博思数据： 反渗透膜市场前景广阔 是海水淡化技术未来发展主流

一、 海水淡化技术概况
    主要淡化技术：低温多效、多级闪蒸、反渗透
    海水淡化的方法有几十种，根据原理可以归纳为蒸馏法、膜法、电渗析法和冷冻法四类。每类方法中根据设备型式或流程的差异又可细分为不同方法。目前工业上应用最多的是低温多效（MSE）、多级闪蒸（MSF）和反渗透（RO）三种淡化工艺。
海水淡化方法分类
 
数据来源：博思数据中心整理
1、多级闪蒸（MSF）在中东地区占据主导地位
    所谓闪蒸是指将热海水进入压力小于自身饱和蒸汽压的蒸发室，部分海水迅速沸腾蒸发，蒸汽在热交换管外冷凝形成淡水，其余海水温度下降至其饱和蒸汽压基本平衡的过程。多级闪蒸就是将多个温度、压力逐级降低的闪蒸室串联，使热海水每进入一级闪蒸室就闪蒸一次。
    多级闪蒸由热回收段和排热段组成，热回收段又称热交换段，由若干闪蒸室组成。经过预澄清和液氯处理的海水，首先送入排热段作为冷却水，之后大部分冷却海水排回海中，一部分则作为补给海水与闪蒸室末级部分热咸水混合加热后，进入热回收段完成闪蒸。
多级闪蒸示意图
 
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    多级闪蒸是20 世纪60 年代初在中东开始实现大规模工业化生产的，其优势在于：
    （1）对进水水质要求较低，通过简单预处理即可；（2）加热过程与蒸发过程分开进行，海水结垢倾向小；（3）技术成熟，是最早开始大规模生产的海水淡化技术，技术成熟度高、安全性好；（4）适合大型和超大型的海水淡化，目前国际上日产6 万吨淡水的单机已投入商业运行，日产16 万吨淡水的装置正在设计中；（5）生成的淡化水纯度极高，盐度小于5mg/L，可以作为锅炉的补充用用水、生产过程的工艺用水以及大规模的市政用水。
    其劣势在于：（1）投资额高，其投资额通常比反渗透高50%~100%；（2）设备操作弹性小，是设计值的80%~110%，不适应要求产水量可变的场合（3）能源消耗大， 多级闪蒸每吨水通常需要消耗蒸汽0.083-0.15 吨，消耗电能2.5~4 kwh，能源占淡水成本的比例超过50%，因此多级闪蒸通常与电厂、化工厂等进行联合生产，利用电厂等产生低品位蒸汽，降低淡水成本。
    全世界几乎所有的多级闪蒸都集中在海湾国家。海湾六国多采用多级闪蒸技术，反渗透只占次要位置，多效蒸馏则很少采用。中东国家之所以对多级闪蒸如此热衷，主要有以下几方面的原因：第一是多级闪蒸便于大规模或者超大规模的建设，而中东地区基本都属于严重缺水国家，对大规模的海水淡化工程有强烈的需求；第二是他们的石油资源特别丰富，并且不是直接烧石油淡化，而是利用丰富廉价的油田气发电，建立水电联产系统，抽汽轮机乏汽供给多级闪蒸淡化装置，因而能源费用很低；第三是海湾海水存在三高现象：高温（夏天高达40℃）、高咸度（总含盐量高达4 万mg/L）和高污染，如果采用反渗透方法则海水前处理成本过高。
2.低温多效蒸馏法（MED）灵活性突出
    低温多效海水淡化技术是指海水的最高蒸发温度不超过70℃的海水淡化技术，通过将一系列水平管喷淋降膜蒸发器串联，蒸汽进入第一蒸发器，与进料海水热交换后冷凝成淡化水；海水蒸发的蒸汽进入第二蒸发器，并使几乎同量的海水以比第一蒸发器更低的温度蒸发，蒸汽自身又被冷凝，这一过程不断重复，连续产出淡化水。低温多效设备主要由蒸发器和冷凝器两部分组成。海水首先进入冷凝器中预热、脱气，部分海水作为冷却水排回大海，部分则作为蒸馏过程的进料，料液经喷嘴均匀分布到蒸发器的顶排管上，在向下流动过程中与蒸发管内的蒸汽进行热交换。蒸发管内的蒸汽冷凝在管内冷凝形成淡水，蒸发管外的冷水部分吸收热量蒸发形成二次蒸汽，余液由泵输送到蒸发器的下一个效组中，热交换形成的二次蒸汽经过气液分离器进入下一效的蒸发管中冷凝形成淡水。
低温多效工艺图
 
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    自20 世纪80 年代以来，低温多效海水淡化技术得到了长足的发展。低温多效与多级闪蒸同属于蒸馏法，因此都具有对水质要求低、生成淡水纯度高等优势，同样也需要消耗大量蒸汽，通常与电厂、化工厂联产。此外，低温多效的优势还包括：（1）系统动力消耗小、更为节能，其用电量只有多级闪蒸的1/2 左右；（2）由于操作温度控制在70℃以下，减缓甚至避免了设备的腐蚀和结垢；（3）投资额较低，低温多效技术的投资额介于多级闪蒸和反渗透法之间；（4）一般建设规模比较小，通常在日产1 万吨以下，建设较为灵活。但由于低温多效设定的蒸发温度不能超过70℃，而低温时蒸汽的比容较大，因此低温多效的缺点在于设备的体积较大。
3.反渗透膜法（RO）是未来发展的主流
    反渗透膜法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，通过对海水一侧施加一个大于海水渗透压的外压，使海水中的纯水将反渗透到淡水中。
    博思数据发布的《2013-2018年中国反渗透膜市场监测及投资前景研究报告》表明:反渗透法技术是20 世纪60 年代初发展起来的以压力为驱动力的膜分离技术。经过严格的预处理后的常温海水通过高压泵形成高压海水，高压海水通过膜组件进行反渗透过程，一部分海水形成淡水，另一部分海水则通过能量回收装置继续参与到反渗透过程。在典型的反渗透过程中，需要三个核心组件：高压泵、反渗透膜以及能量回收装置。
反渗透膜法示意图
 
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    反渗透法的优势包括：（1）反渗透过程不需要蒸汽、无相变，常温进行更为节能；（2）建设规模较为灵活，反渗透法对建设规模没有特别要求，大中小规模都能适应；（3）投资低，反渗透法对设备的强度要求较低，因此对应的投资额较低。但是反渗透法也具有一些劣势：（1）反渗透膜对进水水质的要求比较严格，在淡化之前必须对原水做严格的预处理，通常采用微滤超滤等过滤方法；（2）反渗透膜长期使用后，容易结垢堵塞，需要定期清洁消毒，而且通常反渗透膜的寿命只有3~5 年，海水淡化项目运行期间需要多次更换膜组件，这增加了反渗透法的运行成本；（3）反渗透法生成的水质较低温多效、多级闪蒸略差，特别的，反渗透法无法有效去除海水中的有毒物质硼元素，世界卫生组织要求饮用水中硼含量<0.3mg/L，而反渗透法生产的淡水硼含量在0.46mg/L～0.72mg/L 之间。
    反渗透法以其节能、投资较小的优势，在最近30 年得到了飞速的发展，已经成为全世界应用最多的技术。美国日本等国于20 世纪80 年代开始加大对反渗透系统核心膜组件的研究，取得了一系列的进展，成为反渗透发展最快的地区。
北美海水淡化技术生产能力
 
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