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海水淡化技术设计内容综述

产品时间:2020-09-24

简要描述:

?  海水淡化技术设计内容综述

  海水淡化技术的大规模应用始于干旱的中东地区,但并不局限于该地区。由于世界上70%以上的人口都居住在离海洋120公里以内的区域,因而海水...

详细介绍
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  海水淡化技术的大规模应用始于干旱的中东地区,但并不局限于该地区。由于世界上70%以上的人口都居住在离海洋120公里以内的区域,因而海水淡化技术近20多年迅速在中东以外的许多国家和地区得到应用。

  最新资料表明,到2003年止,世界上已建成和已签约建设的海水和苦咸水淡化厂,其生产能力达到日产淡水3600万吨。目前海水淡化已遍及全世界125个国家和地区,淡化水大约养活世界5%的人口。海水淡化,事实上已经成为世界许多国家解决缺水问题,普遍采用的一种战略选择,其有效性和可靠性已经得到越来越广泛的认同。

  1、反渗透法:

  通常又称超过滤法,是1953年才开始采用的一种膜分离淡化法。该法是利用只允许溶剂透过、不允许溶质透过的半透膜,将海水与淡水分隔开的。在通常情况下,淡水通过半透膜扩散到海水一侧,从而使海水一侧的液面逐渐升高,直至一定的高度才停止,这个过程为渗透。此时,海水一侧高出的水柱静压称为渗透压。如果对海水一侧施加一大于海水渗透压的外压,那么海水中的纯水将反渗透到淡水中。反渗透法的最大优点是节能。它的能耗仅为电渗析法的1/2,蒸馏法的1/40。因此,从1974年起,美日等发达国家先后把发展重心转向反渗透法。

  2、低温多效:

  多效蒸发是让加热后的海水在多个串联的蒸发器中蒸发,前一个蒸发器蒸发出来的蒸汽作为下一蒸发器的热源,并冷凝成为淡水。其中低温多效蒸馏是蒸馏法中最节能的方法之一。低温多效蒸馏技术由于节能的因素,近年发展迅速,装置的规模日益扩大,成本日益降低,主要发展趋势为提高装置单机造水能力,采用廉价材料降低工程造价,提高操作温度,提高传热效率等。

  3、电渗析法:

  该法的技术关键是新型离子交换膜的研制。离子交换膜是0.5-1.0mm厚度的功能性膜片,按其选择透过性区分为正离子交换膜(阳膜)与负离子交换膜(阴膜)。电渗析法是将具有选择透过性的阳膜与阴膜交替排列,组成多个相互独立的隔室海水被淡化,而相邻隔室海水浓缩,淡水与浓缩水得以分离。电渗析法不仅可以淡化海水,也可以作为水质处理的手段,为污水再利用作出贡献。此外,这种方法也越来越多地应用于化工、医药、食品等行业的浓缩、分离与提纯。

  4、水电联产:水电联产主要是指海水淡化水和电力联产联供。由于海水淡化成本在很大程度上取决于消耗电力和蒸汽的成本,水电联产可以利用电厂的蒸汽和电力为海水淡化装置提供动力,从而实现能源高效利用和降低海水淡化成本。国外大部分海水淡化厂都是和发电厂建在一起的,这是当前大型海水淡化工程的主要建设模式。

  反渗透海水淡化系统优化设计内容

  发展海水淡化技术是解决水资源短缺的重要途径。反渗透海水淡化技术由于其设备投资省、能量消耗低、建造周期短等诸多优点,近10年来发展速度很快,在未来将成为海水淡化的主导技术。根据热力学计算,常温下用反渗透法淡化海水的最低能耗仅为0.7KWH/m3左右。从理论上讲,它是最节能的海水淡化方法。

  但目前,对于反渗透海水淡化,其技术经济指标与社会的期盼值之间,还存在一定的距离,淡化水的成本提高。这说明当前的反渗透工艺、工程设计以及系统操作等方面仍有很多值得改进的地方。反渗透海水淡化系统优化设计的研究起步较晚,近十几年来一些学者对此开展了研究,提出了一些观点和方法,如超结构法等,然而由于问题本身的复杂性,所提的方法尚存不足之处,如高效率换能器的出现,产生了新的工艺,需要有新的模型来描述,另外他们对膜组件清洗和更换问题考虑也不够全面。

  本论文从系统工程角度,对反渗透海水淡化过程进行了分析,采用最优化方法对反渗透海水淡化系统的设计进行研究,提出了一套优化设计的方法,主要内容有以下几点:

  对反渗透淡化过程的工艺设计进行了研究。首先对过程的每个单元给出了单元操作模型和相关的经济模型。通过一定的变量将这些模型相互关联,组成系统模型。系统模型主要考虑了一级一段流程和一级两流程。将膜组件分为高脱盐膜、高通量膜、普通膜、低脱盐膜四种类型,以年费用最小为目标,在满足过程热力学、设备选型、设计要求等约束的条件下,系统的设计问题可表达为一个混合整数非线性规划(MINLP)。当产品水的设计要求不同,给水浓度不同时,采用本文的设计方法分别得出了不同的最优设计方案。这个方法可用于海水、苦咸水淡化的工程设计,也可用于高浓度含盐废水的脱盐工艺设计。对两个实例进行了设计,得到的吨水费用,能耗低于文献报道值,表明这种方法是有效的。

 


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