新世纪以来, 水资源紧缺的问题已经成为制约各国经济发展的一个重要因素。虽然表面71%的面积被水覆盖了, 但其中有将近98%的水存在于海洋、内陆海以及地下盆水, 是无法被饮用的水, 剩下的可以饮用的淡水只有2%左右。而在2%的饮用水中, 又有70%是以冰川的形式存在于白雪皑皑的格陵兰岛和南极, 无法直接使用。考虑到种种因素后, 人类所能使用的水资源实际上少之又少。新世纪以来的人口爆炸和工业飞速发展, 大大加重了生活用水和工业用水的压力, 目前世界上缺少饮用水的人口已是数以十亿来计。
迫在眉睫的用水问题亟待解决, 为此人们提出了各种各样的解决方案。有类似于中国“南水北调”的远程调水, 也有开采地下水这样的工程, 但诸如此类的方案终究治标不治本。于是人们又提出了雨水、废水的回收利用等循环利用方案, 但效果也比较有限。
海水淡化作为一种相对成熟的技术, 由于有着庞大的海水资源为后盾, 可以说是目前解决世界性缺水问题的最好方案。
1 海水淡化技术
人类在对海水进行淡化的尝试上由来已久, 但其能够得到飞速发展并逐渐成熟的时期还要追溯到上世纪六十年代。在海水淡化技术发展的过程中, 膜法和蒸馏法以其使用的方便性以及淡化效果的优越性, 成为了最主要的两种淡化方法, 对其的应用已经使得许许多多的水资源问题得到了解决。
1.1 蒸馏法
蒸馏法是一种能够利用热能来对海水进行淡化的方法, 比较常用的有多效蒸发法、多级闪蒸法以及压汽蒸馏法等。而反方向利用热能的冷冻法 (又叫海冰淡化法) 也属于蒸馏法的一种, 该方法依据海水中的淡水的冰点要比盐水低的原理, 通过降温来使盐水结冰先行析出来获取淡水。
第一, 多级闪蒸指的是对海水进行加热, 当温度达到一定数值时, 把海水导依次导进一系列的、压力值逐渐下降的容器中, 从而使海水得到闪蒸汽化, 最后再把得到的蒸汽进行冷凝, 从而得到所需的淡水。这一方法的优势在于, 对海水进行淡化的过程中, 整个容器的传热面与蒸发面是相互分离的, 从而杜绝了结垢现象的发生。
第二, 多效蒸发指的是把几个单效的蒸发器进行串联, 得到多级的蒸发器系统。当热源从锅炉传来时, 只有第一效的蒸发器热源是从锅炉传来的, 其余的各级的蒸发器其热源都属于二级热源, 都由自上一效的二次蒸汽的传递而来。多效蒸发法又可以分为低温多效蒸馏以及高温多效蒸馏, 是以90摄氏度的操作温度来划分界限的。
第三, 压汽蒸馏法是一种利用了动能机械的方法, 该方法利用机械压缩机, 对蒸汽进行升压和升温, 将所得的蒸汽当作热源来对海水进行蒸发。这种方法由于不需要额外的蒸汽以及冷却水, 因此有着非常高的循环利用率, 转化效率也非常高。不过缺点也非常明显, 就是会带来比较严重的腐蚀以及结构上的问题。
1.2 膜法
膜法利用了膜的选择透过性来分离海水, 从而达到对海水进行淡化的目的。这种方法效率高, 效果好, 但缺点也十分明显。膜法主要有电渗析法和反渗透法。
第一, 反渗透法。该方法的主要原理是利用半透膜, 在海水的一侧施加压力, 使得海水中的淡水逐渐渗透而通过半透膜进入到另一侧, 无法饮用的那部分水就留在了原来的一侧。
反渗透中所利用的膜不仅仅能够筛掉海水中的无机盐离子, 还能够将海水中的大部分有机体、胶体、游离的细菌、病毒以及各种各样的悬浮物等都一一去除。在进行了高效率的过滤的同时, 被筛掉的许多大分子杂志也残留在了膜上, 从而对膜造成了污染, 最终降低了膜的使用寿命。这从一方面上加大了反渗透法的成本。为了解决这一缺陷, 可以使用预处理技术来降低能耗和成本。
第二, 电渗析法。电渗析法是一种依据了反离子迁移原理的方法, 他通过加外加直流电场, 使海水在通过具有选择透过性的离子交换膜时, 水中的离子得以进行定向迁移, 最终使得海水中的溶质和溶剂完全地分离开来。该种方法对膜的污染小, 对整体环境也比较友好, 同时相比反渗透法能耗更少, 系统也更人性化。缺点在于完成整个方法需要加入许多化学药剂, 得到的水一般都不适合饮用。
2 海水淡化的发展趋势
传统方法是以不可再生能源为依托的, 长久以往会对原本就有限的能源造成很大的压力, 因此目前的研究人员都积极探索使用新型能源的海水淡化方法
2.1 核能淡化方法
该方法的最大好处就是其能量来源是核反应堆, 这是一种几乎无限的能源, 而且非常地安全和清洁。通过将核能产生的能量来作为热源, 再使用蒸馏法来进行海水淡化, 可以大大提高效率以及效果。
2.2 太阳能淡化方法
太阳能同样是近乎无限的能源, 除开技术上的不成熟, 可以说太阳能淡化方法比核能淡化方法还要有效。在海水淡化中队太阳能的应用可以是吸收太阳光得到热能并以此来驱动海水的相变, 也可以是利用太阳能来为电渗析的进行提供能量。
3 结语
海水淡化是解决全球性水资源的重要途径, 通过对传统淡化方法的改进以及对新型能源利用的不断探究, 一定可以发展出相对完美的海水淡化方法, 最终使水资源问题得到解决。
摘要：本文通过对膜法和蒸馏法这两种传统海水淡化方法的详细介绍, 引出了以新型能源为基础的新型海水淡化技术, 及其与传统海水淡化方法进行优化组合后的新技术, 并论述了海水淡化技术的发展趋势。
关键词：海水淡化技术,膜法,蒸馏法,发展趋势
参考文献
[1] 杨尚宝.关于我国海水淡化产业发展的战略思考[J].水处理技术, 2011, 12:1-4.
[2] 宋跃飞.集成膜法海水淡化过程中纳滤—反渗透膜面结垢趋势预测及防垢研究[D].中国海洋大学, 2013.
[3] 戴岭, 吴宏霞, 韦飞, 王鹏.关于江苏沿海地区发展海水淡化产业的思考[J].浙江水利科技, 2012, 01:36-38+45.