第 五 期
青島水務(wù)集團有限公司科技中心
淡化海水?？?/span>
1、海水淡化用于飲用水的現(xiàn)狀探討
前言
目前，世界上許多地區(qū)面臨著淡水資源短缺問題，我國也不例外，人均淡水 擁有量僅為世界平均水平的1／4。世界上常用的淡水來源除河流外，主要有地下水、遠程調(diào)水和海水(苦咸水)淡化三種。其中，海水淡化作為水資源供給的一種重要途徑得到廣泛認可。
一、國內(nèi)外海水淡化現(xiàn)狀
據(jù)國際脫鹽協(xié)會統(tǒng)計，近5年海水淡化合同容量超過 0.2×10m3/d，接近過去30年的總和，預(yù)計未來10年還將在此基礎(chǔ)上翻一番。截至2009年，全世界淡化水產(chǎn)量已經(jīng)突破5.9×107m3/d，其中80％用作飲用水，解決了近2億人的生活用水問題[1]。淡化廠 的規(guī)模也在不斷增大，沙特Shuaiba海水淡化廠的設(shè)計規(guī)模已達88×104m3/d?！逗Ｋ脤ｍ椧?guī)劃》指出，到2020年我國海水淡化能力要達到 (250～300)×104m3/d。
海水淡化水主要用于沿海電力、化工等企業(yè)的鍋爐、生產(chǎn)工藝用水及沿海城市和海島居民飲用水 [2]。 大規(guī)模海水淡化項目的建成投產(chǎn) ，使淡化水進入城市市政供水系統(tǒng)成為可能。 淡化水作為市政用水和居民飲用水尚有許多問題需要探討，淡化水的安全性及水質(zhì)指標(biāo)，已成為人們普遍關(guān)注的熱點問題。
二、海水淡化產(chǎn)品水的水質(zhì)
2.1影響淡化產(chǎn)品水水質(zhì)的因素
世界上海水淡化技術(shù)雖然很多，但達到商業(yè)規(guī)模的主要有蒸餾法和反滲透法。蒸餾法是將原水加熱汽化，再使蒸汽冷凝而得淡化水，其影響產(chǎn)品水水質(zhì)的因素主要包括原水取水、預(yù)處理、設(shè)備腐蝕等。原水如果取自含有厭氧生物的地下含水層或水源中直接含有硫化氫，則會還原水中的硫酸鹽產(chǎn)生單質(zhì)硫，單質(zhì)硫容易進入產(chǎn)品水，對水的色、味產(chǎn)生不良影響。預(yù)處理過程需要加入阻垢劑、消泡劑、殺生劑等化學(xué)藥劑，若使用不當(dāng)會對產(chǎn)品水水質(zhì)產(chǎn)生影響。蒸餾法海水淡化設(shè)備有些部件的腐蝕會直接造成腐蝕產(chǎn)物進入產(chǎn)品水，使用耐海水腐蝕金屬、添加緩蝕劑、犧牲陽極等方法能有效減少腐蝕。
反滲透海水淡化是一種壓力驅(qū)動的膜分離過程，影響其產(chǎn)品水水質(zhì)的因素主要有預(yù)處理和特殊化學(xué)物質(zhì)。預(yù)處理首先是去除懸浮固體和濁度，預(yù)處理過程不當(dāng)會損壞反滲透膜組件從而影響產(chǎn)品水的水質(zhì)。反滲透膜對一些特殊的化學(xué)物質(zhì)不能完全截留，如對分子態(tài)二氧化碳和硼的去除率不高。
2.2淡化水水質(zhì)指標(biāo)分析
蒸餾法海水淡化由于采用蒸汽加熱冷凝工藝得到淡水，因此生產(chǎn)的淡水純度很高，含鹽量通常為5～10mg/L；產(chǎn)品水中不含細菌和有害元素，是優(yōu)質(zhì)純凈水。對大港電廠的2×3000m3/d多級閃蒸淡化裝置和國華滄東電廠的2×10000m3/d低溫多效淡化裝置產(chǎn)品水的106項指標(biāo)的全面檢測結(jié)果表明，其各項指標(biāo)均符合國家飲用水標(biāo)準(zhǔn)，其中TDS<10mg/L，遠低于l000mg/L的標(biāo)準(zhǔn)。
反滲透淡化由于反滲透膜的脫鹽率可達99.3％，并且反滲透膜能夠截留糖類、氨基酸、細菌、病毒等物質(zhì)，因此其產(chǎn)品水安全可靠，水質(zhì)純凈，TDS僅為20～500m/L。嵊泗縣的1000m3/d反滲透海水淡化裝置和天津科委的1000m3/d反滲透海水淡化裝置產(chǎn)品水部分指標(biāo)檢測結(jié)果見表1，其中嵊泗縣海水淡化裝置產(chǎn)水的硼含量達到0.72mg/L，超過國家標(biāo)準(zhǔn)；天津科委海水淡化試驗裝置產(chǎn)品水硼含量平均達到0.46mg/L，低于國家標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)水中硼含量的差異主要與原水水質(zhì)、制水工藝等因素有關(guān)。
表1. 海水淡化產(chǎn)品水部分水質(zhì)指標(biāo)檢測結(jié)果
2.3與國內(nèi)外飲用水標(biāo)準(zhǔn)主要指標(biāo)的比較
從蒸餾法、反滲透法海水淡化產(chǎn)品水與國內(nèi)外飲用水標(biāo)準(zhǔn)(GB 5749-2006、世衛(wèi)組織飲用水準(zhǔn)則、歐盟飲用水水質(zhì)指令[2]及EPA 822-R-04-005)的比較可以看出，淡化產(chǎn)品水除硼外，其他指標(biāo)均達到國內(nèi)外生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)限值，其中熱法淡化產(chǎn)水含鹽量等指標(biāo)要低于反滲透淡化產(chǎn)水。
對于海水淡化產(chǎn)品水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，目前還沒有現(xiàn)有的明確的建議和標(biāo)準(zhǔn)。典型的反滲透法海水淡化后處理主要涉及到pH值調(diào)節(jié)，再次減小礦化度，消毒和脫硼。最低限度地處理應(yīng)該達到或超過飲用水標(biāo)準(zhǔn)。下表顯示的是美國加州市政水中心海水淡化系統(tǒng)的后處理水質(zhì)目標(biāo)。
經(jīng)典的膜法海水淡化水后處理總結(jié)如下：
再次減小水質(zhì)礦化度和調(diào)節(jié)pH值：在并網(wǎng)進入市政飲用水之前，為再次減小礦化度，先注加二氧化碳，然后撒石灰；pH值調(diào)節(jié)到6.8-8.1之間，以達到飲用水說明指標(biāo)。
消毒：采用紫外輻射殺死產(chǎn)水中的細菌和有機生物體。
消毒副產(chǎn)品處理：包含有溴離子和碘離子
硼的脫除：在后處理中硼的脫除比較昂貴，把濃度去除接近零濃度。選用硼離子交換樹脂是最適宜的去除方法之一，該方法不受溫度，pH值和鹽度的影響。
最新的海水淡化中，RO膜能有效脫除硼離子92%-94%。
高的pH值條件能提高硼離子的脫除率，當(dāng)pH值小于9.5時，硼離子的脫除率大約為50%，而當(dāng)pH值到10.5時，硼離子的脫除率為100%。
當(dāng)pH值小于9.5時，聚酰胺類膜顯示了較好的硼離子的脫除率[10]。
表2. 美國加州市政水中心海水淡化系統(tǒng)的后處理水質(zhì)目標(biāo)
2.4淡化產(chǎn)品水水質(zhì)特性
一般來講，不論是蒸餾法還是反滲透法所產(chǎn)淡化水，均具有礦物質(zhì)含量少、輕微腐蝕性和偏酸性(pH值為6.5～7.5)的特點。
海水淡化產(chǎn)品水具有輕微腐蝕性，如不處理，傾向于溶解接觸到的金屬以達到自身的穩(wěn)定，容易造成管道和設(shè)備腐蝕。淡化水中的鈣、鎂離子濃度較低，蒸餾法產(chǎn)品水中的鈣、鎂含量更低，其含量幾乎接近于零。確定淡化水的化學(xué)穩(wěn)定性控制指標(biāo)為 pH、堿度、Langelier飽和指數(shù)和Ryznar指數(shù)[8]。
三、淡化水的后處理方法
淡化水是軟水，硬度、堿度、pH都較低，基本不具有緩沖能力，有溶解管道內(nèi)壁的保護性垢層的傾向。我國給水管網(wǎng)多為鑄鐵管和鋼管，進入管網(wǎng)前需對淡化水進行水質(zhì)穩(wěn)定處理，以控制水的腐蝕性，使之與管網(wǎng)兼容。不過，腐蝕性并非淡化水所獨有，由于給水腐蝕管網(wǎng)而導(dǎo)致供水水質(zhì)污染，色度、鐵含量增加的現(xiàn)象在自來水中也較常見。
對淡化水的進一步處理通常稱之為海水淡化后處理。國外的研究認為：經(jīng)過處理后的淡化水水質(zhì)，當(dāng)堿度>80 mg/L、80 mg/L<Ca2+<120 mg/L、3 mg/L<CCPP<10 mg/L、pH<8.5、Larson比例>5時，能夠保證管網(wǎng)不受腐蝕，滿足進入市政管網(wǎng)的要求。
通常的后處理包括下列過程：
①礦化。
穩(wěn)定淡化水水質(zhì)可以通過調(diào)節(jié)pH和提高堿度、硬度達到，淡化中稱此為再礦化。再礦化可增加水的緩沖能力，改善碳酸鹽平衡，增大保護性碳酸鈣垢層在管道內(nèi)壁沉積和壓縮的傾向，有效降低水的腐蝕性，減小鐵等金屬離子的釋放，達到穩(wěn)定水質(zhì)的目的。堿度和硬度一般至少都要控制在40mg/L (以碳酸鈣計) 以上。
再礦化有四種方法,具體如下：
a.與其他源水摻混將淡化水與富含礦物質(zhì)的源水混合，增加水中礦物質(zhì)含量。 淡化水與來自石灰石或白堊紀(jì)地質(zhì)區(qū)的水源進行摻混最佳。水源在摻混前應(yīng)經(jīng)過消毒和預(yù)處理。當(dāng)海水作為摻混水源時，由于海水中溴化物的存在，可能會在淡化水中引入有機鹵素消毒副產(chǎn)物(DBPs)和溴酸鹽，而且考慮到終水的味道，摻混量至多只能達1％，此時鈣增加4～5mg/L，鎂增加12～17mg/L。摻混效果與源水關(guān)系密切，一般僅能滿足終水部分水質(zhì)要求，還需與其他方法相結(jié)合。摻混常用于熱法淡化和苦咸水淡化。
b.投加化學(xué)藥劑
直接投加所需化學(xué)藥劑，以達到穩(wěn)定水質(zhì)的目的。常用的化學(xué)添加劑主要有 NaOH、NaHCO3、Na2CO3、CaO、CaC12等部分反應(yīng)方程式如下：
Ca(OH)2+Na2CO3= CaCO3+2NaOH
CaC12+2NaHCO3=Ca(HCO3)2+2NaC1
CaC12+2Na2CO3+H2O=Ca(HCO3)2+2NaC1
c.石灰法
通常在輔助通人CO2的情況下，向淡化水中加石灰(生石灰或熟石灰)進行水質(zhì)穩(wěn)定。反應(yīng)方程式：Ca(OH)2 +2CO2 = Ca(HCO3)2。
d.石灰石溶解法
輔以二氧化碳 (也有用強酸，如硫酸)，將淡化水送入裝有石灰石的反應(yīng)器，可增加水的堿度和硬度，同時提高pH值。反應(yīng)方程式為：
CaCO + CO2+ H2O = Ca(HCO3)2；
2CaCO3 + H2SO4 = Ca(HCO3)2 + CaSO4。
目前大型海水淡化工程淡化水的后處理，最常用的再礦化方法是石灰法或石灰石溶解法。
②防腐蝕?？商砑恿姿猁}、硅酸鹽、碳酸鹽等控制水質(zhì)腐蝕指數(shù)或給管道或蓄水池涂敷涂層和保護材料。
水質(zhì)化學(xué)穩(wěn)定性主要表現(xiàn)在腐蝕性和結(jié)垢性兩方面。當(dāng)水中碳酸鈣含量超過其飽和值時,會引起碳酸鈣沉淀結(jié)垢,輕微的結(jié)垢可以在管路內(nèi)壁形成一定的保護膜,使金屬表面不與水中的溶解氧直接接觸,從而抑制電化學(xué)腐蝕。相反,當(dāng)水中碳酸鈣含量低于飽和值時,已經(jīng)沉淀的碳酸鈣能重新溶解于水,加速管路腐蝕。管路的腐蝕可能會引發(fā)“紅水”問題,并增加鉛和鎘等重金屬元素析出的風(fēng)險,影響供水水質(zhì),危害飲用者健康[9]。
③消毒。與自來水消毒類似，通常使用各種形式的氯(次氯酸鈉、氯氣)對產(chǎn)品水進行消毒，其他的消毒劑(臭氧、紫外線殺菌、二氧化氯或氯胺)可作為二級消毒劑；當(dāng)后處理攙混了其他水源水時，消毒應(yīng)該調(diào)節(jié)到與用于混合的進料水中微生物濃度相當(dāng)?shù)乃健?span>
④強化脫出特定化學(xué)成分。在脫鹽過程中硼、硅等物質(zhì)有可能進入產(chǎn)品水，根據(jù)化合物情況，針對性的處理技術(shù)可包括離子交換、活性炭粒過濾、多級／多類型膜法處理或幾種技術(shù)相結(jié)合。
一般情況下后處理過程只采取上述一種或幾種措施就能滿足要求。例如，與原水混合或添加必要的礦物質(zhì)(如鈣、鎂)能同時穩(wěn)定產(chǎn)品水水質(zhì)并保護供水系統(tǒng)免于腐蝕。再如，通常添加次氯酸鈣是為了殺菌消毒，同時也能增加一些礦物質(zhì)鈣。通常淡化廠的產(chǎn)品水與原水混合并加入次氯酸鈣消毒后，可達到衛(wèi)生安全和管網(wǎng)防腐蝕的目的。
四、海水淡化存在問題及解決方法
4.1海水淡化進入市政管網(wǎng)需考慮和解決的安全問題
進管網(wǎng)前亟待解決的問題是海水淡化水作為飲用水的安全性和對市政供水管網(wǎng)的影響，只有針對這兩個問題對海水淡化水進行適當(dāng)?shù)暮筇幚?，才能有的放矢，保證與管網(wǎng)良好地兼容。蒸餾法海水淡化產(chǎn)品水的硬度、氟化物和硼三項水質(zhì)指標(biāo)含量都很低，反滲透法海水淡化產(chǎn)品水的硬度、氟化物含量較低，硼含量較高。
① 硬度
世界上有些國家和地區(qū)研究認為，鈣、鎂的最低限值分別應(yīng)為20～30mg/L 和10mg/L。另外，飲用水硬度過高 (>400～500mg/L，以碳酸鈣計)的水會增加患膽囊炎、結(jié)石和關(guān)節(jié)等方面疾病的幾率。近年來，隨著我國地下水位的下降，某些地區(qū)地下水總硬度呈上升趨勢。海水淡化水如果用于飲用，宜適當(dāng)增加硬度。增加硬度有多種途徑，最簡單的是條件允許時與當(dāng)?shù)赜捕绕叩乃畵交?，在增加淡化水硬度的同時適當(dāng)降低當(dāng)?shù)厮挠捕取?span>
② 氟化物
WHO研究表明，氟含量過低會增加患齲齒病的幾率，WHO規(guī)定飲用水中氟的下限為0.5mg/L，當(dāng)氟的濃度為0.9～1.2mg/L則可能引起中度牙齒氟中毒。 WHO和歐盟規(guī)定氟含量的上限值為1.5mg/L。中國《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》沒有給出下限值，只規(guī)定氟的上限值為1.0mg/L。對中國主要城市的自來水氟含量調(diào)查顯示，其中75％的氟含量<0.3mg/L, 15％的為0.3-0.5mg/L，這說明我國很多城市的自來水氟含量偏低。在無特殊要求時，海水淡化水用于飲用時可適當(dāng)增加氟含量，與當(dāng)?shù)刈詠硭闆r持平。
③ 硼
中國和WHO對飲用水中硼的限值均規(guī)定為0.5mg/L，歐盟和日本為1.0mg/L。以色列以種植柑橘為主，因而對硼含量要求較嚴格，規(guī)定反滲透海水淡化產(chǎn)水的硼含量最高為0.4mg/L。目前除硼的方法有絮凝、氧化物吸附、陰離子交換樹脂、萃取、二級反滲透、硼選擇性樹脂、開發(fā)高脫硼海水膜等。其中，前四種比較適用于去除硼濃度較高的溶液，后三種適用于硼含量較低的溶液。
最近，美國環(huán)保署(EPA)發(fā)布《飲用水健康指導(dǎo)：硼》，提出硼的成人終生健康指導(dǎo)值為5mg/L，WHO也有可能將硼的限值提高到2.4mg/L。因此，如果海水淡化水不作灌溉用，可能不再需要除硼，但這還有賴于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的修改和完善[4]。
4.2海水淡化濃水排放鹽度的影響
鹽度是海洋環(huán)境中最重要的生態(tài)因子之一，每種生物各有其適宜生長鹽度 要求，當(dāng)環(huán)境鹽度超過該范圍時，生物體的生長、發(fā)育、生殖、行為和分布都會受到影響。反滲透海水淡化排放的高鹽廢水鹽度是自然海水的兩倍；而蒸餾法淡化海水時，濃鹽水與冷卻海水混合后排放，其排放的高鹽廢水鹽度較普通海水約高10～15%。海水淡化廠排放的高鹽廢水對海洋生態(tài)的潛在威脅，濃鹽水的排放使一些經(jīng)濟水產(chǎn)種類產(chǎn)量減少，給漁業(yè)資源和海洋經(jīng)濟帶來損失。不同地域環(huán)境對海水淡化廠排放水的敏感程度不同，且潮流、海流和水團等水文因素以及海水淡化廠的日處理量和規(guī)模等因子決定了排放的高鹽廢水對海域生態(tài)影響的程度。
為減少排放的高鹽廢水對出水口附近海域的影響，提出了海水淡化工程合 理規(guī)劃和布局的可行措施，要選擇水體交換良好的海域作為海水淡化工程所在地，對排水口要進行因地制宜地設(shè)計，做好高鹽廢水的再利用工作，以最大限度 地減少排放的高鹽廢水對海區(qū)環(huán)境的負面影響[3]。
4.3海水淡化廢棄物的影響
據(jù)《2006年中國海洋環(huán)境質(zhì)量公報》顯示,渤海灣水體為重度污染,尤其是鉛、汞、砷等重金屬嚴重超標(biāo)。 海水淡化、制鹽和鹽化工產(chǎn)品提取生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的固體廢棄物含有大量重金屬, 目前固廢物主要用作圍海造陸的吹填土。這將對近海海域造成很大的污染。同時, 海水中過量重金屬除直接對海洋生物造成毒害外, 還由生物體富集和食物鏈傳遞, 通過海產(chǎn)品進入人體并造成危害。
4.4海水淡化排放廢水水溫的影響
利用電廠余熱進行淡化、制鹽及鹽化工產(chǎn)品的提取,具有很高的經(jīng)濟價值,但廢海水中的熱能會使局部海域水溫升高, 導(dǎo)致某些浮游生物急劇繁殖和高度密集, 從而產(chǎn)生赤潮, 造成海洋生物大量死亡。海水水溫的升高還會使海水中溶解氧的含量降低,影響生物的新陳代謝,甚至使生物群落發(fā)生改變,破壞海洋生物的棲息環(huán)境[7]。
4.5石油類污染物對海水淡化的影響
石油類污染物是我國渤海和東海近海海域主要污染因子之一。石油類污染物的主要成分是脂肪烴、芳香烴和一些含硫含氮雜環(huán)化合物等物質(zhì),分子量一般在100~300Da,此類物質(zhì)在水中的毒性比天然有機物大。大部分脂肪烴在劑量較高時是神經(jīng)毒素。芳香烴中的苯可以引起白血病,苯并芘可以導(dǎo)致皮膚癌等疾病。硫化物中的硫化氫是劇毒性物質(zhì)并有惡臭。在SWRO系統(tǒng)中,分子量較小石油類污染物質(zhì)能透過RO膜進入淡化水中。在蒸餾法海水淡化系統(tǒng)中,沸點比水低的物質(zhì)將和淡水一同被蒸餾出。因此,對于石油類污染物含量較高的海水原水,通常需要進行預(yù)處理,如采用活性炭吸附等方法[9]。
五、淡化水用途分析及應(yīng)用實例
5.1淡化水用途分析
海水淡化水具有潔凈、高純度和供給穩(wěn)定的特點，是安全可靠的高品位水源。淡化產(chǎn)品水首先可進入自來水管網(wǎng)，作為城鎮(zhèn)居民生產(chǎn)、生活的重要水源，也可作為海島、船舶、海上平臺等主要水源；其次淡化產(chǎn)品水可作為企業(yè)生產(chǎn)和生活用水，也可作為以發(fā)電等鍋爐補水為代表的工業(yè)用高純水和工藝用水。
表3. 海灣國家已建成的脫鹽裝置人均水量
在海灣國家，由于傳統(tǒng)的水資源幾近枯竭，海水淡化發(fā)展已有較長歷史，并取得了成功經(jīng)驗。在過去的25年里，海灣國家已投入約400億美元用于海水淡化廠和配套供水管網(wǎng)的建設(shè)。在經(jīng)歷了20世紀(jì)80年代后期和90年代中期兩個平臺期后，2003年總裝機容量已達到約0.15×108m3/d，淡化水在海灣國家水資源結(jié)構(gòu)中占據(jù)重要份額。沙特阿拉伯是世界淡化水產(chǎn)量最大的國家，2000年約為10×108m3/a，占總水量的40％。阿聯(lián)酋通過加快發(fā)展大型淡化裝置以滿足不斷增長的城市用水需要，已成為世界上人均淡化水擁有量最多的國家。而卡塔爾和科威特幾乎全部用淡化水作為飲用水。所有的海灣國家都制定政策，用海水淡化水作為市政和工業(yè)部門供水，其中2000年約930×104m3/a用于市政部門，占其產(chǎn)量的84％，專供大型工廠使用份額占12％，具體見下表和下圖。
表4. 海灣國家1990年和2000年淡化水供應(yīng)情況
圖1. 海灣國家淡化水使用情況
在以色列，自20世紀(jì)60年代起就致力于海水淡化技術(shù)的研究，目前已擁有先進的海水淡化技術(shù)和設(shè)備，淡化水在供水結(jié)構(gòu)中所占份額不斷增大。由于以色列南部及半干旱地區(qū)水資源短缺，需要建立集中水輸送系統(tǒng)，由北方的水源地集中輸送。因此以色列幾乎所有水資源都相互連接，然后進入國家管網(wǎng)。
表5. 以色列1998年-2020年供水情況及預(yù)測
5.2淡化水應(yīng)用實例
①新加坡新泉海水淡化工程
新加坡的新泉海水淡化廠是第一個公用事業(yè)與私營企業(yè)的合作項目，是新加坡乃至亞洲目前最大的淡化項目。新泉海水淡化廠可供應(yīng)136380 m3/d淡化海水，能夠滿足國內(nèi)10％的用水需求。所生產(chǎn)的淡化水由輸水管引入最近的公用事業(yè)局儲水池，按1：2的比例與普通淡水混合，直接進入城市供水，輸送給西部居民飲用。
②摩洛哥Laayoune的7000m3/d海水淡化工程
Laayoune的7000 m3/d反滲透海水淡化工程，將產(chǎn)品水與地下水(含鹽量為1600mg/L，規(guī)模為5616m3/d)混合后輸送到供水管網(wǎng)，同時采用NaOH調(diào)節(jié)pH以減小對輸送管路的腐蝕，最后用氯進行消毒，達到了12600m3/d的飲用水供應(yīng)量。
③西班牙巴塞羅那的20×104m3/d海水淡化工程
巴塞羅那在建的20×104m3／d反滲透海水淡化工程預(yù)計于2009年建成，將成為歐洲最大的海水淡化廠。其反滲透淡化水經(jīng)過礦化和氯化處理后泵送到11km外弗恩桑塔的各大主要儲水池，直接進入巴塞羅那的飲用水管網(wǎng)。工程建成后將為巴塞羅那地區(qū)100多個市的450萬居民提供飲用水，滿足約15％～20％的飲用水需求。
④澳大利亞黃金海岸的125000m3/d海水淡化工程
該工程為澳大利亞昆士蘭州東南地區(qū)供水，其供水量達到了該地區(qū)總供水量的20％。為提高淡化水的品質(zhì)，首先在二級反滲透前提高pH值到10.2左右以提高硼的脫除率，然后通過添加熟石灰和二氧化碳進行礦化實現(xiàn)水質(zhì)的穩(wěn)定，最后采用次氯酸鈉進行消毒進入城市供水系統(tǒng)。
⑤國內(nèi)海水淡化水作為飲用水的工程實例
我國淡化水作為飲用水，大多數(shù)是在海島地區(qū)。大連長海縣大長山島的1000 m3/d反滲透海水淡化裝置于1999年建成并投入運行，淡化水含鹽量為220～370 mg/L，淡化水利用重力流入自來水廠凈水池內(nèi)，進入該地區(qū)的供水系統(tǒng)。浙江省嵊泗海島從1997年開始建立反滲透海水淡化系統(tǒng)，目前海水淡化水已經(jīng)進入該地區(qū)的供水系統(tǒng)，成為島嶼居民重要的生活飲用水來源之一。2006年3月國華滄東電廠利用引進的2×10000m3/d低溫多效海水淡化設(shè)備投產(chǎn)，除供電廠發(fā)電機組用水外，還處理成符合國家標(biāo)準(zhǔn)的飲用水，通過管道輸送到居民區(qū)，供居民飲用?，F(xiàn)在國華滄電公司職工駐地的10棟共5×104m2住宅樓所需的200m3/d的淡水全部改用海水淡化水。
浙江省某城鎮(zhèn)地處海島，采用海水淡化技術(shù)，日供水量為幾千噸，出廠水質(zhì)優(yōu)于國家《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》，特別是在供水中產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物的有機物和“三致 ”物質(zhì) (如砷、氟化物硝酸鹽、氰化物等 )的濃度極低 ,可以作為優(yōu)質(zhì)的市政供水水源。工藝流程如下圖，
圖2. 海水淡化廠處理工藝流程
2007年水質(zhì)變差，除發(fā)黃、發(fā)黑外，還有許多絮體。究其原因是海水淡化廠出廠水質(zhì)腐蝕性較強，水的穩(wěn)定指數(shù) =11.7(出廠水溫以22-27、pH以7.2計)，淡化水屬于極嚴重腐蝕類型(穩(wěn)定指數(shù)>9.0)；供水管的材質(zhì)差，采用的鍍鋅管、鑄鐵管中鐵溶出，水泥管中水泥砂漿(一些以硅酸鹽為主的堿性成分)遭到腐蝕破壞；間斷性供水使沉淀于管壁的鐵質(zhì)等雜質(zhì)浮起，隨水流流出取水龍頭；二氧化氯投量較高，使金屬材質(zhì)表面的氧化保護膜產(chǎn)生破壞，另外也使管網(wǎng)中溶解態(tài)的低價鐵發(fā)生氧化反應(yīng)，形成高價位的鐵而沉淀。當(dāng)水力狀態(tài)發(fā)生比較大的波動時，這些沉淀物就會形成黃水。
最終解決方法為：通過用PE管代替鍍鋅管、水泥管及鑄鐵管；采取一些適當(dāng)?shù)拇胧┨岣呖傆捕?、總堿度及pH；反滲透出水后直接投加熟石灰水，減小中和過濾器中石灰石濾料粒徑，使顆粒與水接觸面積增加，或適當(dāng)增加Na2CO3投量，從而提高pH至8.0左右；適當(dāng)減少二氧化氯投量；盡量采用連續(xù)供水方式[6]。
⑥海水淡化產(chǎn)品水作為純凈水的實例
天津大港電廠引進的2×3000 m3/d多級閃蒸海水淡化裝置，是我國最早建成的蒸餾法工業(yè)化海水淡化設(shè)備，其產(chǎn)品水主要作為鍋爐補充水，該廠還用于生產(chǎn)飲用瓶裝純凈水，并進入市場銷售。
青島黃島電廠與淡化所合作完成的3000m3/d低溫多效海水淡化示范工程，其產(chǎn)品水水質(zhì)優(yōu)于國家飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。除作為電廠鍋爐補水外，還用于生產(chǎn)純凈水，產(chǎn)品除供職工自己飲用外還對外銷售。
⑦反滲透海水淡化飲水裝置的研究實例
由軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院衛(wèi)生裝備研究所于2008年研制的反滲透海水淡化機，包括預(yù)過濾單元、RO脫鹽單元及終端消毒單元。在累計運行100h內(nèi)，該裝置運行穩(wěn)定，脫鹽率大于95.3%，產(chǎn)水流量大于22L/h。RO淡化機對色度、濁度和微生物都有較好的去除效果，去除率可達99%，產(chǎn)水的pH值、TDS及總硬度等指標(biāo)都符合國家生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，適用于遠離陸地的海島及小型艦船應(yīng)急使用[5]。
六、結(jié)語
在世界范圍內(nèi)，海水淡化產(chǎn)品水作為飲用水的歷史雖然不長，但正在呈逐年遞增的趨勢，淡化水已成為缺水國家生活、生產(chǎn)用水的一個重要組成部分，海水淡化產(chǎn)品水作為飲用水已經(jīng)得到普遍認可和接受。我國海水淡化尚未進入城市供水系統(tǒng)，作為飲用水還大多用于缺水海島地區(qū)，其他大多為電廠鍋爐補水。
海水淡化的生產(chǎn)工藝決定了其產(chǎn)品水含鹽量少，品質(zhì)優(yōu)于一般自來水，其產(chǎn)品水可作為優(yōu)質(zhì)的飲用水和生產(chǎn)用水滿足沿海城鎮(zhèn)需要。對影響海水淡化產(chǎn)品水品質(zhì)的各個因素，都可采取適宜的措施加以處理和控制，保證產(chǎn)品水的水質(zhì)。
為了保護市政供水管網(wǎng)和飲用水的安全，通過設(shè)計合理的后處理工藝，進一步提高了淡化水的品質(zhì)，使其完全符合市政用水各項指標(biāo)。海水淡化是新興產(chǎn)業(yè), 相關(guān)法律法規(guī)尚未制訂。應(yīng)盡快制訂相關(guān)標(biāo)準(zhǔn), 特別是在海水淡化、制鹽和鹽化工產(chǎn)品提取生產(chǎn)過程中三廢的排放標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)地區(qū)的水資源需求量, 結(jié)合陸域淡水資源分布情況, 合理安排區(qū)域海水淡化工程布局。結(jié)合國家 863 計劃,盡快組織有關(guān)專家開展針對海水淡化過程中三廢治理問題的技術(shù)研發(fā)工作,針對不同 廢棄物采取科學(xué)、合理的治理措施。 研究并推廣對生態(tài)環(huán)境影響最小的添加劑,
采用循環(huán)經(jīng)濟的方式進行海水淡化中的濃鹽水綜合利用, 開展海水利用規(guī)劃工程環(huán)境影響評價研究。對于治理三廢過程中產(chǎn)生的費用, 可將環(huán)境污染治理費用按比例分攤至海水淡化及海水綜合利用的各生產(chǎn)環(huán)節(jié)中。
國內(nèi)外海水淡化產(chǎn)品水應(yīng)用的實例說明，海水淡化產(chǎn)品水生產(chǎn)工藝越來越成熟，后處理方法不斷完善，經(jīng)過簡單處理的淡化產(chǎn)品水已成為缺水國家尤其是海灣國家市政用水的一個重要組成部分，除滿足生活飲用的需求外，還可像普通自來水一樣，應(yīng)用于各個用水領(lǐng)域。在我國，隨著海水淡化項目不斷發(fā)展和淡化廠規(guī)模的大型化，其進入城市供水系統(tǒng)也將成為必然。
參考文獻：
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2、技術(shù)升級助海水淡化產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展
技術(shù)的創(chuàng)新和升級是推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展的有效“武器”。近年來，我國在海水淡化技術(shù)創(chuàng)新與實踐過程中取得了實質(zhì)性的突破，從過去的引進關(guān)鍵設(shè)備、集成共性技術(shù)，發(fā)展成為擁有多項核心技術(shù)、能夠自主生產(chǎn)關(guān)鍵設(shè)備的國家。但在關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備方面，我國與國際先進水平還是存在明顯的差距，在技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用方面有很大的提升空間。
兩大主流技術(shù)提升 促進成本降低
“十一五”期間，反滲透和低溫多效蒸餾兩大主流海水淡化技術(shù)得到較快發(fā)展，隨著海水淡化關(guān)鍵技術(shù)的不斷創(chuàng)新與升級，成本不斷降低，從而拓展海水淡化市場空間，推動海水淡化產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。
反滲透技術(shù)目前應(yīng)用的較為廣泛，我國已先后建成了日產(chǎn)百噸級、千噸級和萬噸級反滲透海水淡化示范工程。曹妃甸海水淡化項目、溫州洞頭縣鹿西鄉(xiāng)海水淡化工程以及浙江舟山群島新區(qū)海水淡化工程等都是采用反滲透技術(shù)。據(jù)了解，舟山市普陀區(qū)六橫鎮(zhèn)過去從臨近鎮(zhèn)運淡水，每噸成本超過10元，而舟山反滲透海水淡化工程每噸海水淡化處理的成本在5元左右，并有望進一步下降。
低溫多效蒸餾技術(shù)主要應(yīng)用于需提供鍋爐補給水和工藝純水，且有蒸汽或余熱可利用的電力、石化、鋼鐵等企業(yè)，國華滄東電廠海水淡化工程和國投北疆電廠海水淡化工程都是采用該技術(shù)。據(jù)了解，國華滄電走國產(chǎn)化和技術(shù)創(chuàng)新之路，并通過“電水聯(lián)產(chǎn)”和優(yōu)化運行方式，著力降低淡化水成本，滄電的海水淡化成本已降低至5.45元，售價達到5.95元。
海水淡化新工藝和新技術(shù)蓬勃發(fā)展
近年來，超濾膜－反滲透膜耦合、蒸餾法－反滲透膜法耦合等多種耦合工藝技術(shù)應(yīng)用日益普遍，濃海水綜合利用工藝也備受關(guān)注，曹妃甸海水淡化項目就是采用了超濾膜與反滲透膜耦合工藝，以提高出水水質(zhì)和增加系統(tǒng)穩(wěn)定性，同時，采用管道將濃鹽水輸送至三友化工直接用于鹽化工生產(chǎn)，以提高海水淡化綜合效益并減少濃海水直接排放。
另外，利用太陽能、風(fēng)能等新能源海水淡化技術(shù)發(fā)展迅速?！?/span>海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十二五”規(guī)劃》也指出，要堅持海水淡化與資源綜合利用相結(jié)合，加大余熱余壓蒸汽和可再生能源及核能在海水淡化中的利用，優(yōu)化海水淡化工藝、合理利用熱膜耦合和電水聯(lián)產(chǎn)等工藝。河北省專家獻策服務(wù)團顧問組副組長、資深水利專家魏智敏表示，海水淡化用電量較大，如果能用太陽能、風(fēng)能等自然能發(fā)電，淡化海水的價格就會降到3~5元/立方米，接近南水北調(diào)的水價，提高淡化海水的利用空間。此外，膜蒸餾、正滲透等海水淡化新技術(shù)也是各國科學(xué)家研究的熱點。
3、麻省研究員開發(fā)出海水淡化新方法
美國麻省理工學(xué)院網(wǎng)站發(fā)布文章稱，該校研究人員借助石墨烯開發(fā)出了一種海水淡化的新方法。該方法簡單有效，在成本上也遠低于現(xiàn)有的其他技術(shù)，讓人們在海水淡化上又多了一種選擇。相關(guān)論文最新一期的《納米快報》雜志上。
在世界上許多地方，淡水的供應(yīng)正在日趨減少，隨著人口的增長，這一問題還將持續(xù)嚴峻。因此，有不少人都將目光轉(zhuǎn)向了幾乎是無限供應(yīng)的海水，各種海水淡化技術(shù)也應(yīng)運而生，但到目前為止，它們還都過于昂貴，無法大范圍、低成本推廣。
領(lǐng)導(dǎo)該項目的麻省理工學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院副教授杰弗里?格羅斯曼說，許多人都在關(guān)注海水淡化技術(shù)，并做出不少成績，但從材料科學(xué)角度研究脫鹽的卻并不是很多。
新研究中格羅斯曼和研究生大衛(wèi)?科恩?達努奇通過精確控制多孔石墨烯的孔徑并向其中添加其他材料的方法，改變石墨烯小孔邊緣的性質(zhì)，使其能夠排斥或吸引水分子。這樣這種特制的石墨烯就如同篩子一樣能快速地濾掉海水中的鹽，而只留下水分子。新工藝的關(guān)鍵是非常精確地控制石墨烯孔洞的大小。研究人員稱，最理想的大小是1納米，不能太大也不能太小，如果太大了鹽便會和水分子一起通過篩子，起不到過濾的作用；如果太小水分子就無法通過這些小孔。計算機模擬結(jié)果顯示，這種石墨烯篩子的性能非常優(yōu)秀，能夠快速地完成海水淡化過程。
科恩?達努奇說，此前也有不少研究小組開發(fā)過類似的石墨烯篩子，但在尺寸和用途上區(qū)別很大。例如，用多孔石墨烯來過濾DNA（脫氧核糖核酸）或分離不同類型的氣體等。但在這些研究中對石墨烯孔洞的精度要求較低，技術(shù)較為簡單，無法適用于海水淡化。
目前海水脫鹽最常用的是反滲透技術(shù)。其工作原理是用一種特制的膜來過濾海水中的鹽。但由于這些薄膜上的小孔極為致密（比新技術(shù)中所采用的多孔石墨烯密1000倍），需要非常大的壓力迫使海水通過薄膜，因此，在淡化海水的同時還需要消耗不少的能源。相比之下，在相同的壓力下，新技術(shù)在過濾速度上可比反滲透薄膜技術(shù)快數(shù)百倍，或者它能在同樣過濾速度下，節(jié)約更多的能源。
研究人員稱，目前他們正通過計算機對整個過程進行最后的模擬和調(diào)試，以確定其最佳參數(shù)。今年夏天首批采用該技術(shù)的石墨烯濾網(wǎng)原型就將問世。
格羅斯曼說，由于石墨烯的原材料廉價且易于獲取，這使該技術(shù)在成本上具備了天然優(yōu)勢。另外，它又是已知最硬的材料，與目前所使用的反滲透膜相比更結(jié)實耐用。
哈佛大學(xué)化學(xué)系副教授約書亞?施耐爾說，先前就有人開發(fā)出了類似的多孔石墨烯結(jié)構(gòu)，但卻沒有人將其與海水淡化結(jié)合起來。新技術(shù)為海水淡化提供了一個可供選擇的新方法。
【名詞解釋】
石墨烯（Graphene）是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個碳原子厚度的二維材料。石墨烯一直被認為是假設(shè)性的結(jié)構(gòu)，無法單獨穩(wěn)定存在，直至2004年，英國曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈?海姆和康斯坦丁?諾沃肖洛夫，成功地在實驗中從石墨中分離出石墨烯，而證實它可以單獨存在，兩人也因“在二維石墨烯材料的開創(chuàng)性實驗”為由，共同獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎。
4、海水淡化廢水利用途徑
海水通過淡化生成淡水供人飲用，這在舟山早已不是新鮮事，而用海水淡化后的濃縮水成規(guī)模制鹽，在全省則尚無先例。日前，記者從岱山縣鹽業(yè)局獲悉，浙江省首個海水淡化濃縮水制鹽技術(shù)開發(fā)與示范工程在該縣正式開工。按照設(shè)計，岱山綠源海水淡化有限公司將對海水淡化剩下的濃縮水進行一定處理，然后通過輸鹵管道輸送到茶前山鹽場進行曬鹽。工程計劃于5月底完工。
沉淀、過濾、加藥、反滲透、消毒……在位于岱山縣浪激渚的綠源公司廠區(qū)里，工作人員正按照程序有條不紊地進行海水淡化?！昂＠镉贮S又咸的海水通過這個廠區(qū)就會變成甘甜的自來水了?！本G源公司負責(zé)人告訴記者，這里的海水淡化采用的是反滲透技術(shù)，日生產(chǎn)淡化水能力達到5000噸。
但是海水淡化的過程中也會產(chǎn)生相應(yīng)的廢水。該負責(zé)人介紹道，采用反滲透技術(shù)進行海水淡化產(chǎn)生的廢水被稱為海水淡化濃縮水，公司正常運作時日產(chǎn)濃縮水為4000立方米～5000立方米?！斑@些濃縮水對海水淡化廠來說是廢水，但直接排入大海會對海洋生態(tài)環(huán)境造成一定的影響，因而需要花錢花精力去處理。不過對鹽民來說它們可就是寶貝了?！贬飞娇h鹽業(yè)局副局長余國定說。在他看來，用海水淡化濃縮水來制鹽，鹽產(chǎn)量可得到大幅提升，鹽產(chǎn)品質(zhì)量也將得到極大保證，對傳統(tǒng)的制鹽業(yè)來說，這無異于一場技術(shù)革命。
據(jù)了解，傳統(tǒng)曬鹽從鹵水到制鹽大致分7個階段，提鹵、提溴、儲鹵、蒸發(fā)、結(jié)晶、撈鹽和集坨，整個生產(chǎn)周期需要一個多月?！澳壳胞}民制鹽的原料為濃度1.7波美度的普通海水，而海水淡化濃縮水的濃度在3.8波美度。用濃縮水代替普通海水，濃度高了一倍多，不但可以減輕鹽民勞動強度、縮短曬鹽周期，而且理論上計算，畝產(chǎn)也將增加50%以上。這還不算縮短曬鹽時間所帶來的增效?！睅讉€月后將要“接收”海水淡化濃縮水的茶前山鹽場場長劉和琪對此很是期待。
劉和琪向記者算了一筆賬，綠源公司正常運作每天產(chǎn)生的濃縮水為4000立方米～5000立方米，剛好可以滿足茶前山鹽場1000畝鹽田的生產(chǎn)用水。茶前山鹽場以往年產(chǎn)鹽約5000噸，如用濃縮水代替普通海水來制鹽，在正常條件下，年產(chǎn)鹽可以增加2500噸左右，鹽區(qū)將增收125萬元?！昂Ｋ瘡S排出來的濃縮水已經(jīng)過多道工序處理，過濾掉了很多的泥沙、微生物等，水也由泛黃變得無色透明，用它作原料曬鹽，對保護鹽場灘田也有好處?！?span>
5、沙特利用太陽能進行海水淡化
沙特水電部長阿卜杜拉?哈辛表示，沙特正致力于利用太陽能進行海水淡化，從而達到節(jié)約能源、降低成本的目的。目前，沙特正在東部城市哈夫基建設(shè)一座日產(chǎn)3萬立方米的太陽能海水淡化廠，預(yù)計建成后每立方米淡化海水成本將降至1.5里亞爾左右。
目前沙特生產(chǎn)世界上約18%的淡化海水，產(chǎn)量年增長率約7%。
6、低溫多效海水淡化工程
隨著人口的不斷增長和經(jīng)濟的飛速發(fā)展，淡水資源的匱乏日趨嚴重。海水淡化作為一種開辟新水源的相對成熟的技術(shù)，已經(jīng)成為世界上公認的解決淡水短缺問題的最佳方案。據(jù)報道，當(dāng)前全球海水淡化容量約為4200萬t/d，預(yù)計在今后5~10a內(nèi)還將增加2400萬t/d。天津是我國的嚴重缺水地區(qū)，且毗鄰渤海，擁有豐富的海水資源，建設(shè)海水淡化工程具有得天獨厚的優(yōu)勢。
2002年天津經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)（以下簡稱天津開發(fā)區(qū)，縮寫TEDA）海水淡化項目正式啟動。經(jīng)過近2 a的前期可行性研究，在對國內(nèi)外海水淡化技術(shù)和項目進行大量調(diào)研的基礎(chǔ)上，結(jié)合本區(qū)域的具體條件（原水水質(zhì)差，區(qū)內(nèi)有合適的熱源），最終確定采用目前國際上較先進的熱壓蒸餾低溫多效技術(shù)。該技術(shù)具有對原水水質(zhì)要求低（SS＜20 mg/L）、出水水質(zhì)好（TDS＜5 mg/L）、運行管理簡單等優(yōu)點。其設(shè)計進水水質(zhì)。
天津開發(fā)區(qū)萬噸級低溫多效海水淡化工程日產(chǎn)淡水2萬t，分兩期建設(shè)，其中一期規(guī)模為1萬t/d，總投資額1.6 億元，已于2006 年底舉行了通水儀式。該工程利用開發(fā)區(qū)熱源五廠的低品位蒸汽，采用低溫多效的工藝生產(chǎn)TDS＜5mg/L的優(yōu)質(zhì)淡化水，生產(chǎn)1t淡化水消耗0.1t低壓蒸汽及2kW·h電。
天津開發(fā)區(qū)海水淡化工程可分為海水預(yù)處理廠和海水淡化廠兩個場站。海水預(yù)處理廠主要是去除海水中的泥沙；海水淡化廠包括海水提升泵房（從預(yù)處理廠提取海水到主設(shè)備）、中和池泵房（將主設(shè)備中的濃鹽水排出）、冷卻水泵房（為主設(shè)備提供冷卻水）、淡化水出水泵房（將淡化水排出送至輸水管網(wǎng)）、海水淡化主車間等。其中海水淡化主車間是海水淡化工程的核心，其作用是將海水蒸發(fā)成蒸餾水，該車間的設(shè)備全部從法國ENTROPIE公司進口，設(shè)備投資約890 萬美元。其中熱壓蒸餾脫鹽TCD裝置主要設(shè)備包括：6 個蒸發(fā)室、2 臺主要的冷凝器、4臺加熱器、1 臺熱壓縮機、1 套真空系統(tǒng)（包含蒸汽噴射器和噴射冷凝器）、2 臺板式熱交換器、1 個手動海水過濾器、1 臺濃鹽水泵、1 臺蒸餾水泵、1 套海水處理裝置（除沫劑、阻垢劑和除氯劑注入）、1 套減溫系統(tǒng)。
為保證海水的連續(xù)供應(yīng)和改善進水水質(zhì)，海水在預(yù)處理后經(jīng)提升泵站送到海水淡化廠。在海水淡化廠，來水經(jīng)加壓泵站加壓、濾網(wǎng)過濾并加入阻垢劑后，進入海水淡化裝置；海水淡化裝置的產(chǎn)品水經(jīng)后處理進入產(chǎn)品水貯存罐，并通過產(chǎn)品水泵加壓供給熱源廠等用戶，其水質(zhì)可達到TDS≤5 mg/L，余下的濃鹽水排海或綜合利用。所用熱壓蒸餾低溫多效海水淡化設(shè)備為6 效，處理能力為1 萬t/d，造水比（GOR）為9.69，出水水質(zhì)TDS＜5 mg/L。
該工程利用開發(fā)區(qū)污水處理廠二級出水作為淡化裝置的冷卻水源，可大大節(jié)約取水設(shè)施和排水設(shè)施的建設(shè)費用，每日最大需約5 萬t 冷卻水；而冷卻水升溫后可繼續(xù)作為新水源一廠（即再生水水廠，以開發(fā)區(qū)污水處理廠二級出水作為原水，經(jīng)雙膜法處理后產(chǎn)水主要供應(yīng)開發(fā)區(qū)內(nèi)綠化及大型熱電廠）原水，恰恰滿足了該工藝希望提高原水溫度（尤其在冬季）的要求，有效地提高其雙膜法的產(chǎn)水效率。這樣就將污水處理、污水再生利用和海水淡化項目的資源整合在一起，形成優(yōu)勢互補、資源共享的特點。
蒸餾裝置是由多效降溫蒸發(fā)單元組成。在第一效蒸發(fā)單元內(nèi)產(chǎn)生的蒸汽在換熱管中被冷凝，換熱管為外部噴淋海水集束管。蒸汽冷凝釋放的熱量使換熱管外的部分海水在相對低的溫度和壓力下蒸發(fā)，由這部分海水產(chǎn)生的蒸汽在第二效蒸發(fā)單元中冷凝。同樣原理，第二效蒸發(fā)單元的換熱管外的部分海水會在更低的溫度和壓力下蒸發(fā)。同樣的蒸發(fā)工藝會在一效接一效的蒸發(fā)單元中傳遞下去。最后一效蒸發(fā)單元產(chǎn)生的蒸汽在冷凝器中冷凝。每一效蒸發(fā)單元中產(chǎn)生的冷凝水通過U 型管流入下一效蒸發(fā)單元，最后都流入冷凝器中。最終冷凝水由蒸餾水泵收集到淡化水儲罐中。
海水和大部分苦咸水均含有腐蝕和結(jié)垢成分：當(dāng)操作溫度超過75 ℃，腐蝕和結(jié)垢現(xiàn)象會迅速產(chǎn)生，同時鹽濃度會迅速升高，因此TCD 蒸發(fā)器適用于：（1）低溫操作，即原水和濃鹽水的溫度始終低于70 ℃；（2）原水的濃縮率總是≤35%。
為使海水在低溫下蒸發(fā)，設(shè)備運行前要運行真空系統(tǒng)，使設(shè)備內(nèi)壓力低于-93 kPa。經(jīng)過多效蒸餾和蒸汽的循環(huán)利用使得蒸發(fā)海水的能耗大大降低，1 kg熱源蒸汽能生產(chǎn)9.69 kg的蒸餾水，即GRO=9.69。因海水淡化濃縮率總是控制在35%，也就是說日產(chǎn)1 萬t 的海水淡化工程，每天所需海水3 萬t，消耗蒸汽0.1 萬t。
天津開發(fā)區(qū)實施的萬噸級低溫多效海水淡化項目，其產(chǎn)品水作為區(qū)內(nèi)熱源廠的鍋爐補充用水以及其他用途純水，取代傳統(tǒng)的自來水深度處理工藝流程，每年節(jié)約淡水近850 萬t，具有顯著的環(huán)境效益和社會效益。另外，該項目中一部分的淡化水作為高品質(zhì)飲用水通過分質(zhì)供水，進入高校園區(qū)、住宅小區(qū)，為海水淡化水進入城市管網(wǎng)進行了有意義的探索。天津市位于嚴重污染的渤海地區(qū)，其海岸帶坡度較緩，海水泥沙含量很高，且溫度和鹽度隨潮流的往復(fù)運動變化較大，該工程的成功實施將積累自然條件惡劣地區(qū)海水淡化的技術(shù)經(jīng)驗，對于在華北沿海地區(qū)推廣具有重大的示范意義。也必將帶動本區(qū)域的相關(guān)加工制造業(yè)的持續(xù)發(fā)展，為我國的海水淡化產(chǎn)業(yè)走向國際市場創(chuàng)造示范條件。
7、長春應(yīng)化所成功研制海水淡化反滲透復(fù)合膜制備
由中科院長春應(yīng)用化學(xué)研究所張所波研究員主持的中科院科研裝備研制項目“海水淡化反滲透復(fù)合膜制備設(shè)備”通過了專家驗收。
反滲透海水淡化是解決水資源短缺問題的重要戰(zhàn)略手段。反滲透復(fù)合膜是膜法海水淡化的關(guān)鍵材料，它可以將海水、苦咸水、污水轉(zhuǎn)化為純凈的淡水，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮重要作用。但目前我國絕大多數(shù)的反滲透膜依賴進口，主要原因是缺乏先進的膜材料及精密的生產(chǎn)設(shè)備。反滲透膜制備設(shè)備是研究和生產(chǎn)反滲透膜的核心技術(shù)裝備，裝備的缺乏嚴重限制了我國膜材料的研究應(yīng)用進程。因此，研究發(fā)展具有國際先進水平的膜材料及制備設(shè)備具有重要意義。
在中國科學(xué)院科研裝備專項的支持下，中科院長春應(yīng)化所成立了由反滲透復(fù)合膜材料制備及設(shè)備制造的科研人員和工程技術(shù)人員組成的復(fù)合膜制備設(shè)備研究小組，于2009年開始了“海水淡化反滲透復(fù)合膜制備設(shè)備”的研究開發(fā)。經(jīng)過兩年多的研發(fā)，他們解決了設(shè)備的溫度控制、張力控制、糾偏控制等關(guān)鍵技術(shù)問題，利用PCL實現(xiàn)對設(shè)備硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的協(xié)調(diào)優(yōu)化，制備出集聚合、熱交聯(lián)、成膜、后處理等多種功能為一體的反滲透復(fù)合膜制備設(shè)備，填補了國內(nèi)空白。目前，該設(shè)備已在相關(guān)單位進行了反滲透復(fù)合膜配方及工藝的研究，試用效果良好。
該設(shè)備的成功研制不僅可以系統(tǒng)研究各種制備條件對膜性能的影響規(guī)律，深入了解成膜原理及關(guān)鍵影響因素，更有助于打破壟斷，提升我國在膜材料制備方面的研究水平，為反滲透膜的規(guī)模化生產(chǎn)提供技術(shù)支撐。
該項目研制期間申請發(fā)明專利3項，2項已獲授權(quán)，培養(yǎng)博士研究生2名，碩士研究生2名。
8、海水淡化新技術(shù)：新型膜濃縮裝置通過驗收
中科院過程工程所萬印華研究員主持的新型膜濃縮裝置的研制項目順利通過了中科院組織的科技成果鑒定和現(xiàn)場驗收。
據(jù)了解，項目組研制的基于膜過濾—汲取集成技術(shù)的膜中試裝置集產(chǎn)物分離、高效濃縮、在線分析、原位清洗和多參數(shù)可視化自動控制等諸多功能于一體，是一個典型的功能強化多技術(shù)集成系統(tǒng)。同時建立的基于膜過濾—汲取集成技術(shù)的生物大分子超濾濃縮新技術(shù)，可以實現(xiàn)生物大分子連續(xù)高倍濃縮。
鑒于該技術(shù)的應(yīng)用潛力，項目承擔(dān)單位同廣東中科保生物技術(shù)有限公司合作，共同開發(fā)了用于海水淡化的反滲透—汲取集成技術(shù)與裝備，并進行了為期近一年的中試研究，結(jié)果表明采用該技術(shù)進行海水淡化，噸水電耗僅為2.33千瓦時，濃水鹽濃度可達12%，水回收率可達80%，為海水資源的經(jīng)濟利用提供了一種新的技術(shù)途徑。
