博思數(shù)據(jù)： 反滲透膜市場前景廣闊 是海水淡化技術(shù)未來發(fā)展主流

一、 海水淡化技術(shù)概況
    主要淡化技術(shù)：低溫多效、多級閃蒸、反滲透
    海水淡化的方法有幾十種，根據(jù)原理可以歸納為蒸餾法、膜法、電滲析法和冷凍法四類。每類方法中根據(jù)設(shè)備型式或流程的差異又可細(xì)分為不同方法。目前工業(yè)上應(yīng)用最多的是低溫多效（MSE）、多級閃蒸（MSF）和反滲透（RO）三種淡化工藝。
海水淡化方法分類
 
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1、多級閃蒸（MSF）在中東地區(qū)占據(jù)主導(dǎo)地位
    所謂閃蒸是指將熱海水進(jìn)入壓力小于自身飽和蒸汽壓的蒸發(fā)室，部分海水迅速沸騰蒸發(fā)，蒸汽在熱交換管外冷凝形成淡水，其余海水溫度下降至其飽和蒸汽壓基本平衡的過程。多級閃蒸就是將多個溫度、壓力逐級降低的閃蒸室串聯(lián)，使熱海水每進(jìn)入一級閃蒸室就閃蒸一次。
    多級閃蒸由熱回收段和排熱段組成，熱回收段又稱熱交換段，由若干閃蒸室組成。經(jīng)過預(yù)澄清和液氯處理的海水，首先送入排熱段作為冷卻水，之后大部分冷卻海水排回海中，一部分則作為補(bǔ)給海水與閃蒸室末級部分熱咸水混合加熱后，進(jìn)入熱回收段完成閃蒸。
多級閃蒸示意圖
 
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    多級閃蒸是20 世紀(jì)60 年代初在中東開始實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的，其優(yōu)勢在于：
    （1）對進(jìn)水水質(zhì)要求較低，通過簡單預(yù)處理即可；（2）加熱過程與蒸發(fā)過程分開進(jìn)行，海水結(jié)垢傾向小；（3）技術(shù)成熟，是最早開始大規(guī)模生產(chǎn)的海水淡化技術(shù)，技術(shù)成熟度高、安全性好；（4）適合大型和超大型的海水淡化，目前國際上日產(chǎn)6 萬噸淡水的單機(jī)已投入商業(yè)運行，日產(chǎn)16 萬噸淡水的裝置正在設(shè)計中；（5）生成的淡化水純度極高，鹽度小于5mg/L，可以作為鍋爐的補(bǔ)充用用水、生產(chǎn)過程的工藝用水以及大規(guī)模的市政用水。
    其劣勢在于：（1）投資額高，其投資額通常比反滲透高50%~100%；（2）設(shè)備操作彈性小，是設(shè)計值的80%~110%，不適應(yīng)要求產(chǎn)水量可變的場合（3）能源消耗大， 多級閃蒸每噸水通常需要消耗蒸汽0.083-0.15 噸，消耗電能2.5~4 kwh，能源占淡水成本的比例超過50%，因此多級閃蒸通常與電廠、化工廠等進(jìn)行聯(lián)合生產(chǎn)，利用電廠等產(chǎn)生低品位蒸汽，降低淡水成本。
    全世界幾乎所有的多級閃蒸都集中在海灣國家。海灣六國多采用多級閃蒸技術(shù)，反滲透只占次要位置，多效蒸餾則很少采用。中東國家之所以對多級閃蒸如此熱衷，主要有以下幾方面的原因：第一是多級閃蒸便于大規(guī)模或者超大規(guī)模的建設(shè)，而中東地區(qū)基本都屬于嚴(yán)重缺水國家，對大規(guī)模的海水淡化工程有強(qiáng)烈的需求；第二是他們的石油資源特別豐富，并且不是直接燒石油淡化，而是利用豐富廉價的油田氣發(fā)電，建立水電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，抽汽輪機(jī)乏汽供給多級閃蒸淡化裝置，因而能源費用很低；第三是海灣海水存在三高現(xiàn)象：高溫（夏天高達(dá)40℃）、高咸度（總含鹽量高達(dá)4 萬mg/L）和高污染，如果采用反滲透方法則海水前處理成本過高。
2.低溫多效蒸餾法（MED）靈活性突出
    低溫多效海水淡化技術(shù)是指海水的最高蒸發(fā)溫度不超過70℃的海水淡化技術(shù)，通過將一系列水平管噴淋降膜蒸發(fā)器串聯(lián)，蒸汽進(jìn)入第一蒸發(fā)器，與進(jìn)料海水熱交換后冷凝成淡化水；海水蒸發(fā)的蒸汽進(jìn)入第二蒸發(fā)器，并使幾乎同量的海水以比第一蒸發(fā)器更低的溫度蒸發(fā)，蒸汽自身又被冷凝，這一過程不斷重復(fù)，連續(xù)產(chǎn)出淡化水。低溫多效設(shè)備主要由蒸發(fā)器和冷凝器兩部分組成。海水首先進(jìn)入冷凝器中預(yù)熱、脫氣，部分海水作為冷卻水排回大海，部分則作為蒸餾過程的進(jìn)料，料液經(jīng)噴嘴均勻分布到蒸發(fā)器的頂排管上，在向下流動過程中與蒸發(fā)管內(nèi)的蒸汽進(jìn)行熱交換。蒸發(fā)管內(nèi)的蒸汽冷凝在管內(nèi)冷凝形成淡水，蒸發(fā)管外的冷水部分吸收熱量蒸發(fā)形成二次蒸汽，余液由泵輸送到蒸發(fā)器的下一個效組中，熱交換形成的二次蒸汽經(jīng)過氣液分離器進(jìn)入下一效的蒸發(fā)管中冷凝形成淡水。
低溫多效工藝圖
 
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    自20 世紀(jì)80 年代以來，低溫多效海水淡化技術(shù)得到了長足的發(fā)展。低溫多效與多級閃蒸同屬于蒸餾法，因此都具有對水質(zhì)要求低、生成淡水純度高等優(yōu)勢，同樣也需要消耗大量蒸汽，通常與電廠、化工廠聯(lián)產(chǎn)。此外，低溫多效的優(yōu)勢還包括：（1）系統(tǒng)動力消耗小、更為節(jié)能，其用電量只有多級閃蒸的1/2 左右；（2）由于操作溫度控制在70℃以下，減緩甚至避免了設(shè)備的腐蝕和結(jié)垢；（3）投資額較低，低溫多效技術(shù)的投資額介于多級閃蒸和反滲透法之間；（4）一般建設(shè)規(guī)模比較小，通常在日產(chǎn)1 萬噸以下，建設(shè)較為靈活。但由于低溫多效設(shè)定的蒸發(fā)溫度不能超過70℃，而低溫時蒸汽的比容較大，因此低溫多效的缺點在于設(shè)備的體積較大。
3.反滲透膜法（RO）是未來發(fā)展的主流
    反滲透膜法利用只允許溶劑透過、不允許溶質(zhì)透過的半透膜，將海水與淡水分隔開，通過對海水一側(cè)施加一個大于海水滲透壓的外壓，使海水中的純水將反滲透到淡水中。
    博思數(shù)據(jù)發(fā)布的《2013-2018年中國反滲透膜市場監(jiān)測及投資前景研究報告》表明:反滲透法技術(shù)是20 世紀(jì)60 年代初發(fā)展起來的以壓力為驅(qū)動力的膜分離技術(shù)。經(jīng)過嚴(yán)格的預(yù)處理后的常溫海水通過高壓泵形成高壓海水，高壓海水通過膜組件進(jìn)行反滲透過程，一部分海水形成淡水，另一部分海水則通過能量回收裝置繼續(xù)參與到反滲透過程。在典型的反滲透過程中，需要三個核心組件：高壓泵、反滲透膜以及能量回收裝置。
反滲透膜法示意圖
 
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    反滲透法的優(yōu)勢包括：（1）反滲透過程不需要蒸汽、無相變，常溫進(jìn)行更為節(jié)能；（2）建設(shè)規(guī)模較為靈活，反滲透法對建設(shè)規(guī)模沒有特別要求，大中小規(guī)模都能適應(yīng)；（3）投資低，反滲透法對設(shè)備的強(qiáng)度要求較低，因此對應(yīng)的投資額較低。但是反滲透法也具有一些劣勢：（1）反滲透膜對進(jìn)水水質(zhì)的要求比較嚴(yán)格，在淡化之前必須對原水做嚴(yán)格的預(yù)處理，通常采用微濾超濾等過濾方法；（2）反滲透膜長期使用后，容易結(jié)垢堵塞，需要定期清潔消毒，而且通常反滲透膜的壽命只有3~5 年，海水淡化項目運行期間需要多次更換膜組件，這增加了反滲透法的運行成本；（3）反滲透法生成的水質(zhì)較低溫多效、多級閃蒸略差，特別的，反滲透法無法有效去除海水中的有毒物質(zhì)硼元素，世界衛(wèi)生組織要求飲用水中硼含量<0.3mg/L，而反滲透法生產(chǎn)的淡水硼含量在0.46mg/L～0.72mg/L 之間。
    反滲透法以其節(jié)能、投資較小的優(yōu)勢，在最近30 年得到了飛速的發(fā)展，已經(jīng)成為全世界應(yīng)用最多的技術(shù)。美國日本等國于20 世紀(jì)80 年代開始加大對反滲透系統(tǒng)核心膜組件的研究，取得了一系列的進(jìn)展，成為反滲透發(fā)展最快的地區(qū)。
北美海水淡化技術(shù)生產(chǎn)能力
 
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