Опріснення - це виробництво прісної води шляхом опріснення морської води. Це поступова технологія з відкритим кодом для реалізації використання водних ресурсів. Він може збільшити загальну кількість прісної води і не залежить від часу, простору та клімату. Він може забезпечити стабільне водопостачання для питної води для жителів узбережжя та поповнення води для промислових котлів.
Процес отримання прісної води з морської води називається опрісненням. Використовувані методи опріснення включають заморожування морської води, електродіаліз, дистиляцію, зворотний осмос та іонний обмін карбонату амонію. Застосування мембрани зворотного осмосу та дистиляції є основним напрямком на ринку.
Дослідження з опріснення проводять понад 100 науково-дослідних установ у понад десятку країн світу, діють сотні опріснювальних установок різної структури та потужності. Сучасна велика опріснювальна установка може виробляти тисячі, десятки тисяч або навіть майже один мільйон тонн прісної води щодня. Вартість води постійно знижується, а деякі країни знизили її до ціни водопровідної води. Обсяг опрісненої води в окремих районах досяг водозабезпеченості країн і міст.
Поширені методи
У світі існує понад 20 технологій опріснення морської води, включаючи зворотний осмос, низький мультиефект, багатоступінчасте швидке випаровування, електродіаліз, дистиляцію водяною парою, випаровування за точкою роси, когенерацію на гідроелектростанції, тепломембранну когенерацію та технологію опріснення морської води за допомогою ядерної енергії. , сонячна енергія, енергія вітру, енергія припливів тощо, а також численні процеси попередньої та подальшої обробки, такі як мікрофільтрація, ультрафільтрація та нанофільтрація.
З точки зору широкої класифікації, він в основному поділяється на дві категорії: дистиляція (термічний метод) і мембранний метод. Серед них низька мультиефективна дистиляція, багатоступінчасте флеш-випаровування та мембранний метод зворотного осмосу є основними технологіями у світі. Загалом низький мультиефект має такі переваги, як енергозбереження, низькі вимоги до попередньої обробки морської води та висока якість опрісненої води; метод мембрани зворотного осмосу має переваги низьких інвестицій і низького споживання енергії, але високі вимоги до попередньої обробки морської води; Багатоступінчастий метод швидкого випаровування має переваги зрілої технології, надійної роботи та великої потужності пристрою, але високого споживання енергії. Загальноприйнято вважати, що низька мультиефективна дистиляція та мембранний метод зворотного осмосу є напрямком майбутнього. За оцінками, протягом періоду 12-ї п’ятирічки обсяги опріснення морської води в моїй країні сягнуть 1,5-2 мільйонів тонн на день, що в три-чотири рази перевищує поточну виробничу потужність, а обсяг інвестицій сягне приблизно 20 мільярдів юанів.
Принцип методу опріснення замороженої морської води: Потрійна точка морської води — це особлива точка, де співіснують і досягають рівноваги три фази морської води: пара, рідина та тверда речовина. Якщо тиск або температура відхиляються від потрійної точки, баланс руйнується, і три фази автоматично прагнуть до однієї або двох фаз. Метод вакуумного заморожування опріснення морської води — це недорогий метод опріснення, який використовує принцип потрійної точки морської води, використовує саму воду як холодоагент, змушує морську воду випаровуватися та замерзати одночасно, а потім відокремлює та промиває кристали льоду для отримання опріснення. води. У порівнянні з дистиляцією та мембранним опрісненням, опріснення замороженої морської води має низьке споживання енергії, легку корозію та накип, просту попередню обробку, невеликі інвестиції в обладнання та може працювати з морською водою з високим вмістом солі. Це ідеальний метод опріснення морської води.
Метод заморожування
Метод заморожування, тобто заморожування морської води для її заморожування, і сіль відокремлюється, а рідка морська вода стає твердим льодом. І метод заморожування, і метод дистиляції мають недоліки, які важко подолати. Метод дистиляції споживає багато енергії та утворює багато накипу в приладі, але отриманої прісної води небагато; метод заморожування також споживає багато енергії, але отримана прісна вода має поганий смак і її важко використовувати.
Попереднє охолодження процесу опріснення замерзлої морської води Після дегазації морська вода може обмінюватися теплом із концентрованим розсолом і опрісненою водою, що випускається з випарного кристалізатора, і попередньо охолоджуватися майже до точки замерзання морської води. Дегазація процесу опріснення замерзлої морської води Оскільки неконденсовані гази, розчинені в морській воді, будуть майже повністю вивільнені в умовах низького тиску та не конденсуватимуться в конденсаторі. Це призведе до збільшення тиску в системі, що зробить тиск у випарному кристалізаторі вищим, ніж двофазний точковий тиск, що призведе до порушення роботи. Очевидно, що метод декомпресійної дегазації підходить для цієї системи.
Дистиляційний метод
Опріснення - основний фактор, що впливає на випаровування та швидкість замерзання морської води.
Крижано-солона вода в процесі опріснення морської води є твердо-рідинною системою. Звичайні методи поділу можуть розділити крижано-солону воду, але різні методи поділу призведуть до різного вмісту солі в отриманих кристалах льоду. Результати експериментів показують, що вміст солі в кристалах льоду, отриманих методом вакуумної фільтрації, значно нижчий, ніж у кристалах льоду, отриманих методом фільтрації під нормальним тиском.
Конденсація пари в процесі опріснення У випарному кристалізаторі, крім осадження кристалів льоду з морської води, також утворюється велика кількість пари. Цю пару необхідно вчасно видаляти, щоб морська вода випарувалася та постійно замерзала.
Зворотній осмос
Широко відомий як ультрафільтрація, це мембранний роздільний метод опріснення, який був прийнятий лише в 1953 році. Цей метод використовує напівпроникну мембрану, через яку пропускаються лише розчинники, але не розчинені речовини, щоб відокремити морську воду від прісної. За нормальних умов прісна вода дифундує через напівпроникну мембрану до морської води, тим самим поступово підвищуючи рівень рідини з морської води, доки він не зупиниться на певній висоті. Цей процес називається осмосом. У цей час статичний тиск водяного стовпа з боку морської води називається осмотичним тиском.
Якщо до морської води прикладати зовнішній тиск, який перевищує осмотичний тиск морської води, чиста вода в морській воді змінить осмос у прісну воду. Найбільшою перевагою зворотного осмосу є енергозбереження. Його споживання енергії становить лише 1/2 від електродіалізу та 1/40 від дистиляції. Тому, починаючи з 1974 року, розвинені країни, такі як Сполучені Штати та Японія, послідовно перемістили фокус свого розвитку на зворотний осмос.
Технологія опріснення морської води шляхом зворотного осмосу швидко розвивається, а вартість проекту та експлуатаційні витрати продовжують знижуватися. Основними тенденціями розвитку є зниження робочого тиску мембран зворотного осмосу, підвищення швидкості відновлення систем зворотного осмосу, дешева та ефективна технологія попередньої обробки та підвищення здатності системи проти забруднення.
Метод сонячної енергії
Раніше люди використовували сонячну енергію для опріснення морської води, в основному для дистиляції, тому перші сонячні пристрої для опріснення води зазвичай називали сонячними дистиляторами. Прикладом системи пасивної сонячної дистиляції є дисковий сонячний дистилятор, який використовується майже 150 років. Завдяки своїй простій конструкції та зручному комплектуванню матеріалом він досі широко використовується.
Дослідження дискового сонячного дистилятора в основному зосереджено на виборі матеріалів, покращенні різних теплових властивостей і його використанні в поєднанні з різними сонячними колекторами. У порівнянні з традиційними джерелами енергії та джерелами тепла, сонячна енергія має переваги безпеки та захисту навколишнього середовища. Поєднання збору сонячної енергії з процесом опріснення – це стійка технологія опріснення.
Технологія сонячного опріснення поступово привертає увагу людей завдяки своїм перевагам, пов’язаним із неспоживанням звичайної енергії, відсутністю забруднення та високою чистотою прісної води. У методі сонячної дистиляції використовується простий сонячний дистилятор. Дистилятор складається з резервуара для води з чорним пористим повстяним сердечником, плаваючим отвором у резервуарі для води. Верх резервуара закритий прозорою скляною кришкою з герметичними краями. Сонячне світло проходить крізь прозору кришку і проектується на чорне ізольоване дно резервуара, де воно перетворюється в теплову енергію. Тому температура поверхні води в пластиковій серцевині завжди вища, ніж температура на дні прозорого покривного шару. Вода випаровується з повстяного ядра, а пара дифундує до покривного шару, щоб охолонути в рідину та скидатися в непрозорий дистиляційний резервуар.
Низькотемпературна дистиляція
Низькотемпературна багатоефективна технологія опріснення морської води відноситься до технології дистиляційного опріснення з найвищою температурою випаровування розсолу нижче 70 градусів. Його характеристики полягають у тому, що серія горизонтальних трубчастих випарників з падаючою плівкою з’єднана послідовно, певна кількість пари вводиться в перший ефект, а температура випаровування наступного ефекту нижча, ніж у попереднього ефекту. Потім шляхом багаторазового випаровування та конденсації відбувається процес опріснення дистильованої води з багаторазовою кількістю пари.
Мультиефективне випаровування полягає у випаровуванні нагрітої морської води в кількох випарниках послідовно, а пара, що випаровується з попереднього випарника, використовується як джерело тепла для наступного випарника та конденсується у прісну воду. Серед них низькотемпературна мультиефектна дистиляція є одним із найбільш енергозберігаючих методів дистиляції. Завдяки фактору енергозбереження стрімко розвивалася технологія низькотемпературної мультиефектної дистиляції, розширювалися масштаби апарату, знижувалася вартість. Основною тенденцією розвитку є підвищення температури першого ефекту та водовідтворювальної здатності пристрою; використовувати дешеві матеріали для зменшення витрат на техніку, підвищення робочих температур і підвищення ефективності теплопередачі. Обладнання для опріснення морської води з багатоступеневою дистиляцією при низькій температурі включає систему подачі пари, систему розподілу води, випарник, резервуар для прісної води та резервуар для концентрованої води, де вхідний отвір сирої пари системи подачі пари розміщено на проміжному каналі. ефектний випарник. Метод роботи полягає в наступному: (1) система розподілу води розпилює морську воду; (2) необроблена пара надходить у випарну трубу випарника проміжної дії; (3) пара конденсується у випарній трубі та передає тепло, а зовнішня частина випарної труби поглинає тепло для випаровування; (4) нова пара транспортується до випарних труб з обох сторін. Зовнішній бік трубки поглинає тепло і створює випар; (6) кожен ефектний випарник повторює процес випаровування та конденсації; (7) дистильована вода надходить у резервуар для прісної води; (8) концентрований розсіл надходить у резервуар для концентрованої води.
Багатоступеневе миттєве випаровування
Раптове випаровування означає явище, коли частина морської води при певній температурі швидко випаровується за умови раптового зниження тиску. Опріснення морської води за допомогою багатоступінчастого швидкого випаровування полягає у випаровуванні нагрітої морської води в кількох камерах для швидкого випаровування при поступовому зниженні тиску по черзі та конденсації пари для отримання прісної води. Глобальний пристрій для опріснення морської води все ще має найбільшу продуктивність і найдосконалішу технологію, високу експлуатаційну безпеку та гнучкість із багатоступеневим методом швидкого випаровування. Він в основному будується в поєднанні з тепловими електростанціями і підходить для великих і надвеликих опріснювальних пристроїв. В основному використовується в країнах Перської затоки. Технологія багатоступінчастого швидкого випаровування є зрілою та надійною в експлуатації. Основною тенденцією розвитку є підвищення продуктивності води окремого блоку пристрою, зниження енергоспоживання агрегату та підвищення ефективності теплопередачі.
Метод електродіалізу
Технічний ключ цього методу - розробка нової іонообмінної мембрани. Іонообмінна мембрана — це функціональна мембрана товщиною {{0}}.5-1.0 мм, яка поділяється на позитивну іонообмінну мембрану (катіонну мембрану) та негативну іонообмінну мембрану (аніонну мембрану). відповідно до його вибіркової проникності. Електродіаліз почергово влаштовує вибірково проникну катіонну мембрану та аніонну мембрану, щоб утворити кілька незалежних відділень, де морська вода опріснюється, у той час як сусідні відділення концентруються, а прісна вода та концентрована вода розділяються. Електродіаліз може не тільки опріснювати морську воду, але також використовуватися як засіб очищення води для повторного використання стічних вод. Крім того, цей метод також все частіше використовується в концентрації, розділенні та очищенні в хімічній, фармацевтичній, харчовій та інших галузях промисловості.
Парова дистиляція
Метод дистиляції — це метод нагрівання морської води для кип’ятіння та випаровування, а потім конденсації пари в прісну воду. Метод дистиляції в технології опріснення морської води є першою технологією опріснення, яка застосовувалася в промисловості. Він характеризується тим, що його можна застосовувати навіть у сильно забруднених і високобіологічно активних середовищах морської води, а вироблена вода має високу чистоту. Порівняно з мембранною технологією опріснення морської води, метод дистиляції має переваги, пов’язані з можливістю використання низькоякісного тепла від електростанцій та інших заводів, низькими вимогами до якості сирої морської води та великою виробничою потужністю пристрою. На даний момент це одна з основних технологій опріснення морської води.
Точка роси випаровування
Технологія опріснення через точку роси – це новий метод опріснення солонуватої та морської води. Він заснований на принципі зволоження та осушення газу-носія з одночасним відновленням тепла конденсації та осушення, а ефективність теплопередачі контролюється теплопередачею на стороні змішаного газу. Технологія опріснення через випаровування за точкою роси використовує повітря як носій і виробляє прісну воду шляхом зволоження та осушення її морською або солонуватою водою, а також поєднує процес осушення з процесом зволоження через теплопередачу, так що прихована теплота конденсації передається безпосередньо у випарну камеру, забезпечуючи приховану теплоту випаровування для випаровування солоної води, щоб підвищити термічну ефективність процесу. Було встановлено два зволожувачі/осушувачі, з’єднані з точкою роси, випаровуванням і опріснювачем з площею ефективної теплопередачі 9,6 м2 та 2,75 м2. Створено відповідне експериментальне обладнання та комп'ютерну систему збору даних. Було успішно завершено базовий експеримент кореляції процесу та параметрів опріснення через точку роси випаровування та експеримент опріснення з посиленим теплообміном/масообміном.
Вакуумна заморозка
Процес опріснення морської води вакуумним заморожуванням включає дегазацію, попереднє охолодження, кристалізацію випаровування, промивання кристалів льоду, конденсацію пари та інші етапи. Продукти з опрісненої морської води відповідають національним стандартам питної води та є ідеальним методом опріснення морської води.
Новий метод адсорбції - Осмотична адсорбція без тиску
Адсорбційне осмотичне опріснення без тиску, або «прямий осмос», дозволяє воді проходити через пористу мембрану в розчин або тверду речовину з суперабсорбентом. Концентрація солі навіть вище, ніж у морській воді, але спеціальні солі в розчині легко випаровуються. Поділяється на твердосольовий і рідкосольовий напрямки. Десорбція твердої солі споживає менше енергії.
Інші два методи мають інновації та покращення структури плівки:
Плівка з вуглецевих нанотрубок - це плівка з невеликими отворами, виготовлена з вуглецевих нанотрубок, і інша плівка для проникнення.
Білкова мембрана — це плівка з порами, утворена білками, які направляють молекули води через клітинну мембрану живих клітин.