Avsalting er produksjon av ferskvann ved avsalting av sjøvann. Det er en åpen kildekode inkrementell teknologi for å realisere utnyttelsen av vannressurser. Det kan øke den totale mengden ferskvann, og påvirkes ikke av tid, rom og klima. Det kan sikre en stabil vannforsyning til drikkevann for kystbeboere og vannpåfylling for industrikjeler.
Prosessen med å få ferskvann fra sjøvann kalles avsalting. Avsaltningsmetodene som brukes inkluderer frysing av sjøvann, elektrodialyse, destillasjon, omvendt osmose og ammoniumkarbonat-ioneutveksling. Anvendelsen av omvendt osmosemembran og destillasjon er hovedstrømmen i markedet.
Mer enn 100 vitenskapelige forskningsinstitusjoner i mer enn et dusin land i verden forsker på avsalting, og det er hundrevis av avsaltingsanlegg med forskjellige strukturer og kapasiteter i drift. Et moderne avsaltingsanlegg i stor skala kan produsere tusenvis, titusenvis eller til og med nesten en million tonn ferskvann hver dag. Kostnaden for vann synker stadig, og noen land har redusert den til en pris som ligner på vann fra springen. Mengden avsaltet vann i noen områder har nådd vannforsyningsskalaen til land og byer.
Vanlige metoder
Det er mer enn 20 sjøvannsavsaltingsteknologier i verden, inkludert omvendt osmose, lav multieffekt, flertrinns flashfordampning, elektrodialyse, dampdestillasjon, duggpunktfordampning, vannkraftkogenerering, termisk membrankogenerering og sjøvannsavsaltingsteknologi ved bruk av kjernekraft , solenergi, vindenergi, tidevannsenergi, etc., samt flere for- og etterbehandlingsprosesser som mikrofiltrering, ultrafiltrering og nanofiltrering.
Fra et bredt klassifiseringssynspunkt er det hovedsakelig delt inn i to kategorier: destillasjon (termisk metode) og membranmetode. Blant dem er lav multi-effekt destillasjon, flertrinns flash-fordampning og omvendt osmose membranmetoden de vanlige teknologiene i verden. Generelt sett har lav multieffekt fordelene med energisparing, lave krav til forbehandling av sjøvann og høy kvalitet på avsaltet vann; omvendt osmose-membranmetode har fordelene med lav investering og lavt energiforbruk, men høye krav til forbehandling av sjøvann; flertrinns flash-fordampningsmetode har fordelene med moden teknologi, pålitelig drift og stor enhetseffekt, men høyt energiforbruk. Det antas generelt at lav multi-effekt destillasjon og omvendt osmose membranmetode er fremtidens retning. Det anslås at i løpet av den 12. femårsplanperioden vil mitt lands avsalting av sjøvann nå 1,5 millioner til 2 millioner tonn per dag, som er tre eller fire ganger dagens produksjonskapasitet, og investeringsskalaen vil nå rundt 20 milliarder yuan.
Prinsipp for frossen sjøvannsavsaltingsmetode: Trippelpunktet for sjøvann er et spesielt punkt hvor de tre fasene av sjøvannsdamp, væske og fast stoff eksisterer side om side og når likevekt. Hvis trykket eller temperaturen avviker fra trippelpunktet, ødelegges balansen, og de tre fasene vil automatisk tendere til en eller to faser. Vakuumfrysingsmetode for avsalting av sjøvann er en rimelig avsaltningsmetode som bruker trippelpunktsprinsippet til sjøvann, bruker selve vannet som kjølemiddel, får sjøvann til å fordampe og fryse samtidig, og deretter separerer og vasker iskrystallene for å oppnå avsaltet vann. Sammenlignet med destillasjon og membranavsalting har avsalting av frosset sjøvann lavt energiforbruk, lett korrosjon og belegg, enkel forbehandling, liten utstyrsinvestering og kan håndtere sjøvann med høyt saltinnhold. Det er en ideell metode for avsalting av sjøvann.
Frysemetode
Frysemetode, det vil si frysing av sjøvann for å fryse det, og saltet separeres mens det flytende sjøvannet blir til fast is. Både frysemetoden og destillasjonsmetoden har ulemper som er vanskelige å overvinne. Destillasjonsmetoden bruker mye energi og produserer mye avleiring i instrumentet, men ferskvannet som oppnås er ikke mye; frysemetoden bruker også mye energi, men ferskvannet som oppnås smaker dårlig og er vanskelig å bruke.
Forkjøling av avsaltingsprosessen for frosset sjøvann Etter avgassing kan sjøvannet utveksle varme med den konsentrerte saltlaken og avsaltet vann som slippes ut fra fordampningskrystallisatoren, og forkjøle til nær frysepunktet til sjøvannet. Avgassing av den frosne sjøvannsavsaltingsprosessen Fordi de ikke-kondenserbare gassene som er oppløst i sjøvannet vil bli nesten fullstendig frigjort under lavtrykksforhold, og vil ikke kondensere i kondensatoren. Dette vil øke trykket i systemet, noe som gjør trykket i fordampningskrystallisatoren høyere enn tofasepunkttrykket, og ødelegger operasjonen. Åpenbart er dekompresjonsavgassingsmetoden egnet for dette systemet.
Destillasjonsmetode
Avsalting er hovedfaktoren som påvirker fordampnings- og frysehastigheten til sjøvann.
Is-saltvann i sjøvannsavsaltingsprosessen er et fast-væske-system. Vanlige separasjonsmetoder kan skille is-saltvann, men ulike separasjonsmetoder vil gi ulikt saltinnhold i de oppnådde iskrystallene. De eksperimentelle resultatene viser at saltinnholdet i iskrystaller oppnådd ved vakuumfiltreringsmetoden er mye lavere enn i iskrystaller oppnådd ved normal trykkfiltreringsmetode.
Dampkondensering i avsaltingsprosessen I fordampningskrystallisatoren vil det i tillegg til utfelling av iskrystaller fra sjøvann også produseres en stor mengde damp. Denne dampen må fjernes i tide slik at sjøvannet kan fordampe og fryse kontinuerlig.
Omvendt osmose
Vanligvis kjent som ultrafiltrering, er det en membranseparasjonsavsaltingsmetode som først ble tatt i bruk i 1953. Denne metoden bruker en semipermeabel membran som bare lar løsemidler passere gjennom, men ikke løse stoffer for å skille sjøvann fra ferskvann. Under normale omstendigheter diffunderer ferskvann gjennom den semipermeable membranen til sjøvannssiden, og øker derved gradvis væskenivået på sjøvannssiden til det stopper i en viss høyde. Denne prosessen kalles osmose. På dette tidspunktet kalles det statiske trykket til vannsøylen på sjøvannssiden osmotisk trykk.
Hvis et ytre trykk større enn det osmotiske trykket til sjøvann påføres sjøvannssiden, vil det rene vannet i sjøvannet reversere osmose inn i ferskvannet. Den største fordelen med omvendt osmose er energisparing. Energiforbruket er bare 1/2 av elektrodialyse og 1/40 av destillasjon. Derfor, siden 1974, har utviklede land som USA og Japan suksessivt skiftet utviklingsfokus til omvendt osmose.
Omvendt osmose sjøvannsavsaltingsteknologi har utviklet seg raskt, og prosjektkostnadene og driftskostnadene har fortsatt å synke. De viktigste utviklingstrendene er å redusere driftstrykket til omvendt osmose-membraner, forbedre utvinningsgraden til omvendt osmose-systemer, billig og effektiv forbehandlingsteknologi og forbedre systemets anti-forurensningsevne.
Solenergimetoden
Mennesker brukte solenergi til å avsalte sjøvann i de tidlige dagene, hovedsakelig ved å bruke solenergi til destillasjon, så tidlige solavsaltingsanordninger ble generelt kalt soldestiller. Et eksempel på et passivt soldestillasjonssystem er skivesoldestilleren, som har vært brukt i nesten 150 år. På grunn av sin enkle struktur og praktiske materialanskaffelse, er den fortsatt mye brukt.
Forskning på skivesoldestillere fokuserer hovedsakelig på valg av materialer, forbedring av ulike termiske egenskaper og bruken i forbindelse med ulike solfangere. Sammenlignet med tradisjonelle kraftkilder og varmekilder har solenergi fordelene med sikkerhet og miljøvern. Å kombinere solenergiinnsamling med avsaltingsprosess er en bærekraftig avsaltingsteknologi.
Solavsaltingsteknologi har gradvis tiltrukket seg folks oppmerksomhet på grunn av fordelene ved ikke å konsumere konvensjonell energi, ingen forurensning og høy renhet av ferskvann. Soldestillasjonsmetoden bruker en enkel solenergidestiller. Destilleriet består av en vanntank med et flytende hull i svart porøs filtkjerne i vanntanken. Toppen av tanken er dekket med et gjennomsiktig, kantforseglet glassdeksel. Sollys passerer gjennom det gjennomsiktige dekselet og projiseres på den svarte isolerte bunnen av tanken, hvor det omdannes til varmeenergi. Derfor er vannoverflatetemperaturen i plastkjernen alltid høyere enn temperaturen i bunnen av det gjennomsiktige dekklaget. Vann fordamper fra filtkjernen, og dampen diffunderer til dekklaget for å avkjøles til væske og slippes ut i den ugjennomsiktige destillasjonstanken.
Lavtemperaturdestillasjon
Lavtemperatur multi-effekt sjøvannsavsaltingsteknologi refererer til destillasjonsavsaltingsteknologien med den høyeste fordampningstemperaturen for saltlake under 70 grader. Dens egenskaper er at en serie med fallende filmfordampere med horisontale rør er koblet i serie, en viss mengde damp tilføres den første effekten, og fordampningstemperaturen til den neste effekten er lavere enn den forrige effekten. Deretter, gjennom flere fordampninger og kondensasjoner, oppnås en avsaltingsprosess av destillert vann med flere ganger mengden damp.
Multi-effekt fordampning er å fordampe det oppvarmede sjøvannet i flere fordampere i serie, og dampen som fordampes fra forrige fordamper brukes som varmekilde til neste fordamper og kondenseres til ferskvann. Blant dem er lavtemperatur multi-effekt destillasjon en av de mest energibesparende metodene innen destillasjon. På grunn av energisparingsfaktoren har lavtemperatur multi-effekt destillasjonsteknologi utviklet seg raskt, skalaen til enheten har utvidet seg, og kostnadene har sunket. Den viktigste utviklingstrenden er å øke den første effekttemperaturen og vannproduksjonskapasiteten til enheten; bruke billige materialer for å redusere ingeniørkostnader, øke driftstemperaturer og forbedre varmeoverføringseffektiviteten. Et lavtemperatur multi-effekt destillasjonsutstyr for avsalting av sjøvann omfatter et dampforsyningssystem, et vanndistribusjonssystem, en fordamper, en ferskvannstank og en konsentrert vanntank, hvor rådampinntaket til dampforsyningssystemet er plassert på mellomliggende effekt fordamper. Arbeidsmetoden er som følger: (1) vannfordelingssystemet sprøyter sjøvann; (2) rådamp føres inn i fordampningsrøret til fordamperen med mellomeffekt; (3) dampen kondenserer i fordampningsrøret og overfører varme, og utsiden av fordampningsrøret absorberer varme for å produsere fordampning; (4) ny damp transporteres til fordampningsrørene på begge sider av disse. Utsiden av røret absorberer varme og produserer fordampning; (6) hver effektfordamper gjentar fordampnings- og kondensasjonsprosessen; (7) destillert vann kommer inn i ferskvannstanken; (8) konsentrert saltvann kommer inn i tanken for konsentrert vann.
Flertrinns blitsfordampning
Flash-fordampning refererer til fenomenet at en del av sjøvannet ved en viss temperatur fordamper raskt under betingelse av en plutselig trykknedgang. Flertrinns hurtigfordampning av sjøvannsavsalting er å fordampe det oppvarmede sjøvannet i flere hurtigkamre med gradvis avtagende trykk i sin tur, og kondensere dampen for å oppnå ferskvann. Den globale sjøvannsavsaltingsenheten har fortsatt den største ytelsen og den mest modne teknologien, høy driftssikkerhet og fleksibilitet med flertrinns flash-fordampningsmetode. Den er hovedsakelig bygget i forbindelse med termiske kraftverk og egner seg for store og superstore avsaltingsapparater. Det brukes hovedsakelig i Gulf-landene. Flertrinns flash-fordampningsteknologi er moden og pålitelig i drift. Den viktigste utviklingstrenden er å forbedre vannproduksjonskapasiteten til en enkelt enhet av enheten, redusere enhetens strømforbruk og forbedre varmeoverføringseffektiviteten.
Elektrodialysemetode
Den tekniske nøkkelen til denne metoden er utviklingen av en ny ionebyttermembran. Ionebyttermembran er en funksjonell membran med en tykkelse på {{0}}.5-1.0mm, som er delt inn i positiv ionebyttermembran (kationmembran) og negativ ionebyttermembran (anionmembran) i henhold til dens selektive permeabilitet. Elektrodialyse er å vekselvis arrangere den selektivt permeable kationmembranen og anionmembranen for å danne flere uavhengige rom der sjøvann avsaltes, mens de tilstøtende rommene er konsentrert, og ferskvann og konsentrert vann separeres. Elektrodialyse kan ikke bare avsalte sjøvann, men også brukes som et middel for vannkvalitetsbehandling for å bidra til gjenbruk av kloakk. I tillegg blir denne metoden også i økende grad brukt i konsentrasjon, separasjon og rensing av kjemiske, farmasøytiske, mat- og andre industrier.
Dampdestillasjon
Destillasjonsmetoden er en metode for å varme opp sjøvann for å koke og fordampe det, og deretter kondensere dampen til ferskvann. Destillasjonsmetoden for sjøvannsavsaltningsteknologi er den tidligste avsaltingsteknologien som er tatt i industriell bruk. Det kjennetegnes ved å være anvendelig selv i sterkt forurensede og svært biologisk aktive sjøvannsmiljøer, og vannet som produseres er av høy renhet. Sammenlignet med membranavsaltningsteknologi har destillasjonsmetoden fordelene ved å kunne utnytte lavgradig varme fra kraftverk og andre fabrikker, ha lave krav til kvaliteten på råvann og ha stor produksjonskapasitet på apparatet. Det er en av hovedteknologiene for avsalting av sjøvann for tiden.
Duggpunktfordampning
Duggpunktfordampning avsaltingsteknologi er en ny metode for avsalting av brakkvann og sjøvann. Den er basert på prinsippet om luftfukting og avfukting av bæregass, mens den gjenvinner varmen fra kondensering og avfukting, og varmeoverføringseffektiviteten styres av varmeoverføringen på blandingsgasssiden. Avsaltingsteknologien for duggpunktfordampning bruker luft som bærer, og produserer ferskvann ved å fukte og avfukte det med sjøvann eller brakkvann, og kobler avfuktingsprosessen med fuktingsprosessen gjennom varmeoverføring, slik at den latente kondensasjonsvarmen overføres direkte til fordampningskammeret, og gir den latente fordampningsvarmen for fordampning av saltvann, for å forbedre den termiske effektiviteten til prosessen. To befuktnings-/avfuktingskoblede duggpunktfordampningsavsaltningsutstyr med effektive varmeoverføringsarealer på 9,6 m2 og 2,75 m2 ble etablert. Det tilsvarende eksperimentelle utstyret og datainnsamlingssystemet ble etablert. Det grunnleggende prosess- og parameterkorrelasjonseksperimentet for avsalting av duggpunktfordampning og det forbedrede varmeoverførings-/masseoverføringsavsaltingseksperimentet ble fullført.
Vakuumfrysing
Vakuumfrysing av saltvannsprosessen inkluderer avgassing, forkjøling, fordampningskrystallisering, iskrystallvasking, dampkondensering og andre trinn. De avsaltede sjøvannsproduktene kan oppfylle de nasjonale drikkevannsstandardene og er en ideell metode for avsalting av sjøvann.
Ny adsorpsjonsmetode - Ikke-trykksatt osmotisk adsorpsjon
Ikke-trykkadsorpsjon osmotisk avsalting, eller "forover osmose", lar vann passere gjennom en porøs membran inn i en løsning eller fast stoff med en superabsorbent. Saltkonsentrasjonen er enda høyere enn i sjøvann, men spesialsaltene i løsningen fordamper lett. Det er delt inn i fast salt og flytende salt retninger. Desorpsjon av fast salt bruker mindre energi.
De to andre metodene har innovasjoner og forbedringer i filmstruktur:
Karbon nanorør film er en film med små hull laget av karbon nanorør, og en annen film for permeasjon.
Proteinmembran er en film med porer laget av proteiner som leder vannmolekyler gjennom cellemembranen til levende celler.
