地球只有百分之三是淡水,我國的淡水資源相對匱乏,加上生活廢水,工業污水和固體污染物對地表、地下水的污染,如何解決淡水資源成為我國重要問題之一。水資源的調取方式和其優缺點如下圖:
我國天津、山東、浙江、河北、遼寧、廣東、福建、江蘇、海南9省有海水淡化工程。天津是海水淡化重點發展城市,海水淡化規??蛇_到31.72萬噸/日。隨著國家對海水淡化的重視,我國出臺了一系列海水淡化相關政策,這也促進了海水淡化市場的發展。海水淡化主要政策及影響如下圖:
在實踐中被認為可行有效的海水淡化技術主要有以下幾種類型:第一類是蒸餾法,包括多級閃蒸法(MSF)、壓氣蒸餾法、多效蒸餾法(MED)等;第二類是膜法,包括反滲透法、電滲析法等;第三類是其他方法,如冷凍結冰法、溶劑萃取法、露點蒸發淡化技術等。
低溫多效蒸餾工藝
20世紀70年代末以色列IDE公司開發出LT-MED工藝來淡化海水,在新建的熱法工藝中被廣泛采用。典型的低溫多效蒸餾工藝(LT-MED)一般在七個以上的蒸發室內進行,通過蒸發管束的不斷蒸發、冷凝作用下產生淡水。LT-MED系統運行壽命長、維護量少,且系統受海水水質的影響微小。對于蒸汽量減少或者增大,對LT-MED的運行影響并不大,因此系統操作彈性是一個重要優勢。但LT-MED系統的操作溫度有局限性,限制了對該工藝技術進一步提高熱效率。
多級閃蒸工藝
多級閃蒸工藝(MSF)自20世紀60年代開始迅速占領中東地區市場,這也是海水淡化技術大規模應用的開始。MSF的原理是將海水加熱至很高溫度,然后經過在一系列壓力逐漸降低的閃蒸室內進行汽化,再通過除霧器去除鹽類物質,最后冷凝生成淡水。超大型的MSF淡化廠可以有50個閃蒸室。MSF更傳統一些,技術成熟、可靠,運行安全、穩定,閃蒸裝置具有大型化和超大型化的特點。
滲透和反滲透工藝
滲透是在壓力容器中通過大氣壓強使海水通過半透膜,半透膜攔截海水中的鹽分,使淡水通過,經過多個滲透膜后用收集裝置收集最后的淡水資源。反滲透即是滲透的逆過程。用壓力泵使海水通過膜元件,經過多個膜元件過濾滲透后收集淡水資源。壓力越大,海水通過膜的速度就越快。人工合成的反滲透半透膜是實現反滲透過程核心的部件,幾乎只有水分子可以透過。通常,一個壓力容器中可以安裝6~8個膜元件,一個中型的SWRO系統要由上千個壓力容器組成。膜組件的使用壽命、能耗和產品水水質會受到工藝預處理精度的影響。20世紀80年代反滲透開始成為與傳統熱法工藝相競爭的工藝。
以下為三種海水淡化工藝特點和發展趨勢圖:
2013年國內使用的技術大多還依賴進口,淡化的海水大多呈酸性,而我國現有的城市供水管網還是以水泥和鑄鐵管為主,因此淡化的海水輸送必然要求更換現有的供水管網,這必然會加大地方政府的財政支出,因此海水淡化技術普及受限。
我國海水淡化成本并沒有因為海水淡化技術的發展而有較大變化,2011年海水淡化成本約4-5元/噸,至2017年海水淡化成本約為4-7元/噸。