摘要：当前，世界水资源短缺越来越严重。长期以来，人类对水资源大肆的开发和不合理的利 用，导致江河断流，江河枯竭，水体污染，地面下沉等情况的发生，使人类的引用水面临着严峻的考验。而淡化海水是解决沿海地区水资源短缺的重要途径。所以，海水淡化技术的研发和运用是淡化海水中的重要工作。本文通过对国内外的海水淡化处理技术发展概况进行分析，阐述海水淡化处理工艺优化设计的思路。
关键词：海水淡化；优化设计；现状
在世界中的各种资源中，淡水资源是人类得以生存的基本要素，也是人类生命的源泉。。在世界的水资源中，海洋的总储水量约为13.22亿立方千米，约占全球总储水量的97%左右，而淡水资源只占了总储水量的3%左右。其中大部分的淡水分布在南北两极，有小部分存在于地下底层，这个底层的水资源开发难度比较大，可供人类直接使用的的水源所占比例不到1%。而当前世界经济中，对淡水资源的需求量逐渐上升，导致可使用的淡水资源缺乏，不能满足日益生长的经济需求。同时，由于对水资源的开发和使用不合理，使水资源大量的浪费。同时工业的迅速发展产生了大量的污染物和废弃物不合理的排放到江河湖海中，使很多淡水资源受到严重的污染，使可利用的淡水缺乏问题进一步加剧。
一、国内外海水淡化技术发展概况
1、国外海水淡化技术的发展概况
国外的海水淡化技术起步较早。最初的海水处理技术产生于20世纪40年代发明的蒸馏技术，经过30年发展后形成了工业化生产体系，在很多经济发达的国家专门设立海水淡化的研究部门进行研究和实验。如美国的水研究技术局等。在世界脱盐装置总容量的分布中，蒸馏法的比例为60%，反渗透法为33%，电渗析法6%。而在海水的淡化中，蒸馏法是应用最为广泛的淡化技术。随着世界工业的发展，淡水资源的匮乏日渐严峻，促进了海水淡化的产业化，海水淡化工厂也在相继的出现。部分的中东国家，像以色列和沙特等的大部分淡水都是来自于海水的淡化。截止2011年，以色列的日海水淡化量达到了80万立方米，而意大利的西西里岛的日海水淡化量为17万立方米。当前，世界上规模最大的蒸馏法海水淡化工厂位于沙特阿拉伯，通过多级闪蒸造水与电厂热发电相结合，利用火力发电厂低压排气为蒸馏淡化热源，降低了海水淡化的成本。美国和日本是世界上海水淡化装置的两大制造国，韩国从上个世纪80年代也开始进行海水淡化装置的出口。而中东地区是海水淡化的主要市场。
2、国内海水淡化技术的发展概况
我国最早的海水淡化技术为电渗析技术，出现在1958年，而反渗透技术和蒸馏技术也相继出现在市场中。经过长期以来的发展，淡水资源短缺现象的日益严重，我国也提高了对海水淡化技术研发的重视程度，培养了一批海水淡化的专业人才，建立了相应的海水淡化技术研究中心。
国家海洋局天津海水淡化 与综合利用研究所为辽宁长海县研制了蒸馏法海水淡化装置和反渗透海水淡化装置。蒸馏法海水淡化技术产水量为30t/d。而反渗透海水淡化装置运用的是美国的卷式反渗透组件和能量回收系统技术进行海水淡化。我国运用海水淡化技术最多的省份是浙江省，温岭市的海水淡化厂是中国最大的核能海水淡化项目，总投资在10亿人民币，淡水产量10万t/d。此项目是利用低温常压核能技术来进行海水淡化处理，相对成本较低。天津市在2005年底确立了天津海水淡化的发展方向，要创建国家级的海水综合利用示范城市，到2020年预计达到50万立方米。同时，河北省把秦皇岛、唐山作为海水淡化的试点，使其技术在电力和化工行业得以应用。
二、优化海水淡化工艺设计分析
1、反渗透海水淡化膜系统的优化设计分析
反渗透海水淡化的原理是通过把预处理的海水利用高压泵进行加压，使其进行到反渗透膜中，然后利用高压渗透压使海水中的淡水经过反渗透膜，把海水中的盐分物质存留在反渗透膜的另一侧。反渗透海水淡化系统是通过多个单元对海水进行处理的。按照每个部分的工序不同，把反渗透海水淡化过程分为预处理过程，反渗透过程，后处理过程。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆这三个过程中，反渗透过程是其中的主要部分，它直接关系着整个系统的产水质量是否符合标准。
随着反渗透系统在国内市场上应用的越来越广泛，在其应用实践中也发现了一些问题，所以，对反渗透海水淡化系统进行优化设计是适应经济发展的必然选择，同时能够减少海水淡化过程中能量的消耗，实现整体系统的经济效益和社会效益。
在进行反渗透海水淡化系统中的膜系统优化设计时，必须确保城市居民和政府用水的数量和质量，然后再进行对系统流程和参数的整改和优化。工艺的流程是由膜组件的数量和安装顺序，各种设备的类型来参与的。而系统的操作参数涉及到进水流量、操作压力和回收率等等。膜系统的优化设计中存在很多不确定的因素，这些不确定的因素之间都可以相互联系和相互影响。其中包括海水的含盐量，进水的流量，膜组件的性质等。首先，在优化设计的过程中，可以把反渗透海水淡化膜系统的性质作为依据，建立各个部分的数学模型，利用数学模型对反渗透的过程进行数据模拟。其次，利用反渗透海水淡化系中各种设备的投入资金，系统使用时能源耗损的费用的可变化参数，形成一个反渗透海水淡化的经济模型。再次，把这两个模型完成后，再建立整体的优化设计模型，寻找最适合的，准确的参数数据，从而达到产水率的提高和能耗量的减少。
2、低温多效蒸发海水淡化技术中预处理的优化设计
低温多效蒸发是在盐水的最高蒸发温度小于或者等于70℃的前提下，把多个水平或者管降膜蒸发器串联在一起，同时把其进行分成N个效组，再把固定量的蒸汽输送到管中，再进行反复的蒸发和冷却，进而产生更多的加热蒸汽量，从而节省热量的蒸馏淡化方法。
低温多效蒸发海水淡化工艺可以应用到低位余热的大中型海水淡化厂中，它可以根据电厂，化工厂等工程提供的条件，把海水进行反复的蒸发和冷凝而达到较高的造水比。它的最大优点是产出的蒸馏水纯度相当高，同时，它也可以使用不同种类的低位热源，具有很大的技术优势。
海水是由多种物质和微量元素组成的，其中包括固溶物，碳酸盐，硫酸盐，氯化物等，这些化学元素的存在使盐水的硬度增加。利用技术对其蒸发时，其中的盐分残留的物质会形成水垢留在传热面上。同时，产生的分解后产生的氧气不仅可以腐蚀氧电极，对金属设备产生破坏，也因为氧化物的长期留存，在传热管中也会带有氧化物，大大降低了系统的传热效率，也增加了对设备的腐蚀面积。在低温多效蒸发技术的使用中，必须对海水进行不同程度的预处理，才能真正保证系统设备的顺利运行，以达到产出水质量的合格要求。
第一，加强低温多效蒸发海水淡化预处理中的酸化脱气处理，合理运用混凝程序中混凝剂的药物使用量。在低温多效蒸发海水淡化技术使用中，由于海水中存有大量的碳酸根离子，导致海水中有碳酸盐的存在。
第二，控制预处理中流体的流速。在小型海水淡化设备中，传热板流动和传热的性能各不相同，由于流体的流速的变化，会导致传热性能的变化。当流体的速度变大时，传热板的表面传热系数就会增加，而单位面积泵的损耗也会相应增加。
结束语：
海水淡化已经成为我国乃至世界解决淡水资源匮乏的重要途径和来源。所以，海水淡化技术是我国未来经济发展的重中之重。研制适合我国国情的海水淡化技术，增加淡水的来源途径，提高淡水的产水率，促进工业的发展，解决人民的民生问题，实现社会的可持续发展。
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论文作者:都琳,董玉莲
论文发表刊物:《电力设备》2017年第34期
论文发表时间:2018/5/14
标签：海水淡化论文; 反渗透论文; 技术论文; 淡水论文; 海水论文; 系统论文; 优化设计论文; 《电力设备》2017年第34期论文;