[拼音]：haishui danhua

[外文]：sea water desalination

除去海水中的盐分以获得淡水的工艺过程。又称海水脱盐。其方法有两类：

（1）从海水中取水。采用蒸馏法、反渗透法、水合物法、溶剂萃取法和冰冻法。

（2）除去海水中的盐分。采用电渗析法、离子交换法和压渗法。从理论上讲，以海水含盐浓度为35克/升和水回收率为50％计算，小的能耗为1.53千瓦时/米3，但上述各种淡化方法的实际能耗，都远远超过此值。

早在15世纪，航海部门就曾以简易的蒸馏装置来解决海船在长期航行中的淡水供应问题。第二次世界大战期间，出于战争的需要，用蒸馏法淡化海水的技术有较大的发展，已用于供应战舰和岛屿的淡水。从20世纪50年代以来，随着工农业的发展和城市人口的增长，淡水供应逐渐紧张，造成有些沿海城市严重缺水。因此海水淡化的技术，成为开发新水源的重要途径之一。据1980年统计，全世界淡化装置的每天总造水量为 727.5万立方米，其中75.9％是蒸馏法生产的，其余大部分用膜法（电渗析法和反渗透法）。

所用的能源不同，流程和设备也不同，常用的有多效竖管蒸馏，多级闪急蒸馏，蒸汽压缩蒸馏和太阳能蒸馏等法。

常用的改进型竖管内降膜式蒸发器（图1）。把经过除去二氧化碳和脱氧后的海水预热之后，从蒸发器上部引入，分别经各竖管下部的液体分布器，使海水成薄膜沿内管流下。加热蒸汽在蒸发管外壁凝成淡水时，释放的潜热传入管内，使顺内壁流下的海水沸腾蒸发。这时再次产生的蒸汽，称为二次蒸汽。为了充分利用热能，将二次蒸汽依次引入串联着的各个蒸发器，接连冷凝和蒸发。这种方法称为多效蒸发。蒸发器的个数，称为效数。最末一个蒸发器（末效蒸发器）和减压系统相连，保证浓缩海水的沸点逐效降低，使前一效的二次蒸汽能够对后一效起加热作用。根据能量守恒定律，在理想条件下每凝结1千克加热蒸汽，大约可得到1千克二次蒸汽。若把N个蒸发器串联起来，每消耗1千克加热蒸汽，就可得到N千克二次蒸汽，从而生产N千克淡水，称N为此淡化装置的造水比。实际上，装置流程的热损失，使淡水产量有逐效下降的趋势。因此，效数的增加和造水比的提高，都是有限度的。

在一定的压力下，把经过预热的海水加热至某一温度，引入第一个闪蒸室，降压使海水闪急蒸发，产生的蒸汽在热交换管外冷凝而成淡水，而留下的海水，温度降到相应的饱和温度。依次将浓缩海水引入以后各闪蒸室逐级降压，使其闪急蒸发，再冷凝而得到淡水。闪蒸室的个数，称为级数，最常见的装置有20～30级，有些装置可达40级以上（图2）。

多级闪急蒸馏不需要高压蒸汽为热源，特别适用于与热电厂相结合的大型淡化工厂。若将建在海滨的核电站的发电，与这种海水淡化和海水的其他方面的利用结合起来，将是一种很经济的综合生产方案。

蒸汽被压缩后，压力增高，温度也随之上升。根据这个原理，可将压缩机的机械功转化为海水蒸发所需要的热能。对于二效蒸汽压缩蒸馏装置而言，可用第一效的二次蒸汽加热第二效的海水；但是第二效的二次蒸汽的压力和温度都比较低，必须用压缩机提高其压力和温度之后，才能用来加热第一效的海水。蒸汽压缩蒸馏的热功效率比其他蒸发过程高得多，而且能直接用柴油机驱动，单位体积产量高，很适用于舰艇、岛屿和 的条件（图3）。

利用太阳辐射热从海水制取淡水。由于单位产量占用的面积大，产量受到限制。但无需人工能源，操作简便，适用于气温高和日照时间长的地区（图4）。

反渗透是渗透的逆过程。正常的渗透是稀溶液中的溶剂通过半透膜进入浓溶液中的自发过程；而反渗透则是浓溶液中的溶剂受压而通过半透膜的反自发过程（图5）。海水的渗透压约为25大气压，要使海水反渗透，施于海水的压力必须高于此渗透压。实际上为提高单位膜面积的水通量，通常采用的操作压力，为海水渗透压的2～4倍。反渗透脱盐过程的机制非常复杂，已有的各种不同的解释，都无法阐明此过程的所有现象。

反渗透淡化器的核心部件。它要求透水率和脱盐率高，抗压实性能好等。研究得比较成熟而应用最多的反渗透膜材料，主要有醋酸纤维素和芳香族聚酰胺。为使膜材料适应反渗透的脱盐要求，已制成了超薄复合膜。它是在一层机械性能较强的多孔基底上，敷上一层可抑制甚至于阻止进料流中的溶质透过、只容许水分子透过的皮膜而成。这样的反渗透组件和预处理系统，不但可用来从地面水源（苦咸水或海水）制取饮用水，还可除去水中的化学污染物和放射性污染物。

有各种不同型式：

（1）平板式。膜以微孔板支撑，单位体积的产水量低，已不再发展。

（2）管式。把制好的管膜紧贴在多孔管的内壁，适于处理食品工业中粘度较高的溶液。

（3）卷式。把平板膜和支撑体(网)一起卷在多孔管上，放入高压容器内，粘合密封，使透过膜的产品水，汇集到中心多孔管而不使海水混入。

（4）中空纤维式。所用的纤维细如发丝，中间成孔，具有很高的耐压强度，无须另加支持体。把数百万或数千万根纤维装入耐压的圆柱状容器内，使一端的纤维周围密封。透过纤维壁进入内孔的产品水能从周围密封的纤维开口端流出。

卷式和中空纤维式的装置，单位体积的膜面积大，产水量高，是最有发展前途的两种反渗透装置。

水中的离子在直流电场的作用下，可通过半透膜。最初的惰性半透膜电渗析法，主要用于溶胶的提纯，电流效率很低。到了20世纪50年代初，由于选择性离子交换膜向世，才能够用电渗析法淡化海水或苦咸水。脱盐用的选择性离子交换膜有两种：

（1）阳膜，只允许阳离子透过的阳离子交换膜；

（2）阴膜，只允许阴离子透过的阴离子交换膜。使阴膜和阳膜交替排列，中间衬以隔板（其中有水流通道），夹紧之后，在两端加上电极，就成电渗析脱盐装置(图6)。当海水流经电渗器时，在直流电场的作用下，阴离子透过阴膜向阳极方向迁移，途中被阳膜挡住去路，被水流冲洗而出；阳离子透过阳膜向阴极方向迁移，途中被阴膜挡住，也被水流冲出。透过阳膜或阴膜的水为淡水。结果，从大约一半的夹层流出的水为淡水，从另一半流出的则为浓缩的海水。

电渗析脱盐所用的半透膜，除要求电阻低、透过的选择性高、交换容量大和水的电渗小之外，还要求有一定的机械强度、尺寸不变和化学稳定性高等。

在电渗析脱盐过程中，反离子（电荷与膜内交换基团相反的离子）在膜内的迁移速度比在溶液里大，致使淡化夹层的内膜半身，溶液界面上的离子浓度低于主体溶液浓度而形成浓度差。当电流升至某值时，扩散迁移的离子不足以补充界面上离子的缺额，而使界面浓度趋近于零，这时的电流称为极限电流。如再增加电流，就会迫使界面上的水分子解离，由解离出的H+和OH-来承担超过极限值那部分电流的输送。这种现象称为极化现象。这不仅使电流白白消耗在无助于脱盐的 H+和OH-的迁移上，而且会引起溶液的pH值发生变化，使钙盐镁盐之类的离子浓度的乘积超过溶度积，而在浓缩海水夹层的阴膜和阳膜的表面沉淀，阻塞水流通道，甚至被迫停机拆洗。防止极化沉淀的根本措施，是设法增加夹层溶液的搅拌作用和布水的均匀性，并把操作电流控制在极限电流之下。此外，定期倒换电极的极性，在浓缩海水夹层中加酸和进行不拆装的化学清洗等，均能延长运转周期。

为确定装置的极限电流密度和确定操作的参数，普遍用J.R.威尔孙的经验公式

Ilim=Kvnc

式中Ilim为极限电流密度(毫安/厘米2)；v为淡水层流速(厘米/秒);c为淡水层的平均含盐浓度(毫当量浓度)；n为流速指数；K为常数。不同的装置，有不同的n和K。通常n为0.5～0.9。

采用高温电渗析，可明显地提高极限电流，防止极化沉淀和降低耗能量。例如：75°C时的极限电流为25°C时的2.5倍，而耗电量仅为25°C时的50％。

电渗析脱盐是离子在电场中迁移的结果，用于含盐量高的海水淡化时，单位产量的耗电量大，很不经济，故多用于淡化苦咸水，或结合离子交换技术制造工业纯水，很少单独用于淡化含盐量高的海水。

参考书目

王俊鹤等著：《海水淡化》，科学出版社，北京，1979。

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