随着远洋技术的发展,我国对小型化、便携化海水淡化装置的需求越来越大,使得开发小型集成式海水淡化装置成为迫切需求。以小型海水淡化系统为研究对象,通过模型分析探究热法小型海水淡化系统的最佳工艺路径和传热强化技术的应用;以换热面积和单位淡水成本为衡量指标,探究不同驱动热源、预热方式和换热器类型等工艺路径对于小型海水淡化系统的适用性;确定采用废热驱动,二次蒸汽预热海水,以及板式蒸发器为核心设备的最佳工艺路径。通过模型计算论证了强化换热技术的应用对于小型海水淡化装置性能的优化和提升,其中窄缝蒸发、疏水涂层和填充泡沫铜等传热强化技术可以节省系统换热面积26.1%~31.9%,减少单位淡水成本3.1%~16.6%。

建立了反渗透过程机理模型和产水分流设计的网络模型,对每个设备的有效能损失情况进行分析,由生命周期评估方法将反渗透装置的环境影响量化为吨水温室气体CO₂排放量,针对产水需求和进水温度变化,系统流程设计方案同时考虑能耗、装置规模和环境影响,通过调节产水分流比例和操作条件进一步降低能耗和环境影响,提高能量利用效率,使得产水满足饮用水中硼含量的标准,虽然反渗透膜元件有所增加,但能耗可降低13.8%,热力学第二定律效率可由27.96%增加至31.66%,产水生态环境影响可降低13.4%,为中试及工程规模化应用提供技术支撑。

海水淡化在水资源、能源、环境等诸多领域发挥着至关重要的作用。海水淡化产业的发展对于保障我国经济社会可持续发展有着重要的战略意义和现实意义^[1]。本文通过对我国海水淡化产业发展概况以及国内外海水淡化市场的应用状况等多方面进行阐述,从而为海水淡化产业发展提供决策和依据。

随着高盐废水排放造成的资源流失及水环境问题的日益突出,不断提升的废水排放标准导致积极回收高盐废水中的有价资源,回用废水减少排放以降低对环境的危害成为必然趋势。为解决高盐废水处理难的问题,膜分离技术,尤其是电渗析（ED）,由于对废水中的荷电离子分离、淡化和浓缩的能力,受到研究者的广泛的关注。然而使用单一电渗析技术处理高盐废水时,成本能耗过高,因此将ED技术与压力驱动的膜技术进行集成。这种方法实现了高效回收高盐废水中的有价资源的目标,并减少了向环境中排放的废水,成为了高盐废水处理的热门工艺。本文介绍了ED技术的基本原理和常用的几种电渗析模式,重点介绍了ED+压力驱动膜集成技术处理高盐废水的研究发展现状。最后结合了近年ED-膜技术集成工艺的发展,并对这些集成联用技术在高盐废水的资源化处理应用前景进行了展望,为未来高盐废水处理研究提供参考。

浓海水综合利用可以提升资源利用效率,同时减少浓海水的环境影响。随着海水淡化产业的快速发展和提取技术的提升,商业化的浓海水综合利用正在逐步成为可能。总结了国内外海水淡化产业发展现状,并在此基础上估算了我国浓海水综合利用产业的经济潜力,结果显示我国现有膜法海水淡化工程满负荷运转时,浓海水排放量约为169.69万m³/d,B,Li,Rb是浓海水中浓度较高、产品附加值较高的几种物质,如能实现连续生产,其经济价值将是现有淡化水生产的3倍以上。此外,本文总结了浓海水中镁、钾、铷、硼、锶、锂等的提取技术方案。

冷冻脱盐是海水淡化的一种理论方法,具有运行温度低、不易结垢、腐蚀小的优点。但由于存在冷源耗能和脱盐率不高的问题,冷冻脱盐未能应用于工业生产。许多学者对冷冻脱盐进行了理论与实验研究,试图找到降低冷源能耗和提高脱盐率的方法,为冷冻脱盐的工业应用提供技术支持。对近年来学者们在冷冻过程参数对冰脱盐效果的影响、降低冰盐度的方法及影响因素以及冷冻法与膜法、热法结合提高产水率、降低能耗等方面开展的研究工作进行了综述。

为提升增湿除湿海水淡化装置性能,提出一种两级增湿除湿热泵海水淡化系统,由二级增湿器回收利用一级增湿器排出的海水余热,改善海水与湿空气热质交换效果。利用Aspen Plus仿真软件分别建立了一级增湿和两级增湿的热泵海水淡化系统模型,针对不同进料海水温度和液气质量比以及热泵制冷剂流量进行多工况仿真研究,根据仿真结果的对比分析,总结得出：随着进料海水温度和液气质量比的增加,两级增湿系统的回收率和造水比均是优于一级增湿系统,且两级增湿系统达到最佳系统性能所需进料海水的温度和循环空气的流量要低于一级增湿系统,表明热泵两级增湿除湿海水淡化技术具有较大的性能提升和广阔的应用前景。

聚乙烯醇（PVA）和壳聚糖（CS）通过发泡法结合碳黑（CB）光热材料,制备出一种新型多孔气凝胶蒸发器（PCA-C）,用于太阳能海水淡化。通过SEM、FT-IR、MIP和DSC等测试方法进行了表征,并探究了其光热表现和海水淡化性能。发泡凝胶的孔道结构调控,使PCA-C的蒸发焓降低到1 769 J/g,蒸发率达到2.93 kg/（m²·h）,并且具有良好的抗盐效果。

能量回收装置是反渗透海水淡化的核心节能装备,其性能指标决定海水淡化系统能耗和产水成本。本文通过对1 656 m³/d反渗透海水淡化系统开展无能量回收装置、PX能量回收装置、透平式能量回收装置三种工艺设计的能耗分析。结果表明,能量回收技术能够明显降低海水淡化系统能耗,在充分考虑背压和混合的情况下,使用PX能量回收装置和透平式能量回收装置的能耗分别为2.260 kW·h/m³和2.572 kW·h/m³,但透平式能量回收装置工艺设备投资成本较PX能量回收装置低。研究结果为反渗透海水淡化工艺设计提供参考。

基于国内外水资源短缺以及换流阀余热浪费严重的问题,提出了一种以热泵循环为辅助热源的新型单效压汽蒸馏海水淡化系统（HP-SEMVC）,根据热力学定律和热经济模型,从系统能耗、㶲损和经济成本等角度对系统的进行优化分析,获得系统最优工况,并与传统压气蒸馏海水淡化系统进行比较。分析表明,HP-SEMVC是一种节能的海水淡化技术,与纯单效系统相比,可使系统 GOR提高40%。明显改善了系统的㶲损分布,系统㶲效率提高约1.397~1.511个百分点,整体上与多效蒸馏系统相当甚至更优。在日产水量为100~5 000 m³的范围内,制水成本可降低14.18%~21.24%。HP-SEMVC组合系统很好的弥补了传统单效机械压气蒸馏系统的不足,为实现我国“双碳”目标提供新思路。

海水淡化技术是解决核电站淡水资源缺乏的一个重要途径。针对某核电站10 000 m³/d海水淡化系统的要求,采用“原水预处理（混凝沉淀+V型滤池）+反渗透预处理（超滤）+脱盐（两级反渗透）+后处理（矿化处理）”的处理工艺。其中混凝沉淀池总处理水量为1 800 m³/h;V型滤池滤速为9 m/h;超滤系统平均膜通量为72.9 L/（m²·h）,回收率≥92%;一级反渗透系统平均膜通量为13.79 L/（m²·h）,回收率45%,脱盐率≥99.3%;二级反渗透系统A平均膜通量为29.31 L/（m²·h）,回收率85%,脱盐率≥97%;二级反渗透系统B平均膜通量为27.18 L/（m²·h）,回收率85%,脱盐率≥97%;反渗透产水经过矿化设备,产水水质稳定能满足《生活饮用水卫生标准》（GB 5749–2006）的要求。该系统其运行成本为4.57元/m³。