海水淡化工程技术与工艺

第一章 水资源

第一节概论1

一、水资源定义与特性1

二、世界水资源问题2

三、中国的水资源概况4

四、中国水资源开发利用5

五、海水淡化与水资源可持续利用6

第二节国内外海水淡化技术的发展9

一、全球海水淡化发展现状与趋势9

二、我国海水淡化技术与工程12

三、苦咸水淡化技术15

第三节国内外海水淡化技术创新与淡化方法及应用17

一、海水淡化技术创新17

二、国外海水淡化突破性技术18

三、国内外海水淡化方法简介21

四、国内外海水淡化技术与方法的应用23

第四节海水淡化工程原水的组成、性质与开发26

一、海水淡化工程原水的组成26

二、海水和河流水及区别27

三、海水化学资源的开发价值与淡化海水的开发28

第五节我国海水利用产业发展与海水资源化和脱盐技术34

一、海水利用现状34

二、产业化发展态势36

三、海水资源化和脱盐技术与综合利用37

第六节海水淡化浓盐水零排放技术40

一、海水淡化技术及应用40

二、海水淡化对环境的影响40

第二章 海水淡化技术设计

三、应对措施与解决方法43

第一节海水淡化技术的概念46

一、海水淡化定义与用途46

二、海水淡化的发展与技术方向46

三、反渗透海水淡化技术与设计48

第二节海水淡化过程的理论耗能量的设计54

一、我国海水淡化过程的能耗与成本54

二、海水淡化过程的经济性比较56

三、去硼膜减少了反渗透海水淡化的费用57

第三节海水淡化技术和苦咸水淡化技术与设计58

一、中东海湾国家、北美地区的技术情况58

二、海水淡化技术近期的技术进展58

三、苦咸水淡化技术的进展65

四、海水与苦咸水资源利用的技术方向与设计进展69

第四节海水淡化工程技术与海水淡化方法及工业应用设计72

一、概述72

二、海水淡化方法的选择73

三、海水淡化工程技术的工业应用设计78

第五节反渗透技术在Ashkelon海水淡化项目中的工艺设计80

一、反渗透技术与Ashkelon海水淡化80

二、Ashkelon海水淡化工艺设计81

三、Ashkelon反渗透创新技术和运营经验83

第六节电渗析淡化工程技术与创新工艺设计84

一、概述84

二、电渗析淡化工程技术85

三、电渗析法海水淡化预处理的创新工艺设计86

四、电渗析苦咸水淡化黄骅市示范工程设计典型实例88

第七节反渗透海水淡化的预处理工艺设计90

一、概述90

二、反渗透淡化工程技术90

三、反渗透法苦咸水淡化与工艺设计实例90

四、超滤技术海水淡化预处理与设计举例93

五、反渗透苦海水、苦咸水淡化典型的工艺实例及解决方案95

第八节100000m3/d低盐度海水淡化系统工艺设计96

一、设备装置及工艺设计96

二、施工和运转情况99

三、成本与效益分析99

四、超滤膜法预处理工艺设计100

第九节日本太阳能反渗透法海水淡化系统设计100

一、设计概述100

二、冲绳市濑户太阳能反渗透法海水淡化系统工程设计101

三、因岛市细岛太阳能反渗透法海水淡化系统工程设计101

四、海水淡化系统工程设计101

第三章 原水预处理和后处理新技术与新工艺

第一节反渗透海水淡化预处理新技术与新工艺103

一、概述103

二、工艺流程与试验方法103

三、原海水预处理技术新的改进方法104

第二节预处理工艺主要设计参数要求与选择104

一、概述104

二、原水分析105

三、结垢控制105

第三节海水淡化预处理常用药剂与新产品研究109

一、常用混凝剂和絮凝剂与海水淡化预处理109

二、高锰酸钾对原水水质助凝及除污染的应用109

三、海水淡化预处理絮凝剂研究实例111

第四节海水原水混凝沉降工艺中除浊与除铝及过滤器(后处理)去除新技术114

一、铝的危害及来源114

二、常规水处理工艺除铝的可能性115

三、多介质过滤器(后处理)去除新技术115

第五节用超滤膜处理高浊度海水原水的新技术与新工艺116

一、概述116

二、超滤膜的新工艺装置及工艺流程116

三、处理高浊度海水原水的去除新技术117

第六节黄浦江微污染原水的预处理工艺120

一、概述120

二、工艺流程对比120

三、运行参数和挂膜情况120

四、原水水质和分析测定方法120

五、预处理工艺结果与讨论121

六、生物接触氧化预处理工艺结论124

第七节海水淡化原水预处理工艺净化水技术125

一、水处理滤料选用的KDF滤料125

二、微滤成膜技术——含藻类低浊水处理技术新思路127

三、海水淡化原水除余氯与铁和锰氧化过滤设备净化水技术127

第八节海水淡化RO系统预处理工艺流程128

一、海水淡化反渗透(RO)概述128

二、超滤膜分离特点及应用129

三、超滤中试试验条件及方法129

四、超滤纳滤海水淡化预处理工艺中的超滤膜稳定性中试试验数据分析130

五、超滤中试结论131

第九节原水灭菌杀生与除有机物、异臭和异味技术132

一、消除与控制恶臭除异味工程132

二、国家对恶臭的法规要求132

三、除臭工艺比较132

四、超滤膜用于海水淡化预处理的试验研究132

第十节反渗透系统预处理疵病分析、工艺质量控制与故障排除133

一、反渗透预处理系统常规设备133

二、在线氧化还原表计(ORP表)与实际值偏差问题133

三、地表水超滤系统出水浊度问题134

四、多介质过滤器适用的流速范围134

五、多介质过滤器滤料乱层现象135

六、过滤器性能恢复135

七、保安过滤器滤芯的更换周期135

八、原水中铁锰去除136

九、原水中Sr、Ba去除136

十、与原水相匹配的阻垢剂及加药量136

十一、PAC、PAM加药量选择137

十二、活性炭滤料质量与更换周期137

十三、澄清池的“翻池”现象137

十四、淤泥密度指数测定138

十五、反渗透系统故障排除与解决方法139

第四章 海水淡化装置与设备

第一节海水淡化装置的分类及原理145

一、反渗透装置膜的形态分类145

二、CECO反渗透膜海水淡化装置分类145

三、海水淡化法原理146

四、太阳能海水淡化装置(太阳能蒸馏器)分类147

五、太阳能海水淡化装置的开发与生产148

第二节海水淡化装置中的基本传热传质关系149

一、真空蒸馏式海水淡化的热力分析149

二、真空蒸馏式海水淡化技术的原理149

三、热力分析及模型的建立和模拟149

四、海水淡化技术原理和性能151

第三节太阳能海水淡化装置的传热性能与结构151

一、太阳能海水淡化装置的结构和工作原理152

二、太阳能海水淡化装置中的传热传质研究153

第四节国内外太阳能光伏反渗透海水淡化装置与设备154

一、概述154

二、国内太阳能反渗透海水淡化装置154

三、国外太阳能反渗透海水淡化装置155

第五节传统的太阳能海水淡化装置156

一、传统太阳能海水淡化技术的问题156

二、太阳能海水淡化方案157

第六节新型太阳能海水淡化装置CPC优化设计158

一、概述158

二、系统的组成及原理158

三、系统的CPC太阳能集热器匹配研究159

第七节多级闪蒸淡化技术过程和设备161

一、多级闪蒸过程原理161

二、多级闪蒸海水淡化技术过程161

三、多级降膜闪蒸高效紧凑式太阳能海水淡化装置和设备161

第八节多效蒸发淡化试验过程和试验系统与设备162

一、试验系统设备162

二、系统与设备及流程的初步结果163

三、双塔竖直蒸发管多效蒸发海水淡化特点164

第九节低温多效蒸馏法海水淡化技术和装置与设备165

一、低温多效蒸馏法海水淡化技术165

二、海水淡化技术的优点及其发展趋势166

三、低温多效蒸馏淡化技术装置和设备166

第十节高效节能型反渗透海水淡化装置与设备167

一、概述167

二、高效节能反渗透装置167

三、高效节能型反渗透海水淡化装置168

四、传统反渗透海水淡化装置比较168

五、装置与设备应用范围及市场前景169

第十一节海水和苦咸水淡化反渗透膜装置与设备169

一、概述169

二、反渗透海水淡化方案170

三、反渗透设备(反渗透装置)基本原理及特点170

四、常规工艺流程171

五、反渗透膜装置和设备实例171

第十二节海水淡化及在污水处理中曝气器装置的应用174

第十三节钛制板式换热器在海水淡化中的应用177

一、概述177

二、板式换热器概述178

三、钛制板式换热器产品系列178

四、钛制板式换热器在海水淡化中的应用179

第十四节电极化海水淡化方法及装置179

一、概述179

二、电极化海水淡化方法设计180

三、淡化过程中材料及电极反应180

第五章 海水淡化技术与工程

第一节海水淡化工程概述181

一、概述181

二、海水淡化工程中的几种主要工艺184

第二节电渗析海水淡化苦咸水技术与工程184

一、概述184

二、电渗析苦咸水淡化方法185

三、西沙电渗析苦咸水淡化工程185

四、纳滤膜在苦咸水淡化中的应用现状187

第三节蒸馏法海水淡化技术与工程187

一、概述187

二、海水淡化的方法原理及技术性能188

三、电厂海水淡化系统190

四、海水淡化系统的运行状况及特点191

第四节反渗透海水淡化技术与工程192

一、反渗透海水淡化预处理评述192

二、沧化公司淡化工程194

第五节纳滤技术用于反渗透海水淡化与苦咸水工程198

一、概述198

二、纳滤技术用于反渗透海水淡化预处理198

三、纳滤技术用于水处理国内外概况198

四、纳滤给水预处理的技术优势与影响纳滤膜脱盐效率的因素199

五、纳滤技术用于慈东自来水厂的工程200

六、纳滤技术与建议202

第六节国内外反渗透海水淡化工程实例203

一、巴塞罗那反渗透海水淡化工程203

二、浙江马迹山淡化工程203

三、浙江玉环发电站反渗透海水淡化工程204

四、大连长海海水淡化工程205

第七节核能海水淡化技术与工程207

一、概述207

二、世界核能海水淡化的发展207

三、中国核能海水淡化的应用208

四、核能海水淡化的项目所需设备和投资估算210

第八节核能海水淡化供热技术与工程211

一、核能的非发电应用211

二、城市供热与海水淡化技术的发展趋势211

三、核能是大规模供热与海水淡化的理想热源212

四、一体化壳式供热堆技术的商业目标和新进展213

第九节摩洛哥坦坦地区核能海水淡化示范工程215

一、概述215

二、核能海水淡化示范工程技术方案215

三、投资与经济分析217

四、海水淡化工程结论217

第十节太阳能和风能海水淡化技术与工程218

一、概述218

二、技术发展现状218

三、应用实例219

第十一节海水淡化工程与海洋环境220

一、浓盐水影响海洋环境、海水淡化当走盐化工路线220

二、海水淡化浓盐水排放与海域环境产生影响221

三、降低浓缩海水危害，实现资源综合利用226

第六章 海水淡化技术应用

第一节膜法海水淡化技术的应用228

一、膜法应用概况228

二、反渗透海水淡化技术的进展231

三、脱盐、浓缩在废水资源化方面的应用232

第二节超滤技术在反渗透海水淡化预处理中的应用233

一、海水淡化技术发展应用概况233

二、渗透海水淡化技术的新进展233

三、我国反渗透技术的进展234

第三节反渗透法在海水淡化方面的应用235

一、反渗透法235

二、反渗透预处理236

三、反渗透膜元件的选择238

四、反渗透装置的清洗238

五、影响反渗透运行的因素238

第四节反渗透海水淡化能量回收技术的发展及应用239

一、概述239

二、国外SWRO能量回收技术的发展239

三、国内的研究状况241

四、能量回收装置性能比较及发展趋势241

五、能量回收装置在国内的应用242

第五节海水淡化技术在火力发电厂中的应用243

一、应用概况243

二、火力发电厂有利于海水淡化的相关条件243

三、火力发电厂海水淡化的系统设计244

四、低温多效(LTMED)在电厂中的设计应用244

五、电厂反渗透海水淡化的系统设计246

六、按最低温度作为设计点的设计方案247

七、两个设计方案比较249

八、淡化水后处理251

九、投资与成本预测251

第六节浙江舟山地区海水淡化技术的应用252

一、舟山海岛地区水资源现状252

二、海水淡化技术253

三、舟山地区的海水淡化技术应用254

第七节海水淡化技术的发展与工业应用255

一、大唐王滩电厂简介256

二、王滩电厂海水淡化系统介绍256

第八节太阳能海水淡化产业链开发与生产258

一、太阳能海水淡化技术的研究与产业链发展现状258

二、太阳能海水淡化系统的重要意义与新特点259

三、HM/HD型太阳能海水淡化系统未来的竞争优势260

第九节磁流体发电技术在海水淡化等方面的应用261

一、磁流体发电技术的产生和发展261

二、淡水危机262

三、海水淡化技术的发展262

四、海水淡化的新思路263

五、磁流体发电技术的改进及应用263

第十节Vontron苦咸水膜在山西铝厂的应用264

一、概述264

二、工艺流程264

三、系统运行情况264

四、Vontron苦咸水膜结论266

第十一节玻璃钢管在海水淡化厂中的应用266

一、概述266

二、逆向渗透为解决淡水需求与严重的缺水问题的技术266

三、海水淡化设施选用材料267

第十二节国内外海水淡化方法在城市用水中的应用267

一、概述267

二、海水淡化在城市给水系统中的应用268

三、城市给水致臭物质的来源及去除方法270 2100433B

国家“十二五”规划对我国海水淡化进一步提出了发展的目标，使我国海水淡化产业化成为支撑国民经济稳定发展的现代化节能产业。

全书共分六章,内容翔实，资料丰富，实用性强，专业应用实例众多，通俗易读，具有广泛参考价值。

本书可作为海水淡化、太阳能热利用、能源工程和水处理等部门的科研、工程技术人员的参考书；可供政府相关管理部门的管理人员参考。

葛文宇说，他的海水淡化新发明，与传统工艺不同，是逆向思维的产物。

传统的海水淡化技术，经历半个世纪的发展，其中被应用较多比较成熟的淡化技术有多级闪蒸（MSF）、低温多效（LT－MED）、反渗透（SWRO）RO膜、电渗析（ED）技术等四种；前三种方法是淡化法，是从海水中取水的，第四种方法是浓缩法，是从海水中取盐的。

应用上述四种海水淡化技术，目前世界上还存在两个难以解决的问题。一是海水淡化生产成本偏高，平均每获取1吨淡化洁净水需要人民币6至10元；二是经淡化后产生的大量浓盐水（含盐浓度高达4．5%至6%）又重新被排放回海里，造成局部海域范围内海水含盐量增高，破坏了海域的生态平衡。

葛文宇说，他的海水淡化专利技术发明，可圆满地解决上述两个难题。他的发明设计思维是：整合和运用多专业已有的成熟技术，在提取加工多元素的海洋产品的前提下，兼得淡水。

传统的海水淡化发明忽略了海水是“多元素液态矿”的本来面目，海水中富含氯、钠、镁、硫、钙、钾、溴、碳、锶、硼、硅、氟、铀等物质，还有各种有机生物如海藻等。葛文宇的海水淡化发明使海水淡化过程中形成的海洋高科技产品都是市场热销产品。如某种海洋生物提取物掺配到洁净食盐中，可生产出高档次的保健营养食盐；在国外，这种食盐的市场销价达每公斤20元。

葛文宇透露，以日淡化1万吨淡水的产业规模算，每天综合生产成本不超过10万元，收益可高达100万元。什么产业能获取如此大的利润？这项技术发明可以利用饱和盐水加工各种盐化工产品，如氯化钾、氯化镁、硫酸镁、硫酸钠、碳酸钠等；整个海水淡化工艺技术新发明体现了和谐产业的特点，能够最大限度地降低成本，全方位进行能源、热量循环回收。彻底消除了污染，又获得了高额利润。先后系统的申报4项有关“海水淡化新工艺方法”的系列国家专利。有了此项发明，人类社会从此拥有了取之不尽用之不完的廉价而又稳定的淡水资源。

海水淡化设备预处理

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。

海水淡化设备杀菌灭藻

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。

海水淡化设备混凝过滤

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。

海水淡化设备化学调节

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），使进反渗透装置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。

海水淡化设备除异味

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。

海水淡化设备保安过滤

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。

海水淡化是解决我国水资源短缺的重要途径和战略选择，也是确保国家安全和可持续发展的必然要求。本书在介绍水资源、膜分离、传热、传质知识的基础上，对热法和膜分离技术的各种过程和工艺做了重点阐述，内容包括海水淡化工程水预处理技术，热法淡化技术与工程，反渗透和纳滤淡化技术与工程，电渗析淡化技术与工程，核能、太阳能和风能淡化技术与工程，集成海水淡化技术与过程优化和其他淡化技术，系统总结了这些技术近年来的创新进展。此外，还结合社会对海水淡化的饮用水生产和环境影响的关注，对海水淡化后处理、海水淡化后浓海水综合利用、海水淡化对环境的影响及评价与对策等做了详尽阐述，针对海水淡化存在的问题，指出了海水淡化技术和产业的发展方向。

该书可供海水淡化领域的研发人员、工程技术人员、环境保护技术人员、管理人员参考阅读，也可作为高等院校资源环境、化学工程等学科的教学参考书。