Ontzilting is de productie van zoet water door ontzilting van zeewater. Het is een open-source incrementele technologie voor het realiseren van het gebruik van waterbronnen. Het kan de totale hoeveelheid zoet water verhogen en wordt niet beïnvloed door tijd, ruimte en klimaat. Het kan zorgen voor een stabiele watervoorziening voor drinkwater voor kustbewoners en wateraanvulling voor industriële boilers.
Het proces van het verkrijgen van zoet water uit zeewater wordt ontzilting genoemd. De gebruikte ontziltingsmethoden omvatten het invriezen van zeewater, elektrodialyse, destillatie, omgekeerde osmose en ammoniumcarbonaat-ionenuitwisseling. De toepassing van omgekeerde osmosemembraan en destillatie is de mainstream op de markt.
Meer dan 100 wetenschappelijke onderzoeksinstellingen in meer dan een dozijn landen ter wereld doen onderzoek naar ontzilting en er zijn honderden ontziltingsfaciliteiten met verschillende structuren en capaciteiten in bedrijf. Een moderne grootschalige ontziltingsinstallatie kan elke dag duizenden, tienduizenden of zelfs bijna een miljoen ton vers water produceren. De kosten van water dalen voortdurend en sommige landen hebben de prijs verlaagd tot een prijs die vergelijkbaar is met die van kraanwater. De hoeveelheid ontzilt water in sommige gebieden heeft de watervoorzieningsschaal van landen en steden bereikt.
Algemene methoden
Wereldwijd bestaan er meer dan 20 technologieën voor het ontzilten van zeewater, waaronder omgekeerde osmose, laag multi-effect, meertraps flashverdamping, elektrodialyse, stoomdestillatie, dauwpuntverdamping, waterkracht-warmtekrachtkoppeling, thermische membraan-warmtekrachtkoppeling en zeewaterontziltingstechnologieën die gebruikmaken van kernenergie, zonne-energie, windenergie, getijdenenergie, enz., evenals meerdere voor- en nabehandelingsprocessen zoals microfiltratie, ultrafiltratie en nanofiltratie.
Vanuit een breed classificatieoogpunt is het voornamelijk verdeeld in twee categorieën: destillatie (thermische methode) en membraanmethode. Daaronder zijn lage multi-effectdestillatie, multi-stage flash-verdamping en omgekeerde osmosemembraanmethode de belangrijkste technologieën ter wereld. Over het algemeen heeft lage multi-effect de voordelen van energiebesparing, lage vereisten voor zeewatervoorbehandeling en hoge ontzilt waterkwaliteit; omgekeerde osmosemembraanmethode heeft de voordelen van lage investeringen en laag energieverbruik, maar hoge vereisten voor zeewatervoorbehandeling; multi-stage flash-verdampingsmethode heeft de voordelen van volwassen technologie, betrouwbare werking en grote apparaatoutput, maar hoog energieverbruik. Er wordt algemeen aangenomen dat lage multi-effectdestillatie en omgekeerde osmosemembraanmethode de toekomstige richting zijn. Geschat wordt dat tijdens de periode van het 12e Vijfjarenplan de ontzilting van zeewater in mijn land 1,5 miljoen tot 2 miljoen ton per dag zal bereiken, wat drie of vier keer de huidige productiecapaciteit is, en de investeringsschaal zal ongeveer 20 miljard yuan bedragen.
Principe van de methode voor het ontzilten van bevroren zeewater: Het tripelpunt van zeewater is een speciaal punt waar de drie fasen van zeewaterdamp, vloeistof en vaste stof naast elkaar bestaan en evenwicht bereiken. Als de druk of temperatuur afwijkt van het tripelpunt, wordt het evenwicht verstoord en zullen de drie fasen automatisch naar één of twee fasen neigen. De vacuümvriesmethode voor het ontzilten van zeewater is een goedkope ontziltingsmethode die gebruikmaakt van het tripelpuntprincipe van zeewater, water zelf als koelmiddel gebruikt, zeewater tegelijkertijd laat verdampen en bevriezen en vervolgens de ijskristallen scheidt en wast om ontzilt water te verkrijgen. Vergeleken met destillatie en membraanontzilting heeft het ontzilten van bevroren zeewater een laag energieverbruik, lichte corrosie en kalkaanslag, eenvoudige voorbehandeling, kleine apparatuurinvestering en kan zeewater met een hoog zoutgehalte verwerken. Het is een ideale methode voor het ontzilten van zeewater.
Vriesmethode
Vriesmethode, dat wil zeggen, zeewater invriezen om het te bevriezen, en het zout wordt gescheiden terwijl het vloeibare zeewater vast ijs wordt. Zowel de vriesmethode als de destillatiemethode hebben nadelen die moeilijk te overwinnen zijn. De destillatiemethode verbruikt veel energie en produceert veel kalk in het instrument, maar het verkregen verse water is niet veel; de vriesmethode verbruikt ook veel energie, maar het verkregen verse water smaakt slecht en is moeilijk te gebruiken.
Voorkoelen van het ontziltingsproces van bevroren zeewater Na het ontgassen kan het zeewater warmte uitwisselen met de geconcentreerde pekel en het ontzilt water dat uit de verdampingskristallisator wordt afgevoerd, en voorkoelen tot bijna het vriespunt van het zeewater. Ontgassen van het ontziltingsproces van bevroren zeewater Omdat de niet-condenseerbare gassen die in het zeewater zijn opgelost, bijna volledig worden vrijgegeven onder lage drukomstandigheden, en niet condenseren in de condensor. Dit zal de druk van het systeem verhogen, waardoor de druk in de verdampingskristallisator hoger wordt dan de tweefasenpuntdruk, waardoor de werking wordt verstoord. Uiteraard is de decompressie-ontgassingsmethode geschikt voor dit systeem.
Destillatiemethode
Ontzilting is de belangrijkste factor die de verdampings- en bevriezingssnelheid van zeewater beïnvloedt.
IJs-zout water in het zeewater ontziltingsproces is een vast-vloeistof systeem. Gewone scheidingsmethoden kunnen ijs-zout water scheiden, maar verschillende scheidingsmethoden zullen resulteren in verschillende zoutgehaltes in de verkregen ijskristallen. De experimentele resultaten tonen aan dat het zoutgehalte van ijskristallen verkregen door de vacuümfiltratiemethode veel lager is dan dat van ijskristallen verkregen door de normale drukfiltratiemethode.
Stoomcondensatie in het ontziltingsproces In de verdampingskristallisator zal naast de neerslag van ijskristallen uit zeewater ook een grote hoeveelheid stoom worden geproduceerd. Deze stoom moet op tijd worden verwijderd om het zeewater continu te laten verdampen en bevriezen.
Omgekeerde osmose
Algemeen bekend als ultrafiltratie, is het een membraanscheidingsmethode voor ontzilting die pas in 1953 werd aangenomen. Deze methode maakt gebruik van een semipermeabel membraan dat alleen oplosmiddelen doorlaat, maar geen opgeloste stoffen om zeewater van zoet water te scheiden. Onder normale omstandigheden diffundeert zoet water door het semipermeabele membraan naar de zeewaterzijde, waardoor het vloeistofniveau aan de zeewaterzijde geleidelijk stijgt totdat het stopt bij een bepaalde hoogte. Dit proces wordt osmose genoemd. Op dit moment wordt de statische druk van de waterkolom aan de zeewaterzijde osmotische druk genoemd.
Als er een externe druk wordt toegepast die groter is dan de osmotische druk van zeewater aan de zeewaterzijde, zal het zuivere water in het zeewater osmose omkeren in het zoete water. Het grootste voordeel van omgekeerde osmose is energiebesparing. Het energieverbruik is slechts de helft van dat van elektrodialyse en 1/40 van dat van destillatie. Daarom hebben ontwikkelde landen zoals de Verenigde Staten en Japan sinds 1974 hun ontwikkelingsfocus successievelijk verlegd naar omgekeerde osmose.
De technologie voor het ontzilten van zeewater met omgekeerde osmose heeft zich snel ontwikkeld en de projectkosten en operationele kosten zijn blijven dalen. De belangrijkste ontwikkelingstrends zijn het verlagen van de werkdruk van omgekeerde osmosemembranen, het verbeteren van de recovery rate van omgekeerde osmosesystemen, goedkope en efficiënte voorbehandelingstechnologie en het verbeteren van het anti-vervuilingsvermogen van het systeem.
Zonne-energiemethode
Mensen gebruikten zonne-energie om zeewater te ontzilten in de begindagen, voornamelijk door zonne-energie te gebruiken voor distillatie, dus vroege ontziltingsapparaten op zonne-energie werden over het algemeen zonne-distilleerders genoemd. Een voorbeeld van een passief zonne-distillatiesysteem is de schijfzonne-distilleerder, die al bijna 150 jaar wordt gebruikt. Vanwege de eenvoudige structuur en handige materiaalverwerving wordt het nog steeds veel gebruikt.
Onderzoek naar schijfzonnedistolers richt zich voornamelijk op de selectie van materialen, de verbetering van verschillende thermische eigenschappen en het gebruik ervan in combinatie met verschillende zonnecollectoren. Vergeleken met traditionele energiebronnen en warmtebronnen heeft zonne-energie de voordelen van veiligheid en milieubescherming. Het combineren van zonne-energieverzameling met ontziltingsproces is een duurzame ontziltingstechnologie.
De technologie van ontzilting door zonne-energie heeft geleidelijk de aandacht van mensen getrokken vanwege de voordelen van het niet verbruiken van conventionele energie, geen vervuiling en een hoge zuiverheid van zoet water. De zonne-destillatiemethode maakt gebruik van een eenvoudige zonne-destilleerder. De destilleerder bestaat uit een watertank met een zwarte poreuze viltkern die een drijvend gat in de watertank heeft. De bovenkant van de tank is bedekt met een transparante, randafgedichte glazen afdekking. Zonlicht gaat door de transparante afdekking en wordt geprojecteerd op de zwarte geïsoleerde bodem van de tank, waar het wordt omgezet in warmte-energie. Daarom is de temperatuur van het wateroppervlak in de plastic kern altijd hoger dan de temperatuur aan de onderkant van de transparante afdeklaag. Water verdampt uit de viltkern en de stoom diffundeert naar de afdeklaag om af te koelen tot vloeistof en wordt geloosd in de ondoorzichtige destillatietank.
Lagetemperatuurdestillatie
Lage-temperatuur multi-effect zeewater ontziltingstechnologie verwijst naar de destillatie ontziltingstechnologie met de hoogste verdampingstemperatuur van pekel onder 70 graden. De kenmerken ervan zijn dat een reeks horizontale buis sproei vallende film verdampers in serie zijn geschakeld, een bepaalde hoeveelheid stoom wordt ingevoerd in het eerste effect, en de verdampingstemperatuur van het volgende effect is lager dan die van het vorige effect. Vervolgens wordt door meerdere verdampingen en condensaties een ontziltingsproces van gedestilleerd water met meerdere keren de hoeveelheid stoom verkregen.
Multi-effect verdamping is het verdampen van het verwarmde zeewater in meerdere verdampers in serie, en de stoom die verdampt van de vorige verdamper wordt gebruikt als de warmtebron van de volgende verdamper en gecondenseerd tot zoet water. Onder hen is lage-temperatuur multi-effect distillatie een van de meest energiebesparende methoden in distillatie. Vanwege de factor van energiebesparing, lage-temperatuur multi-effect distillatie technologie heeft zich snel ontwikkeld, de schaal van het apparaat is uitgebreid, en de kosten zijn gedaald. De belangrijkste ontwikkelingstrend is om de eerste effect temperatuur en de waterproductie capaciteit van het apparaat te verhogen; gebruik goedkope materialen om engineering kosten te verlagen, de bedrijfstemperaturen te verhogen, en de warmteoverdracht efficiëntie te verbeteren. Een lage-temperatuur multi-effect distillatie zeewater ontziltingsapparatuur omvat een stoomtoevoersysteem, een waterdistributiesysteem, een verdamper, een zoetwatertank en een geconcentreerde watertank, waarbij de ruwe stoominlaat van het stoomtoevoersysteem is geplaatst op de tussenliggende effect verdamper. De werkwijze is als volgt: (1) het waterdistributiesysteem sproeit zeewater; (2) ruwe stoom wordt in de verdampingsbuis van de intermediaire effectverdamper ingevoerd; (3) de stoom condenseert in de verdampingsbuis en draagt warmte over, en de buitenkant van de verdampingsbuis absorbeert warmte om verdamping te produceren; (4) nieuwe stoom wordt naar de verdampingsbuizen aan beide zijden daarvan getransporteerd. De buitenkant van de buis absorbeert warmte en produceert verdamping; (6) elke effectverdamper herhaalt het verdampings- en condensatieproces; (7) gedestilleerd water komt in de zoetwatertank; (8) geconcentreerde pekel komt in de geconcentreerde watertank.
Meertraps flitsverdamping
Flash-verdamping verwijst naar het fenomeen dat een deel van het zeewater bij een bepaalde temperatuur snel verdampt onder de voorwaarde van een plotselinge drukverlaging. Meertraps flash-verdamping zeewaterontzilting is het verdampen van het verwarmde zeewater in meerdere flash-kamers met geleidelijk afnemende druk op zijn beurt, en het condenseren van de stoom om zoet water te verkrijgen. Het wereldwijde zeewaterontziltingsapparaat heeft nog steeds de grootste output en de meest volwassen technologie, hoge operationele veiligheid en flexibiliteit met meertraps flash-verdampingsmethode. Het wordt voornamelijk gebouwd in combinatie met thermische energiecentrales en is geschikt voor grote en supergrote ontziltingsapparaten. Het wordt voornamelijk gebruikt in Golfstaten. Meertraps flash-verdampingstechnologie is volwassen en betrouwbaar in gebruik. De belangrijkste ontwikkelingstrend is om de waterproductiecapaciteit van een enkele eenheid van het apparaat te verbeteren, het stroomverbruik van de eenheid te verminderen en de warmteoverdrachtsefficiëntie te verbeteren.
Elektrodialysemethode
De technische sleutel van deze methode is de ontwikkeling van een nieuw ionenuitwisselingsmembraan. Ionenuitwisselingsmembraan is een functioneel membraan met een dikte van {{0}}.5-1.0mm, dat is verdeeld in positief ionenuitwisselingsmembraan (kationmembraan) en negatief ionenuitwisselingsmembraan (anionmembraan) volgens zijn selectieve permeabiliteit. Elektrodialyse is om het selectief permeabele kationmembraan en anionmembraan afwisselend te rangschikken om meerdere onafhankelijke compartimenten te vormen waar zeewater wordt ontzilt, terwijl de aangrenzende compartimenten worden geconcentreerd en zoet water en geconcentreerd water worden gescheiden. Elektrodialyse kan niet alleen zeewater ontzouten, maar ook worden gebruikt als een middel voor waterkwaliteitsbehandeling om bij te dragen aan het hergebruik van rioolwater. Daarnaast wordt deze methode ook steeds vaker gebruikt bij de concentratie, scheiding en zuivering van chemische, farmaceutische, voedingsmiddelen- en andere industrieën.
Stoomdestillatie
De destillatiemethode is een methode om zeewater te verwarmen tot het kookt en verdampt, en vervolgens de stoom te condenseren tot zoet water. De destillatiemethode van zeewaterontziltingstechnologie is de eerste ontziltingstechnologie die in industriële toepassingen is toegepast. Het wordt gekenmerkt door toepasbaarheid, zelfs in ernstig vervuilde en zeer biologisch actieve zeewateromgevingen, en het geproduceerde water is van hoge zuiverheid. Vergeleken met membraanzeewaterontziltingstechnologie heeft de destillatiemethode de voordelen dat het in staat is om laagwaardige warmte van elektriciteitscentrales en andere fabrieken te gebruiken, lage eisen te stellen aan de kwaliteit van ruw zeewater en een grote productiecapaciteit van het apparaat te hebben. Het is momenteel een van de belangrijkste technologieën voor zeewaterontzilting.
Dauwpuntverdamping
Dauwpuntverdamping ontziltingstechnologie is een nieuwe methode voor ontzilting van brak water en zeewater. Het is gebaseerd op het principe van bevochtiging en ontvochtiging van draaggas, terwijl de warmte van condensatie en ontvochtiging wordt teruggewonnen, en de warmteoverdrachtsefficiëntie wordt geregeld door de warmteoverdracht aan de gemengde gaszijde. De dauwpuntverdamping ontziltingstechnologie gebruikt lucht als drager en produceert zoet water door het te bevochtigen en te ontvochtigen met zeewater of brak water, en koppelt het ontvochtigingsproces aan het bevochtigingsproces door warmteoverdracht, zodat de latente warmte van condensatie direct wordt overgedragen aan de verdampingskamer, waardoor de latente warmte van verdamping wordt geleverd voor de verdamping van zout water, om zo de thermische efficiëntie van het proces te verbeteren. Twee bevochtiging/ontvochtiging gekoppelde dauwpuntverdamping ontziltingsapparatuur met effectieve warmteoverdrachtsoppervlakken van 9,6 m2 en 2,75 m2 werden opgezet. De bijbehorende experimentele apparatuur en computer data-acquisitiesysteem werden opgezet. Het basisproces- en parametercorrelatie-experiment van ontzilting door dauwpuntverdamping en het experiment met verbeterde warmteoverdracht/massaoverdracht-ontzilting werden succesvol afgerond.
Vacuüm bevriezen
Het vacuümbevriezingsproces voor ontzilting van zeewater omvat ontgassen, voorkoelen, verdampingskristallisatie, ijskristalwassing, stoomcondensatie en andere stappen. De ontzoute zeewaterproducten kunnen voldoen aan de nationale drinkwaternormen en zijn een ideale methode voor ontzilting van zeewater.
Nieuwe adsorptiemethode - Niet-gecomprimeerde osmotische adsorptie
Niet-geperst adsorptie-osmotische ontzilting, of "forward osmosis", laat water door een poreus membraan gaan in een oplossing of vaste stof met een superabsorberend middel. De zoutconcentratie is zelfs hoger dan die van zeewater, maar de speciale zouten in de oplossing verdampen gemakkelijk. Het wordt verdeeld in vaste zout- en vloeibare zoutrichtingen. Vaste zoutdesorptie verbruikt minder energie.
De andere twee methoden kennen innovaties en verbeteringen in de filmstructuur:
Koolstofnanobuisfolie is een folie met kleine gaatjes van koolstofnanobuisjes en een andere folie voor permeatie.
Het proteïnemembraan is een film met poriën die bestaan uit proteïnen die watermoleculen door het celmembraan van levende cellen geleiden.
