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熱門關(guān)鍵詞： 海島海水淡化設(shè)備
海水淡化是如何發(fā)展的呢？-潤德澳
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發(fā)布日期： 2019.10.26
信息摘要：
古時候，當(dāng)人們在茫茫大海上艱難地航行，面臨著淡水告罄的威脅時，人們多么希望能有一個圓桶似的寶貝，只要將它往海里一放，那苦澀的海水就變成甘甜的…
很久很久以前，有一家雜貨店放著一個奇特的東西。說它像缸，可沒有底；說它像煙囪，可又太大；而且它既非竹也非木，既非金屬亦非磚石。有一天，一名海船商人路過此地，發(fā)現(xiàn)了這一奇物。他看了又看，摸了又摸，舍不得離去。店主走來，問商人買不買此物。商人忙說：“買！你要多少銀子？”店主想敲竹杠，就說：“這是我家祖?zhèn)鲗毼铮鞘畠摄y不賣?！鄙倘硕挍]說，付了銀子，就叫人將奇物抬走。店主納悶，問道：“你花那么多銀子買此物何用？”商人告之：“此乃一寶物，名字叫‘海井’，是一口專造淡水的井。只要將它放到海里，不愁沒有淡水喝?！闭f完，他又取出100兩銀，贈給店主。
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，今天人類已造出海水淡化機(jī)，將古人“畫井解渴”的美好愿望變成了現(xiàn)實。
我們知道，海水含鹽量太高，平均在千分之三十五左右，而日常生活用水的含鹽量在萬分之五左右，工農(nóng)業(yè)用水的含鹽量有的可以稍高一些，但也不能高于千分之三。要使海水像溪水那樣甘甜爽口，就要脫掉海水中的鹽分。脫鹽，就是人們通常所說的“海水淡化”。
海水和苦咸水淡化，可以追溯到1000多年前。那時，希臘哲學(xué)家柏拉圖已經(jīng)認(rèn)識到，如果用植物性材料過濾苦咸水，鹽就會在材料上面貯存起來。亞里士多德早已知道：由鹽溶液中蒸發(fā)出來的蒸汽冷卻凝成水珠以后可以飲用。另外，普利紐斯在他的《自然史》中也這樣寫道：“航海者在作較長時間的海上旅行時，把海水裝在陶罐中，使其蒸發(fā)，在罐蓋上會出現(xiàn)冷凝水，便可以收集利用?！焙髞碓S多的航海者，特別是在羅馬的船上，缺水時，都用蒸發(fā)法來制取淡水，供人們在航行中飲用。當(dāng)年羅馬帝國曾經(jīng)用簡單的蒸餾器提取淡水供被圍困在埃及亞歷山大的羅馬軍隊飲用。
歷史上第一次有記錄的船用淡化器是1606年在西班牙大帆船上使用的。而在船上廣泛地進(jìn)行海水淡化，是19世紀(jì)末。那時，蒸汽輪船發(fā)展起來了，為了滿足鍋爐用水和一部分飲用水的需要，輪船上普遍安裝了制造淡水的蒸發(fā)器。世界上第一臺固定式淡化裝置，于1877年在俄國巴庫建成。此后，在歐洲及其他干旱國家也相繼建立。
當(dāng)然，上述種種海水淡化的器具和手段，還處于“初級階段”。采用先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備，大規(guī)模地淡化海水。是在20世紀(jì)50年代后期。據(jù)統(tǒng)計，到1980年6月，僅蒸餾法、反滲透法和電滲析法三種類型的海水淡化裝置已達(dá)2204個，總造水量每天約727萬噸。從生產(chǎn)淡水的用途來看，主要是解決生活用水，有的用在工業(yè)上，少數(shù)供軍事需要。像科威特、沙特阿拉伯等海灣國家，淡水的主要來源，就是海水淡化。像科威特日產(chǎn)900噸以上的海水淡化裝置就有7個，其中最大日產(chǎn)1.8萬噸以上的海水淡化裝置有4個。
蒸餾法顧名思義，就是將海水加熱沸騰變成不含鹽分的蒸汽，蒸汽遇冷后凝聚成水珠匯集成淡水。蒸餾法海水淡化技術(shù)研究歷史較長，在供水方面應(yīng)用最廣、起的作用最大。據(jù)統(tǒng)計，1977年世界蒸餾法造水能力日產(chǎn)達(dá)288噸，占所有淡化法總造水能力的78％。蒸餾法裝置的類型有單級閃蒸式、多級閃蒸式、薄膜豎管式、浸管式等，其中多級閃蒸式蒸餾法無論其裝置數(shù)量還是其造水能力均居首位。據(jù)1977年統(tǒng)計結(jié)果，多級閃蒸法裝置，占整個蒸餾法裝置的45％，造水能力占84％。
目前，太陽能蒸餾技術(shù)已可分為直接法和間接法。直接法是太陽能直接作用于海水而立刻蒸發(fā)的方法。1982年日本沖繩建造了這樣的一套裝置。它的受熱面積為2.97平方米，日產(chǎn)水量為100升，是太陽能蒸餾的一次重大突破。間接法就是把太陽能收集起來，然后再為其他的海水淡化的辦法提供能源。這種方法通常與其他的辦法聯(lián)合使用，或者以熱能的方式對海水進(jìn)行蒸餾，或者利用太陽能發(fā)電，供給用電的海水淡化裝置使用。
到目前為止，利用太陽能進(jìn)行海水淡化的技術(shù)，所得到的淡水成本仍然比較高，主要的問題在于太陽能利用設(shè)備的投資比較大。
電滲析法為了說明它的原理，先介紹離子交換膜。離子交換膜分陽離子交換膜和陰離子交換膜兩種（以下簡稱陽膜、陰膜）。陽膜表面帶負(fù)電荷，陰膜表面帶正電荷。根據(jù)同性相斥、異性相吸的原理，帶負(fù)電荷的陽膜的表面排斥陰離子，而讓陽離子通過；帶正電荷的陰膜則恰恰相反。如果我們將陰、陽離子交換膜交替地排列成多室電滲槽，并在膜組兩端配置陰、陽電極，陽極一側(cè)以陰離子交換膜開始，陰極一側(cè)以陽離子交換膜終止，當(dāng)海水通入后，在膜組兩端加上直流電壓。這樣，海水中的陽離子向陰極遷移，陰離子向陽極遷移。由于離子交換膜對離子有選擇透過的性質(zhì)，那么，海水中的鈉離子和氯離子作為鹽溶液從膜間室中流出，脫鹽的淡水也通過專門的管道流出。
這種方法關(guān)鍵取決于膜的發(fā)展?fàn)顩r。離子交換膜有的用空心纖維，有的用塑料，目前投入使用和正在研制的膜有幾十種。中國從20世紀(jì)50年代就開展了對電滲析和離子交換膜的研究。目前，生產(chǎn)的離子交換膜質(zhì)量指標(biāo)接近世界先進(jìn)水平，已生產(chǎn)出各種類型和大小不同的電滲析淡化器，全國己有400多個單位廣泛使用。國家海洋局第二海洋研究所1981年研制的中國最大的電滲析淡化器，每天產(chǎn)淡水200噸。該裝置已在中國西沙群島投入使用，其淡化的水質(zhì)符合國家規(guī)定的飲水標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)成本只有用水船運水成本的1/5。
反滲透法這是50年代為淡化海水而提出來的一種膜分離方法。60年代由于研制出了高通量、高脫鹽率的不對稱醋酸纖維素膜，使反滲透法達(dá)到了工業(yè)應(yīng)用程度。要弄清什么是反滲透還得先從滲透說起。把淡水和鹽水分別置于一張半透膜兩側(cè)，這種半透膜只允許水分子通過，而不允許其他分子通過，鹽分子也不例外。在正常條件下，淡水就穿過半透膜向鹽水一側(cè)流動，這就是滲透。在滲透的過程中，鹽水液面逐漸升高，壓力逐漸加大，淡水液面則逐漸降低，壓力逐漸減小，這種現(xiàn)象一直要持續(xù)到鹽水側(cè)的壓力比淡水側(cè)的壓力高到一定程度為止。這時，由于鹽水側(cè)的壓力很高，淡水側(cè)的水分子已無力滲透過去，只得作罷。這時兩邊的壓力差就是所謂的滲透壓。
如果在鹽水的液面上施加一個比滲透壓還大的壓力，結(jié)果會怎么樣呢？無疑，鹽水中的水分子將向相反方向，即向淡水一側(cè)流動，以致使淡水液面高出鹽水液面。這就是反滲透。用這種原理淡化海水的方法叫反滲透法。這種方法工藝流程簡單，耗能很少，雖然1953年才問世，卻已受到普遍的重視。在沙特阿拉伯，也有這種類型的海水淡化廠。
反滲透膜是反滲透淡化器的心臟，目前，主要有醋酸纖維素及其衍生物膜、芳香聚酰胺膜及其他有機(jī)無機(jī)材料膜等。隨著反滲透膜的發(fā)展，現(xiàn)今反滲透淡化裝置主要有四種類型：板式、管式、螺旋卷式、空心纖維式。這四種裝置中，螺旋卷式和空心纖維式裝置單位體積產(chǎn)水量較多，適于建造大規(guī)模裝置；其次是管式裝置，發(fā)展也很快。一個大型的反滲透海水淡化廠，要安裝很多個這樣的膜卷。像美國為沙特阿拉伯吉達(dá)港建成的反滲透海水淡化廠，共安裝了4032個膜卷，日產(chǎn)淡水1.2萬多噸。到1980年6月，世界上日產(chǎn)95噸以上淡水的反滲透淡化裝置就有929個，日產(chǎn)淡水約148萬噸。當(dāng)今美國和日本海水淡化研究的重點是發(fā)展反滲透法。相信不久的將來，反滲透法有可能與蒸餾法相媲美。
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