博思數據： 反滲透膜市場前景廣闊 是海水淡化技術未來發展主流

一、 海水淡化技術概況
    主要淡化技術：低溫多效、多級閃蒸、反滲透
    海水淡化的方法有幾十種，根據原理可以歸納為蒸餾法、膜法、電滲析法和冷凍法四類。每類方法中根據設備型式或流程的差異又可細分為不同方法。目前工業上應用最多的是低溫多效（MSE）、多級閃蒸（MSF）和反滲透（RO）三種淡化工藝。
海水淡化方法分類
 
數據來源：博思數據中心整理
1、多級閃蒸（MSF）在中東地區占據主導地位
    所謂閃蒸是指將熱海水進入壓力小于自身飽和蒸汽壓的蒸發室，部分海水迅速沸騰蒸發，蒸汽在熱交換管外冷凝形成淡水，其余海水溫度下降至其飽和蒸汽壓基本平衡的過程。多級閃蒸就是將多個溫度、壓力逐級降低的閃蒸室串聯，使熱海水每進入一級閃蒸室就閃蒸一次。
    多級閃蒸由熱回收段和排熱段組成，熱回收段又稱熱交換段，由若干閃蒸室組成。經過預澄清和液氯處理的海水，首先送入排熱段作為冷卻水，之后大部分冷卻海水排回海中，一部分則作為補給海水與閃蒸室末級部分熱咸水混合加熱后，進入熱回收段完成閃蒸。
多級閃蒸示意圖
 
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    多級閃蒸是20 世紀60 年代初在中東開始實現大規模工業化生產的，其優勢在于：
    （1）對進水水質要求較低，通過簡單預處理即可；（2）加熱過程與蒸發過程分開進行，海水結垢傾向小；（3）技術成熟，是最早開始大規模生產的海水淡化技術，技術成熟度高、安全性好；（4）適合大型和超大型的海水淡化，目前國際上日產6 萬噸淡水的單機已投入商業運行，日產16 萬噸淡水的裝置正在設計中；（5）生成的淡化水純度極高，鹽度小于5mg/L，可以作為鍋爐的補充用用水、生產過程的工藝用水以及大規模的市政用水。
    其劣勢在于：（1）投資額高，其投資額通常比反滲透高50%~100%；（2）設備操作彈性小，是設計值的80%~110%，不適應要求產水量可變的場合（3）能源消耗大， 多級閃蒸每噸水通常需要消耗蒸汽0.083-0.15 噸，消耗電能2.5~4 kwh，能源占淡水成本的比例超過50%，因此多級閃蒸通常與電廠、化工廠等進行聯合生產，利用電廠等產生低品位蒸汽，降低淡水成本。
    全世界幾乎所有的多級閃蒸都集中在海灣國家。海灣六國多采用多級閃蒸技術，反滲透只占次要位置，多效蒸餾則很少采用。中東國家之所以對多級閃蒸如此熱衷，主要有以下幾方面的原因：第一是多級閃蒸便于大規模或者超大規模的建設，而中東地區基本都屬于嚴重缺水國家，對大規模的海水淡化工程有強烈的需求；第二是他們的石油資源特別豐富，并且不是直接燒石油淡化，而是利用豐富廉價的油田氣發電，建立水電聯產系統，抽汽輪機乏汽供給多級閃蒸淡化裝置，因而能源費用很低；第三是海灣海水存在三高現象：高溫（夏天高達40℃）、高咸度（總含鹽量高達4 萬mg/L）和高污染，如果采用反滲透方法則海水前處理成本過高。
2.低溫多效蒸餾法（MED）靈活性突出
    低溫多效海水淡化技術是指海水的最高蒸發溫度不超過70℃的海水淡化技術，通過將一系列水平管噴淋降膜蒸發器串聯，蒸汽進入第一蒸發器，與進料海水熱交換后冷凝成淡化水；海水蒸發的蒸汽進入第二蒸發器，并使幾乎同量的海水以比第一蒸發器更低的溫度蒸發，蒸汽自身又被冷凝，這一過程不斷重復，連續產出淡化水。低溫多效設備主要由蒸發器和冷凝器兩部分組成。海水首先進入冷凝器中預熱、脫氣，部分海水作為冷卻水排回大海，部分則作為蒸餾過程的進料，料液經噴嘴均勻分布到蒸發器的頂排管上，在向下流動過程中與蒸發管內的蒸汽進行熱交換。蒸發管內的蒸汽冷凝在管內冷凝形成淡水，蒸發管外的冷水部分吸收熱量蒸發形成二次蒸汽，余液由泵輸送到蒸發器的下一個效組中，熱交換形成的二次蒸汽經過氣液分離器進入下一效的蒸發管中冷凝形成淡水。
低溫多效工藝圖
 
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    自20 世紀80 年代以來，低溫多效海水淡化技術得到了長足的發展。低溫多效與多級閃蒸同屬于蒸餾法，因此都具有對水質要求低、生成淡水純度高等優勢，同樣也需要消耗大量蒸汽，通常與電廠、化工廠聯產。此外，低溫多效的優勢還包括：（1）系統動力消耗小、更為節能，其用電量只有多級閃蒸的1/2 左右；（2）由于操作溫度控制在70℃以下，減緩甚至避免了設備的腐蝕和結垢；（3）投資額較低，低溫多效技術的投資額介于多級閃蒸和反滲透法之間；（4）一般建設規模比較小，通常在日產1 萬噸以下，建設較為靈活。但由于低溫多效設定的蒸發溫度不能超過70℃，而低溫時蒸汽的比容較大，因此低溫多效的缺點在于設備的體積較大。
3.反滲透膜法（RO）是未來發展的主流
    反滲透膜法利用只允許溶劑透過、不允許溶質透過的半透膜，將海水與淡水分隔開，通過對海水一側施加一個大于海水滲透壓的外壓，使海水中的純水將反滲透到淡水中。
    博思數據發布的《2013-2018年中國反滲透膜市場監測及投資前景研究報告》表明:反滲透法技術是20 世紀60 年代初發展起來的以壓力為驅動力的膜分離技術。經過嚴格的預處理后的常溫海水通過高壓泵形成高壓海水，高壓海水通過膜組件進行反滲透過程，一部分海水形成淡水，另一部分海水則通過能量回收裝置繼續參與到反滲透過程。在典型的反滲透過程中，需要三個核心組件：高壓泵、反滲透膜以及能量回收裝置。
反滲透膜法示意圖
 
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    反滲透法的優勢包括：（1）反滲透過程不需要蒸汽、無相變，常溫進行更為節能；（2）建設規模較為靈活，反滲透法對建設規模沒有特別要求，大中小規模都能適應；（3）投資低，反滲透法對設備的強度要求較低，因此對應的投資額較低。但是反滲透法也具有一些劣勢：（1）反滲透膜對進水水質的要求比較嚴格，在淡化之前必須對原水做嚴格的預處理，通常采用微濾超濾等過濾方法；（2）反滲透膜長期使用后，容易結垢堵塞，需要定期清潔消毒，而且通常反滲透膜的壽命只有3~5 年，海水淡化項目運行期間需要多次更換膜組件，這增加了反滲透法的運行成本；（3）反滲透法生成的水質較低溫多效、多級閃蒸略差，特別的，反滲透法無法有效去除海水中的有毒物質硼元素，世界衛生組織要求飲用水中硼含量<0.3mg/L，而反滲透法生產的淡水硼含量在0.46mg/L～0.72mg/L 之間。
    反滲透法以其節能、投資較小的優勢，在最近30 年得到了飛速的發展，已經成為全世界應用最多的技術。美國日本等國于20 世紀80 年代開始加大對反滲透系統核心膜組件的研究，取得了一系列的進展，成為反滲透發展最快的地區。
北美海水淡化技術生產能力
 
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