海水淡化過程和方式方法

由于淡水稀缺，有必要將鹽水轉化為可飲用的淡水，這個過程稱為海水淡化。它還可以減少水中的總溶解固體(TDS)。海水淡化過程?地球上只有0.5%的水可以飲用。其余97%是海水，2.5%是咸水。?天然水可以根據其TDS值進行分類。由于淡水稀缺，有必要將鹽水轉化為可飲用的淡水，這個過程稱為海水淡化。它還可以減少水中的總溶解固體(TDS)。海水淡化是一個成本高昂的過程。事實證明，通過海水淡化獲得的水比天然處理過的水昂貴得多。降低海水淡化成本的研究正在進行中。

海水淡化方法：將鹽水轉化為淡水通常采用的各種方法列舉如下：(1)蒸發、蒸餾脫鹽。(2)電滲析法(3)反滲透法(4)冷凍工序(5)日光蒸餾法和（六）其他方法。1、蒸發、蒸餾脫鹽：這是最常用的海水淡化方法。在這種方法中，海水或鹽水在稱為蒸發器的巨型容器中煮沸，產生水蒸氣，水蒸氣被捕獲并凝結成淡水。?蒸發器由一個金屬箱組成，其中的鹽水（鹽水）由一組輸送非常熱蒸汽的管道加熱。?蒸汽的熱量通過管壁傳遞并使鹽水沸騰。?沸騰的鹽水蒸發，蒸汽被引入第二個盒子，其中另一組裝有冷鹽水的管道將其冷凝成新鮮純凈的水。在冷卻操作期間，從蒸汽中散發出的熱量加熱冷鹽水，然后將其發送到蒸發器。?這些蒸發器效率高，但容易“結垢”。水垢由石灰石、白堊和熟石膏組成，沉積在金屬箱蒸發器上。通過pH控制和脫碳對原鹽水（鹽水）進行預處理，或者在蒸發器管內襯上聚四氟乙烯，可以克服這個問題。為了降低蒸餾成本，開發了以下新方法來節省過程中使用的熱能和燃料：(i)立管蒸發器（VTE）(ii)多級閃蒸器(MSF)(iii)多效多級閃蒸器（MEMS）(iv)組合過程（VTE/MSF）立管蒸發器(VTE)?單效蒸發器如圖2.24油至波士頓?來自鍋爐的蒸汽加熱并蒸發鹽水。多效蒸發器如圖2.25所示。在此，水在第一效中以最高壓力蒸發。蒸氣在第二效中冷凝，蒸發出等量的蒸氣。同樣，第三個蒸發器充當第二個蒸發器的冷凝器，依此類推。連續蒸發器中的溫度和壓力將繼續降低，使鹽水在低溫和低壓下沸騰。多級蒸發通過降低壓力，水可以在低溫下沸騰。熱鹽水在一定壓力下能汽化到一定程度；剩下的較冷的鹽水也可以在更低的壓力下蒸發，等等。這一原理用于“多級”蒸發器，即水在各個階段一次又一次地蒸發和冷凝。該技術有效地利用了熱能。多級蒸發器如圖2.26所示。在該蒸發器中，操作是在低溫和低壓下進行的。該過程分為不同的階段。每個階段的溫度和壓力都會降低。加熱的鹽水被引入第一個隔室，導致一些水蒸發，這些水被冷凝并收集在另一個隔室中。較冷的鹽水進入另一個壓力仍然較小的隔間，從而導致其中一些鹽水蒸發，這些鹽水也被冷凝和收集。重復該過程，直到真空達到實際可行的高度，并且所有可能的蒸發都已發生。最后，當鹽水變得太濃、溫度和壓力太低以至于無法蒸發并且無法提取剩余的熱量時，它就會被扔進海洋。這種方法只浪費了一點點熱量。多級閃蒸(MSF)閃蒸是指熱鹽水在較小壓力下突然冷卻時產生的效果。水像閃電一樣突然蒸發，永遠不會達到實際的沸點。使用加熱器將鹽水加熱至最高溫度。壓力下的熱鹽水通過噴嘴噴入壓力較低且溫度較低的第一室。突然的變化產生閃光動作，水會立即蒸發。鹽水穿過多個隔室（閃蒸室），其中鹽水在連續低壓下發生閃蒸。每個階段閃蒸中釋放的蒸汽冷凝以加熱進入的海水并提供淡水多效多級閃蒸(MEMS)在該方法中，整個溫度閃蒸范圍被分成多個溫度區間。在每個間隔內，都有一個單獨的單效多級裝置運行，具有自己的熱量輸入、熱量回收、熱量排出和再循環流。第一個效應接收來自外部源的熱量，而對于后續效應，來自前一個效應的熱量被拒絕到下一個效應的鹽水中。這有效地利用了熱量輸入。2、電滲析法脫鹽：在鹽水中，H、O分子與鈉離子和氯離子結合在一起。為了將鹽從水中分離出來，必須破壞H2O分子與Na+和Cl-離子之間的氫鍵。這些鍵在“蒸餾法”中被熱破壞；而在“電滲析法”中，這些鍵是在電的幫助下斷裂的。當電流通過鹽溶液時，鈉離子和氯離子從水分子中釋放出來，它們開始向帶相反電荷的電極移動。換句話說，帶正電的鈉離子將向-ve極移動，即陰極，而帶負電的氯離子將向+ve陽極移動。如果允許這些陽離子（+ve離子）和陰離子（-ve離子）分離在不同的隔室中，那么剩下的就是淡水。這種隔離是通過稱為“膜”的薄塑料片實現的。電池由一對平行安裝在一對電極之間的陽離子膜和陰離子膜組成。堆疊由平行安裝在一對電極之間的多個膜對組成（每個膜之間有間隔物）。對于大型工廠，堆棧通過液壓方式連接在一起，通常是并聯（有時也串聯），如圖2.31所示。因此，在這樣的工廠中，大量的小分離器并聯連接在一起。交替類型的膜在每對相對的之間堆疊有薄墊片。孔隙在每一層都提供過量的水，因此鹽水可以被迫進入膜之間，而較少的鹽水可以從另一側泵出，這些水可以通過其他膜堆再循環。由于一層膜通常可以去除50%的鹽度，因此使用三到四層膜可以通過這種方式生產出非常細的水。電滲析法的優點是：(i)中等TDS（500至3000mg/l）鹽水的最佳方法(ii)這是一臺緊湊的機器。(iii)購買和安裝工廠的成本較低。（四）操作方便。它可以在幾分鐘內啟動和停止。(v)這非常適合在小鎮或偏遠地區凈化水。(vi)只需改變加在一起的單元數量，就可以將它們組裝成不同的輸出。3.反滲透工藝海水淡化：在這種海水淡化方法中，通過迫使鹽溶液接觸“半透膜”屏障來分離水分子和鹽離子，該屏障允許水流過自身但阻止鹽。在滲透中，當鹽溶液通過半透膜與純水分離時，純水流過膜，直到純水側的壓力等于鹽溶液的滲透壓。但在反滲透中，通過在含有鹽溶液的一側施加外部高壓來對抗自然滲透壓。換句話說，自然滲透過程是相反的，外部壓力迫使鹽溶液中的純水穿過膜向含有純水的一側移動。施加的外部壓力應至少是滲透壓的兩倍才能達到可行的流程。RO通常在1000Kg/cm2左右運行半透膜很薄，但致密且堅固，足以承受較高的外部壓力。根據孔徑和去除顆粒尺寸對膜進行分類如下：(i)微過濾（MF）(ii)超濾（UF）(iii)納米過濾（NF）；和(iv)反滲透(RO)

?微濾(MF)和超濾(UF)是微孔膜，通過物理分離去除懸浮的小尺寸顆粒。它們是低壓過程。?納米過濾(NF)和反滲透(RO)通過滲透作用去除溶解的鹽離子。NF被稱為低壓反滲透。NF和RO是高壓過程，通??過擴散進行分離。RO拒絕尺寸為0.0001μm的顆粒，而NF拒絕尺寸大于0.001μm（納米）的顆粒反滲透可用于中等咸度水（TDS為1000至10000mg/l）的低壓膜（如納米過濾）脫鹽；高壓膜適用于TDS高于10000mg/l的高鹽度水。通過該方法可以獲得TDS在500mg/l以內的足夠優質的水。4、冷凍法淡化海水：這種方法的原理是當鹽水結冰時，最初形成的冰幾乎不含鹽。這些冰融化后可以為我們提供優質的水。獲得的水的質量令人滿意，但生產成本高且令人望而卻步。冷凍過程包括冷卻進入的海水，將其冷凍成冰，分離冰和鹽水，融化冰以提供淡水，并使用濃縮鹽水冷卻進入的海水。液化碳氫化合物（正丁烷）可用作制冷劑。在直接接觸式制冷系統中，冷凍丁烷與鹽水混合。或者，加壓冷凍；高沸點碳氫化合物被冷凍并與預冷海水混合。5.太陽能蒸發法海水淡化：其他海水淡化方法使用熱能或機械動力。但太陽蒸發利用太陽輻射作為熱能來源。所需設備很簡單。圖2.37所示為溫室型蒸餾器，在日照條件良好的情況下，每平方米盆地表面可產淡水約5公斤/天。黑色的底部含有鹽水，淺層通過它吸收太陽能。蒸氣上升并凝結在玻璃或塑料表面上，其傾斜程度使得收集到的水流至公共水庫。必須經常清除玻璃表面的灰塵等，以保持其透明。6.其他脫鹽方法：在該方法中，丙烷氣體在受控的溫度和壓力條件下與鹽水結合。在高于水的冰點的溫度下，鹽水和丙烷氣體之間發生化學反應，形成冰狀晶體。這些晶體的成分中不含