海水淡化的原理

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海水中有大量的盐。能不能从浩瀚的海洋中去除盐份，提取出淡水呢？海水淡化是人类追求了几百年的梦想。早在世界大航海的时代，英国王室就曾悬赏征求经济合算的海水淡化方法。时至今日，海水淡化的方法虽然有了数百种之多，生产出的淡水也风味各异，但以经济合算的标准衡量，仍然不尽如人意。
# r7 M: d1 B6 n/ G& i表面看海水淡化很简单，只要将咸水中的盐与淡水分开即可。最简单的方法，一个是蒸馏法，将水蒸发而盐留下，再将水蒸气冷凝为液态淡水。这个过程与海水逐渐变咸的过程是类似的，只不过人类要攫取的是淡水。另一个海水淡化的方法是冷冻法，冷冻海水，使之结冰，在液态淡水变成固态的冰的同时，盐被分离了出去。两种方法都有难以克服的弊病。蒸馏法会消耗大量的能源，并在仪器里产生大量的锅垢，相反得到的淡水却并不多。这是一种很不划算的方式。冷冻法同样要消耗许多能源，得到的淡水却味道不佳，难以使用。
1953年，一种新的海水淡化方式问世了，这就是反渗透法。这种方法利用半透膜来达到将淡水与盐分离的目的。在通常情况下，半透膜允许溶液中的溶剂通过，而不允许溶质透过。由于海水含盐高，如果用半透膜将海水与淡水隔开，淡水会通过半透膜扩散到海水的一侧，从而使海水一侧的液面升高，直到一定的高度产生压力，使淡水不再扩散过来。这个过程是渗透。如果反其道而行之，要得到淡水，只要对半透膜中的海水施以压力，就会使海水中的淡水渗透到半透膜外，而盐却被膜阻挡在海水中。这就是反渗透法。反渗透法最大的优点
就是节能，生产同等质量的淡水，它的能源消耗仅为蒸馏法的1/40。因此，从1974年以来，世界上的发达国家不约而同地将海水淡化的研究方向转向了反渗透法。
0 `6 B' p; M  I; R; ?' |在新兴的反渗透法研究方兴未艾的时候，古老的蒸馏法也改弦易辙，重新焕发了青春。常识告诉我们，水在常温常压下要加热到100℃才沸腾，产生大量的水蒸气。传统的蒸馏法只考虑了通过升高温度获得水蒸气的方式，耗能甚巨。而新的方法是将气压降下来，把经过适当加温的海水，送入人造的真空蒸馏室中，海水中的淡水会在瞬间急速蒸发，全部变成水蒸气。许多这样的真空蒸馏室连接起来，就组成了大型的海水淡化工厂。如果海水淡化工厂与热电厂建在一起，利用热电厂的余热给海水加温，成本就更低了。
) k% ^- a  n) b( Q# u现在世界上的大型海水淡化工厂，大多采用新的蒸馏法。在西亚盛产石油的国度，往往土地“富得流油”，却打不出一口淡水井。水比油贵的现实，使海水淡化工厂如雨后春笋般出现在西亚的海岸线上。1983年，西亚第一大国沙特阿拉伯在吉达港修建了日产淡水30万吨的海水淡化厂；在另一个西亚国家科威特，现在每天可以生产淡水100万吨。波斯湾沿岸地区，有的国家的淡化海水已经占到了本国淡水使用量的80%—90%。

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海水淡化作为一种技术，已历经数十年的研究，现在它已经完全成熟，能耗指标也大幅地降低了。目前已经实现商业化应用的淡化技术主要可分为蒸馏法和薄膜法两大类。蒸馏法又可细分为多级闪化法（MSF）、多级蒸馏法（MED）和蒸汽压缩法（VC）。薄膜法主要有电透析法（ED）和逆渗透法（RO）两种方法。其他的淡化技术则有冷冻法（Freezing）及太阳能蒸发法（Solar Still）等。
2 o' ~" g& D' J7 f+ ~+ I$ }# c在各种淡化技术中，以MSF法的单位产量最大，每单位机组的设计最高产量可达每日57600立方米。RO法及VC法的单位机组产量可达每日10000立方米。目前，全世界运行中最大的淡化厂产量为每日470000立方米，它有20台MSF机组，单机产量为每日23500立方米。
目前，全世界范围内仍以MSF法生产的淡水量较多，但RO法的占有比例有逐年增加的趋势，这是因为用于RO法的逆渗膜的制作技术不断改进，渗透膜的产量增加，能源消耗减小，使得RO法越来越受到市场的重视。
虽然海水淡化技术已经完全成熟，但由于海水淡化的成本比其他淡水资源的成本仍偏高，所以到现在为止，这种技术还没有在我国发展到商业化应用的阶段。目前在国内，不考虑初期的基建投资，淡化海水的成本为4.5～8.0元／吨。随着我国经济建设的不断发展和市政供水价格的放开，利用海水淡化技术制取淡水必将大有市场。
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多级闪化法（M SF）

多级闪化法是利用蒸馏的原理，将溶液中的水分转变成蒸汽而与溶解于溶液中的盐分分离；闪化是以减压的方式降低沸点，产生水蒸气，水蒸气经冷凝后即可制得淡水。这种方法不会使含盐水真正沸腾（仅仅是表面沸腾），可以大幅度地改善积垢的问题。
多级闪化法的制作程序主要分成两个系统：一个是加热区域，一般多采用蒸气做热源，蒸气冷凝后回到锅炉。另一个为闪化区域，为一个多级的闪化与热回收区，级数随着不同的设计要求而定。该方法产量大，使用广泛，技术成熟，已于1950年具有商业化规模。
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逆渗透法（RO）

1 i# y! L  T" f0 M$ l逆渗透法自70年代发展出第一座海水淡化厂以来，一直是具有竞争力的海水淡化技术之一。原海水通过R O膜之前必须先经预处理，其目的是除去可能阻塞薄膜的物质或破坏其构造的成分，如氧化剂等。处理的方法包括凝集沉降、过滤及添加抑制结构的药剂等。经过预处理后，海水由高压泵送至薄膜分离室，借助于半透膜可除去90％～99％的盐类、95％～99％的有机物及将近100％的胶体如细菌、硅胶等。薄膜的组成通常包括两个部分，一部分为海绵状的多孔物质，可让盐类及水通过并支持半透膜；另一部分为厚度仅为数千分之一英寸的半透膜，只能允许水通过。一般商业应用的渗透膜材质可分为醋酸纤维及聚氨脂两类。聚氨脂类的材质通常拥有较长的使用寿命。
% M) i0 O; j( v  v* q逆渗透法耗费的电能较大，但与多级闪化法相比有以下优点：1．只耗费电能，不需要蒸气；2．设备系统模组化，安装容易；3．淡化厂的兴建周期较短，厂房占地面积小。

电透析法（ED）
+ t! ~; ]$ m% {电透析法的原理是将很多的阴／阳离子薄膜交错地串联在一起，电解质溶液则在膜间流动，两侧施加直流电的电压之后，阳离子向阴极移动而阴离子向阳极移动。其中阴离子可顺利通过阴离薄膜，但再往前移动时却被邻近的阳离子膜挡住。同样，阳离子也可以顺利地通过阳离子膜而无法通过阴离子膜。最终将分离得到低电解质浓度的溶液（淡水）以及高电解质浓度的溶液（卤水）。电透析法所耗用的能源与溶液中盐类含量成正比，实际的脱盐率介于75％～99％之间。
此方法较少被应用在海水淡化方面，因海水所含的TDS 较高，耗电能较逆渗透法高，经济效益较差，因此此方法多用于淡化碱水。
0 `6 X! ]: d4 S6 G# W电透析法的商业化应用始于60年代，比逆透法早10年，其中往复式电透析法可以大幅度地改善积垢的问题，已成为电透析法的主流。在80年代因使用脂肪质阴离子薄膜的缘故，使得往复式电透析法较以前有了较大的改善。
多效蒸馏法（MED）
. {1 c# c& ]/ @. d多效蒸馏法是海水淡化技术中较早发展成功的方法之一，其原理是利用高温蒸汽与海水的温差进行热交换后，将蒸发出的水蒸汽冷凝并收集而成。但由于海水沸腾而造成管线容易积垢及其他因素，使得多效蒸馏法在应用上不如多极闪化法占有率那么大。
% G0 ?$ D. L4 R$ G根据工艺流程来区分，多效蒸馏法主要有以下两种设备型式：
1．沉管式蒸发器；
2．管壳式蒸发器，又可分为垂直管蒸发器和水平管蒸发器。


6 k: ^6 s/ Q( Q, O- _" N海水淡化技术
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海水淡化技术不是新课题。海水淡化是科学家们多年来不断进行研究的技术课题。随着水资源危机的加剧，海水淡化技术得到迅速发展。在已经开发的二十多种淡化技术中，蒸馏法、电渗析法、反渗透法都已经达到工业规模化生产的水平。
2 u8 F9 |' }7 |+ x! ?8 i最早的淡化方法有两种：冷冻法和蒸馏法。
0 m. {: w; h+ q0 c/ w& V- R冷冻法，即冷冻海水使之结冰，在液态淡水变成固态冰的同时盐被分离出去。这两种方法都有难以克服的弊端，其中蒸馏法会消耗大量的能源并在仪器里产生大量的锅垢，而所得到的淡水却并不多；而冷冻法同样要消耗许多能源，但得到的淡水味道却不佳，难以使用。
蒸馏法，即将水蒸发而盐留下，再将水蒸气冷凝为液态淡水。这个过程与海水制盐的过程相似，其相异的地方是人类要攫取的是淡水。蒸馏法海水淡化技术利用热能将海水转化为优质淡水，它又分为低温多效、多级闪蒸和压汽蒸馏三种技术。蒸馏法海水淡化技术是最早投入工业化应用的淡化技术。蒸馏法具有可利用电厂和其他工厂的低品位热、对原料海水水质要求低、装置的生产能力大等优点，是当前海水淡化的主流技术，占海水淡化技术总市场份额的57%以上。
. s" y4 ^, n  o: B4 {- R低温多效蒸馏海水淡化技术，是指盐水的最高蒸发温度TBT不超过70℃的海水淡化技术，其特征是将一系列的水平管降膜蒸发器或垂直管降膜蒸发器串联起来并被分成若干效组，用一定量的蒸汽输入通过多次的蒸发和冷凝，从而得到多倍于加热蒸汽量的蒸馏水的海水淡化技术。
6 N4 S7 H% m4 L多级闪蒸海水淡化技术，是利用闪蒸原理进行海水淡化的工艺过程，成熟于本世纪60年代初，是目前主流的淡化技术。所谓的闪蒸是使热原料水引入到一个压力较低的空间内，由于环境压力低于受热原料水的温度所对应的饱和蒸汽压，此时原料水过热水而急速地部分汽化，产生蒸汽，经冷凝而变成淡水。 利用这一原理便可做成多级闪蒸海水淡化装置。此种淡化装置其规模可以较大，成为大型海水淡化工厂，并可以与热电厂建在一起，利用热电厂的余热加热海水，而水电联产将可以大幅度降低生产成本，现行大型海水淡化厂大多采用此法。
压汽蒸馏海水淡化技术，是海水预热后，进入蒸发器并在蒸发器内部分蒸发。所产生的二次蒸汽经压缩机压缩提高压力后引入到蒸发器的加热侧。蒸汽冷凝后作为产品水引出，如此实现热能的循环利用。
  [2 d8 m/ E  z1 s' Q  e美国国际水能公司日前发明了一种叫做“快速喷雾蒸馏法”（RSD）的海水淡化方法。通常的方法是在一个真空的容器中通过蒸馏海水和过滤的办法获得淡水，三加仑的海水仅可获得一加仑（一加仑合3.785升）的淡水，排出另外两加仑含盐量很高的水，造成一定的环境污染。而“快速喷雾蒸馏法”可以获得两加仑的淡水，并同时将余下的部分制作成工业用盐。这种具有创新意义的淡化海水的原理是将海水喷向热气流，使颗粒非常微小的海水中的水分迅速变成水蒸气，而盐则成为固体。这种方法不用过滤器，既不浪费海水资源，也不需要对获得的淡水进行化学处理，而且还不需要排出剩余海水，对保护环境非常有利。与传统的多阶段海水淡化等方法相比，“快速喷雾蒸馏法”另一个重要特点就是它所需的成本很低，淡化一立方米的海水只需要0.35美元，而多阶段海水淡化法淡化一立方米的海水则需要1.56美元。不仅如此，用“快速喷雾蒸馏法”获得的淡水可以直接饮用。
$ Y& k3 m6 `( ^3 @电渗析法 渗析是属于一种自然发生的物理现象。如将两种不同含盐量的水，用一张渗透膜隔开，就会发生含盐量大的水的电介质离子穿过膜向含盐量小的水中扩散，这个现象就是渗析。这种渗析是由于含盐量浓度不同而引起的，称为浓差渗析。渗析过程与浓度差的大小有关，浓差越大，渗析的过程越快，否则就越慢。因为是以浓差作为推动力的。因此，扩散速度比较慢。如果在膜的两边施加一直流电场，就可以加快扩散速度。电解质离子在电场的作用下，会迅速地通过膜，进行迁移过程，这样，就形成了去除水中离子的淡水室和离子浓缩的浓水室，将浓水排放，淡水即为除盐水。这就是电渗析法除盐原理。
反渗透海水淡化法是二十世纪六十年代后期发展起来的一项新技术。渗透是一种物理现象，当两种含有不同浓度盐类的水，如用一张只让淡水通过而不让盐分通过的“半透膜”隔开，就会发现含盐量少的一边的水分会透过膜渗到含盐量高的水中，而所含的盐分并不渗透，这样，直到两边含盐浓度相等为止。然而，要完成这一过程需要很长时间，这一过程也称为自然渗透。但如果在含盐量高的水侧，试加一定压力，其结果可以使上述渗透停止，这时的压力称为渗透压力。如果压力再加大，可以使水向相反方向渗透，而盐分剩下。因此，反渗透淡化法，就是在有盐分的水中（如原水），施以比自然渗透压力更大的压力，使渗透向相反方向进行，把原水中的水分子压到膜的另一边，变成洁净的水，从而达到除去水中盐分的目的，这就是反渗透淡化法的原理。反渗透主体设备主要由高压泵、反渗透膜、能量回收三部分组成。在足够高压力的情况下，除水分子外，水中其他矿物质、有机及各种离子几乎都被拒之于膜外，并被高压水流冲出。渗透到另一面的水即是安全、卫生、纯净的水。反渗透法最大的优点是节约能源，生产同等质量的淡水它的能源消耗仅为蒸馏法的1/40。因此从1974年以来，世界上的发达国家不约而同地将海水淡化的研究方向转向反渗透法。

yanf

现在水资源危机加剧，海水淡化技术成本再降低就好了。

rockmissionary

只要海水淡化的成本能够合理、效率高
随着这项技术的发展有一天会迎来高峰的

C791218

根据上述文章讲述海水淡化其实和制纯净水的工艺过程差不多。谢谢楼主分享！

SMCCC

海水淡化成本太高啊！！！

nist

在来个人造太阳，把海水蒸发，然后降雨，即成淡水，多好呀，呵呵

orcwwww

以前看到小说中，受困的海员通过煮海水来得到可以饮用的蒸馏水也是这个道理吧

cy

如果海水淡化成本能越来越低，那么陆地上的淡水资源也能受到相应的保护。都用淡化海水了，淡水就省了。

orcxxxx

海洋资源无穷无尽，如果能将海水淡化技术广泛普及，功德无量啊

hsy555

当淡水资源越来越短缺时，自来水的价格上升，直到高于海水淡化成本时，海水淡化市场将会成为高峰，也需要处理成本更低的海水淡化技术。

hsy555

目前已有国家利用太阳能、核能作为海水淡化技术中的能源，首先无污染，另外成本比较低。

sjz1980

现在水资源危机加剧，海水淡化技术越来越成熟，成本不断降低。但是还是比中水为高，有条件应该大力推行中水回用。谢谢分享