利用海水生产淡水 - 利用真空降低海水淡化过程中的能量需求

利用海水生产淡水 - 利用真空降低海水淡化过程中的能量需求

随着全球污染的增加,淡水资源变得日益缺乏,显而易见,下一步应将开发的目标锁定在水资源取之不尽、用之不竭的海洋。通过海水淡化装置从海水中提取可饮用的淡水,真空在该工艺中发挥着关键作用。
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真空工艺提高效率

要除去海水中的盐,有两种不同原理的方案:蒸馏或非蒸馏,该过程用技术术语表示为"相变"。水蒸发时,即从液相转变为气相,所有沸点比水高的物质会保持不变。盐就是这种物质之一。当蒸气再次凝结时,即回到液相,最终产物是纯水。

该原理被用于许多海水淡化装置。要提高效率,通常建立真空;这是因为在大气压力下要实现蒸发,海水必须加热到约 115°C。然而,在真空中实现蒸发所需的温度可大幅降低。在 42.4 mbar 的粗真空下,仅需 30 摄氏度即可实现蒸发。"真空能够让所用的热能得以高效利用,"德国海水淡化有限公司的 Markus Spinnler 博士表示。

体积小且坚固耐用

还有许多不使用相变的方法可以应用。薄膜法就经常使用,例如"反渗透法"。在反渗透法中,半透膜只允许原水(盐水或污水)中的水分子透过,多余微粒则被截留,其中就包括盐离子。

膜蒸馏是一种同时利用热学和力学方法将水与盐分离的混合方法。一方面,在这个过程应用真空可降低蒸发温度。另一方面,其被用来去除那些包含可能会堵塞薄膜孔的较大气体分子。"膜蒸馏技术让制造小型、特别坚固耐用的装置成为可能,"Markus Spinnler 博士表示。"真空提高了它们的性能和经济效益。"

海水淡化为 3 亿人提供淡水

许多地区严重缺水,而且受影响的地区数量和严重程度都在不断增加。其中的一部分原因是由于气候变化造成的,气候变化导致许多地区变得更加干燥。此外,全球经济和人口正不断增长,人均用水量随着经济发展而增加。并且,往往正是那些自然淡水资源特别缺乏的地区恰恰人口增长极快:波斯湾周边地区、非洲的干旱带、北美洲和中美洲或地中海的北海岸。

根据国际海水淡化协会(IDA)提供的数据,2015 年 6 月全球运行的 18,426 台海水淡化装置的总产量为约 8700 万立方米,为大约 3 亿人提供淡水。在以色列,有近 40% 淡水需求量已通过海水淡化获得,该比例在全球所有国家中排行第一。除了以色列之外,最大的海水淡化装置位于海湾国家、澳大利亚和加利福尼亚州。所有预测数据显示,海水淡化在中远期会有强劲的增长势头。

Busch 为全球海水淡化装置提供真空技术已超过 30 年。


即使伦敦也需要海水

即使在总体上降雨量较高的英格兰也有部分地区缺乏雨水。为确保为大都市伦敦的供水,一台海水淡化装置于 2010 年在泰晤士河河口开始运营。该装置利用低潮时流出的海水每日可生产 1.5 亿升淡水。伦敦的水资源需求量超过了该地区可开发的淡水资源总量。随着多年来人口和经济的增长,水资源的需求量也日益增长。

其他大城市,例如北京、纽约、洛杉矶也面临着类似的问题。它们利用精心设计的运河系统将来自远方地区的淡水输入或越来越多地改为利用海水淡化。

除了大城市之外,全球农业生产也加剧了水资源短缺。仅通过自然更新的速率,自然淡水储量难以满足如此巨大的需求量。因此,节约用水和开发新水源的需求日益增长。


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