海水淡化(sea water desalination)是人类追求了几百年的梦想，古代就有从海水中去除盐分的故事和 传奇。海水淡化技术的大规模应用始于干旱的中东地区，但并不局限于该地区。由于世界上70%以上的人口都居住在离海洋120公里以内的区域，因而海水淡化技术近20多年迅速在中东以外的许多国家和地区得到应用。最新资料表明。早在400多年前，英国王室就曾悬赏征求经济合算的海水淡化方法。但直到16世纪，人们才开始努力从海水中提取淡水。当时欧洲探险家在漫长的航海旅行中，就用船上的火炉煮沸海水以制造淡水。加热海水产生水蒸气，冷却凝结就可得到纯水，这是日常生活的经验，也是海水淡化技术的开始。现代意义上的海水淡化则是在第二次世界大战以后才发展起来的。战后由于国际资本大力开发中东地区石油，使这一地区经济迅速发展，人口快速增加，这个原本干旱的地区对淡水资源的需求与日俱增。而中东地区独特的地理位置和气候条件，加之其丰富的能源资源，又使得海水淡化成为该地区解决淡水资源短缺问题的现实选择，并对海水淡化设备提出了大型化的要求。从20世纪50年代以后，海水淡化技术随着水资源危机的加剧得到了加速发展，在已经开发的二十多种淡化技术中，蒸馏法、电渗析法、反渗透法都达到了工业规模化生产的水平，并在世界各地广泛应用。

   海水淡化设备是指专门用来淡化海水的设备，海水由于其含盐量非常高，而不能被直接使用，最常见的采用两种方法淡化海水，即蒸馏法和反渗透法将海水进行淡化处理。现在我们晨兴环保专业工程师主要以这两种最普及的方式给大家详细介绍一下海水淡化的工艺：

   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。

  反渗透膜法适用面非常的广，且脱盐率很高，因此被广泛使用。反渗透膜法首先是将海水提取上来，进行初步处理，降低海水浊度，防止细菌、藻类等微生物的生长，然后用特种高压泵增压，使海水进入反渗透膜，由于海水含盐量高，因此海水反渗透膜必须具有高脱盐率，耐腐蚀、耐高压、抗污染等特点，经过反渗透膜处理后的海水，其含盐量大大降低，TDS含量从36000毫克/升降至200毫克/升左右。淡化后的水质甚至优于自来水，这样就可供工业、商业、居民及船舶、舰艇使用。

  海水含盐量高、硬度高，对设备腐蚀性大，而且水温季节性变化较大 使得反渗透海水淡化系统比常规的苦咸水脱盐系统要复杂得多，工程投资和能耗也高得多。因此 通过精心的工艺设计，合理的设备配置来降低工程投资和能耗，从而降低单位制水成本，并确保系统稳定运行就显得格外重要。目前，我国各地运用的海水淡化装置的工作原理之一是反渗透法，反渗透法的最大优点是节约场地和节省大量能耗。海水淡化即将海水经过脱盐工艺之后生产出来的淡水。沿海居民饮用水和工业锅炉补水的供水都可以通过海水淡化技术得以稳定保障。

   常用的方法

  蒸馏法

  淡化法是影响海水蒸发与结冰速率的主要因素。
   海水淡化法工艺之冰—盐水是一固液系统 普通的分离方法均可使冰—盐水得到分离，但分离方法不同，得到的冰晶含盐量也不同。实验结果表明减压过滤方法得到的冰晶含盐量比常压过滤方法得到的冰晶含盐量低得多。
   海水淡化法工艺之蒸汽冷凝 在蒸发结晶器内，除海水析出冰晶以外，还将产生大量的蒸汽，这些蒸汽必须及时移走，才能使海水不断蒸发与结冰。

  反渗透法

  通常又称超过滤法，是1953年才开始采用的一种膜分离淡化法。该法是利用只允许溶剂透过、不允许溶质透过的半透膜，将海水与淡水分隔开的。在通常情况下，淡水通过半透膜扩散到海水一侧，从而使海水一侧的液面逐渐升高，直至一定的高度才停止，这个过程为渗透。此时，海水一侧高出的水柱静压称为渗透压。如果对海水一侧施加一大于海水渗透压的外压，那么海水中的纯水将反渗透到淡水中。反渗透法的最大优点是节能。它的能耗仅为电渗析法的1/2，蒸馏法的1/40。因此，从1974年起，美日等发达国家先后把发展重心转向反渗透法。
反渗透海水淡化技术发展很快，工程造价和运行成本持续降低，主要发展趋势为降低反渗透膜的操作压力，提高反渗透系统回收率，廉价高效预处理技术，增强系统抗污染能力等。

  工艺流程

 预处理

  无论是海水淡化，还是苦咸水脱盐，给水预处理是保证反渗透系统长期稳定运行的关键。在制定海水预处理方案时应充分考虑到：海水中存在大量微生物、细菌和藻类。海水中细菌、藻类的繁殖和微生物的生长不仅会给取水设施带来许多麻烦，而且会直接影响海水淡化设备及工艺管道的正常运转。周期性涨潮、退潮，海水中夹带大量泥沙，浊度变化较大，易造成海水预处理系统运转不稳定。海水具有较大腐蚀性，对系统中所采用的设备、阀门、管道件的材质要作一定筛选，耐腐性能要好。

 杀菌灭藻

 国外海水淡化工程多采用投加液氯、NaClO和CuSO4等化学试剂来杀菌灭藻。考虑到交通等多方面的因素，投加化学试剂杀菌灭藻有一定难度，在本工程设备研制过程中专门采用海水次氯酸钠发生器。海水取水泵后分出一小股带压海水，进入次氯酸钠发生器，在直流电场作用下产生NaClO，靠位差直接注入海滩沉井，以杀灭海水中的细菌、藻类和微生物。
由于海水硬度高 海水直接电解产生N aC lO必须克服发生电极结垢问题。在研制过程中 ，借鉴了电渗析频繁倒极 （EDR ）技术，即每隔 5～ 10m in倒换一次电极极性，有效地解决了次氯酸钠发生器结垢沉淀问题。

 混凝过滤

 混凝过滤旨在去除海水中胶体、悬浮杂质，降低浊度。在反渗透膜分离工程中通常用污染指数 （FI）来计量，要求进入反渗透设备的给水的FI值<4。由于海水比重较大，pH值较高，且水温季节性变化大，系统选用FeCl3作为混凝剂，其具有不受温度影响，矾花大而结实，沉降速度快等优点。

 化学调节

 为防止海水淡化过程中因海水浓缩而产生难溶无机盐类，如CaCO3、CaSO4，在反渗透膜表面和系统管道件上结垢沉淀，海水在进入反渗透脱盐系统前要添加防垢剂。
投加H2SO4调节海水pH值分解海水中的HCO-3，以防止CaCO3沉淀，是海水淡化中最常用和最经济的方法。投加 （NaPO3）6（SHMP）是防止CaSO4沉淀的有效方法，但（NaPO3）6在阻垢的同时产生的副产品磷酸盐会助长微生物、细菌和藻类的生长，使用有一定的局限性。而从西方国家进口的专用高分子聚合物阻垢剂价格较高，会直接影响海水淡化工程的运转费用。本工程最终选用H2SO4作为阻垢剂，控制反渗透系统给水的pH值在 6.8～7.0之间，同时控制海水淡化系统水回收率，以防止CaSO4沉淀析出。
考虑到在反渗透海水淡化系统中采用以芳香聚酰胺为膜材料的复合膜元件 其耐氧化性差要求进水中余氯含量在0.1m g/L以下还原剂脱，因此海水在进入膜系统前投加NaHSO3，控制海水进反渗透装置前的氧化还原电位（ORP），使进反渗透设备前的海水氧化还原电位（ORP）在280～320mV.NaHSO3投加量是海水中余氯量的3倍。

 除异味

 环岛海域的海水受周边环境影响较大，海水化学耗氧量（COD）在 1.7～2.5m g/L，尤其在夏、秋季节有时海水有较大的异臭异味。因此除添加NaClO进行氧化外，增设活性炭过滤器，选用具有较高机械强度的果型颗粒活性炭能有效地吸附有机物和异臭异味，提高反渗透产水水质，同时能减轻对反渗透膜面污染，延长膜使用寿命。

 保安过滤

 保安过滤采用316L滤器，5µm滤芯，过滤进高压泵前的海水，阻挡海水中直径大于5µm 颗粒杂质，确保高压泵，能量回收装置和反渗透膜元件安全，长期运行。

 高压泵和能量回收装置
  高压泵和能量回收装置是为反渗透海水淡化提供能量转换和节能的重要设备，按反渗透海水淡化所需的流量和压力选型，我们选用的单级离心泵，具有60m3/h流量，扬程640Psi;能量回收装置为HTC-300型，具有水力透平结构，能利用反渗透排放浓缩海水的压力使反渗透进水压力提升30%，有效地降低能耗。

  设备结构

 反渗透膜元件与装置

 反渗透膜元件是反渗透海水淡化的核心部件，该元件具有大于99%较好的耐压性和抗氧化耐污染性能。反渗透设备采用6个膜元件串联，6个压力母管并联的一级一段组合结构，并配置低压自动冲洗排放和淡化水低压自动冲洗置换，不合格产水自动切换排放装置。在该系统中还设置高、低压保护和高压泵，清洗泵的联锁。
系统控制
晨兴环保生产的整个反渗透海水淡化控制系统设计采用国内外先进的计算机程序控制，由工控机操作站可编程控制器PLC组成一个分散采样控制，集中监视操作的控制系统。按工艺参数设置高低压保护开关，自动切换装置，电导、流量和压力出现异常时，能实现自动切换、自动联锁报警、停机，以保护高压泵和反渗透膜元件。变频控制高压泵的起动和关停，实现高压泵的软操作，节省能耗，防止由于水锤或反压造成高压泵和膜元件损坏。程序设计在反渗透装置开机和停机前后，能实现低压自动冲洗，特别在停运时，浓缩海水的亚稳定状态会转化出现沉淀，污染膜面，低压淡化水自动冲洗能置换出浓缩海水，保护膜面不受污染，延长膜的使用寿命。对系统的温度、流量、水质、产量等相关参数能实现显示、储存、统计、制表和打印。监视操作中的动态工艺流程画面清晰直观，系统控制简化人工操作，确保系统能自动、安全、可靠地运行。

 由于反渗透膜在国外已经是十分成熟的产品，因此反渗透海水淡化系统的技术关键在于合理的设计预处理系统、选用合适的高压泵和能量回收装置、设计完善的控制系统进行监测和控制、选用科学的材料和防腐措施以防止管路和系统的腐蚀。另外，对于开放式取水，除了保证系统的污染指数外，还必须采取科学的杀菌灭藻措施以防止微生物对系统的侵害。

 海水淡化设备技术特点
  1、由于操作温度低，完全避免或减缓了设备的腐蚀和结垢。
  2、进料海水的预处理更为简单。系统低温操作带来的另一好处是大大地简化了海水的预处理过程。海水进入低温多效装置之前只需经过筛网过滤和加入5ppm左右的阻垢剂即可，而不像多级闪蒸那样必须进行加酸脱气处理。
  3、系统的操作弹性大。在高峰期，该淡化系统可以提供设计值110%的产品水，而在低谷期，该淡化系统可以稳定地提供额定值40%的产品水。
  4、系统的动力消耗小。低温多效系统用于输送液体的动力消耗很低，可降低淡化水的制水成本。
  5、系统的热效率高。30℃的温差即可安排12以上的传热效数，从而达到10左右的造水比。
  6、系统的操作安全可靠。在低温多效系统中，发生的是管内蒸汽冷凝而管外液膜蒸发，即使传热管发生了腐蚀穿孔而泄漏，由于汽侧压力大于液膜侧压力，浓盐水绝对不会流到产品水中。