海水淡化的研究性學習報告

1、海水淡化的研究性學習報告一、課題背景：世界上淡水資源不足，已成為人們?nèi)找骊P切的問題。作為水資源的開源增量技術，海水淡化已經(jīng)成為解決全球水資源危機的重要途徑。到2006年,世界上已有120多個國家和地區(qū)在應用海水淡化技術，解決了 1億多人的供水問題。而海水淡化工程與化學技術的改革發(fā)展密不可分，為了了解這些內(nèi)在聯(lián)系，比如：化學是怎樣推進海水淡化技術進步的，現(xiàn)代海水淡化設備的原理，未來海水淡化工程的走向發(fā)展帶著這些問題我們展開了關于海水淡化的研究活動。二、課題目的1 了解海水淡化的實質(zhì)2找出化學對海水淡化的作用3海水淡化的發(fā)展4海水淡化的主要方式5海水淡化與化學資源市場走向6明白淡水資源對人類的重要

2、從而珍惜水資源三、課題研究過程1討論，制定方案和計劃為了使研究過程更為順利，我們首先討論了一些有關的問題。 比如：如何進行 研究，分幾個步驟進行，如何分工等。制定了進行研究的方案，計劃，為研究的 進行作了準備。2分工我們分成兩組，利用課余時間進行活動。第一組；上圖書館，上網(wǎng)查找資料。第二組：整理論文，制作幻燈片。四、課題組成員指導老師：章秋香老師組長：蘇超鵠組員：廖艷、熊小梅、馮玉琴五、課題成果海水淡化的實質(zhì)：海水淡化即利用海水脫鹽生產(chǎn)淡水。 是實現(xiàn)水資源利用的開 源增量技術，可以增加淡水總量，且不受時空和氣候影響，水質(zhì)好、價格漸趨合 理，可以保障沿海居民飲用水和工業(yè)鍋爐補水等穩(wěn)定供水。從海水

3、中取得淡水的 過程謂海水淡化。地球表面2/3的面積被水覆蓋，但水儲量的97 %為海水和苦咸水，這些水是很豐富的。但是，要利用海水必須經(jīng)過淡化。目前，全世界有一百二 十多個國家和地區(qū)采用海水或苦咸水淡化技術取得淡水。據(jù)統(tǒng)計，海水淡化系統(tǒng)與生產(chǎn)量以每年 10 %以上的速度在增加。 亞洲國家如日本、 新加坡、 韓國、印尼與中國等也都積極發(fā)展或應用海水淡化做為替代水源，以增加自主水源的數(shù)量。海水淡化的技術主要有蒸餾、凍結、反滲透、離子遷移、化學法等辦法。海水淡化雖然耗電耗能，成本很高，但是意義重大。有人估計， 海水淡化可能是21 世紀誕生出的一種新型的生產(chǎn)淡水的未來水產(chǎn)業(yè)。就目前經(jīng)濟技術水平而言，海水

4、淡化的成本還是比較高的。化學與海水淡化的聯(lián)系：表面看海水淡化很簡單，只要將咸水中的鹽與淡水分開即可。最簡單的方法，一個是蒸餾法，將水蒸發(fā)而鹽留下，再將水蒸氣冷凝為液態(tài)淡水。這個過程與海水逐漸變咸的過程是類似的，只不過人類要攫取的是淡水。另一個海水淡化的方法是冷凍法，冷凍海水，使之結冰，在液態(tài)淡水變成固態(tài)的冰的同時，鹽被分離了出去。兩種方法都有難以克服的弊病。蒸餾法會消耗大量的能源，并在儀器里產(chǎn)生大量的鍋垢，相反得到的淡水卻并不多。這是一種很不劃算的方式。冷凍法同樣要消耗許多能源，得到的淡水卻味道不佳，難以使用?；瘜W與物理不斷進步推進了科學有序地進行海水淡化的工程改進，可以說，正是科學技術的優(yōu)化

5、促成了海水淡化的成熟。海水淡化的發(fā)展：第一個海水淡化工廠于1954 年建于美國，多年來，其技術也在不斷進步。1953 年，一種新的海水淡化方式問世了，這就是反滲透法。這種方法利用半透膜來達到將淡水與鹽分離的目的。在通常情況下，半透膜允許溶液中的溶劑通過，而不允許溶質(zhì)透過。由于海水含鹽高，如果用半透膜將海水與淡水隔開，淡水會通過半透膜擴散到海水的一側(cè)，從而使海水一側(cè)的液面升高，直到一定的高度產(chǎn)生壓力，使淡水不再擴散過來。這個過程是滲透。如果反其道而行之，要得到淡水，只要對半透膜中的海水施以壓力，就會使海水中的淡水滲透到半透膜外，而鹽卻被膜阻擋在海水中。這就是反滲透法。反滲透法最大的優(yōu)點就是節(jié)能，

6、生產(chǎn)同等質(zhì)量的淡水，它的能源消耗僅為蒸餾法的1/40 。因此，從1974 年以來，世界上的發(fā)達國家不約而同地將海水淡化的研究方向轉(zhuǎn)向了反滲透法。在新興的反滲透法研究方興未艾的時候，古老的蒸餾法也改弦易轍，重新煥發(fā)了青春。常識告訴我們，水在常溫常壓下要加熱到100 才沸騰，產(chǎn)生大量的水蒸氣。傳統(tǒng)的蒸餾法只考慮了通過升高溫度獲得水蒸氣的方式，耗能甚巨。而新的方法是將氣壓降下來，把經(jīng)過適當加溫的海水，送入人造的真空蒸餾室中，海水中的淡水會在瞬間急速蒸發(fā)，全部變成水蒸氣。許多這樣的真空蒸餾室連接起來，就組成了大型的海水淡化工廠。如果海水淡化工廠與熱電廠建在一起，利用熱電廠的余熱給海水加溫，成本就更低了

7、?，F(xiàn)在世界上的大型海水淡化工廠，大多采用新的蒸餾法。在西亞盛產(chǎn)石油的國度，往往土地“富得流油”，卻打不出一口淡水井。水比油貴的現(xiàn)實，使海水淡化工廠如雨后春筍般出現(xiàn)在西亞的海岸線上。1983 年，西亞第一大國沙特阿拉伯在吉達港修建了日產(chǎn)淡水30 萬噸的海水淡化廠；在另一個西亞國家科威特，現(xiàn)在每天可以生產(chǎn)淡水100 萬噸。波斯灣沿岸地區(qū)，有的國家的淡化海水已經(jīng)占到了本國淡水使用量的80% 90% ?，F(xiàn)代意義上的海水淡化則是在第二次世界大戰(zhàn)以后才發(fā)展起來的。戰(zhàn)后由于國際資本大力開發(fā)中東地區(qū)石油，使這一地區(qū)經(jīng)濟迅速發(fā)展，人口快速增加，這個原本干旱的地區(qū)對淡水資源的需求與日俱增。而中東地區(qū)獨特的地理位置

8、和氣候條件，加之其豐富的能源資源，又使得海水淡化成為該地區(qū)解決淡水資源短缺問題的現(xiàn)實選擇，并對海水淡化裝置提出了大型化的要求。海水淡化的方法：蒸餾法：蒸餾法雖然是一種古老的方法，但由于技術不斷地改進與發(fā)展，該法至今仍占統(tǒng)治地位。蒸餾淡化過程的實質(zhì)就是水蒸氣的形成過程，其原理如同海水受熱蒸發(fā)形成云，云在一定條件下遇冷形成雨，而雨是不帶咸味的。根據(jù)所用能源、設備、流程不同主要可分設備蒸餾法、蒸汽壓縮蒸餾法、多級閃急蒸餾法等。冷凍法 ： 冷凍法，即冷凍海水使之結冰，在液態(tài)淡水變成固態(tài)冰的同時鹽被分離出去。冷凍法與蒸餾法都有難以克服的弊端，其中蒸餾法會消耗大量的能源并在儀器里產(chǎn)生大量的鍋垢，而所得到的

9、淡水卻并不多；而冷凍法同樣要消耗許多能源，但得到的淡水味道卻不佳，難以使用。反滲透法： 通常又稱超過濾法，是1953 年才開始采用的一種膜分離淡化法。該法是利用只允許溶劑透過、不允許溶質(zhì)透過的半透膜，將海水與淡水分隔開的。在通常情況下，淡水通過半透膜擴散到海水一側(cè)，從而使海水一側(cè)的液面逐漸升高，直至一定的高度才停止，這個過程為滲透。此時，海水一側(cè)高出的水柱靜壓稱為滲透壓。如果對海水一側(cè)施加一大于海水滲透壓的外壓，那么海水中的純水將反滲透到淡水中。反滲透法的最大優(yōu)點是節(jié)能。它的能耗僅為電滲析法的1/2 ，蒸餾法的1/40 。因此，從1974 年起，美日等發(fā)達國家先后把發(fā)展重心轉(zhuǎn)向反滲透法。反滲透

10、海水淡化技術發(fā)展很快，工程造價和運行成本持續(xù)降低，主要發(fā)展趨勢為降低反滲透膜的操作壓力，提高反滲透系統(tǒng)回收率，廉價高效預處理技術，增強系統(tǒng)抗污染能力等。太陽能法：人類早期利用太陽能進行海水淡化，主要是利用太陽能進行蒸餾，所以早期的太陽能海水淡化裝置一般都稱為太陽能蒸餾器。餾系統(tǒng)被動式太陽能蒸餾系統(tǒng)的例子就是盤式太陽能蒸餾器，人們對它的應用有了近 150 年的歷史。由于它結構簡單、取材方便，至今仍被廣泛采用。目前對盤式太陽能蒸餾器的研究主要集中于材料的選取、各種熱性能的改善以及將它與各類太陽能集熱器配合使用上。與傳統(tǒng)動力源和熱源相比，太陽能具有安全、環(huán)保等優(yōu)點，將太陽能采集與脫鹽工藝兩個系統(tǒng)結合

11、是一種可持續(xù)發(fā)展的海水淡化技術。太陽能海水淡化技術由于不消耗常規(guī)能源、無污染、所得淡水純度高等優(yōu)點而逐漸受到人們重視。低溫多效法： 多效蒸發(fā)是讓加熱后的海水在多個串聯(lián)的蒸發(fā)器中蒸發(fā)，前一個蒸發(fā)器蒸發(fā)出來的蒸汽作為下一蒸發(fā)器的熱源，并冷凝成為淡水。其中低溫多效蒸餾是蒸餾法中最節(jié)能的方法之一。低溫多效蒸餾技術由于節(jié)能的因素，近年發(fā)展迅速，裝置的規(guī)模日益擴大，成本日益降低，主要發(fā)展趨勢為提高裝置單機造水能力，采用廉價材料降低工程造價，提高操作溫度，提高傳熱效率等。多級閃蒸： 所謂閃蒸，是指一定溫度的海水在壓力突然降低的條件下，部分海水急驟蒸發(fā)的現(xiàn)象。多級閃蒸海水淡化是將經(jīng)過加熱的海水，依次在多個壓力

12、逐漸降低的閃蒸室中進行蒸發(fā)，將蒸汽冷凝而得到淡水。目前全球海水淡化裝置仍以多級閃蒸方法產(chǎn)量最大，技術最成熟，運行安全性高彈性大，主要與火電站聯(lián)合建設，適合于大型和超大型淡化裝置，主要在海灣國家采用。多級閃蒸技術成熟、運行可靠，主要發(fā)展趨勢為提高裝置單機造水能力，降低單位電力消耗，提高傳熱效率等。電滲析法：該法的技術關鍵是新型離子交換膜的研制。離子交換膜是0.5-1.0mm 厚度的功能性膜片，按其選擇透過性區(qū)分為正離子交換膜（陽膜）與負離子交換膜（陰膜）。電滲析法是將具有選擇透過性的陽膜與陰膜交替排列，組成多個相互獨立的隔室海水被淡化，而相鄰隔室海水濃縮，淡水與濃縮水得以分離。電滲析法不僅可以淡

13、化海水，也可以作為水質(zhì)處理的手段，為污水再利用作出貢獻。此外，這種方法也越來越多地應用于化工、醫(yī)藥、食品等行業(yè)的濃縮、分離與提純。壓汽蒸餾：壓汽蒸餾海水淡化技術，是海水預熱后，進入蒸發(fā)器并在蒸發(fā)器內(nèi)部分蒸發(fā)。所產(chǎn)生的二次蒸汽經(jīng)壓縮機壓縮提高壓力后引入到蒸發(fā)器的加熱側(cè)。蒸汽冷凝后作為產(chǎn)品水引出，如此實現(xiàn)熱能的循環(huán)利用。水電聯(lián)產(chǎn)： 水電聯(lián)產(chǎn)主要是指海水淡化水和電力聯(lián)產(chǎn)聯(lián)供。由于海水淡化成本在很大程度上取決于消耗電力和蒸汽的成本，水電聯(lián)產(chǎn)可以利用電廠的蒸汽和電力為海水淡化裝置提供動力，從而實現(xiàn)能源高效利用和降低海水淡化成本。國外大部分海水淡化廠都是和發(fā)電廠建在一起的，這是當前大型海水淡化工程的主要建

14、設模式。熱膜聯(lián)產(chǎn)： 熱膜聯(lián)產(chǎn)主要是采用熱法和膜法海水淡化相聯(lián)合的方式（即 MED-RO 或 MSF-RO 方式） ， 滿足不同用水需求，降低海水淡化成本。目前，世界上最大的熱膜聯(lián)產(chǎn)海水淡化廠是阿聯(lián)酋富查伊拉海水淡化廠，日產(chǎn)海水淡化水量為45.4 萬立方米，其中，MSF 日產(chǎn)水 28.4 萬立方米，RO 日產(chǎn)水 17 萬立方米。其優(yōu)點是：投資成本低，可共用海水取水口。RO 和 MED/MSF 裝置淡化產(chǎn)品水可以按一定比例混合滿足各種各樣的需求。此外，以上方法的其他組合也日益受到重視。在實際選用中，究竟哪種方法最好，也不是絕對的，要根據(jù)規(guī)模大小、能源費用、海水水質(zhì)、氣候條件以及技術與安全性等實際條

15、件而定。實際上，一個大型的海水淡化項目往往是一個非常復雜的系統(tǒng)工程。就主要工藝過程來說，包括海水預處理、淡化（脫鹽）、淡化水后處理等。其中預處理是指在海水進入起淡 化功能的裝置之前對其所作的必要處理，如殺除海生物，降低濁度、除掉 懸浮物（對反滲透法），或脫氣（對蒸儲法），添加必要的藥劑等；脫鹽 則是通過上列的某一種方法除掉海水中的鹽分，是整個淡化系統(tǒng)的核心部 分，這一過程除要求高效脫鹽外，往往需要解決設備的防腐與防垢問題， 有些工藝中還要求有相應的能量回收措施；后處理則是對不同淡化方法的 產(chǎn)品水針對不同的用戶要求所進行的水質(zhì)調(diào)控和貯運等處理。海水淡化過 程無論采用哪種淡化方法，都存在著能量的優(yōu)

16、化利用與回收，設備防垢和 防腐，以及濃鹽水的正確排放等問題。海水淡化與化學資源市場走向：目前，全球海水淡化日產(chǎn)量約3500萬立方米左右，其中 80%用于飲用水，解決了 1億多人的供水問題，即世界 上1/50的人口靠海水淡化提供飲用水。全球有海水淡化廠1 . 3萬多座，海水淡化作為淡水資源的替代與增量技術，愈來愈受到世界上許多沿海國家的重視；全球直接利用海水作為工業(yè)冷卻水總量每年約6000億立方米左右替代了大量寶貴的淡水資源；全世界每年從海洋中提鹽5000萬噸、鎂及氧化鎂260多萬噸、澳20萬噸等。圍繞制約海水淡化成本降低的關鍵問題， 發(fā)展膜與膜材料、關鍵裝備等核心技術，研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權的海水淡 化新技術、新工藝、新裝備和新產(chǎn)品，提高關鍵材料和關鍵設備的國產(chǎn)化 率，增強自主建設大型海水淡化工程的能力海水淡化與水資源：世界上淡水資源不足，已成為人們?nèi)找骊P切的問題。有人預言，19世紀爭煤，20世紀爭油，21世紀可能爭水。向海洋要淡水”已經(jīng)形成了方興未艾的產(chǎn)業(yè)，然而面對人類對于水資源的任意揮霍，再多的方法也只是徒勞。只有從根本上解決水資源浪費的情況， 海水淡化才是有意義的。我們必須清醒意識到海水淡化的重要性以及水資 源