膜技术进步及其对海水淡化的影响分析报告-海水淡化与综合利用研究所

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1、膜技术进步及其对海水淡化的影响国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所目录前言海水淡化技术概述淡化技术的新进展需要进一步解决的问题结语1.前言我们的地球是水球，可用淡水却只有0.77%。全球范围有12亿人得不到充足的清洁用水，水污染每年造成数百万人死于非命，数亿人致病或致残。约有23亿人（41%）生活在缺水地区，2025年这个数据可能会攀升到35亿人。全球平均每年增长人口8000万，这些新增长的人口都需要水。现有的淡水资源正在日益受到地下水层污染的威胁。世界水的分布气候变化的影响全球快速扩展的水危机人口和天气的影响加重

2、水危机全球滨海大城市缺水情况加剧轻度缺水中度缺水重度缺水中东和北非的需水情况1.前言地球上冰川逐步消失，目前一年四季有水的河流可能会变成季节河，迫使人类寻找新水源。海水和苦咸水资源是可用淡水的160多倍，人们自然想到海水淡化。它行吗？2.海水淡化技术概述海水淡化的定义海水淡化是从海水中获取淡水的技术和过程——包括取出淡水和除去盐分两种方法。从海水中分离出淡水：蒸馏法、冷冻法、反渗透法、水合物法和溶剂萃取法；除去海水中的盐分：电渗析法和离子交换法。海水淡化技术的分类电渗析法离子交换法冷冻法水合物法溶剂萃取法反渗透法蒸馏

3、法多级闪蒸多效蒸馏压汽蒸馏分离出盐分离出淡水海水淡化2.海水淡化技术概述蒸馏法是基于相变分离的方法，盐水变成蒸汽、冷凝后即为淡水——封闭环境的人工降雨水的汽化潜热为560kcal/kg，蒸馏能耗大于反渗透。由于运行温度高，同样回收率下蒸馏淡化的腐蚀和结垢趋势也比反渗透高。反渗透的不足:产水纯度稍低、预处理要求严格以及温度降低使产水量下降。反渗透在新世纪有了快速的发展，装机容量已超过50%的市场份额海水淡化装机容量随年份变化TotalCapacity47Mm³/day全球的热法和膜法装置2.海水淡化技术概述淡化虽有发展

4、，总量却仅仅是人类淡水使用量的千分之二。少数情况下，淡化水的总成本比传统的水资源要低。二者的接近才能使淡化有大的发展。淡化水的总成本=资金成本+能源成本+运行成本SWRO:资金成本占40%，能源成本占40%，预处理、后处理以及清洗的运行成本占20%。蒸馏淡化：前两项的比例更高些。提高淡化水的竞争性：从资金成本、能源成本和运行成本三个方面共同下手。投资与能耗的折衷3.淡化技术的新进展——1能耗降低SWRO的能耗下降情况能量回收系统的进步能量回收系统回收效率（%）弗朗西斯透平76佩尔顿透平87涡轮增压器（turbo-ch

5、arger）85功交换器96压力交换器96四种能量回收装置多级闪蒸成本年度下降情况3.淡化技术的新进展——2规模扩大各种淡化工艺的单机规模扩大情况Ashkelon淡化厂（33万吨/日）Ashkelon淡化厂反渗透膜堆（16）Ashkelon淡化厂的高压泵和能量回收一个厂内两组能量回收，10台增压泵。26澳大利亚Perth淡化厂（14.4万吨/日）大直径反渗透膜和压力容器世界首例大直径膜反渗透淡化厂节电效果：30%MSF的规模效益3.淡化技术的新进展——3膜性能提高反渗透膜脱盐率和水通量的提高复合膜表层形态的发展（透射

6、电镜观测）3.淡化技术的新进展——3膜性能提高UT-VT的耐氯反渗透膜聚合过程中引进两个荷电的磺酸基团，形成有重现性的稳定聚合物；脱盐率可达到99%、满足苦咸水淡化的要求，用于海水淡化还需提高性能；聚合物暴露在浓氯溶液中35小时没有显著变化，芳香聚酰胺膜早就溶化了。3.淡化技术的新进展——3膜性能提高MIT的耐污染膜聚氟乙烯骨架、聚氧乙烯为齿的梳状膜，形成直径2纳米的微孔矩阵。膜具有非常高的水通量，同时具有抗污堵能力。聚氧乙烯与水结合得十分紧密没有机会粘接生物分子。孔大、不脱盐：用作反渗透的预处理拦截进水中的悬浮颗粒

7、通过对骨架部分引入荷电基团以排斥离子或缩短聚氧乙烯侧链的长度将孔做得更小来改善对盐组分的拦截效果。3.淡化技术的新进展——3膜性能提高支撑在多孔氮化硅上的碳纳米管膜在一个大气压下水分子通量是预期值的1000倍。机理还不很清楚如果碳纳米管膜能够放大并用于脱盐，将会显著的降低海水淡化的动力消耗。3.淡化技术的新进展——3膜性能提高正渗透耶鲁大学和美国多家机构在进行研究耶鲁大学利用商品化的CTA正渗透膜以及NH3-CO2组成的汲取液进行淡化研究，柱蒸馏对汲取液进行浓缩。盐的截留率高于95%，水通量可达25L/m2h。得到美

8、国政府的资助，目前正在进行中试研究。渗透/正渗透BrineWaterEquilibriumosmoticpressureBrineWatermembraneOsmosisWater/FeedForwardOsmosis(FO)BrineBrine≡DrawSolution(DS)汲取液浓度与渗透压的关系流程图-从废水中回收饮用水FOMDFina