[实用新型]工业化规模海水淡化装置

说明书

（一）技术领域：

本实用新型涉及一种海水制取淡水的装置，尤其是一种工业化规模海水淡化装置。

（二）背景技术：

世界大部分地区都缺乏人类消耗和农业灌溉所需的淡水。直布罗陀半岛，阿鲁巴岛和中东地区非常干旱的卡塔尔，阿联酋和沙特阿拉伯，以及仅由河流供应有限水资源的国家，例如南非，西班牙，纳米比亚，西西里岛和以色列，这些国家都存在淡水供应问题。中国被联合国认定为世界上13个最贫水的国家之一，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。目前，中国有400多个城市缺水，其中110个城市严重缺水，饮用苦咸水的农村人口达3855万人。

饮用水供应不足的问题在未来十年将加剧，这些饮用水供应不足的国家和地区大多靠近大洋、海湾或内海。由于海水盐含量过高，无法得到大量可直接使用的淡水，不适合人类使用。海水的平均盐含量为35000 ppmwt NaCl（质量分数为3.5%），通常应降低到500 ppmwt NaCl或更低才能适于人类使用(氯含量小于250 ppmwt)。

有许多成熟的工艺可以将盐类从水中分离，即所谓的脱盐工艺。可以在第四版Kirk Othmer百科全书的第25册的438-487页中查阅这些工艺的综述。

如今在工业化海水淡化领域应用最为广泛的工艺为M.S.F.（多级闪蒸），M.E.D.（多效蒸馏）和R.O.（反渗透）。应该明确的是，脱盐水即等同于淡水或饮用水。

工业化规模的海水淡化生产工艺应该具备以下重要特点：公用工程消耗低、投资少、易于操作、维护费用低，尤其是公用工程（能源）消耗低，这是对工业化生产工艺的一个重要要求。多级闪蒸工艺的公用工程消耗通常是135-295 kJ/kg H₂O，而反渗透工艺的消耗量为18-33 kJ/kg H₂O。因此，反渗透工艺在公用工程消耗上具有很大的优势。多级闪蒸工艺的优点是使用的金属设备相对简单，而反渗透工艺需要价格昂贵的薄膜，这种膜易于受到堵塞（结垢的盐类如CaSO₄ 和 CaCO₃）和在膜表面生长和附着的藻类的影响，这会大大增加海水预处理的成本。一些先进的反渗透膜，例如聚酰胺膜，不能承受使用Cl₂的环境，而Cl₂经常被用来消灭细菌和水藻等等。

卷式膜不容易清洗，并且多层支撑材料和膜之间生长的细菌容易堵塞和损坏膜元件。

海德能公司在2001年1月23日发表的文章《工业化反渗透技术》中提到工业用长1.20m ×外径85μm×内径42μm的中空纤维膜已经应用在了反渗透工艺中。日流通量为19 kg/m2时，这种42μm的小内径纤维会造成5 bar的压降。这种非常低的水流通量（正常情况下每天600 kg/m2）会显著影响淡水的产量。所以选择内径稍大些的中空纤维膜更合适。另一个较大的缺点是大量的纤维（数百万根）将会形成过滤器来过滤固体颗粒和生物质，而膜表面附着的固体颗粒和生物质会对膜造成污染，而且会降低纤维管周围的湍流程度，增加薄膜表面盐类的累积（浓差极化），使产生的淡水中的盐浓度增大。

通常25℃海水的渗透压力大概为25bar，且海水的渗透压力会随盐浓度的增大而增大,因此海水脱盐工艺需要在60-80bar的压力下操作。用于海水脱盐的反渗透工艺操作压力都比较高，也不能通过简单的方法来减小。

领域内的专业人士都熟知次表层海水淡化的生产方法。专利DE 19734981 A1描述了一项海水脱盐工艺，其中，R.O.组件围绕其轴做连续或间歇的旋转。这样一来，新鲜海水的连续供应问题就解决了，但是过程相当复杂，且机械效率也不高。而本实用新型则致力于深层次地克服旋转的R.O.组件的缺陷。

专利US 5,229,005描述了一项从容器的浮动平台装置下降到海平面某深度来提取淡水的海水淡化工艺，这套容器装置配有R.O.元件。当容器中充满淡水后，通过机械升降系统将淡水从海平面某深度提升出去。这套提升系统比较粗糙，耗时耗能，不适用于淡水大量生产。

专利GB 1,141,138提出该深度至少要在海平面3500英尺 (1067 m)以下。R.O.膜置于容器内，且水平安装。海水进入容器，促进淡水流动，但是对于容器中的浓盐水如何自动从容器中出去并不清楚。因此，这套装置在技术上存在很大的限制。