“海水淡化技术”阅读练习及答案

“海水淡化技术”阅读练习及答案（精选5篇）

“海水淡化技术”阅读练习及答案 第1篇

①随着淡水储量的减少，海水淡化技术已从沙漠地带走向城市。

②半个世纪以来，通过大规模淡化海水来获取饮用水这一方法一直为少数富裕而又缺水的沙漠地带国家所有。而现在，情况却在发生变化，就在最近几周，两个气候温和的城市伦敦和中国天津均宣布了建立大型海水淡化厂的计划。

③蒸馏海水以获得淡水的方法早就存在，但通过加热海水和收集水蒸气来大规模淡化海水则始于上世纪50年代那些盛产石油且能源充足的海湾国家。另外一个主要方法则是从上个世纪70年代发展起来的逆渗透技术，即迫使海水通过细密的薄膜，从而过滤掉其中的盐分。如今，全球淡化水日产能力已接近3000万立方米，约占全球生活用水供给量的3%。其中2/3来自海水淡化处理，其余则来自对地下咸水的淡化处理。

④无论是蒸发盐水还是迫使其经过过滤网，这两种淡化技术都要消耗掉大量能源。过去，生产1立方米这样的脱盐水，要花上好几美元。但近5年来，随着结实耐用的尼龙薄膜和醋酸纤维膜的问世，逆渗透方法的费用也得以下降。这种新型复合膜一次能过滤掉75%的盐分，且寿命较长。如想要完全去除水中的盐分，则需要过滤几次才行。

⑤在弗罗里达的坦帕海湾有一家逆渗透技术淡化水厂，可在干旱年份弥补地下水存储量的不足。加州圣克鲁斯也正在建设类似的工厂。此外，在得克萨斯州休斯敦、澳大利亚佩斯和南非开普敦，建设此类工厂的计划也正在讨论之中。西班牙政府更是放弃上届政府从北部的埃布罗河向南部干旱地区调水的计划，转而着手建设20家逆渗透技术水厂，预计产水量将可满足西班牙淡水总需求量的1%。现在，以色列的淡化海水是最便宜的。在那里，世界上最大的逆渗透水厂的淡水成本约为每立方米50美分，这和将淡水从加利利海输送到特拉维夫的每立方米30美分的费用差不多。在以色列，大约有1/10的水是淡化水。

⑥低廉的价格促使一些处于温带地区的城市也加入到这场逆渗透淡化水革

命中来。就在上个月，中国宣布了在天津建造一座大型逆渗透海水淡化厂的计划，日产水量将达到10万立方米。英国泰晤士河水利管理局已经表示将斥资2亿英镑在伦敦东部的泰晤士河边建造一座逆渗透水厂，日产水量将达到15万立方米，可以满足约100万人的生活用水需要。

⑦海水淡化专家汪尼克警告说，海水淡化的兴起可能会对环境产生影响。盐分从海水中分离出来形成高浓度咸水后，便被大多数水厂倒回大海。这种高盐度的废水不仅含有水垢、腐蚀物，还含有防腐的化学添加剂。同时，海水淡化的能源需求仍是个大问题，一座典型的逆渗透水厂每生产1立方米淡水的耗电量为6度。现在，一些利用核电站淡化海水的试验项目正在进行中，最近的一例是在印度的金奈。

⑧今天，淡化水约占全世界饮用水的1%，各国政府都很重视增加淡化水的比重。然而，我们还需要谨慎处理淡化产生的废水，并且利用再生能源为水厂供电，否则，这项本可以令我们免于淡水争夺战的技术将会加剧气候变化，而这将会给我们本已有限的天然淡水资源带来更大的压力。

(摘自20xx年8月12日《参考消息》)

16.短文说明的主要内容是：(1分)

17.从上个世纪50年代以来，人们淡化海水的两种办法是：(2分)

18.用文中的话说说这种新型复合膜一次能过滤掉75%的盐分中的这种新型复合膜指的是什么?它的特点有哪些?(2分)

19.根据你对文章内容的理解，请你推测一下通过淡化海水来缓解当今淡水储量减少的压力，其前景如何?(2分)

参考答案：

16.城市中实施海水淡化技术的情况。(该题1分，必须抓住海水淡化技术这个中心词。)

17.通过加热海水和收集水蒸气来大规模淡化海水;运用逆渗透技术，迫使海水通过细密的薄膜，从而过滤掉其中的盐分。(该题2分，答对一点给1分。)

18.尼龙薄膜和醋酸纤维素膜。过滤盐分的功能好，使用寿命长。(该题2分，答对一问给1分。)

19.略(该题2分，扣住原文，对前景分析作正反两放面的`推测都行，但要言之有理。)

海水淡化技术进展及能源综合利用 第2篇

地球表面2/3被水覆盖, 地球的水体总量达到14.5亿立方千米, 但海水占有其中97.5%, 在余下的2.5%的淡水中, 又有87%是人类难以利用的两极冰盖、冰川和冰雪, 人类实际可利用的淡水仅占全球水总量的0.32%。随着全球人口的急剧增加和工业化及城市化的迅速发展, 人类对全球淡水资源的需求不断增长, 同时由于水资源的污染和浪费, 使得淡水资源短缺的问题变得更加严重[1]。

中国是世界上淡水资源最为短缺的国家之一。我国的淡水资源总量为2.8万亿立方米, 居世界第6位, 但是人均淡水资源量为2340m3, 仅为前苏联的1/7, 美国的1/5, 世界人均的1/4, 联合国已把中国列为13个最缺水国家之一。目前中国有400多个城市缺水, 其中110多个城市严重缺水, 尤其是沿海经济发达地区人均淡水资源量低于500m3, 低于国际上通行的人均1000m3的生存底线, 大连、天津、青岛、烟台等城市的人均淡水资源量甚至低于200m3, 处于严重缺水状况[2]。有效解决沿海地区的淡水资源短缺问题, 不仅有助于提高这些地区的人民生活水平和加快经济发展, 而且对于促进全国的经济发展、加快中华民族伟大复兴的进程都具有十分重要的意义。

海水淡化是解决水资源短缺的有效途径。我国是海洋大国, 海岸线的总长为32647公里, 海水资源丰富, 而且海水淡化出水稳定、对环境副作用小, 不受气候和季节的影响, 因此利用海岸带优势, 向大海索取淡水, 成为一条非常有效、极具发展前景的增加淡水供应的可靠途径。我国政府已经将海水淡化技术列入《中国21世纪议程》中作为实现水资源持续利用的推广示范技术, 《中国海洋21世纪议程》更是将发展海水淡化技术和建立海水淡化示范工程并在有条件的地区推广列为优先发展项目。国家和社会对海水淡化这种可以增加淡水资源总量的开源性措施给予了越来越多的关注, 开发海水淡化技术、发展海水淡化产业必将成为保障21世纪中国可持续发展的重要措施。

1 海水淡化技术发展

按照脱盐过程分类, 海水淡化方法主要有热法、膜法和化学方法三大类。热法海水淡化技术主要有多级闪蒸、多效蒸发、压汽蒸馏和冷冻法;膜法海水淡化技术包含了反渗透法和电渗析法;化学方法则由水合物法和离子交换法构成。

图1显示的是各种海水淡化方法目前在世界范围内的总装机容量[3]。从图1中了解到, 反渗透法 (RO) 的淡水产量最大, 达到1.8107m3/d, 约占总装机容量的47%, 其他依次为多级闪蒸法 (MSF) 占35%, 压汽蒸馏法 (VC) 占5%, 多效蒸

发法 (ME) 占3%。

海水淡化装置分布在120多个国家, 其中一半以上分布在中东地区, 其余主要建在美国、日本、意大利、西班牙和其他沿岸国家, 其中沙特阿拉伯的海水淡化产量居世界第一, 约占世界总产量的23.6%。当今各种海水淡化方法都在向大型化发展, 世界范围内最大的多级闪蒸海水淡化装置在阿联酋, 共由6台装置组成, 每台的造水容量达到5.46104m3/d, 整个海水淡化厂日产淡3.276105m3/d, 而1960年在阿联酋建成的第一座海水淡化厂, 其产量仅为50m3/d[4]。最大的低温多效淡化装置位于以色列的ASHDOD电厂, 日产淡水1.9104m3。最大的海水反渗透淡化装置位于沙特阿拉伯Jeddah, 日产淡水1.14105m3[5]。

在众多的海水淡化方法中, 水合物法所产淡水水质较差, 离子交换法制水成本较高, 使得化学方法的应用受到限制;而冷冻法海水淡化由于冰晶的洗涤和分离较困难, 造成装置复杂, 运行可靠性不高, 因而一直难以被大规模应用[6]。目前投入商业运行的海水淡化方法主要有多级闪蒸 (Multi-Stage Flash-MSF) 、多效蒸发 (Multi-Effect Distillation-MED) 、压汽蒸馏 (Vapor Compression-VC) 、反渗透 (Reverse Osmosis-RO) 和电渗析法 (Electrodialysis-ED) , 而适用于大型的海水淡化方法只有MSF、MED、VC和RO[7]。

1.1 多级闪蒸

多级闪蒸是20世纪50年代末发展起来的, 迄今应用最广、规模最大、成熟程度最高的海水淡化技术。1957年英国学者R.S.Silver发明了多级闪蒸海水淡化方法, 开创了蒸馏法的一个新里程。由于MSF工艺加热过程与蒸发过程分开进行, 海水结垢倾向大为减小, 所需热源仅为低压蒸汽, 热能被重复利用, 系统能耗大幅度降低。同时, MSF整体性好, 易于大型化, 因而自其诞生之日起, 发展非常迅猛, 一跃而成为海水淡化技术的主力, 其装置建设规模和淡水产量至今仍居于主要地位。1990年国际原子能委员会认定多级闪蒸技术是技术最成熟, 应用最广泛的海水淡化技术[8]。

依据闪蒸过程的特点, 要对多级闪蒸装置的结构及运行温度进行优化, 从而保证多级闪蒸能够稳定正常运行。多级闪蒸装置及其流程图如图2所示, 海水闪蒸时所需的热量源于原料水显热, 即闪蒸后盐水的温度将有所降低。由于汽化率只与闪蒸前后的温差有关, 且每度温差的汽化率不足2‰, 因此为了得到足够的蒸发量, 应尽可能扩大闪蒸温度差、增大级数和增大MSF的单位蒸发产物传热面积。多级闪蒸装置的产水量受闪蒸温度的影响程度较大, 而提高闪蒸温度受到海水结垢和腐蚀的限制, 海水经过预处理后, 顶值海水温度也不能超过120℃。增加级数, 减小级间温差, 有利于提高造水比, 但是传热管材耗量增加, 而且传热管材料为价格昂贵的防腐合金, 从而引起设备制造成本增加, 因此通常控制多级闪蒸的级数, 使其造水比不超过13~14。

近年来, 多级闪蒸海水淡化装置的单机容量向着大型化发展, 阿联酋的阿布扎比AI Jubail水电联合厂多级闪蒸单机容量高达4.54104~5.77104m3/d[9]。此外, 新型阻垢剂的研究, 能够提高多级闪蒸海水淡化系统的顶值海水温度, 使其有效温差进一步加大, 加工材料方面的研究也使多级闪蒸装置的加工成本逐渐降低[7,10]。

1.2 多效蒸发

多效蒸发海水淡化经历了由浸没管蒸发、竖管降膜蒸发, 到横管降膜蒸发的发展过程。早期多效蒸发系统的蒸发器为浸没管式, 结垢严重, 盐水净液柱高, 温差损失大, 系统传热系数小, 已经逐渐被淘汰[11]。后来开始了竖管降膜蒸发淡化海水方面的研究, 海水在传热管内为膜状汽化, 蒸汽在传热管外冷凝, 传热壁两侧都有相变, 因而提高了传热系数。另外, 因为盐水一次流过系统, 因此降低了预处理费用。但是竖管降膜蒸发需要效间海水泵将盐水由上一效输送到下一效, 这又使得安装成本增加, 控制系统复杂, 维修和操作困难。为此提出了横管降膜蒸发海水淡化, 盐水通过喷淋装置在横管束的管外形成液膜而蒸发, 加热蒸汽在管内凝结, 盐水依靠重力或效间压差进入下一效蒸发器。它与竖管降膜蒸发相比, 具有电耗低, 设备高度低等优点, 同时由于液膜厚度薄, 传热系数高, 汽相阻力小, 因此传热温差比竖管降膜蒸发小。

20世纪70年代为解决多效蒸发结垢严重的问题出现了横管降膜低温多效蒸发海水淡化系统。如图3所示, 盐水在低温下蒸发, 即顶值盐水温度低于70℃。由于操作温度降低, 传热管材的结垢和腐蚀问题得到了有效控制, 因此可以使用廉价的铝合金材料替代贵重的防腐合金, 从而有效降低了海水淡化设备的制造成本。低温多效蒸发利用低品位的热源作为加热蒸汽, 因此其制水的能耗成本大幅度降低。国际原子能委员会认为, 在所有蒸馏法中, 多效蒸发海水淡化方法在降低海水淡水成本方面最具有潜力, 在所有海水淡化方法中它也可能是最优者。目前低温多效蒸发的研究多集中于提高传热系数、优化结构设计以及选择新型传热材料等方面。

1961年, 美国盐水局在Free Port建立了竖管多效蒸发海水淡化试验工厂, 开始了竖管降膜蒸发淡化海水方面的研究[12]。以色列IDE公司开发的低温横管降膜多效蒸发海水淡化系统[13], 最高操作温度62.9℃, 共7效, 造水比可达5.8~6.2, 折合电耗8.2~9.4kWh/m3。由于采用低温蒸发过程, 可以使用廉价的铝合金材料, 因此可以通过增加蒸发器的效数和传热面积达到所需的造水比, 保证低温运行时仍能够实现较高的热力性能。

国内低温多效蒸发海水淡化技术正逐步进入实践应用阶段。天津海水淡化与综合利用研究所在山东青岛黄岛电厂建成了3000m3/d的低温多效海水淡化示范工程, 吨水能耗1.65kWh, 水质达到4.2mg/L[14];河北国华沧东发电有限责任公司与SIDEM公司合作, 建成了2104m3/d的低温多效海水淡化工程, 制成淡水的含盐量小于54.2mg/L[14]。

1.3 压汽蒸馏

压汽蒸馏是利用热泵原理, 将蒸发器中沸腾海水蒸发出来的二次蒸汽通过压缩机的绝热压缩, 提高其压力、温度及热焓后作为加热蒸汽用, 使二次蒸汽在蒸发器内连续循环而重复利用。压汽蒸馏分为机械压缩 (Mechanical Vapor Compression, MVC) 和热压缩 (Thermal Vapor Compression, TVC) 。其中TVC是用高压蒸汽作为动力蒸汽在喷射器中引射二次蒸汽, 达到低压蒸汽重复利用的目的, 由于TVC没有转动部件, 结构简单, 运行稳定, 因此发展迅速。机械压缩是用压汽机提高二次蒸汽的压力和温度, 使二次蒸汽的潜热在蒸发器内循环利用。MVC只消耗电能, 不需要蒸汽热源及冷却水, 同时随着离心式蒸汽压缩机的运用与技术水平的提高, 使得MVC技术得到了较快的发展。MVC由于使用压缩机, 装置规模受压缩机容量的限制, 一般以日产几千吨淡水以下的规模较适宜。MVC装置具有的突出优点在于只依靠电力供应即可造水, 因此非常适用于偏远地区的小型淡化工厂。

意大利的240m3/d压汽蒸馏装置100℃蒸发时, 压缩机电耗达到11.4kWh/m3[15]。法国SIDEM公司开发的压汽蒸馏为4效横管降膜蒸发器, 其装机容量达到1500m3/d, 在蒸发温度62.5℃下, 能耗达到11kWh/m3。经过多年的研究, 目前蒸汽压缩机总效率可达到78%, 压汽蒸馏的功耗已降至6.3kWh/m3。

1.4 电渗析法

电渗析法是利用具有选择透过性的离子交换膜在外加直流电场的作用下, 使水中的离子定向迁移, 并有选择地通过带有不同电荷的离子交换膜, 从而达到溶质和溶剂分离的过程。美国、日本、意大利、法国、以色列等国家和地区处于电渗析研究的前沿。电透析法所耗用的电能与电解质浓度成正比, 电解质浓度越高, 电流密度就越大, 淡化1t水的成本也就越高, 因此电渗析法适用于含盐量不高的海水淡化, 一般要求海水的含盐量小于500010-6。由于电渗析过程所能除去的仅是水中的电解质离子, 而很难去除不带荷电的粒子, 因而其实际的脱盐率介于75%~99%之间。在常规条件下电渗析海水淡化技术直接电耗达到16~20kWh/m3淡水, 相比于同期出现的其他海水淡化方法而言, 其能量消耗偏高, 因此电渗析技术在海水淡化方面的应用受到一定限制[16]。

电渗析法作为海水淡化的主要技术之一, 已在世界各地得到广泛应用。目前, 世界上最大的电渗析装置是由美国Ionics公司于1984年在中东炼油厂建造的, 生产能力为日产淡水2400t[17]。世界范围内电渗析装置的总装机容量已达1254543m3/d, 1997年度新上电渗析装置的产水能力达到33823m3/d。我国电渗析的研究起步较早, 20世纪50年代末期就开始了电渗析的研究, 1981年6月在西沙建成200m3/d的电渗析海水淡化站, 满足了当时的军用和民用的需求, 1991年我国援助马尔代夫的2套海水淡化电渗析装置投入运行[18,19]。

1.5 反渗透法

反渗透海水淡化技术是利用半透膜的透水特性, 对水溶液加压, 使水分子克服阻力透过半透膜, 从而达到淡水从海水中分离出来的目的。1959年, S.Sourirajan和Sidney Loeb发现膜的不对称性, 进而确定了著名的凝胶-相转化制备不对称膜的工艺[20], 并于1960年成功研制出第一张高盐截留率、高水通量的不对称二醋酸纤维素海水反渗透膜[21], 使反渗透法逐渐达到实用化的水平, 由此开启了反渗透技术的应用大门。反渗透技术的主要部件是反渗透膜, 反渗透膜技术经过几十年的发展, 已趋成熟, 性能也有了很大提高, 目前反渗透膜的脱盐率已达到99.6%[22], 在国际市场上, 美国杜邦公司和日本东洋纺公司生产中空纤维膜占有主要市场份额。20世纪90年代出现的微滤、超滤或纳滤等膜技术作为反渗透海水淡化系统的预处理工艺[23,24], 延长了反渗透膜的使用寿命, 提高了反渗透海水淡化装置运行的稳定性。为了降低反渗透海水淡化的动力消耗, 出现了回收被浓缩浓盐水所携带的能量回收装置的研究, 正位移式能量回收装置能将浓盐水携带的能量90%以上加以回收。高性能的反渗透膜、先进的预处理工艺及新型能量回收装置的应用, 大大降低了反渗透法的制水成本, 投入商业运行的反渗透装置产水的吨水耗电量达到4~6kWh[22], 因此反渗透法已成为十分重要的海水淡化技术。反渗透装置最大的问题就是膜性能的降低, 在反渗透装置投产的6个月内脱盐率能达到99%, 其后可能降至约90%[22]。

美国亚力桑那州在Yuma装备有81台反渗透装置对科罗拉多的河水进行淡化, 产水量达到360000m3/d。1992年在沙特红海沿岸的Jeddah建有世界上当时最大的海水反渗透淡化装置, 10台设备产水能力为56800m3/d, 1994年装置扩容至113600m3/d[5]。1998年用于New Providece岛的13600m3/d和Cayman岛的5000m3/d反渗透海水淡化系统的能量回收装置, 其转换效率高达89%~96%, 系统的吨水能量消耗仅为2.6kWh/m3。

2 技术特点

上述的几种海水淡化方法各有其技术特点和合适的应用领域, 但依据德国学者Rautenbach对过去40年的研究发展得出的结论:多级闪蒸、低温多效蒸发和反渗透技术必将决定海水淡化的未来[25]。

其中低温多效蒸发与多级闪蒸和反渗透技术比较, 其具有如下特点:

1) 与闪蒸技术要求的海水加热到110℃以上相比, 其操作温度可以降低到70℃, 设备的腐蚀和结垢问题得到了有效控制。

2) 对于水电联产的海水淡化装置, 低温多效蒸发利用的是低品位的废气或余热, 而反渗透法利用的是高品位的电能, 因而低温多效蒸发是与滨海电厂结合的最佳方案。

3) 多效蒸发既有闪蒸过程, 又有蒸发过程, 因此在相同的温降内, 比闪蒸技术淡水产率要高。

4) 横管降膜蒸发传热管内蒸汽冷凝, 传热管外海水蒸发, 传热管内外都有相变, 因而其传热系数较高。

5) 多效蒸发浓缩倍率较高, 需要的海水补给量比闪蒸要少, 因此所消耗的泵功少。

6) 对海水的预处理要求低。海水进入装置前只需经过筛网过滤和加入适量的阻垢剂即可, 而多级闪蒸则必须进行加酸脱气处理, 反渗透技术要对海水进行消毒、凝聚、pH值调整和过滤等严格的预处理。

7) 系统运行安全可靠。在系统中, 发生的是管内蒸汽冷凝, 管外液膜蒸发, 即使传热管发生了腐蚀穿孔而泄漏, 由于汽侧压力大于液侧压力, 浓盐水绝对不会流到产品水中。

8) 产品水质高。低温多效蒸发的水质可以达到510-6, 无需再处理就可以直接作为锅炉水的补水, 而二级反渗透后产品水的含盐量仍高达14010-6, 必须经过进一步的除盐, 才能用于电厂的补水。

3 建议和展望

低温多效蒸发海水淡化技术已成为未来第二代水电联产海水淡化厂的主流技术[26]。水电联产低温多效蒸发海水淡化, 即所谓的Dual-Purpose Power Plant, DPPP, 电厂在发电的同时, 为海水淡化装置提供其所需的热量用于制取淡水。水电联产低温多效蒸发海水淡化能够综合利用能源, 有效降低制水成本;既解决沿海火电厂自身淡水的需求, 又利于提高电厂的经济性;便于实现装置国产化, 降低海水淡化装置的制造成本。

“海水淡化技术”阅读练习及答案 第3篇

一、风—光—抽蓄复合发电系统体系架构

风—光—抽蓄复合发电系统是可再生能源综合利用的一种有效方式。其系统架构如图1所示。发电单元主要包括风力发电、光伏发电、抽水蓄能等。

风力发电、光伏发电易受气象条件的影响。 风力发电出力与风速大小有关; 光伏发电出力取决于光照强度。

由风力机的空气动力学特性可知,风力机的输出机械功率为:

式中,ρ 为空气密度( kg /m3) ; R为风机半径 ( m) ; Cp为风能利用系数; v为风速( m/s) 。

易知,风力机的输出机械功率与空气密度、风速大小等因素有关。

光伏电池的等效电路如图2所示: 由理想电流源、理想二极管、串联电阻、并联电阻组成。光伏电池的端电压为V,流过光伏电池单位面积的电流用I表示。

其中,I为输出电流( A) ; Iph为光生电流( A) ; Id为流过Vd的电流( A) ; ISH为流过Rsh的电流( A) 。

当光伏电池电压为V,则有:

式中,ISK为短路电流; VOC为开路电压; Im为最大功率点对应的电流; Vm为最大功率点对应的电压。

光伏电池的输出电流受光照强度的影响。光照强度越强,输出功率越大。阴雨天其输出功率受较大影响。

抽水蓄能与风光互补发电系统结合在一起能够很好地弥补风力发电、光伏发电出力的随机性与不均匀性,具有很好的互补性。可逆式水泵水轮机具有两个工况: 水泵工况、水轮机工况。在用电低谷,当负荷不能完全吸收风光互补系统的出力时,抽水蓄能机组工作在水泵工况,把下水池的水抽到上水池,进行蓄水,可以起到填谷的作用; 在用电高峰期,当风光互补系统不能满足负荷的需求时,抽水蓄能机组工作在水轮机工况,进行发电,可以弥补风、光系统的出力不足。

二、可行性分析

1.风光具有互补性

风光具有随机性、不均匀性,是不可控源,可调节性差; 风光具有一定的互补性; 建立风光互补系统可从某种程度上减小峰谷差。由于风光的互补性,风光互补系统可以大大降低对储能的要求。

2.抽水蓄能是目前唯一在商业上成熟的大规模储能技术

可再生能源发电系统的核心问题是解决发电出力与负荷的平衡问题。抽水蓄能是目前唯一在商业上成熟的大规模储能技术,能够很好地起到削峰填谷的作用[2],能够有效弥补风力发电、光伏发电的随机性、不均匀性。在目前的风光互补系统中,一般采用蓄电池蓄能,但蓄电池寿命短、成本高、有污染,且不能大量储存电能。

3.海水淡化具有可控性[3,4]

将海水淡化与可再生能源系统结合在一起, 能够有效解决岛屿的用能、用水问题,且海水淡化具有很好的适应性和可调度性,能够解决负荷与出力的匹配问题。海水淡化是可变负荷、可调节、 高耗能。与可再生能源结合,当出力大的时候,多产水; 出力小的时候,少产水。能够一定程度上适应可再生能源的出力波动,在系统的能量平衡方面可以承担重要的角色。

基于上述分析,建立基于可再生能源的海水淡化系统是可行的。在政策方面,《可再生能源法》第二十四条明确指出,国家财政设立可再生能源发展基金支持偏远地区和海岛可再生能源独立电力系统建设。本课题的开展将为大规模开发利用可再生能源提供理论依据与参考,为解决偏远地区和海岛的用能和用水需求提供一种有效途径,对工程实践具有一定的理论指导意义。

三、关键技术

1.可再生能源系统功率预测技术[5,6]

由于可再生能源系统的输出功率受气候条件和环境因素的影响,其发电量具有较强的随机性。 科学地预测系统出力,是实现能量优化管理的前提。可再生能源输出功率预测是指根据气象、地理等历史数据,探索可再生能源发电系统历史数据变化规律对未来发电量的影响,寻求系统输出功率与各种相关因素之间的内在联系,从而对可再生能源发电系统未来的输出功率进行科学的预测。

2.多能互补系统的容量配置[7,8]

微源的选型、定容是多能互补系统在设计初期需要解决的首要问题。独立可再生能源系统通常包含一定比例的风力发电和光伏发电,它们的出力受自然资源的影响,并且出力特性不同,且对负荷的需求各有不同。发电单元的选型和定容需要根据负荷的类型及当地自然资源的可开发利用情况,综合考虑安装费用、设备的响应特性、控制方法及运行效率等,寻求最优的发电单元与容量配置方案,以提高多能互补系统的可靠性、安全性、经济性及环保性。

3.独立可再生能源系统能量优化管理技术[9,10,11,12,13]

独立的可再生能源系统中的风力发电、光伏发电等受外界自然因素的影响,其输出能量具备间歇性和随机性的缺点,使得微网内部的能量流动过程变得复杂,从而会影响系统的供电稳定性和可靠性。因此,需要对系统内部的能量进行优化和管理。其宗旨是实时地跟踪外界自然资源的随机变化情况,预测系统内各微源的出力。在满足负荷所需的情况下选择最优机组投运,以协调系统内部各个微源、储能装置与负荷之间的能量流动,提高发电质量,降低系统的综合运行成本, 实现系统的稳定运行。如何通过合理的优化调度策略来实现具有较强随机性的发电单元和用户负荷之间的功率平衡问题是独立可再生能源系统亟待解决的关键问题。

4.海水淡化的适应性技术[14,15]

海水淡化具有高能耗、可调控的特点。可再生能源具有波动性,海水淡化能够一定程度上对其波动性进行跟踪,因此海水淡化机组与可再生能源具有一定的匹配性。当可再生能源出力变大时,增加海水淡化机组的运行数量,增加淡水产出,以作备用,同时能够最大限度地利用可再生能源的出力,防止弃风、弃光现象; 当可再生能源出力不足时,减少海水淡化机组的运行数量,优先考虑满足其他重要负荷,并利用淡水池的蓄水来满足用户的生产生活用水需求。

可再生能源技术与反渗透海水淡化相结合是海水淡化发展的新思路。常规海水淡化机组工作在传统能源条件下,海水淡化机组的运行及淡水的产出按计划进行,而可再生能源具有较大的波动性和随机性,因此可再生能源作为海水淡化机组的动力,将影响设备的正常运行,甚至损坏设备。因此需要对常规的膜法海水淡化系统进行优化调整,以使其适应可再生能源的波动,提高可再生能源的利用率及设备的整体使用效率。

四、结语

“海水淡化技术”阅读练习及答案 第4篇

关键词：海水淡化,浓盐水,零排放

当前, 海水淡化技术发展迅速, 越来越的国家将海水淡化当做淡水资源可持续开发的的措施大力开发。但是, 当前海水淡化的方法存在着回收效率低的问题, 比如膜法海水淡化装置水的回收率大约为30%-40%, 而热法海水淡化装置水的回收率在15%-50%, 还有很大部分海水经过淡化之后, 将浓盐水向大海直接排放。海水淡化过程中, 脱盐加入的化学药物, 海水淡化的产物等的排放影响着近海海域环境与生态, 同时, 由于淡水规模的增加, 其影响也越来越大。因此, 加强对海水淡化浓盐水排放对于环境影响以及零排放技术的研究, 已经成为国内外研究的重点与热点。

一、海水淡化技术与应用

目前, 应用比较多的海水淡化的方法包括了热法海水淡化技术, 膜法海水淡化技术, 水合物海水淡化技术, 离子交换法海水淡化技术, 电去离子法海水淡化技术等。其中, 热法海水淡化技术中的多级闪蒸技术是目前世界上最为成熟的海水淡化技术, 被海湾国家广泛采用, 由于能耗比较大, 一般被应用在大型的海水淡化装置。膜法海水淡化中的反渗透技术作为一种发展较快的海水淡化技术, 没有热源的需求, 在大规模海水淡化装置, 中型海水淡化装置以及小型海水淡化装置中都得到了应用。热法海水淡化技术中的多效蒸发技术, 具有预处理简单, 操作安全可靠, 热效率高等优势, 具有非常大的发展前景。

海水淡化工程的迅猛发展, 使得工业, 市政等的淡水需求得到满足。但是, 由于大规模的建设海水淡化工程造成了突出的环境问题。海水淡化对于海洋以及海洋生物有着非常大的影响, 所以, 必须要重视由于海水淡化浓盐水排放造成的环境问题。

二、海水淡化对海洋环境的影响

海水淡化过程中, 一部分海水通过预热直接进行排放, 使得海洋受到热污染。比如, 多级闪蒸淡化技术的最高的盐水温度达到了90℃-110℃。与此同时, 海水淡化需要进行杀菌、脱碳、加缓蚀剂、加阻垢剂等工艺, 残留的化学药剂直接影响着海洋环境。膜法海水淡化技术的水回收率一般低于40%, 造成了浓盐水排放非常大;另外, 膜法海水淡化技术需要对海水进行严格的杀菌, 软化等预处理, 其化学药剂对于海洋环境以及海洋生物都有着非常重大的影响。

第一, 盐水排放的影响。目前海水淡化技术水的回收效率还不高, 大约50%-70%的进料海水经过浓缩之后被直接向海洋进行排放。海水淡化浓盐水排放中的化学药剂对海洋环境有着非常大的影响。海水淡化过程中的常用到杀菌剂, 缓蚀剂, 阻垢剂, 混凝剂等化学药品, 上述药剂以及其产物随着浓盐水向海洋进行排放, 从而对于海洋的环境造成破坏。

第二, 盐度的影响。海水淡化后浓盐水排放的盐度通常是天然海水的两倍左右。浓盐水的排水增加了海洋的盐度, 尤其是对于半封闭的海域而言, 由于其海水更新速度比较慢, 使得盐度增加, 从而严重威胁着海洋生物。

第三, 热污染的影响。海水淡化的冷却水系统排放的海水具有一定的热量, 对于海洋环境来说, 造成了热污染。就亚热带海洋生物而言, 其适应的温度大约在20℃-30℃, 很多海洋生物适应的温度上限是30℃, 海水淡化浓盐水排放温度高出环境温度3℃-5℃, 从而对于海洋生物的生长与繁殖起到严重的破坏。

三、海水淡化对环境影响的解决对策

第一, 进行浓盐水的综合利用以及采取零排放技术。为了在根本上解决浓盐水排放造成的对于海洋环境的污染问题, 可以采用对海水淡化浓盐水的再利用, 从而满足浓盐水零排放。海水淡化之后的浓盐水盐度以及温度都比较高, 通过太阳能池, 自然蒸发或者是电渗析的方式进行制盐或者进行化工原料的提取, 不但满足了海水淡化零排放的要求, 使得资源得到有效利用, 同时, 也提高了经济效益。通过蒸发再浓缩与结晶器制盐的方式可以满足零排放制盐工艺。浓盐水中不但有氯化钠, 同时, 还存在着石膏, 碳酸钙, 氢氧化镁, 硫酸钠等有价值的物质。可以利用浓海水制取氯化铵, 碳酸氢钠等。虽然浓盐水综合利用以及零排放技术是当前海水淡化发展的重点, 但是, 其技术的发展受到高投入以及高操作成本的限制。因此, 零排放技术能耗与成本的降低是其推广的关键。

第二, 优化取排水的设计。基于海水生物可持续发展的前提下, 对海洋进行开发利用。因此, 需要通过不同的措施对海洋进行修复, 尽可能的降低废水排放以及取用水对于海洋造成的影响。学者Thomas等人认为必须基于对海洋环境优化的基础上对海水淡化装置进行设计与建设。海水淡化装置取排水设计过程中, 取水口以及排水口应该远离生态敏感区域, 降低取水的流速, 利用合理的取水装置使得取水时对于海洋生物的影响降低;对取水方式进行设计, 使得对海洋生物的影响尽可能低;排水口尽可能满足向开放性海洋排放, 尽可能避免向封闭河流进行排放。

第三, 减少有害化学物质。在进行海上淡化的预处理过程中, 要减少对危险化学品的使用, 尽可能的不使用有害化学物质。学者Visvanathan等人使用膜生物反应器对于海水进行预处理, 能够使得78%的有机碳去除, 同时, 能够对于海水进水对膜的生物污染起到有效抑制作用。另外, 通过新型材料, 比如抗腐蚀管路等, 使得腐蚀产物有害物质对于海水生物的影响降低。

结语

对于不同的海水淡化浓盐水排放而言, 对海洋环境具有不同影响。对于海洋环境进行深入的剖析, 同时, 对于海水淡化技术进行优化, 无疑能够使得海水淡化对于环境的影响降低。另外, 由于海水中含有丰富的钠、溴、钾、锂、镁等化学元素, 对海水淡化进行深加工, 实现海水淡化零排放, 一方面使得海水淡化造成的环境影响得到根治, 另外一方面, 能够创造极大的经济效益。从而实现海水淡化的可持续发展。

参考文献

海水淡化技术浅谈 第5篇

随着世界各国经济的高速发展以及人口的迅速增长和集中, 世界各国对水的需求日益增加, 而地球上的淡水资源非常有限, 淡水资源缺乏已成为全球性的问题。

21世纪将是水的世纪。中国被联合国认定为世界上13个最贫水的国家之一。2010年后, 我国将进入严重缺水期, 有专家估计, 2030年前中国的缺水量将达到600亿m3。因此, 为保证我国市政供水水资源紧缺的问题, 淡水资源问题的解决已迫在眉睫。

2 海水淡化取水工艺简介

海水取水工程作为海水淡化厂的重要组成部分, 其任务是确保在海水淡化厂的整个生命周期内提供足够的、持续的、适合的源水。海水取水方式有多种, 大致可分为海滩井取水、深海取水、浅海取水三大类。通常, 海滩井取水水质最好, 深海取水其次, 而浅海取水则有着建设投资少、适用性广的特点。

2.1 海滩井取水

海滩井取水是在海岸线边上建设取水井, 从井里取出经海床渗滤过的海水作为海水淡化厂的源水。通过这种方式取得的源水由于经过了天然海滩的过滤, 海水中的颗粒物被海滩截留, 浊度低, 水质好, 对于反渗透海水淡化厂尤其具有吸引力。海滩井取水一般分为如下三种方式:1) 管井取水。一般采用管井方式, 适用于取水量不大, 水质要求高的海淡工艺, 这种取水方式借助于较厚 (10 m～20 m) 的含水层, 储水可靠、安全;2) 大口井、辐射井取水。当取水量需求大时, 除采用井群外, 还可采用大口井、辐射井的方式取得大水量;3) 渗井取水。 渗井主要汲取海岸的渗透水和潜流水, 其出水量受海水潮汐的涨潮和落潮的影响;渗井可采用完整式渗井和非完整式渗井两种方式集取地下水或潜流水。

2.2 深海取水

深海取水是通过修建管道, 将外海的深层海水引导到岸边, 再通过建在岸边的泵房为海水淡化工程供应海水。一般情况下, 在海面以下1 m～6 m取水会含有沙、小鱼、水草、海藻、水母及其他微生物, 水质较差, 而当取水位大于海面下35 m时, 这些物质的含量会减少20倍, 水质较好, 可以大幅减少预处理的负担。同时, 深海水温更低, 对热法海水淡化工艺有一定优势。这种取水方式适合海床比较陡峭, 最好在离海岸50 m内, 海水深度能够达到35 m。如果在离海岸500 m外才能达到35 m深海水的地区, 采用这种取水方式投资巨大, 除非是由于工艺特殊要求需要取到浅海取不到的低温优质海水, 否则不宜采用这种取水方式。由于投资较大等因素, 这种取水方式一般不适用于较大规模取水工程。

2.3 浅海取水

浅海取水是最常见的海水淡化取水方式, 虽然水质较差, 但由于投资少、适应范围广、应用经验丰富等优势仍被广泛采用。一般常见的浅海取水形式有:海岸式、海岛式、海床式、引水渠式、潮汐式等。

1) 海岸式取水。海岸式取水多用于海岸陡、海水含泥沙量少、淤积不严重、高低潮位差值不大、低潮位时近岸水深度大于1.0 m, 且取水量较少的情况。这种取水方式的取水系统简单, 工程投资较低, 缺点是易受海潮特殊变化的侵袭, 受海生物危害较严重, 泵房会受到海浪的冲击。2) 海岛式取水。海岛式取水适用于海滩平缓, 低潮位离海岸很远处的海边取水工程建设。要求建设海岛取水构筑物处周围低潮位时水深不小于1.5 m～2 m, 海底为石质或砂质且有天然或港湾的人工防坡堤保护, 受潮水袭击可能性小。3) 海床式取水。海床式取水适用于取水量较大、海岸较为平坦、深水区离海岸较远或者潮差大、低潮位离海岸远以及海湾条件恶劣 (如风大、浪高、急流) 的地区。这种取水方式缺点是自流管 (隧道) 容易积聚海生物或泥砂, 清除比较困难;施工技术要求较高, 造价昂贵。4) 引水渠式取水。引水渠式取水适用于海岸陡峻, 引水口处海水较深, 高低潮位差值较小, 淤积不严重的石质海岸或港口、码头地区。缺点是工程量大、易受海潮变化的影响。5) 潮汐式取水。潮汐式取水适用于海岸较平坦、深水区较远、岸边建有调节水库的地区。在潮汐调节水库上安装自动逆止闸板门, 高潮时闸板门开启, 海水流入水库蓄水, 低潮时闸板门关闭, 取用水库水。这种取水方式取水水质较好, 尤其适用于潮位涨落差很大, 具备可利用天然的洼地、海滩修建水库的地区;主要不足是退潮停止进水的时间较长时, 水库蓄水量大, 占地多, 投资高。

3 海水淡化工艺简介

海水淡化的方法按脱盐机理可分为热法和膜法, 实用化的热法海水淡化工艺主要有:多级闪蒸 (MSF) 、低温多效 (MED) 和压汽蒸馏 (MVC) 三种技术。膜法主要指海水反渗透 (SWRO) 技术, 它利用半透膜, 在压力下允许水透过而使盐分和杂质截留的技术。其中低温多效 (MED) 已成为热法的主流技术;海水反渗透 (SWRO) 已成为膜法的主流技术。

热法又称蒸发法, 是最早采用的淡化技术。产品水的含盐量 (总固溶物) 在5 mg/L左右。蒸馏法海水淡化面临的问题是能耗高、设备的腐蚀和海水在传热管上的结垢。现代的蒸馏淡化技术, 多用于火力电站和热电企业的联合供水和生产饮用水。蒸馏法可以利用低位热能实现水电联产, 具有明显的节能优势。目前仍是海水淡化产量最多, 单机容量最大的淡化方法。

膜法在脱盐领域中的应用主要包括反渗透、纳滤、电渗析和离子交换技术, 反渗透在包括海水淡化的各脱盐领域都适用, 纳滤和电渗析仅适用于苦咸水淡化, 离子交换技术多用于纯水制备。20世纪50年代反渗透 (RO) 的提出就是为了海水淡化, 现在反渗透已成为海水淡化制取饮用水最经济的手段, 本体吨水耗电在3 kWh以下, 最大的装置达2.0×105 m3/d, 自20世纪70年代以来呈迅速增长趋势。同样反渗透也是苦咸水淡化最经济的方法, 据苦咸水的不同浓度, 吨水电耗在0.5 kWh～3 kWh。最大的反渗透苦咸水装置达1.3×105 m3/d, 最大的电渗析 (ED) 苦咸水淡化装置也日产数万吨。目前膜法日产多达7.0×106 m3海水淡化水和约1.0×107 m3苦咸水淡化水, 为广大干旱地区提供饮用水和过程用水。

反渗透是用半透膜在压力驱动下进行海水淡化的, 过程无相变, 高效节能。自20世纪70年代进入海水淡化市场之后, 发展十分迅速。RO用膜和组件也相当成熟, 目前有醋酸纤维素 (CA) 不对称反渗透膜和芳香族聚酰胺复合反渗透膜, 以复合反渗透膜应用为广, 大型组件直径达200 mm和450 mm, 脱盐率可高达99.5%以上;SWRO工艺过程也是成熟的, 有约30年的经验积累, 在一级海水淡化的基础上, 近年来, 又提出纳滤 (NF) 和SWRO与MSF相结合的研究开发, 以及高压一级、第二段高压等高回收率SWRO法等, 这使海水综合利用率进一步提高。在近几年国际海水淡化工程招标中, SWRO以投资最低, 能耗最低, 成本最低, 建造周期短等优势而屡屡中标。对于用二级RO生产含盐量小于10 mg/L～20 mg/L的水, 与离子交换或电除离子 (EDI) 结合生产纯水, 其经济性也是可与其他方法竞争的。反渗透海水淡化要求严格的预处理, 防微溶盐结垢和防止膜污染也应重视, 另外, 温度对淡化水的产量有相当的影响。

4 结语

我国政府已经充分认识到了政策支持对海水淡化产业化的重要性和必要性, 已将海水淡化列入《中国21世纪议程》中, 作为实现水资源持续利用的推广示范工程技术。海水淡化产业化所必需的外围环境正在日益改善, 海水淡化的产业化基础已基本具备, 海水淡化产业作为中国乃至全球范围内新兴朝阳产业, 在新的世纪中必将有突破性的飞跃发展。

摘要：针对目前我国水资源日益紧张的现状, 提出将海水淡化的思路, 具体就海水取水工艺的相关内容以及海水淡化的主要工艺进行了论述, 并对海水淡化的前景做了分析, 以期解决淡水资源问题。

关键词：水资源,海水淡化工艺,海水取水工艺

参考文献