhuǎn)化為可飲用的淡水，這個(gè)過程稱為海水淡化。它還可以減少水中的總?cè)芙夤腆w(TDS)。海水淡化是一個(gè)成本高昂的過程。事實(shí)證明，通過海水淡化獲得的水比天然處理過的水昂貴得多。降低海水淡化成本的研究正在進(jìn)行中。

海水淡化方法：將鹽水轉(zhuǎn)化為淡水通常采用的各種方法列舉如下：(1)蒸發(fā)、蒸餾脫鹽。(2)電滲析法(3)反滲透法(4)冷凍工序(5)日光蒸餾法和（六）其他方法。1、蒸發(fā)、蒸餾脫鹽：這是最常用的海水淡化方法。在這種方法中，海水或鹽水在稱為蒸發(fā)器的巨型容器中煮沸，產(chǎn)生水蒸氣，水蒸氣被捕獲并凝結(jié)成淡水。?蒸發(fā)器由一個(gè)金屬箱組成，其中的鹽水（鹽水）由一組輸送非常熱蒸汽的管道加熱。?蒸汽的熱量通過管壁傳遞并使鹽水沸騰。?沸騰的鹽水蒸發(fā)，蒸汽被引入第二個(gè)盒子，其中另一組裝有冷鹽水的管道將其冷凝成新鮮純凈的水。在冷卻操作期間，從蒸汽中散發(fā)出的熱量加熱冷鹽水，然后將其發(fā)送到蒸發(fā)器。?這些蒸發(fā)器效率高，但容易“結(jié)垢”。水垢由石灰石、白堊和熟石膏組成，沉積在金屬箱蒸發(fā)器上。通過pH控制和脫碳對(duì)原鹽水（鹽水）進(jìn)行預(yù)處理，或者在蒸發(fā)器管內(nèi)襯上聚四氟乙烯，可以克服這個(gè)問題。為了降低蒸餾成本，開發(fā)了以下新方法來節(jié)省過程中使用的熱能和燃料：(i)立管蒸發(fā)器（VTE）(ii)多級(jí)閃蒸器(MSF)(iii)多效多級(jí)閃蒸器（MEMS）(iv)組合過程（VTE/MSF）立管蒸發(fā)器(VTE)?單效蒸發(fā)器如圖2.24油至波士頓?來自鍋爐的蒸汽加熱并蒸發(fā)鹽水。多效蒸發(fā)器如圖2.25所示。在此，水在第一效中以最高壓力蒸發(fā)。蒸氣在第二效中冷凝，蒸發(fā)出等量的蒸氣。同樣，第三個(gè)蒸發(fā)器充當(dāng)?shù)诙€(gè)蒸發(fā)器的冷凝器，依此類推。連續(xù)蒸發(fā)器中的溫度和壓力將繼續(xù)降低，使鹽水在低溫和低壓下沸騰。多級(jí)蒸發(fā)通過降低壓力，水可以在低溫下沸騰。熱鹽水在一定壓力下能汽化到一定程度；剩下的較冷的鹽水也可以在更低的壓力下蒸發(fā)，等等。這一原理用于“多級(jí)”蒸發(fā)器，即水在各個(gè)階段一次又一次地蒸發(fā)和冷凝。該技術(shù)有效地利用了熱能。多級(jí)蒸發(fā)器如圖2.26所示。在該蒸發(fā)器中，操作是在低溫和低壓下進(jìn)行的。該過程分為不同的階段。每個(gè)階段的溫度和壓力都會(huì)降低。加熱的鹽水被引入第一個(gè)隔室，導(dǎo)致一些水蒸發(fā)，這些水被冷凝并收集在另一個(gè)隔室中。較冷的鹽水進(jìn)入另一個(gè)壓力仍然較小的隔間，從而導(dǎo)致其中一些鹽水蒸發(fā)，這些鹽水也被冷凝和收集。重復(fù)該過程，直到真空達(dá)到實(shí)際可行的高度，并且所有可能的蒸發(fā)都已發(fā)生。最后，當(dāng)鹽水變得太濃、溫度和壓力太低以至于無(wú)法蒸發(fā)并且無(wú)法提取剩余的熱量時(shí)，它就會(huì)被扔進(jìn)海洋。這種方法只浪費(fèi)了一點(diǎn)點(diǎn)熱量。多級(jí)閃蒸(MSF)閃蒸是指熱鹽水在較小壓力下突然冷卻時(shí)產(chǎn)生的效果。水像閃電一樣突然蒸發(fā)，永遠(yuǎn)不會(huì)達(dá)到實(shí)際的沸點(diǎn)。使用加熱器將鹽水加熱至最高溫度。壓力下的熱鹽水通過噴嘴噴入壓力較低且溫度較低的第一室。突然的變化產(chǎn)生閃光動(dòng)作，水會(huì)立即蒸發(fā)。鹽水穿過多個(gè)隔室（閃蒸室），其中鹽水在連續(xù)低壓下發(fā)生閃蒸。每個(gè)階段閃蒸中釋放的蒸汽冷凝以加熱進(jìn)入的海水并提供淡水多效多級(jí)閃蒸(MEMS)在該方法中，整個(gè)溫度閃蒸范圍被分成多個(gè)溫度區(qū)間。在每個(gè)間隔內(nèi)，都有一個(gè)單獨(dú)的單效多級(jí)裝置運(yùn)行，具有自己的熱量輸入、熱量回收、熱量排出和再循環(huán)流。第一個(gè)效應(yīng)接收來自外部源的熱量，而對(duì)于后續(xù)效應(yīng)，來自前一個(gè)效應(yīng)的熱量被拒絕到下一個(gè)效應(yīng)的鹽水中。這有效地利用了熱量輸入。2、電滲析法脫鹽：在鹽水中，H、O分子與鈉離子和氯離子結(jié)合在一起。為了將鹽從水中分離出來，必須破壞H2O分子與Na+和Cl-離子之間的氫鍵。這些鍵在“蒸餾法”中被熱破壞；而在“電滲析法”中，這些鍵是在電的幫助下斷裂的。當(dāng)電流通過鹽溶液時(shí)，鈉離子和氯離子從水分子中釋放出來，它們開始向帶相反電荷的電極移動(dòng)。換句話說，帶正電的鈉離子將向-ve極移動(dòng)，即陰極，而帶負(fù)電的氯離子將向+ve陽(yáng)極移動(dòng)。如果允許這些陽(yáng)離子（+ve離子）和陰離子（-ve離子）分離在不同的隔室中，那么剩下的就是淡水。這種隔離是通過稱為“膜”的薄塑料片實(shí)現(xiàn)的。電池由一對(duì)平行安裝在一對(duì)電極之間的陽(yáng)離子膜和陰離子膜組成。堆疊由平行安裝在一對(duì)電極之間的多個(gè)膜對(duì)組成（每個(gè)膜之間有間隔物）。對(duì)于大型工廠，堆棧通過液壓方式連接在一起，通常是并聯(lián)（有時(shí)也串聯(lián)），如圖2.31所示。因此，在這樣的工廠中，大量的小分離器并聯(lián)連接在一起。交替類型的膜在每對(duì)相對(duì)的之間堆疊有薄墊片?？紫对诿恳粚佣继峁┻^量的水，因此鹽水可以被迫進(jìn)入膜之間，而較少的鹽水可以從另一側(cè)泵出，這些水可以通過其他膜堆再循環(huán)。由于一層膜通常可以去除50%的鹽度，因此使用三到四層膜可以通過這種方式生產(chǎn)出非常細(xì)的水。電滲析法的優(yōu)點(diǎn)是：(i)中等TDS（500至3000mg/l）鹽水的最佳方法(ii)這是一臺(tái)緊湊的機(jī)器。(iii)購(gòu)買和安裝工廠的成本較低。（四）操作方便。它可以在幾分鐘內(nèi)啟動(dòng)和停止。(v)這非常適合在小鎮(zhèn)或偏遠(yuǎn)地區(qū)凈化水。(vi)只需改變加在一起的單元數(shù)量，就可以將它們組裝成不同的輸出。3.反滲透工藝海水淡化：在這種海水淡化方法中，通過迫使鹽溶液接觸“半透膜”屏障來分離水分子和鹽離子，該屏障允許水流過自身但阻止鹽。在滲透中，當(dāng)鹽溶液通過半透膜與純水分離時(shí)，純水流過膜，直到純水側(cè)的壓力等于鹽溶液的滲透壓。但在反滲透中，通過在含有鹽溶液的一側(cè)施加外部高壓來對(duì)抗自然滲透壓。換句話說，自然滲透過程是相反的，外部壓力迫使鹽溶液中的純水穿過膜向含有純水的一側(cè)移動(dòng)。施加的外部壓力應(yīng)至少是滲透壓的兩倍才能達(dá)到可行的流程。RO通常在1000Kg/cm2左右運(yùn)行半透膜很薄，但致密且堅(jiān)固，足以承受較高的外部壓力。根據(jù)孔徑和去除顆粒尺寸對(duì)膜進(jìn)行分類如下：(i)微過濾（MF）(ii)超濾（UF）(iii)納米過濾（NF）；和(iv)反滲透(RO)

?微濾(MF)和超濾(UF)是微孔膜，通過物理分離去除懸浮的小尺寸顆粒。它們是低壓過程。?納米過濾(NF)和反滲透(RO)通過滲透作用去除溶解的鹽離子。NF被稱為低壓反滲透。NF和RO是高壓過程，通??過擴(kuò)散進(jìn)行分離。RO拒絕尺寸為0.0001μm的顆粒，而NF拒絕尺寸大于0.001μm（納米）的顆粒反滲透可用于中等咸度水（TDS為1000至10000mg/l）的低壓膜（如納米過濾）脫鹽；高壓膜適用于TDS高于10000mg/l的高鹽度水。通過該方法可以獲得TDS在500mg/l以內(nèi)的足夠優(yōu)質(zhì)的水。4、冷凍法淡化海水：這種方法的原理是當(dāng)鹽水結(jié)冰時(shí)，最初形成的冰幾乎不含鹽。這些冰融化后可以為我們提供優(yōu)質(zhì)的水。獲得的水的質(zhì)量令人滿意，但生產(chǎn)成本高且令人望而卻步。冷凍過程包括冷卻進(jìn)入的海水，將其冷凍成冰，分離冰和鹽水，融化冰以提供淡水，并使用濃縮鹽水冷卻進(jìn)入的海水。液化碳?xì)浠衔铮ㄕ⊥椋┛捎米髦评鋭Ｔ谥苯咏佑|式制冷系統(tǒng)中，冷凍丁烷與鹽水混合?；蛘撸訅豪鋬?；高沸點(diǎn)碳?xì)浠衔锉焕鋬霾⑴c預(yù)冷海水混合。5.太陽(yáng)能蒸發(fā)法海水淡化：其他海水淡化方法使用熱能或機(jī)械動(dòng)力。但太陽(yáng)蒸發(fā)利用太陽(yáng)輻射作為熱能來源。所需設(shè)備很簡(jiǎn)單。圖2.37所示為溫室型蒸餾器，在日照條件良好的情況下，每平方米盆地表面可產(chǎn)淡水約5公斤/天。黑色的底部含有鹽水，淺層通過它吸收太陽(yáng)能。蒸氣上升并凝結(jié)在玻璃或塑料表面上，其傾斜程度使得收集到的水流至公共水庫(kù)。必須經(jīng)常清除玻璃表面的灰塵等，以保持其透明。6.其他脫鹽方法：在該方法中，丙烷氣體在受控的溫度和壓力條件下與鹽水結(jié)合。在高于水的冰點(diǎn)的溫度下，鹽水和丙烷氣體之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成冰狀晶體。這些晶體的成分中不含