海水淡化技術(shù)的分類及成本分析

張勝梅

（礦冶科技集團有限公司，北京 100160）

目前，常見的海水淡化技術(shù)主要有7 種，即蒸餾法、電滲析法、多級閃蒸法、低溫多效法、反滲透法、冷凍法和露點蒸發(fā)法。不同類型的海水淡化技術(shù)具有不同的特點，具體應(yīng)用要求存在一定差異。因此，要結(jié)合多種條件，合理選用海水淡化技術(shù)。

1 海水淡化技術(shù)類型

1.1 蒸餾法

蒸餾法將海水加熱到105 ℃得到蒸汽，之后將蒸汽冷凝，從而獲取蒸餾水。其優(yōu)點為設(shè)備構(gòu)造簡單、便于操作，所得的淡水質(zhì)量優(yōu)異，缺點是能耗較大。

1.2 電滲析法

電滲析法借助離子交換技術(shù)，利用直流電場的作用，借助陰離子交換膜（陰膜）和陽離子交換膜（陽膜）的選擇性，對海水中的陰陽離子進行選擇性滲透，從而分離出淡水與濃鹽水。在外部直流電場的作用下，海水中陽離子透過陽膜，而無法透過的陰離子被截留下來；陰離子可以透過陰膜，而無法透過的陽離子被截留下來。清除鹽分后，海水就成為淡水。制約電滲析法應(yīng)用的瓶頸是新型離子交換膜的研發(fā)和制造，其厚度一般為0.5 ～1.0mm。

1.3 多級閃蒸法

多級閃蒸系統(tǒng)引入一定量的海水，然后對其進行加熱升溫，水源預(yù)熱至設(shè)定水溫，而閃蒸室氣壓應(yīng)小于該設(shè)定水溫對應(yīng)的飽和蒸汽壓，部分熱鹽水進入閃蒸室后迅速地揮發(fā)汽化，溫度迅速下降，同時蒸汽冷卻，凝結(jié)成水，這就是淡水。其工藝流程如圖1 所示。多級閃蒸法設(shè)備簡單實用，水垢少，操作彈性較大，適用于大型和特大型海水淡化企業(yè)。多級閃蒸法不單單可以應(yīng)用在海水淡化中，還可以應(yīng)用在火力發(fā)電廠、石油化工廠的鍋爐水供給領(lǐng)域。

圖1 多級閃蒸法的工藝流程

1.4 低溫多效法

低溫多效法是在最大蒸發(fā)水溫小于70 ℃的條件下進行海水淡化，其把大量的水平管降膜蒸發(fā)器連在一起并分成多個組別，然后將一定量的水蒸氣送入蒸發(fā)器，經(jīng)過多次蒸發(fā)和冷卻凝結(jié)，從而得到相當數(shù)量的蒸餾水。低溫多效法的工藝流程如圖2所示。

圖2 低溫多效法的工藝流程

1.5 反滲透法

反滲透法能夠高效去除海水中90%以上的可溶性鹽、99%以上的膠體微生物與有機物，能夠緩解日常生活用水問題。現(xiàn)階段，相比電滲析法，反滲透法非常經(jīng)濟。反滲透法的主要驅(qū)動力是壓力差，這就大大降低了海水淡化的能源消耗。反滲透法使用的是半透膜，通常，淡水通過半透膜滲透到海水一側(cè)，這樣海水一側(cè)的水面就會升高，而半透膜另一側(cè)的水面就會降低，當水面高的一側(cè)施加超過海水滲透壓的外力時，海水中的純水就會逆向滲透到淡水側(cè)，進而從水面較低的一側(cè)獲得淡水，另一側(cè)則為鹽水。反滲透法的工藝流程如圖3所示。

圖3 反滲透法的工藝流程

1.6 冷凍法

冷凍法就是凍結(jié)海水，使其完全結(jié)冰，當液體海水變?yōu)楣腆w冰時，鹽類被分離出來，從而得到淡水。傳統(tǒng)的冷凍法包括直接接觸法、真空冷凍法和間接冷凍法。直接接觸法使用的冷凍劑通常是正丁烷、異丁烷等，它們不溶于海水且沸點接近海水，在整個氣化過程中，冷凍室內(nèi)氣溫穩(wěn)定保持在-3 ℃，上下可稍有波動，冷凍劑和冰直接接觸，產(chǎn)生了一種水、冷凍劑彼此不溶的體系，而水和冷凍劑的密度不同，這種差異使二者分離。淡水流出后，冷凍劑可繼續(xù)使用。真空冷凍法首先利用海水的三相點，使海水蒸發(fā)和結(jié)冰過程同步完成，隨后使冰晶融化和水蒸氣凝結(jié)分開進行，由此獲得淡水。間接冷凍法是指采用界面漸進原理，連續(xù)進行海水淡化，該方法主要用于大規(guī)模生產(chǎn)，費用較低，所得淡水的鹽量基本可控。

1.7 露點蒸發(fā)法

露點蒸發(fā)法是一項新型的海水淡化技術(shù)。它采用載氣增濕和去濕的原理，并利用凝結(jié)去濕的熱量，傳熱效率受氣水混合物側(cè)的傳熱影響。露點蒸發(fā)法以大氣為主要載體，用海水對其增濕和去濕來生成淡水，并利用熱傳導(dǎo)原理使去濕過程和增濕過程耦合，將冷凝潛熱送入蒸發(fā)室，為蒸發(fā)鹽水提供汽化潛熱，以提高其熱效能。

2 影響海水淡化成本的因素

海水淡化成本與居民日常生活成本關(guān)聯(lián)較大，只有接近日常用水價格，人們才會普遍接受。海水淡化成本主要由項目建設(shè)成本和運行管理費用組成，受多種因素影響，如工藝類型和擬建規(guī)模等。海水淡化成本主要涉及設(shè)備、材料和能源消耗，其中能源消耗占比較大。受應(yīng)用技術(shù)影響，不同海水淡化項目采用的設(shè)備具有較大差異。當前，國內(nèi)海水淡化行業(yè)發(fā)展強勁，海水淡化設(shè)備已實現(xiàn)國產(chǎn)化，較少進口。但海水存在一定的腐蝕性，海水淡化設(shè)備的關(guān)鍵零部件必須耐腐蝕，我國依然需要進口部分特殊零部件，其資金投入較大。此外，薄膜材質(zhì)也是影響材料成本的重要因素，反滲透膜價格高昂，使用過程中易污染和損壞，一般3 ～5年需要更新一次。

海水淡化資金投入普遍較大，制約其大范圍推廣。歷經(jīng)半個多世紀的探索，反滲透法的誕生才極大地降低了海水淡化成本。通常，選用的海水淡化技術(shù)會直接影響海水淡化成本。例如，蒸餾法一般應(yīng)用于壓力較低的環(huán)境，可以有效減少熱量需求，但這種方法對裝置材料的耐腐蝕能力要求很高，要想降低能源成本，必須切實提高造水比，優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計。

3 結(jié)語

當前，我國淡水資源分布不均，可用水資源較少。近年來，我國開始推行階梯水價，同時持續(xù)提升海水淡化技術(shù)研發(fā)強度。海水淡化技術(shù)日臻成熟，隨著海水淡化規(guī)模的持續(xù)擴大，其應(yīng)用成本逐漸降低，未來，海水淡化行業(yè)將獲得穩(wěn)定快速的發(fā)展。