海水淡化技术与工程

第1章世界水资源和海水淡化

1.1水资源概况1

1.1.1世界水资源概况1

1.1.2我国水资源概况和用水紧张状况2

1.2海水的组成和性质4

1.2.1海水组成4

1.2.2海水性质7

1.2.2.1海水氯度与盐度7

1.2.2.2海水密度和1980年国际标准海水状态方程9

1.2.2.3海水恒压比热容11

1.2.2.4海水冰点11

1.2.2.5海水渗透压12

1.2.2.6海水蒸气压12

1.2.2.7海水沸点升高12

1.2.2.8海水黏度13

1.2.2.9海水绝对电导率13

1.2.2.10海水表面张力13

1.2.2.11海水中的溶解气体14

1.3海水淡化技术概述14

1.3.1海水淡化技术概况15

1.3.2海水淡化理论耗能量15

1.3.3海水淡化的简要发展历史17

1.3.4主要海水淡化方法简介18

1.3.4.1蒸馏法18

1.3.4.2反渗透法20

1.3.4.3电渗析法20

1.3.4.4冷冻法21

1.3.4.5水合物法21

1.3.4.6电容吸附法21

1.3.4.7嵌镶离子交换膜压渗析22

1.3.4.8溶剂萃取法22

1.3.4.9膜蒸馏22

1.3.4.10正渗透23

1.3.4.11海水淡化方法的集成24

1.3.5淡化技术在水资源利用中的地位和发展前景24

参考文献25

第2章海水淡化工程原水预处理技术

2.1预处理的目的与内容26

2.2淡化工程原水采集方法27

2.2.1海水水源选择的几点要求28

2.2.2海水取水位置的选择28

2.2.3海水取水构筑物28

2.2.4海水取水构筑物形式与适用条件28

2.3预处理常用药剂31

2.3.1海水预处理药剂选用原则31

2.3.2海水预处理常用药剂的分类和应用31

2.4原水混凝沉降除浊技术31

2.4.1混凝原理与过程31

2.4.1.1水中悬浮颗粒和胶体颗粒的稳定性31

2.4.1.2胶体微粒的脱稳32

2.4.1.3混凝过程32

2.4.2影响混凝效果的主要因素33

2.4.3混凝剂和助凝剂的适用条件和投加量33

2.4.4混凝剂和助凝剂的配制、投加和混合34

2.4.4.1工艺流程34

2.4.4.2配制35

2.4.4.3计量投加35

2.4.4.4混合35

2.4.5絮凝36

2.4.5.1絮凝效果G值计算37

2.4.5.2絮凝池设计要点37

2.4.5.3絮凝反应设备37

2.4.6混凝沉淀40

2.4.6.1平流沉淀池40

2.4.6.2斜管沉淀池41

2.4.7澄清42

2.5原水过滤除浊技术43

2.5.1格栅和格网44

2.5.2滤料过滤44

2.5.3.1一级滤料过滤设备44

2.5.2.2二级滤料过滤设备45

2.5.2.3微絮凝滤料过滤46

2.5.3膜法海水淡化预处理技术46

2.5.2.1微滤(MF)技术46

2.5.2.2超滤(UF)技术48

2.5.3.3纳滤(NF)技术51

2.5.3.4膜法预处理的膜污染问题52

2.5.4吸附过滤53

2.5.4.1活性炭过滤器反洗再生步骤54

2.5.4.2活性炭其他再生方法54

2.6原水灭菌杀生技术55

2.6.1D值55

2.6.2消毒剂分类55

2.6.3氯消毒剂消毒56

2.6.3.1有效氯和余氯56

2.6.3.2液氯灭菌消毒杀藻系统56

2.6.3.3次氯酸钠消毒系统57

2.6.3.4二氧化氯消毒58

2.6.4臭氧消毒59

2.6.5紫外线消毒60

2.6.6过氧乙酸消毒60

2.6.7超滤和微滤除菌60

2.7原水软化与阻垢技术60

2.7.1化学反应沉淀软化法60

2.7.2离子交换法61

2.7.3酸化法62

2.7.4加入阻垢分散剂法63

2.7.5纳滤法膜软化63

2.8原水脱气技术64

2.8.1酸化脱气——脱CO2气64

2.8.2加热脱气64

2.8.3真空脱气64

2.8.4除氧剂脱氧气65

2.8.5脱H2S气65

2.9原水除铁和锰的技术65

2.9.1混凝沉淀法65

2.9.2曝气氧化法65

2.9.3氯氧化法66

2.9.4接触氧化法66

2.9.5铁细菌除铁法66

2.10原水除余氯技术66

2.11原水除有机物、异臭和异味66

2.12原水预处理工艺流程67

2.12.1电渗析法淡化原水预处理工艺流程67

2.12.1.1地下水电渗析法淡化原水预处理工艺流程67

2.12.1.2河水电渗析预处理工艺流程67

2.12.1.3苦咸水及海水电渗析预处理工艺流程67

2.12.2反渗透法淡化原水预处理工艺流程68

2.12.2.1苦咸水反渗透预处理工艺流程68

2.12.2.2海水反渗透预处理工艺流程68

2.12.3蒸馏法淡化原水预处理工艺流程70

2.13淡化技术的原水预处理后的水质要求70

参考文献71

第3章热法海水淡化

3.1蒸馏法73

3.1.1概述73

3.1.2蒸馏过程基本原理74

3.1.2.1温度74

3.1.2.2热力学第一、 第二定律74

3.1.2.3沸腾和沸点升76

3.1.2.4传热78

3.1.2.5蒸馏过程结垢79

3.1.2.6蒸馏过程的腐蚀与侵蚀80

3.1.2.7捕沫80

3.1.3单效蒸馏80

3.1.3.1单效蒸馏80

3.1.3.2带有蒸汽喷射器的单效蒸馏88

3.1.4多效蒸馏93

3.1.4.1原理及技术特点93

3.1.4.2多效蒸馏常见进料工艺95

3.1.4.3多效蒸馏工艺设计111

3.1.4.4主要部件设计114

3.1.4.5材质的选择129

3.1.4.6系统的三维设计129

3.1.5压汽蒸馏131

3.1.5.1单效压汽蒸馏 (SEE-MVC)132

3.1.5.2压汽蒸馏装置工艺计算139

3.1.6多级闪蒸140

3.1.6.1多级闪蒸原理与流程140

3.1.6.2技术特点和发展趋势142

3.1.7蒸馏淡化装备142

3.1.7.1低温多效蒸馏海水淡化装备142

3.1.7.2压汽蒸馏海水淡化装备153

3.1.7.3多级闪蒸海水淡化装备153

3.1.8蒸馏淡化共性技术157

3.1.8.1电气、控制与仪表157

3.1.8.2装置加工制造162

3.1.8.3工程实施166

3.1.9蒸馏淡化工程典型案例169

3.1.9.1北疆发电厂10万吨/日低温多效蒸馏海水淡化工程169

3.1.9.2印度尼西亚Indramayu电厂2×4500t/d低温多效海水淡化装置171

3.1.9.3沙特阿拉伯Shoaiba电厂880000t/d多级闪蒸海水淡化装置173

3.1.10蒸馏淡化技术展望173

3.2冷冻法淡化技术175

3.2.1冷冻法淡化发展历程175

3.2.1.1早期冷冻法淡化技术175

3.2.1.2现代冷冻法淡化技术176

3.2.2冷冻法淡化原理178

3.2.2.1冷冻淡化原理178

3.2.2.2盐分排泄运动179

3.2.2.3海水浓缩率180

3.2.2.4海水中杂质的去除180

3.2.3海水冷冻淡化工艺180

3.2.3.1概述180

3.2.3.2冷能制取方式181

3.2.3.3冰晶生成183

3.2.3.4分离与净化184

3.2.3.5冰晶融化186

3.2.3.6冰融水深度脱盐187

3.2.3.7冷冻淡化水的利用187

3.2.4冷冻法淡化技术分类187

3.2.4.1自然冷冻淡化技术188

3.2.4.2人工冷冻淡化技术190

3.2.5冷冻法淡化技术优缺点分析196

3.2.5.1技术宏观分析196

3.2.5.2方法性能比较196

参考文献197 2100433B

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。

我国是人均水资源占有率低于世界水平的国家之一，淡水资源的匮乏已成为制约我们社会进步和发展的瓶颈问题。而我国的海水与苦咸水资源比较丰富，淡化并利用海水与苦咸水是解决我国淡水资源不足问题的重要途径。

本书由我国水处理技术首席专家高从堦院士领衔编写。在介绍世界水资源概况与海水、苦咸水淡化技术知识的基础上，全面介绍了各种现代海水淡化技术与工程，包括热法（如蒸馏法、冷冻法），膜法（如反渗透膜和纳滤膜、电渗析），利用核能、太阳能、风能和其他方法（电容吸附、气体水合物、嵌镶离子交换膜压渗析、溶剂萃取）等的海水淡化技术与工程，并介绍了各种水质标准和水质检测方法。本手册以介绍各种海水淡化技术与工程为主，注重实用，从大型海水淡化厂到船用、家用淡化设施，从海岛、陆地的海水淡化技术应用到救生用淡化方法，结合了一些工程实例都予以较详细的介绍，同时还兼顾了海水淡化技术的延伸、海水资源综合利用、海水淡化相关新理论的发展等内容。本书对不同规模、不同用途的海水、苦咸水淡化工程（产业）都有参考价值。

本书可供海洋、水资源及环境等学科相关专业师生、工程技术人员、管理人员参考。

第1篇水资源概况和海水、咸水淡化技术综述

第1章水资源概况1

11世界水资源概况1

12我国水资源概况和用水紧张状况2

参考文献4

第2章淡化工程原水的组成和性质5

21淡化工程原水来源与组成5

211河流水组成5

212咸水与卤水的组成6

213海水组成8

22海水性质10

221海水氯度与盐度10

222海水密度和1980年国际标准海水状态方程13

223海水恒压比热容15

224海水冰点15

225海水渗透压15

226海水蒸气压 16

227海水沸点升高16

228海水黏度17

229海水绝对电导率17

2210海水表面张力17

2211海水中的溶解气体18

参考文献18

第3章海水淡化技术概述19

31海水淡化技术概况19

32海水淡化理论耗能量20

33海水淡化的简要发展历史22

34主要海水淡化方法简介22

341蒸馏法22

342反渗透法24

343电渗析法24

344冷冻法24

345水合物法25

346电容吸附法26

347嵌镶离子交换膜压渗析26

348溶剂萃取法26

349海水淡化方法的组合26

35淡化技术在水资源利用中的地位和发展前景26

参考文献27

第4章海水淡化工程原水预处理技术综述28

41预处理的目的与内容28

42淡化工程原水采集方法28

43预处理常用药剂29

44原水混凝沉降除浊技术29

441混凝剂适用原水最大含砂量29

442影响混凝剂混凝效果的因素30

443混凝剂投加方式与设备30

444淡化工程原水除浊沉降30

45原水灭菌杀生技术31

451D值31

452消毒剂分类 31

453氯消毒剂消毒32

454臭氧消毒35

455紫外线消毒36

456过氧乙酸消毒36

457超滤和微滤除菌36

46原水过滤除浊技术36

461机械过滤法36

462混凝过滤39

463吸附过滤39

464微孔膜过滤法40

465超滤法42

47原水软化与阻垢技术42

471化学反应沉淀软化法42

472离子交换法44

473酸化法45

474加入阻垢分散剂法45

475纳滤法膜软化46

48原水脱气技术47

481酸化脱气——脱CO2气47

482加热脱气47

483真空式除气47

484除氧剂脱氧气47

485脱H2S气48

49原水除铁和锰的技术48

491混凝沉淀法48

492离子交换法48

493曝气氧化法48

494氯氧化法48

495接触氧化法48

496铁细菌除铁法49

410原水除余氯技术49

411原水除有机物、异臭和异味49

412原水预处理工艺流程 49

4121电渗析法淡化原水预处理工艺流程50

4122反渗透法淡化原水预处理工艺流程51

4123蒸馏法淡化原水预处理工艺流程52

413淡化技术的原水预处理后的水质要求53

参考文献54

第2篇热法海水淡化技术与工程

第5章蒸馏法海水淡化技术与工程55

51多级闪蒸55

511多级闪蒸原理概述55

512多级闪蒸工艺过程设计56

513多级闪蒸装置及运行74

514多级闪蒸工程实例84

52多效蒸馏91

521多效蒸馏概述91

522多效蒸馏的分类91

523低温多效蒸馏海水淡化的原理92

524塔式多效蒸馏93

525低温多效蒸馏海水淡化技术的应用范围95

526多效蒸馏海水淡化装置的工艺设计96

527多效蒸馏海水淡化装置的工程实例100

528和太阳能结合的多效蒸馏海水淡化技术103

529低温多效海水淡化技术的优点及发展趋势105

53压汽蒸馏106

531压汽蒸馏概述106

532压汽蒸馏的工艺设计110

533压汽蒸馏海水淡化装置的基本组成和模式114

534压汽蒸馏海水淡化工程实例114

535压汽蒸馏海水淡化技术的发展趋势121

参考文献121

第6章冷冻法海水淡化技术与工程123

61冷冻法海水淡化原理123

611冷冻法淡化原理简介123

612冷冻法淡化技术分类124

613冷冻法海水浓缩率124

614冷冻法淡化的优缺点125

62冷冻法淡化流程125

621间接冷冻法125

622蒸汽压缩式真空冷冻法126

623蒸汽吸收式真空冷冻法126

624丁烷冷冻法127

63冰晶的生成与洗涤128

631冰晶的生成128

632冰晶的洗涤129

参考文献130

第3篇膜法海水淡化技术与工程

第7章反渗透和纳滤海水淡化技术与工程131

71绪言131

711发展概况131

712渗透和反渗透131

713反渗透和纳滤膜及组器件132

714反渗透过程的特点和应用132

715纳滤过程的特点和应用133

72反渗透和纳滤的分离机理133

721反渗透的分离机理133

722纳滤的分离机理135

73反渗透膜和纳滤膜137

731膜材料137

732膜的分类139

733非对称膜的制备和成膜机理140

734复合膜的制备和成膜机理141

735不同构型的膜的制备142

736反渗透膜和纳滤膜结构和性能表征144

74反渗透膜和纳滤膜组器件技术148

741膜组器件的构型及特征比较148

742板式构型148

743管式构型149

744卷式构型150

745中空纤维式150

75反渗透和纳滤海水淡化工艺过程设计157

751系统设计要求157

752浓差极化159

753过程基本方程式161

754工艺流程及其特征方程165

755装置的组件配置和性能169

756基本设计内容和过程171

76反渗透和纳滤系统的淡化工程设计和运行173

761预处理系统173

762反渗透和纳滤装置197

763辅助设备和主要零部件200

764设备的操作与维修207

765清洗、再生、消毒和存放技术210

766计算机监控215

77反渗透和纳滤在海水和苦咸水淡化中的应用示例219

771反渗透海水淡化219

772反渗透苦咸水淡化227

773纳滤海水和苦咸水淡化230

774反渗透和纳滤的其他应用示例 234

78反渗透和纳滤过程的经济性244

781成本考虑的基础244

782直接投资成本245

783间接投资成本246

784操作成本246

785投资回收成本248

786评价成本的方法248

787敏感性分析249

788小规模和特种系统251

789国内外RO代表性成本示例252

79展望253

参考文献254

第8章电渗析海水淡化技术与工程258

81电渗析法概述258

82基础理论259

821电渗析原理259

822电渗析能耗260

823Donnan平衡理论262

83离子交换膜264

831离子交换膜分类264

832离子交换膜的制备264

833离子交换膜的性能267

834商品化离子交换膜269

84电渗析器271

841电渗析器的主要部件271

842电渗析器的组装273

843国产电渗析器的规格和性能274

85极化和极限电流密度275

851极化现象275

852极限电流密度及极限电流系数276

853影响极限电流的因素279

854极限电流密度经验式281

855极限电流测定方法282

86电渗析淡化工艺过程设计283

861基础计算式283

862四种脱盐流程284

863流程设计计算285

87电渗析淡化工程设计286

871工程参数（水量）计算286

872进水水质要求289

873预处理系统290

874场地布置291

88电渗析系统和运行293

881操作参数的选取与调整293

882控制沉淀物生成294

883EDR运行方式295

89应用实例297

891沙漠苦咸水淡化车297

892海水淡化装置298

893海水浓缩制盐302

810电渗析淡化的经济性304

8101产水成本304

8102经济操作电流密度305

8103几种淡化过程的比较306

符号说明306

参考文献307

第4篇核能海水淡化技术与工程

第9章核能海水淡化概述308

91核能海水淡化涉及的三种技术309

92具体工艺的选择309

93核能海水淡化的方式309

94核能海水淡化的安全考虑310

95核能海水淡化的技术、安全、经济和组织310

951电与水比例的周密考虑310

952选择核能淡化的决定因素——经济竞争力311

96启动核能海水淡化产业必须考虑的相关问题312

97国际原子能机构成员国引进核能海水淡化的步骤312

971明确相关政策条款312

972策划核能和水供应发展的长期规划及相应的财政经济计划313

973选择厂址313

974可行性研究313

975建设工厂314

976工程管理315

977设施运行315

参考文献316

第10章核能海水淡化技术与工程317

101海水淡化用反应堆317

1011当代的重要能源——核能317

1012核能及其机理317

1013核反应堆318

1014核电站320

1015核安全321

1016海水淡化用反应堆326

102国际原子能机构的软件包DEEP(脱盐经济评价程序)331

1021DEEP软件包的产生及其目的331

1022DEEP软件包涉及的技术范围332

1023DEEP软件包考虑的工艺流程333

1024DEEP软件包使用上需要注意的事项345

103核能海水淡化的选择346

1031能源选择346

1032核能用途的主次问题的选择347

1033热电淡化方法的选择347

1034对产品水质要求的影响348

1035所在地区对核能淡化的影响348

1036电水需求比348

1037经济性349

1038核能海水淡化的工艺选择349

1039安全可靠性350

10310厂址的选择 350

104核能海水淡化工程设计350

1041海水淡化装置和核电站连接351

1042海水淡化装置和供热用核反应堆连接352

1043海水淡化装置和热电联产的核反应堆连接354

1044核反应堆与海水淡化装置连接的设计要求356

1045输送蒸汽方法：背压式和抽取式357

1046其他需要考虑的问题358

1047船用核能海水淡化厂359

1048海水淡化的石油燃料和核能能源的比较360

105核能海水淡化工程实例361

1051哈萨克斯坦核能海水淡化361

1052日本的核能海水淡化361

1053和核能海水淡化相似的核能用途 364

106核能海水淡化的经济性365

1061核能海水淡化的经济指标365

1062产品水的成本及其组成366

1063成本估算的方法372

1064成本估算的可靠性374

1065与化石燃料海水淡化厂的经济比较375

1066水的成本和价格375

1067融资376

参考文献376

第5篇其他海水淡化技术与工程应用

第11章太阳能和风能海水淡化技术377

111太阳能海水淡化377

1111太阳能采集系统377

1112直接法太阳能海水淡化378

1113间接法太阳能海水淡化379

1114盐度梯度太阳池脱盐382

112风能海水淡化385

参考文献385

第12章其他制取淡水技术387

121电容吸附法脱盐387

1211脱盐原理387

1212脱盐特性388

1213应用领域389

1214存在问题及展望390

122气体水合物法390

1221水合物法的基本原理390

1222水合物的结构390

1223水合物生成条件392

1224水合物的性质396

1225水合物法海水淡化398

123嵌镶离子交换膜压渗析401

1231嵌镶膜脱盐的基本原理401

1232嵌镶膜的制造方法402

1233压渗析淡化试验403

124冰山取水403

1241开发冰山利用的出发点403

1242冰山的探测404

1243冰山的运输和保护404

1244冰山淡化厂404

1245经济性405

125应急救生离子交换药剂406

126溶剂萃取淡化406

1261溶剂萃取法的基本原理406

1262萃取剂的选择407

1263混合萃取剂408

1264原水含盐量对萃取性能的影响408

1265萃取剂的回收408

1266盐析剂409

1267溶剂萃取法海水淡化过程409

1268溶剂萃取法的优缺点411

127海水淡化方法的组合412

1271方法本身的组合与方法之间的组合412

1272发电淡化组合414

1273海水淡化与综合利用416

符号说明422

参考文献422

第6篇海水淡化产水的后处理和海水综合利用

第13章海水淡化产水的后处理424

131海水淡化工程产水脱气处理424

1311酸化脱气——脱CO2气424

1312加热脱气424

1313真空式除气424

1314除氧剂脱氧气425

1315膜法真空脱氧 425

1316脱H2S气425

132pH调整425

133消毒和杀菌425

参考文献425

第14章海水淡化后浓缩水的综合利用和后处理426

141海水淡化后浓缩水综合利用的研究进展426

142海水淡化后浓缩水提钾426

1421化学沉淀法427

1422有机溶剂法427

1423无机离子交换剂法427

143海水淡化后浓缩水提溴427

1431水蒸气蒸馏法428

1432空气吹出法428

144海水淡化后浓缩水制盐429

1441离子交换膜电渗析浓缩海水制盐工艺流程429

1442蒸发法制盐431

145海水淡化后浓缩水的后处理431

参考文献431

第7篇各种水质标准和水质检测方法

第15章水质指标和标准433

151淡化工程原水水质指标与分类433

1511淡化工程原水水质指标433

1512淡化工程原水分类433

152各类用水水质标准434

1521生活饮用水水质标准435

1522农用灌溉水水质标准435

1523地面水环境质量标准435

1524人工游泳池水质标准436

1525工业用水水质标准436

1526医药注射用水水质标准437

参考文献437

第16章海水、卤水的水质分析438

161海水、卤水中阳离子分析438

1611钾的测定438

1612钠的测定441

1613钙的测定444

1614镁的测定446

1615锰的测定448

1616铁的测定450

162海水、卤水中阴离子分析452

1621活性硅酸盐的测定452

1622亚硝酸盐、硝酸盐的测定455

1623硫酸盐的测定458

1624氯化物的测定461

1625碳酸盐和碳酸氢盐的测定464

163水质其他有关理化参数分析465

1631游离二氧化碳的测定465

1632pH的测定466

1633电导率测定468

1634氯度与盐度测定469

1635化学耗氧量（COD）的测定470

1636总溶解固体的测定471 2100433B

海水淡化技术国家地方联合工程实验室依托国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所，围绕国家水资源发展战略需求，通过持续的核心技术攻关、关键设备研发以及产学研联合等途径，提升我国海水淡化整体科技实力，促进产业发展。 2100433B