1、毕业设计文献综述 海洋科学 海水淡化及水质分析 摘要 本文着重介绍了海水淡化的现状、海水淡化的多种方法以及海水淡化产业化发展方向。通过人们对水质要求的不断升级，提出了水质分析的重要性和海水淡化的饮用水水质状况及对人体健康的影响。 关键词 海水淡化 水质分析 饮用水 1.水资源的重要性 水，是人类生存的基础，工农业生产的命脉。谁是如此重要，然而，他已不是取之不尽、用之不竭的资源了。 1977 年 3 月，于不宜诺斯艾利斯召开的联合国首次水资源会议，已经指出：“今天，世界上有 12 亿以上的人口饮水不足，每天由于 水的原因死亡的人数共计 2500 人以上”，并发出郑重的警告：“水作为取之不尽的时代
2、即将结束，到公元 2000年，世界上能源危机以后的下一个危机便是水”。这种断言，不无道理。严重的问题还在于能源是可以代替的，而水源是无法代替的。目前，世界各国，特别是工业发达和干旱缺水的国家，无一不致力于海（咸）水淡化的研究，并已取得了很大的进展。 世界上淡水资源不足，已成为人们日益关切的问题。作为水资源的开源增量技术，海水淡化已经成为解决全球水资源危机的重要途径。目前，世界上已有 120多个国家在运用 海水淡化 技术获取淡水，全球有海水淡化厂 1.3 万多座。 2008 年全球海水淡化总产量已达到日均 6348 万吨，全球海水淡化工程总投资额达到 248亿美元，每年以 20%-30%的速度增
3、长。 中国也属于世界贫水国之一，人均淡水资源仅为世界人均量的 1/4，并且水资源分布不均，大量的淡水集中在南方，北方淡水资源仅为南方的 1/4，可以说，整个淡水资源形势不容乐观。截至 2009 年，中国海水淡化 实际产水量日均 24 万吨，年海水直接利用量近 500 亿立方米。主要用于解决沿海城市工业用水和海岛生活用水，用于市政供水的大型海水淡化工程尚属空白。 经过多年的科技攻关，中国在海水淡化、海水直接利用等海水利用关键技术方面取得重大突破，技术经济日趋合理。部分技术如低温多效海水淡化技术、海水循环冷却技术已跻身国际先进水平。目前中国海水淡化已基本具备了产业化发展条件。 未来 20 年内国际
4、海水淡化市场将有近 700 亿美元的商机。中国未来会有几十亿美元的市场。过去海水淡化产业关注的热点在中东地区和欧洲西班牙等地，但现在英国、法 国、新加坡、丹麦、日本等国家的海水淡化企业纷纷来到中国，从事技术、投资和建设活动。目前，中国市场成为国外海水淡化产品装备制造集团的重要战略市场。 相比南水北调，对于北方沿海地区，海水淡化在中国更具有现实价值。在我国国家政策和规划先行的背景下，未来我国的海水淡化市场面临着巨大的机遇。 2.海水淡化技术的发展现状 随着近几年淡水资源的不断枯竭和海水淡化成本日益降低，海水淡化工业已经像全球变暖一样炙手可热，让国内外的科学家、商人都想在这一领域大干一场。据统计，
5、到 2006 年初，全球已经 拥 有 了 12000 多座海水 淡化厂，有每天制造4000 万立方米淡水的能力。预 计 到 2010 年 底，这个规模还能增长 12。 海水淡化即利用海水 脱盐 生产淡水。是实现水资源利用的开源增量技术，可以增加淡水总量，且不受时空和气候影响，水质好、价格渐趋合理，可以保障沿海居民饮用水和工业锅炉补水等稳定供水。 从海水中取得淡水的过程谓海水淡化。 现在所用的海水淡化方法有海水冻结法、 电渗析法 、蒸馏法、 反渗透法 ，目前应用 反渗透膜 的反渗透法以其设备简单、易于维护和设备模块化的优点迅速占领市场，逐步取代蒸馏法成为应用最广泛的 方法。 2.1 冷冻法 冷冻
6、法，即冷冻海水使之结冰，在液态淡水变成固态冰的同时盐被分离出去。这两种方法都有难以克服的弊端，其中蒸馏法会消耗大量的能源并在仪器里产生大量的锅垢，而所得到的淡水却并不多；而冷冻法同样要消耗许多能源，但得到的淡水味道却不佳，难以使用。 2.2 电渗析法 电渗析法渗析是属于一种自然发生的物理现象。如将两种不同含盐量的水，用一张渗透膜隔开，就会发生含盐量大的水的电介质离子穿过膜向含盐量小的水中扩散，这个现象就是渗析。这种渗析是由于含盐量浓度不同而引起的，称为浓差渗析。渗析过程与浓度差的大小 有关，浓差越大，渗析的过程越快，否则就越慢。因为是以浓差作为推动力的。因此，扩散速度比较慢。如果在膜的两边施加
7、一直流电场，就可以加快扩散速度。电解质离子在电场的作用下，会迅速地通过膜，进行迁移过程，这样，就形成了去除水中离子的淡水室和离子浓缩的浓水室，将浓水排放，淡水即为除盐水。这就是电渗析法除盐原理。 2.3 多级闪蒸海水淡化技术 多级闪蒸海水淡化技术，是利用闪蒸原理进行海水淡化的工艺过程，成熟于本世纪 60 年代初，是目前主流的淡化技术。所谓的闪蒸是使热原料水引入到一个压力较低的空间内，由于环境压力低于受热原 料水的温度所对应的饱和蒸汽压，此时原料水过热水而急速地部分汽化，产生蒸汽，经冷凝而变成淡水。利用这一原理便可做成多级闪蒸海水淡化装置。此种淡化装置其规模可以较大，成为大型海水淡化工厂，并可以
8、与热电厂建在一起，利用热电厂的余热加热海水，而水电联产将可以大幅度降低生产成本，现行大型海水淡化厂大多采用此法。 2.4 反渗透法和低温多效蒸馏对比分析 反渗透膜的反渗透法成为应用最广泛的方法是有其原因的。通过膜法与低温多效蒸馏法海水淡化原理 ,对低温多效和多套反渗透海水淡化装置进行了技术经济比较分析 ,比较分析了其制水综合成本 和运行成本。就可以了解反渗透法的优点了。 膜法海水淡化系统简介 反渗透膜是一种用特殊材料和加工方法制成的、 具有半透性能的薄膜。它在外加压力作用下使水溶液中的水通过半透性能的薄膜而不允许水溶液中的盐分透过 ,从而达到淡化、 净化或浓缩分离的目的。反渗透过程的能量消耗主
9、要用于克服浓水的渗透压 ,渗透压随浓度增高而增大 ,反渗透的能量消耗随之加大。另外反渗透过程的实际压力除用于克服渗透压外 ,为了维持较高的产水量 ,还需要一部分推动力用于克服过程的阻力。实际操作压力要大于渗透压。 为了提高设备的竞争性 ,降低制 水成本 ,各个从事反渗透膜组件生产的公司无不把工作重点放在提高水通量和降低操作压力上。超低压复合膜的研制成功 ,使得反渗透用于海水淡化时 ,单只膜的脱盐率可以达到 99. 2 %以上。 (2)反渗透预处理。预处理的作用是防止膜被污染和污堵 ,其水质应满足反渗透装置的进水水质要求 :污染指数 (SDI) 300mg/L 的水样。（ 5）溴化容量法：用于含
10、高浓度的挥发酚的测定。（ 6）硝酸银滴定法：氰化物（ CN-）。（ 7）乙二胺四乙酸二钠滴定法：总硬度；硫酸盐（ SO42-），操作简单，最佳测定范围10 150mg/L。 3.9 离子选择电极法：氟化物，测定范围 0.05 1 900mg/L。 4.淡化后饮用水的水质分析 由于不了解海水淡化的饮用水是否对人们的健康有影响，已经有人进行了相关的水质分析。监测对象为嵊泗作为饮用水水源的海水、淡化后的出厂水和居民家庭中的管网水。以嵊泗宫山水库水作为海水对照 ,同时以同期上海饮用水的原水、出厂水和管网水监测结果作为对照。 从监测结果可以看出 ,嵊泗地区的海水感官性状符合生活饮用水要求 ,且好于嵊泗宫
11、山水库水和上海饮用水的原水 ,这也使得海水淡化的出厂水和管网水感官性也较好 ;海水含盐盘非常高 ,电导率、硬度和溶解性总固体三项指标远远高于宫山水 库水和上海饮用水原水 ,但经过反渗透淡化处理后 ,绝大部分盐类被去除 ,溶解性总固体去除率达 99.6%，出厂水为 181mg/L，总硬度从海水的 56500mg/L 下降到出厂水的 12.4mg/L；海水偏弱碱性 ,pH 值为 8.15，经淡化处理后 ,接近中性；海水以及淡化后的出厂水的总有机碳（ TOC）明显低于宫山水库水和上海的饮用水 ,表明裸泅海水有机物污染程度较轻 ;从盐类和微量元素来看 ,海水中高浓度盐类经过反渗透淡化处理后 ,均大幅度
12、下降至生活饮用水标准以下 ,淡化海水出厂水的部分指标检测结果甚至远低于上海饮用水的出厂水 ;22 项 毒理学指标检测结果中 ,海水硼浓度高达 3.2mg/L, 经淡化处理后出厂水为 0.74mg/L,管网水为 0.72mg/L 仍超出饮用水卫生标准 (标准为 0.50mg/L),其他指标的出厂水检测结果均低于标准值。 以往的试验就证明了海水经过淡化系统处理后脱盐淡化效果非常明显，影响海水不能用的主要化学指标钾、钠、钙、镁、总硬度、溶解性总固体、氯化物、硫酸盐等均已降至允许范围，淡化水的其他化学指标铁、锰、铜、锌、挥发酚类、阴离子合成洗涤剂以及毒理指标氟化物、氰化物、砷、硒、汞、镉、铅、六价铬、
13、硝酸盐等，其含量均符合生活饮 用水卫生标准，与本次在嵊泗淡化海水的饮用水监测结果相符。这也表明海水淡化技术有着广阔的应用前景。但从本次的监测结果，也提示海水淡化水作为饮用水长期使用，也存在潜在的健康影响。由于反渗透淡化技术高效的脱盐作用，使得出厂水中对人群有益的矿物质和营养成分大大减少，长期饮用海水淡化水可能引起人体营养成分流失，造成健康损害。根据资料报道，人体所需的矿物质元素约有 25%由饮水供给。一般正常自来水摄入可满足一个人对锂、氟、钙、镁、铜、铁、锌 需求的 10%，在机体已出现某种矿物不足的情况下，再长期饮用缺乏这些矿物质元素的淡化 海水，不仅不能摄入可能还会把人体内已有矿物质元素溶
14、解进去而被排泄掉，还可能加速一些有毒物质的吸收。王娟等人用天然矿泉水和纯净水供大鼠饮用，对比得出：长期饮用纯净水会清除钙、镁、碘、硒等机体所需的矿物质和微量元素，长期饮用纯净水可能会促进体内有益元素的排除，提供了非常有价值的实验依据。水的硬度大小与人的身体健康有着密切关系，淡化海水的出厂水属于软水，长期饮用可能对健康产生影响。习惯上称碳酸钙含量小于 75mg/L 的水为软水，大于 75mg/L 的水为硬水。国内外许多研究都表明水的硬度与心血管疾病发病率之间有统计学显 著相关性，有研究计算得出调整了影响心血管疾病的其他因素后，软水地区心血管疾病死亡率高于硬水地区 10% 15%。美国就提出健康饮
15、用水硬度理想的指标是 170mg/L。 5.结语 总而言之，海水淡化 已经成为解决全球水资源危机的重要途径 。在不久的将来淡化水将成为人们的主要水源，海水淡化技术也会更加成熟起来并有新的技术产生。针对人们对水质的要求越来越高，水质分析技术也将突破现有的水平。 参考文献 1刘炳伟 ,刘伟杰 ,胡文培 .火电厂海水淡化工艺的技术经济分析及选择 .工业安全与环保 .2010（ 2） . 2周振觉 ,何海丰 ,杨升 ,应军辉 ,胡海燕 ,高鹏 ,邓一兵 .舟山地区海水淡化技 术应用状况 . 水处理技术 .2010（ 2） . 3张国辉 .海水淡化产业化发展现状与对策 . 建设科技 .2010（ 1）
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