工艺技术 进展：海水淡化技术研究及趋势

在社会快速发展过程中，人们在水资源需求量方面日益增加，而基于无节制浪费、水生态污染以及超限度开采等影响，导致世界水资源出现短缺问题，对经济发展产生一定影响。因此，世界各国正在积极开展海水淡化研究，对此需要加大相关工作研究力度。


1 海水淡化技术现状

1.1反渗透工艺

RO工艺属于一种膜分离工艺，基于能量回收效率不断提升与膜组件持续改进，促使反渗透技术得到快速发展。该技术，具有造水成本低、工程量小、能耗小、常温操作、操作简单以及占地少等特点。然而该工艺在进料海水水质方面有着较高要求，因此预处理成本会有所增加。可以通过气浮或是超滤结合混凝和沉淀的方式，开展海水预处理工作，可以保证污染密度、水浊度以及化学需氧量等方面均满足进水要求[1]。

1.2多级闪蒸技术

MSF主要通过将海加热至规定温度，之后借助闪蒸器快速实现气化，并通过蒸汽冷凝获得淡水。在热法中，MSF的应用非常广泛，具有维护量小与机容量大的特点。另外，其缺点也非常突出，比如能耗高、设备成本高、操作弹性小以及操作温度高等。

1.3MED技术

对于该技术，主要在低于70℃的温度条件中，通过蒸馏二次蒸汽加热蒸发下一效海水，进而获得纯净水。MED操作温度较低，能够降低设备结垢与腐蚀问题，借助廉价传热材料、工业废热等即可实现海水淡化，其具有操作弹性大、热效率高以及动力消耗小等优点。然而，由于地温余热缺少稳定性，效率低等特点，导致装置运行成本远远超出设计成本并且设备体积大，费用较高。

2 研究现状和发展

当前，在海水淡化工艺研究方面持续发展，在热法海水淡化工艺方面，低压蒸汽方法借助引射器使蒸发器达到真空状态，促使海水基于比常压沸点低的条件下实现蒸发。低压蒸汽系统主要受到给水口半径、给水温度以及流速等方面影响。高春林等人通过对淡化装置液汽引射器展开实验研究与数值模拟，借助实验研究与数值计算手段，深入研究引射器参数与工作特性，并得出系数与工作流体和引射流体之间的关系[2]。

3 新兴海水淡化技术

3.1新能源淡化技术

（1）核能。以反应堆所转化的电能或是热能为驱动能量，开展海水淡化工作。通过实践表明，核能淡化技术已经非常成熟，在各个国家中有着广泛利用。然而应用核能过程中，需要对核废料安全性与放射性进行充分考虑，需要保证核能具有良好可靠性，以保证淡水与周边环境不会受到放射破坏[3]。

（2）太阳能。太阳能淡化工艺主要为两种，①对太阳能进行热能转化，促使海水出现蒸发现象，就是太阳能光热淡化技术。②对太阳能进行电能转化，实现海水淡化，就是太阳能发电淡化技术。

在当前发展中，仍然以太阳能的光热转换蒸馏工艺为主，其中，规模小、成本高、效率低与稳定性差等对太阳能技术应用产生较大影响，并且各个地区基于自身气象条件与地质位置等也会影响该技术使用，而通过太阳能开展海水淡化的优势也各不相同。要想有效促进太阳能利用效率，应该积极促进观点转化与集热等方面效率，另外，对海水淡化工艺不断加以优化，使太阳能实用性与经济性得到有效提升。

（3）风能。此种淡化技术具有两种形式。①借助风力涡轮旋转作用，使风能可以实现机械能转换，直接使海水淡化设备运行。②借助风力发电机促使风能实现电能转化，之后为海水淡化设备提供动力。风力能够满足电渗析以及用能设备运行需求，然而风能缺少稳定性，而RO有着良好操作性与适应性，能够和风能实现互补。借助风能开展海水淡化工作还有一定不足，比如稳定性差与间歇性强等缺点非常明显，对风能与传统技术进行有机结合，是当前风能淡化工艺发展的重要途径。

3.2集成淡化工艺

（1）电渗析与RO集成。预脱盐工段通过电渗析来实现，以控制海水含盐量，之后借助反渗透膜实现海水淡化目标。此集成技术使得海水在金属管方面的腐蚀危害得到有效控制，并且是反渗透压力得到充分降低，实现节约能耗目标[4]。

（2）膜蒸馏。此种技术通过蒸馏手段实现膜分离，需要借助热源不断海水，通过蒸发水蒸气产生蒸汽分压。并且基于膜两侧蒸汽分压差，形成驱动力，保证水蒸气能够持续穿过疏水膜，在水分子完成气化之后，穿过膜并展开冷凝处理，进而达到水盐分离目的。该工艺融合了膜法与热工艺的优点，具有预处理要求较低、结构紧凑、简单、操作条件良好以及分离效率较高等特点。然而，其还处于研发阶段，并未满足工业化要求，需要提高热效率以及膜通量，促进膜蒸馏工艺发展。

（2）MSF和RO集成。RO具有水质较差与产水效率高等特点，而FSM具有效率低、结垢问题明显以及产水水质好等特点，两者通过优势互补，能够有效减少产水成本，促进海水淡化效率。当前两种工艺已经实现商业化发展。

3.3MVR改进技术

MVR技术要借助压缩机对低品位蒸汽进行压缩，促使压力与温度快速升高，达到潜热持续循环目的。此种工艺在西方国家得到广泛应用，而在我国研究时间较短。其主要具有工程量小、操作简单以及节能环保等特点，在海水淡化方面需要选用低压缩比、高性能压缩机，并且保证换热管具有良好耐腐蚀性，并且蒸发温度适当。对此，青岛科技大学化工学院，在进行多年研究之后，构建MVR蒸发过程计算模型，使得MVR模拟局限性与物性数据不足等问题得到有效解决，同时，提出设计整套MVR工艺装置。主要针对以下方面进行改进：①对管路与设备材质进行科学设计。②合理选择压缩机，以满足MVR过程要求，是操作稳定性得到有效提升。③引进高效换热设施，使换热条件得到充分强化。④对换热设备压力、温度等操作条件进行合理设计。⑤对MVR凝气排放效果差问题进行充分改进，使传热效果得到有效强化。基于该工艺自动化程度良好、流程简单以及工程量小等特点，使得在石油平台、海岛、舰船等方面具有重大应用意义，并且有着良好的发展空间。

结语：综上所述，在环境问题与能源问题持续加剧影响下，促使海水淡化工艺研究以及利用工作得到进一步发展。蒸馏法的经济性与能耗已经成为重点研究方向，同时对核能、太阳能、电厂余热以及风能等方面进行积极研究，获得更多研究成果，促进海水淡化工艺发展。膜法工艺在近年发展较为迅速，新膜材料研究以及应用，同时解决配套问题，已经成为膜法重点研究趋势。