Penyahgaraman ialah penghasilan air tawar melalui penyahgaraman air laut. Ia adalah teknologi tambahan sumber terbuka untuk merealisasikan penggunaan sumber air. Ia boleh meningkatkan jumlah air tawar, dan tidak terjejas oleh masa, ruang dan iklim. Ia boleh memastikan bekalan air yang stabil untuk air minuman untuk penduduk pantai dan penambahan air untuk dandang industri.
Proses mendapatkan air tawar daripada air laut dipanggil penyahgaraman. Kaedah penyahgaraman yang digunakan termasuk pembekuan air laut, elektrodialisis, penyulingan, osmosis terbalik, dan pertukaran ion ammonium karbonat. Aplikasi membran osmosis songsang dan penyulingan adalah arus perdana dalam pasaran.
Lebih daripada 100 institusi penyelidikan saintifik di lebih daripada sedozen negara di dunia sedang menjalankan penyelidikan mengenai penyahgaraman, dan terdapat beratus-ratus kemudahan penyahgaraman dengan struktur dan kapasiti yang berbeza beroperasi. Loji penyahgaraman berskala besar moden boleh menghasilkan beribu-ribu, berpuluh-puluh ribu atau bahkan hampir satu juta tan air tawar setiap hari. Kos air sentiasa berkurangan, dan sesetengah negara telah menurunkannya kepada harga yang serupa dengan air paip. Jumlah air penyahgaraman di beberapa kawasan telah mencapai skala bekalan air negara dan bandar.
Kaedah biasa
Terdapat lebih daripada 20 teknologi penyahgaraman air laut di dunia, termasuk osmosis terbalik, pelbagai kesan rendah, penyejatan kilat berbilang peringkat, elektrodialisis, penyulingan wap, penyejatan titik embun, penjanaan kuasa hidro, penjanaan membran terma dan teknologi penyahgaraman air laut menggunakan tenaga nuklear , tenaga suria, tenaga angin, tenaga pasang surut, dsb., serta pelbagai proses pra-rawatan dan selepas rawatan seperti penapisan mikro, ultraturasan dan penapisan nano.
Dari sudut pandangan klasifikasi yang luas, ia terbahagi kepada dua kategori: penyulingan (kaedah terma) dan kaedah membran. Antaranya, penyulingan berbilang kesan rendah, penyejatan kilat berbilang peringkat dan kaedah membran osmosis songsang adalah teknologi arus perdana di dunia. Secara umumnya, kesan berbilang rendah mempunyai kelebihan penjimatan tenaga, keperluan prarawatan air laut yang rendah, dan kualiti air penyahgaraman yang tinggi; kaedah membran osmosis songsang mempunyai kelebihan pelaburan yang rendah dan penggunaan tenaga yang rendah, tetapi keperluan prarawatan air laut yang tinggi; kaedah penyejatan kilat berbilang peringkat mempunyai kelebihan teknologi matang, operasi yang boleh dipercayai, dan output peranti yang besar, tetapi penggunaan tenaga yang tinggi. Secara amnya dipercayai bahawa penyulingan berbilang kesan rendah dan kaedah membran osmosis songsang adalah arah masa hadapan. Dianggarkan dalam tempoh Rancangan Lima Tahun Ke-12, penyahgaraman air laut negara saya akan mencapai 1.5 juta hingga 2 juta tan sehari, iaitu tiga atau empat kali ganda kapasiti pengeluaran semasa, dan skala pelaburan akan mencapai kira-kira 20 bilion yuan.
Prinsip kaedah penyahgaraman air laut beku: Titik tiga air laut ialah titik khas di mana tiga fasa wap air laut, cecair dan pepejal wujud bersama dan mencapai keseimbangan. Jika tekanan atau suhu menyimpang dari titik tiga, baki dimusnahkan, dan tiga fasa secara automatik akan cenderung kepada satu atau dua fasa. Kaedah pembekuan vakum penyahgaraman air laut ialah kaedah penyahgaraman kos rendah yang menggunakan prinsip titik tiga air laut, menggunakan air itu sendiri sebagai penyejuk, menjadikan air laut menyejat dan membeku pada masa yang sama, dan kemudian memisahkan dan mencuci kristal ais untuk mendapatkan penyahgaraman. air. Berbanding dengan penyulingan dan penyahgaraman membran, penyahgaraman air laut beku mempunyai penggunaan tenaga yang rendah, kakisan dan penskalaan ringan, prarawatan mudah, pelaburan peralatan kecil, dan boleh mengendalikan air laut dengan kandungan garam yang tinggi. Ia adalah kaedah penyahgaraman air laut yang ideal.
Kaedah pembekuan
Kaedah pembekuan, iaitu membekukan air laut untuk membekukannya, dan garam diasingkan manakala air laut cair menjadi ais pepejal. Kedua-dua kaedah pembekuan dan kaedah penyulingan mempunyai kelemahan yang sukar diatasi. Kaedah penyulingan menggunakan banyak tenaga dan menghasilkan banyak skala dalam instrumen, tetapi air tawar yang diperoleh tidak banyak; kaedah pembekuan juga menggunakan banyak tenaga, tetapi air tawar yang diperolehi rasanya tidak enak dan sukar untuk digunakan.
Prapenyejukan proses penyahgaraman air laut beku Selepas penyahgasan, air laut boleh bertukar-tukar haba dengan air garam pekat dan air penyahgaraman yang dilepaskan daripada penghabluran sejatan, dan prasejuk hampir kepada takat beku air laut. Penyahgasan proses penyahgaraman air laut beku Kerana gas tidak boleh terkondensasi yang terlarut dalam air laut akan hampir dibebaskan sepenuhnya dalam keadaan tekanan rendah, dan tidak akan terpeluwap dalam pemeluwap. Ini akan meningkatkan tekanan sistem, menjadikan tekanan dalam penghabluran penyejatan lebih tinggi daripada tekanan titik dua fasa, memusnahkan operasi. Jelas sekali, kaedah penyahmampatan penyahgas sesuai untuk sistem ini.
Kaedah penyulingan
Penyahgaraman adalah faktor utama yang mempengaruhi sejatan dan kadar pembekuan air laut.
Air ais-garam dalam proses penyahgaraman air laut adalah sistem pepejal-cecair. Kaedah pengasingan biasa boleh memisahkan air ais-garam, tetapi kaedah pengasingan yang berbeza akan menghasilkan kandungan garam yang berbeza dalam hablur ais yang diperolehi. Keputusan eksperimen menunjukkan bahawa kandungan garam hablur ais yang diperolehi melalui kaedah penapisan vakum adalah jauh lebih rendah berbanding hablur ais yang diperolehi dengan kaedah penapisan tekanan biasa.
Pemeluwapan wap dalam proses penyahgaraman Dalam penghabluran sejatan, sebagai tambahan kepada pemendakan hablur ais daripada air laut, sejumlah besar wap juga akan dihasilkan. Wap ini mesti dikeluarkan tepat pada masanya untuk membolehkan air laut menyejat dan membeku secara berterusan.
Osmosis terbalik
Lazimnya dikenali sebagai ultrafiltrasi, ia adalah kaedah penyahgaraman pemisahan membran yang hanya diguna pakai pada tahun 1953. Kaedah ini menggunakan membran separa telap yang hanya membenarkan pelarut melalui tetapi bukan bahan larut melalui untuk memisahkan air laut daripada air tawar. Dalam keadaan biasa, air tawar meresap melalui membran separa telap ke bahagian air laut, dengan itu secara beransur-ansur menaikkan paras cecair di bahagian air laut sehingga ia berhenti pada ketinggian tertentu. Proses ini dipanggil osmosis. Pada masa ini, tekanan statik lajur air di bahagian air laut dipanggil tekanan osmotik.
Jika tekanan luaran yang lebih besar daripada tekanan osmotik air laut dikenakan pada bahagian air laut, air tulen dalam air laut akan membalikkan osmosis ke dalam air tawar. Kelebihan terbesar osmosis terbalik ialah penjimatan tenaga. Penggunaan tenaganya hanya 1/2 daripada elektrodialisis dan 1/40 daripada penyulingan. Oleh itu, sejak 1974, negara maju seperti Amerika Syarikat dan Jepun telah berturut-turut mengalihkan fokus pembangunan mereka kepada reverse osmosis.
Teknologi penyahgaraman air laut osmosis songsang telah berkembang pesat, dan kos projek serta kos operasi terus berkurangan. Trend pembangunan utama adalah untuk mengurangkan tekanan operasi membran osmosis songsang, meningkatkan kadar pemulihan sistem osmosis songsang, teknologi prarawatan yang murah dan cekap, dan meningkatkan keupayaan anti-pencemaran sistem.
Kaedah tenaga suria
Manusia menggunakan tenaga suria untuk menyahsinasi air laut pada zaman awal, terutamanya menggunakan tenaga suria untuk penyulingan, jadi peranti penyahgaraman suria awal secara amnya dipanggil penyuling suria. Contoh sistem penyulingan suria pasif ialah penyuling suria cakera, yang telah digunakan selama hampir 150 tahun. Oleh kerana strukturnya yang ringkas dan pemerolehan bahan yang mudah, ia masih digunakan secara meluas.
Penyelidikan mengenai penyuling suria cakera terutamanya tertumpu pada pemilihan bahan, penambahbaikan pelbagai sifat terma, dan penggunaannya bersama-sama dengan pelbagai pengumpul suria. Berbanding dengan sumber kuasa tradisional dan sumber haba, tenaga suria mempunyai kelebihan keselamatan dan perlindungan alam sekitar. Menggabungkan pengumpulan tenaga suria dengan proses penyahgaraman ialah teknologi penyahgaraman yang mampan.
Teknologi penyahgaraman suria secara beransur-ansur menarik perhatian orang ramai kerana kelebihannya iaitu tidak menggunakan tenaga konvensional, tiada pencemaran, dan ketulenan tinggi air tawar. Kaedah penyulingan suria menggunakan penyuling suria ringkas. Penyuling terdiri daripada tangki air dengan lubang terapung teras teras berliang hitam di dalam tangki air. Bahagian atas tangki ditutup dengan penutup kaca yang telus dan bertutup tepi. Cahaya matahari melalui penutup lutsinar dan dipancarkan ke bahagian bawah tangki berpenebat hitam, di mana ia ditukar kepada tenaga haba. Oleh itu, suhu permukaan air dalam teras plastik sentiasa lebih tinggi daripada suhu di bahagian bawah lapisan penutup lutsinar. Air menyejat dari teras terasa, dan wap meresap ke lapisan penutup untuk menyejukkan menjadi cecair dan dilepaskan ke dalam tangki penyulingan legap.
Penyulingan suhu rendah
Teknologi penyahgaraman air laut berbilang kesan suhu rendah merujuk kepada teknologi penyahgaraman penyulingan dengan suhu penyejatan tertinggi air garam di bawah 70 darjah . Ciri-cirinya ialah satu siri penyejat filem jatuh semburan tiub mendatar disambungkan secara bersiri, sejumlah stim dimasukkan ke dalam kesan pertama, dan suhu penyejatan kesan seterusnya adalah lebih rendah daripada kesan sebelumnya. Kemudian, melalui pelbagai penyejatan dan pemeluwapan, proses penyahgaraman air suling dengan berbilang kali ganda jumlah wap diperolehi.
Penyejatan berbilang kesan adalah untuk menyejat air laut yang dipanaskan dalam berbilang penyejat secara bersiri, dan wap yang disejat dari penyejat sebelumnya digunakan sebagai sumber haba penyejat seterusnya dan dipeluwap menjadi air tawar. Antaranya, penyulingan pelbagai kesan suhu rendah adalah salah satu kaedah yang paling menjimatkan tenaga dalam penyulingan. Disebabkan oleh faktor penjimatan tenaga, teknologi penyulingan pelbagai kesan suhu rendah telah berkembang dengan pesat, skala peranti telah berkembang, dan kos telah berkurangan. Trend pembangunan utama adalah untuk meningkatkan suhu kesan pertama dan kapasiti membuat air peranti; gunakan bahan murah untuk mengurangkan kos kejuruteraan, meningkatkan suhu operasi, dan meningkatkan kecekapan pemindahan haba. Peralatan penyahgaraman air laut penyulingan pelbagai kesan suhu rendah terdiri daripada sistem bekalan wap, sistem pengagihan air, penyejat, tangki air tawar dan tangki air pekat, di mana salur masuk wap mentah sistem bekalan stim diletakkan pada perantaraan. penyejat kesan. Kaedah kerja adalah seperti berikut: (1) sistem pengagihan air menyembur air laut; (2) wap mentah dimasukkan ke dalam tiub penyejatan penyejat kesan perantaraan; (3) wap terpeluwap dalam tiub penyejatan dan memindahkan haba, dan bahagian luar tiub penyejatan menyerap haba untuk menghasilkan penyejatan; (4) wap baru diangkut ke tiub penyejatan pada kedua-dua belahnya. Bahagian luar tiub menyerap haba dan menghasilkan penyejatan; (6) setiap penyejat kesan mengulangi proses penyejatan dan pemeluwapan; (7) air suling memasuki tangki air tawar; (8) air garam pekat memasuki tangki air pekat.
Penyejatan kilat berbilang peringkat
Penyejatan kilat merujuk kepada fenomena bahawa sebahagian daripada air laut pada suhu tertentu menyejat dengan cepat di bawah keadaan penurunan tekanan secara tiba-tiba. Penyejatan kilat berbilang peringkat Penyahgaraman air laut adalah untuk menyejat air laut yang dipanaskan dalam berbilang ruang kilat dengan tekanan yang berkurangan secara beransur-ansur, dan memewap wap untuk mendapatkan air tawar. Peranti penyahgaraman air laut global masih mempunyai keluaran terbesar dan teknologi paling matang, keselamatan operasi yang tinggi dan fleksibiliti dengan kaedah penyejatan kilat berbilang peringkat. Ia terutamanya dibina bersama dengan loji kuasa haba dan sesuai untuk peranti penyahgaraman yang besar dan sangat besar. Ia digunakan terutamanya di negara-negara Teluk. Teknologi penyejatan kilat berbilang peringkat adalah matang dan boleh dipercayai dalam operasi. Trend pembangunan utama adalah untuk meningkatkan kapasiti pengeluaran air bagi satu unit peranti, mengurangkan penggunaan kuasa unit, dan meningkatkan kecekapan pemindahan haba.
Kaedah elektrodialisis
Kunci teknikal kaedah ini ialah pembangunan membran pertukaran ion baharu. Membran penukar ion ialah membran berfungsi dengan ketebalan {{0}}.5-1.0mm, yang dibahagikan kepada membran pertukaran ion positif (membran kation) dan membran pertukaran ion negatif (membran anion) mengikut kebolehtelapan terpilihnya. Elektrodialisis adalah untuk menyusun secara bergilir-gilir membran kation telap selektif dan membran anion untuk membentuk berbilang petak bebas di mana air laut dinyahgalin, manakala petak bersebelahan adalah pekat, dan air tawar dan air pekat diasingkan. Elektrodialisis bukan sahaja boleh menyahsinasi air laut, tetapi juga digunakan sebagai cara rawatan kualiti air untuk menyumbang kepada penggunaan semula kumbahan. Di samping itu, kaedah ini juga semakin digunakan dalam kepekatan, pengasingan dan penulenan kimia, farmaseutikal, makanan dan industri lain.
Penyulingan wap
Kaedah penyulingan ialah kaedah memanaskan air laut hingga mendidih dan mengewapkannya, dan kemudian memewapkan wap menjadi air tawar. Kaedah penyulingan teknologi penyahgaraman air laut adalah teknologi penyahgaraman terawal yang dimasukkan ke dalam aplikasi industri. Ia dicirikan sebagai terpakai walaupun dalam persekitaran air laut yang sangat tercemar dan aktif secara biologi, dan air yang dihasilkan mempunyai ketulenan yang tinggi. Berbanding dengan teknologi penyahgaraman air laut membran, kaedah penyulingan mempunyai kelebihan kerana dapat menggunakan haba gred rendah daripada loji janakuasa dan kilang lain, mempunyai keperluan rendah untuk kualiti air laut mentah, dan mempunyai kapasiti pengeluaran peranti yang besar. Ia adalah salah satu teknologi arus perdana untuk penyahgaraman air laut pada masa ini.
Penyejatan titik embun
Teknologi penyahgaraman sejatan titik embun ialah kaedah baharu untuk penyahgaraman air payau dan air laut. Ia berdasarkan prinsip pelembapan dan penyahlembapan gas pembawa, sambil memulihkan haba pemeluwapan dan penyahlembapan, dan kecekapan pemindahan haba dikawal oleh pemindahan haba pada bahagian gas bercampur. Teknologi penyahgaraman sejatan titik embun menggunakan udara sebagai pembawa, dan menghasilkan air tawar dengan melembapkan dan menyahlembapkannya dengan air laut atau air payau, dan menggabungkan proses penyahlembapan dengan proses pelembapan melalui pemindahan haba, supaya haba pendam pemeluwapan dipindahkan secara langsung ke ruang penyejatan, menyediakan haba terpendam pengewapan untuk penyejatan air garam, untuk meningkatkan kecekapan haba proses. Dua peralatan penyahgaraman sejatan titik embun pelembapan/penyahlembapan dengan kawasan pemindahan haba berkesan 9.6 m2 dan 2.75 m2 telah diwujudkan. Peralatan eksperimen yang sepadan dan sistem pemerolehan data komputer telah diwujudkan. Proses asas dan eksperimen korelasi parameter penyahgaraman takat embun dan eksperimen penyahgaraman pemindahan haba/pemindahan jisim yang dipertingkat telah berjaya diselesaikan.
Pembekuan vakum
Proses penyahgaraman air laut pembekuan vakum termasuk penyahgasan, prapenyejukan, penghabluran sejatan, pencucian kristal ais, pemeluwapan wap dan langkah-langkah lain. Produk air laut penyahgaraman boleh memenuhi piawaian air minuman kebangsaan dan merupakan kaedah penyahgaraman air laut yang ideal.
Kaedah penjerapan baharu-Penjerapan osmotik tidak bertekanan
Penyahgaraman osmotik penjerapan tidak bertekanan, atau "osmosis hadapan", membenarkan air melalui membran berliang ke dalam larutan atau pepejal dengan penyerap super. Kepekatan garam lebih tinggi daripada air laut, tetapi garam khas dalam larutan mudah tersejat. Ia dibahagikan kepada arah garam pepejal dan garam cecair. Desorpsi garam pepejal menggunakan lebih sedikit tenaga.
Dua kaedah lain mempunyai inovasi dan penambahbaikan dalam struktur filem:
Filem karbon nanotube ialah filem dengan lubang kecil yang diperbuat daripada tiub nano karbon, dan satu lagi filem untuk resapan.
Membran protein adalah filem dengan liang yang diperbuat daripada protein yang membimbing molekul air melalui membran sel sel hidup.