反渗透海水淡化能量回收装置的研究现状及展望

反渗透海水淡化的能量回收装置闫红梅中国核电工程有限公司摘要:反渗透海水淡化在能耗方面占有很大的优势，能量回收是降低海水淡化成本的重要措施。

本文简要介绍了目前几种常用的能量回收方式，对其进行比较，并说明采用能量回收的重要性。

关键词：反渗透海水淡化能量回收中图分类号：P747文献标识码：A文章编号：1概述当今社会，能源需求和环境压力的急剧上升决定了发展核电等清洁能源成为必然选择。

按照既定规划，“十二五”期间，我国将迎来新一轮核电站建设高峰期。

日本福岛核事故后，我国暂停审批核电项目，但我国能源消耗的增长较快，发展非化石能源是大势所趋，随着核电技术水平的不断提高以及核安全保证能力的提升，以及适宜大规模建设发电等特点，核电依然是清洁能源的重要选择。

我国大部分核电站建在沿海，沿海地区可利用的淡水资源非常紧张，海水淡化技术的采用在很大程度上缓解了淡水需求。

在海水淡化技术的应用过程中，降低能耗、节省能源、减少制水成本的处理方式是最为人们所关注的。

反渗透海水淡化（SWRO ）具有设备投资省、能耗低、建设期短、占地面积少、对设备材质要求低等特点。

其在能耗方面占有很大的优势，无能量回收装置的反渗透海水淡化的能量消耗约为8~10kW·h/m 3，采用能量回收装置能耗可降到3~4.5kW·h/m 3。

图1-1为反渗透海水淡化的操作成本分项，图1-2为电力消耗成本分项。

由此可见，能耗在运行成本中占有很重要的份额，大约占制水总成本的30%左右。

下表为反渗透海水淡化能耗的基本发展情况：年代能耗能量回收方式1980年8kW·h/m 3无1990年4.8kW·h/m 3透平式图1-1反渗透海水淡化操作成本分项图1-2反渗透海水淡化电力消耗成本分项2000年 3.7kW·h/m3涡轮式2005年 2.2~2.5kW·h/m3PX压力式可见，想要有效的降低能耗，采用合适的能量回收装置是十分必要的。

反渗透海水淡化能量回收技术的发展及应用海水淡化技术发展的一个重要目标是降低运行成本，在运行成本的构成中能耗所占的比重最大，降低能耗是降低海水淡化成本最有效的手段。

反渗透海水淡化(SWRO)是目前海水淡化的主流技术之一，反渗透海水淡化过程需消耗大量电能提升进水压力以克服水的渗透压，反渗透膜排出的浓水余压高达5．5～6．5 MPa，按照40％的回收率计算，排放的浓盐水中还蕴含约60％的进料水压力能量，将这一部分能量回收变成进水能量可大幅降低反渗透海水淡化的能耗，而这一目标的实现有赖于能量回收技术的利用。

通过能量回收装置的应用大幅降低了淡化水的生产成本，促进了反渗透淡化技术的推广和应用，并使之成为最具竞争力和发展速度最快的海水淡化技术。

因此，能量回收与反渗透膜和高压泵并列成为反渗透海水淡化系统中的三大关键技术。

国外SWRO能量回收技术的发展20世纪70年代，随着反渗透技术开始用于海水／苦咸水的淡化，各种形式的能量回收装置也相继出现。

能量回收装置总体上分为两类，即水力透平式和功交换式。

水力透平式能量回收装置最早的能量回收装置是水力透平式，瑞士Calder．AG公司的Pehon Wheel透平机和Pump Ginard公司的Francis透平机，效率一般为50％～70％。

其原理是利用浓盐水驱动涡轮转动，通过轴与泵和电机相连，将能量输送至进料原海水，过程需要经过“水压能→机械能→水压能”两步转换[1]。

水力透平机与高压给水泵电机同轴连接，一般是高压给水泵双出轴两侧分置电机和透平机，也可以是电机双出轴两侧分置水泵和透平机。

透平机作电机的第二驱动助推电机，通过减小电机转矩，降低电机动力消耗。

在上述基础上经过改进出现了一些独特的设计，其中最具代表性的有丹麦Grundfos公司生产的BMET透平直驱泵和美国PEI公司生产的Hydraulic Turbo charger。

两者均是透平机与泵一体化设计，一根转轴连接两个叶轮，全部封装在一个壳体中，浓盐水流过叶轮时通过冲击叶片而推动叶轮转动，从而驱动透平轴旋转。

海水淡化技术的发展现状及未来趋势随着全球经济和人口的快速增长，水资源的稀缺与三分之二的世界人口居住在水资源紧缺地区之间的矛盾日益加剧。

解决水资源供需矛盾已经成为国际社会关注的重点。

在这样的背景下，海水淡化技术成为解决水资源短缺问题的一大利器。

海水淡化技术是将海水中的盐分去除，使得水变为适合人们直接使用或为生产、农业用水的淡水。

在发达国家，海水淡化技术已经被广泛应用，成为解决水资源紧缺的核心之一。

而在我国，海水淡化技术在近几年也得到了快速发展。

今天，我们来了解一下海水淡化技术的发展现状及未来趋势。

一、海水淡化技术的发展现状1.传统海水淡化技术传统海水淡化技术主要是蒸馏和冷冻结晶。

其中，蒸馏技术是蒸发海水后，将水蒸汽冷却后凝结成淡水，也就是蒸馏法海水淡化。

而冷冻结晶技术则是冷却海水，将其中形成的盐结晶与水分离得到淡水。

尽管这两种技术在处理海水时达到了相当好的效果，但存在效率低、能耗大以及维护成本高等问题，难以在大规模制水方面得到广泛应用。

2.反渗透技术随着科技的进步，反渗透技术应运而生。

反渗透技术是一种利用半透膜对海水进行“筛选”，将盐分留在半透膜上，让淡水流过半透膜而得到制成淡水的方法。

相对于传统技术，反渗透技术在处理海水时具有体积小、效率高、能耗低以及稳定性等优势，这也使得该技术在海水淡化领域得到了广泛的应用。

二、未来趋势1. 降低制水成本海水淡化技术的制水成本一直是制约其应用的瓶颈。

未来趋势则是降低制水成本。

目前，国外已经应用了一些新的方法。

比如，利用太阳能或者废水、废热，降低制水成本。

另外，在海水淡化过程中，与传统技术相比，反渗透膜的使用寿命更短，需要更加频繁的更换，大大增加了成本。

为此，未来也将会研发更加耐磨、寿命更长的半透膜。

2. 科技创新未来海水淡化技术的发展，还需要在科技创新上下功夫。

比如，研发新型的高效膜材料，减少一些负面影响，提高海水处理效率等。

未来也将引入人工智能和大数据分析技术，提高海水处理的精准和效率。

反渗透海水淡化技术的优化研究海水淡化技术作为解决淡水资源稀缺问题的重要手段之一，在全球范围内得到了广泛的关注和应用。

然而，随着技术的发展和应用的普及，渗透海水淡化技术在实践中也面临着一系列问题和挑战。

为了解决这些问题，许多科学家和工程师致力于反渗透海水淡化技术的优化研究。

本文将就反渗透海水淡化技术的优化研究进行探讨，并提出一些可能的优化措施。

首先，为了提高反渗透海水淡化技术的效率和稳定性，研究人员可以从技术本身出发，优化反渗透膜组件。

目前，反渗透膜是海水淡化过程中最关键的组件之一，其性能直接影响着淡水产量和质量。

因此，通过优化膜的材料和结构，可以提高反渗透膜的抗污染性能和渗透率，从而提高海水淡化技术的效率和稳定性。

此外，研究人员还可以开展反渗透膜的寿命评估和维护技术研究，以延长膜的使用寿命，并减少对环境的不良影响。

其次，为了降低海水淡化过程中对能源的依赖，研究人员可以从能源消耗方面进行优化。

目前，海水淡化过程中最主要的能源消耗是来自于压力能的损失以及膜的渗透压所需的能源。

因此，通过优化反渗透海水淡化系统的设计和操作参数，可以降低能源消耗，提高能源利用效率。

例如，可以采用先进的能量回收装置来利用废热和废水中的能量，从而降低系统能耗。

此外，通过智能化控制系统来实现对海水淡化过程的精确控制，也可以进一步提高能源利用效率和系统稳定性。

另外，为了解决海水淡化过程中产生的废水排放和环境污染问题，研究人员可以从废水处理和再利用方面进行优化。

在传统的海水淡化过程中，废水通常直接排放到海洋或水库中，导致海洋生态系统受到破坏。

因此，发展高效的废水处理技术，将排放的废水经过处理后再利用，不仅可以减少对自然水资源的依赖，还可以降低环境污染。

同时，通过废水处理和再利用技术的优化，还可以提高海水淡化技术的整体效益和可持续性。

此外，为了提高反渗透海水淡化技术的应用可行性和普适性，研究人员还可以开展区域资源优化配置和多元化供水系统建设研究。

科技成果——膜法海水淡化关键设备能量回收装置成果简介近年来海水淡化技术的快速发展及其成本的大幅降低，使越来越多的国家和地区开始考虑利用淡化水作为第二水源，以缓解日益严峻的淡水危机。

目前可用于工业规模的海水淡化方法反渗透技术的发展速度最快，成本的降幅也最大。

其原因主要在于膜性能的不断提高和高效能量回收装置的广泛使用。

能量回收装置作为反渗透海水淡化系统的必备设备之一，对大幅降低淡化系统的运行能耗，进而降低产水成本至关重要。

正位移式能量回收装置近年来备受市场青睐，其产品市场占有率也呈逐年快速增长的发展趋势，淡化系统本体吨水电耗也由80年代的8.0kWh降低到约2.0kWh。

技术原理按照工作原理的不同，能量回收装置可分为水力透平式（或离心式）和正位移式两种类型。

水力透平式运行时通常需要经过“压力能-轴功-压力能”两步转化过程，能量回收效率相对较低，为50-75%。

而正位移式则利用浓盐水直接增压进料海水的方式回收压力能，效率高达90%-96%。

此外，正位移式能量回收装置使用过程中还具有根据运行需要灵活调节淡化系统的产水回收率的特点。

“阀控余压能量回收装置”采用正位移式工作原理，集成式水压缸和阀组相结合来实现反渗透海水淡化系统排放浓盐水余压能的回收利用。

能量回收装置采用PLC控制，易于与上位系统相耦合，控制精度和可调性都很好。

技术水平该项目经国家海洋局鉴定验收（国海鉴字[2004]003号），认为该成果达到国际先进水平。

该技术已于2004年7月7日获准国家发明专利（授权公告号CN1156334C）。

应用前景能量回收装置由于具有较高的能量回收效率，已经逐渐成为海水淡化行业中研究和开发的热点，其产品市场占有率也呈逐年快速增长的发展趋势，近年来国内海水淡化工程大多采用美国ERI公司的PX 能量回收装置。

我国在SWRO能量回收技术方面的研发起步较晚，发展比较迟缓，装置形式较单一，大都局限于双液压缸功交换式，整体水平同国际先进技术还有很大的差距，但工业化发展及应用前景较好。

海水淡化能量回收设备中的能量转化与节能改进研究海水淡化是一项重要的技术，被广泛应用于干旱地区的淡水供应。

然而，海水淡化过程中的能量消耗一直是一个挑战，因此研究能源回收设备的能量转化和节能改进是至关重要的。

首先，让我们了解海水淡化过程中的能量转化。

海水淡化设备通常采用反渗透技术，该技术通过高压将海水推动通过过滤膜，从而使盐分和其它杂质被滤除。

然而，这个过程需要投入大量的能量来产生高压。

传统上，这种能量来自于燃煤发电厂或核电站等传统能源。

然而，这些能源需要消耗大量的自然资源，并会产生污染物和温室气体。

为了改进能量转化的效率，并实现能源回收，研究人员正在探索使用可再生能源来驱动海水淡化设备。

太阳能是最常见的可再生能源之一，可通过光伏板把太阳能转化为电能。

然而，由于海水淡化过程需要稳定的电力供应，单纯的光伏板电能供应是不够可靠的。

因此，结合光伏板和电池的混合系统被广泛研究和应用。

光伏板将日光转化为电能，然后将其存储在电池中，以供给海水淡化设备。

这种混合系统不仅可以实现能量的高效转化，还能够在夜间或低光照条件下提供持续的电力供应。

除了太阳能，风能和潮汐能也被用于海水淡化设备的能源回收。

通过安装风力发电机或潮汐发电机，可以将风力或潮汐能转化为电能，从而驱动海水淡化设备。

这种方式不仅提供了稳定的能源供应，还可以减少对传统能源的依赖，降低碳排放和环境污染。

另一方面，为了进一步提高能源利用效率，节能改进也是必不可少的。

在海水淡化过程中，有几个关键的环节可以进行节能改进。

首先是预处理阶段，即将海水中的大颗粒和悬浮物去除。

采用高效的预处理技术，如多介质过滤器和破碎过滤器，可以减少过滤膜的堵塞，从而降低能耗。

其次是反渗透阶段，即将海水通过反渗透膜滤除盐分和杂质。

这个阶段通常需要较高的压力，以推动海水通过膜。

然而，高压会产生能量损失。

为了降低能耗，可以采用低能耗反渗透膜，减小膜的阻力，从而降低所需的压力。

同时，优化反渗透系统的设计，如合理选择膜元件和优化流体力学设计，也可以降低能耗。

反渗透海水淡化能量回收装置的研究现状及展望摘要：本研究介绍了反渗透海水淡化能量回收装置的分类和工作原理，并重点综述了国内外的研究成果和进展，最后结合国内外研究现状分析总结了我国反渗透海水淡化能量回收装置的发展方向。

关键词：反渗透海水淡化；能量回收装置；研究1 分类和工作原理反渗透海水淡化能量回收装置按照其工作原理主要可分为液力透平式、正位移式和泵-马达式3种类型，见表1。

透平是将流体工质中蕴有的能量转换成机械功的机器，又称涡轮或涡轮机。

透平是英文turbine的音译,源于拉丁文turbo一词,意为旋转物体。

透平的工作条件和所用工质不同，所以它的结构型式多种多样，但基本工作原理相似。

透平的最主要的部件是一个旋转元件,即转子,或称叶轮，它安装在透平轴上，具有沿圆周均匀排列的叶片。

流体所具有的能量在流动中，经过喷管时转换成动能，流过叶轮时流体冲击叶片，推动叶轮转动，从而驱动透平轴旋转。

透平轴直接或经传动机构带动其他机械，输出机械功。

透平机械的工质可以是气体，如蒸汽、燃气、空气和其他气体或混合气体，也可以是液体，如水、油或其他液体。

以水为工质的透平称为水轮机;以蒸汽为工质的透平称为汽轮机；以燃气为工质的透平称为燃气透平。

表1 反渗透海水淡化能量回收装置优缺点比较图1第一代与第二代回收装置的原理基于“功交换”原理的正位移式第三代能量回收装置利用流体的不可压缩性可直接实现高压盐水和低压海水间的能量传递。

系统工作时，低压海水在能量回收装置中先由高压盐水直接增压，再经过增压泵的二次增压后进入反渗透膜组件产出淡水。

上述过程是通过降低高压泵的流量来减少系统能耗。

由于其能量回收过程只需要经过“水压能-水压能”的一步转换，能量回收效率通常能达到90%以上，目前已占据反渗透海水淡化市场的主导地位，但仍存在系统集成度较低、投资成本高、需配备增压装置和盐/海水掺混等技术缺陷。

正位移式能量回收装置根据其核心部件结构形式的不同又可分为阀控式和旋转式。

海水淡化现状与未来海水淡化技术主要有蒸发法，膜法（反渗透、电渗析）和冷冻法。

与蒸发相比，膜法淡化海水具有投资省、能耗低（7 kW×h/m3，而蒸发法为65 kW×h/m3）[1]，占地少、建设周期短、操作简便、易于自控、启动迅速等优点。

膜法主要指反渗透（RO）技术，它利用半透膜，在压力下允许水透过而使盐分和杂质被截留的技术。

因此，膜法，特别是以反渗透（RO）技术为主的膜技术，自30年前进入海水淡化技术市场以来，其工程应用一直呈上升趋势。

以亚洲地区的日本为例，目前全日本已安装的海水淡化装置总生产能力为1.09´106m3淡水/日,其中，反渗透装置生产能力便占了90%。

近年来，日本每年平均发展反渗透日的速度发展以新建一座生产能力为50,000-60,000 m3淡水/日的速度海水淡化技术[2]。

日本现有187座用于海岛饮用水的反渗透海水淡化装置，总生产能力为123 ,000 m3淡水/日。

到目前为止，于1996-1997年间建成的一座最大的反渗透海水淡化工厂处理能力为40 000 m3淡水/日。

预计到2005年底，一座正在建设中有着更大生产能力（50,000 m3淡水/日）的反渗透海水淡化工厂将投入运行。

海水淡化是当今世界竞相研究与应用的高新技术，除上述提及的亚洲日本外，北美的美国，欧洲的英国、西班牙、法国等国，以及中东的以色列等国的反渗透技术也已经相当发达，并且相继形成了海水淡化产业。

目前，英国的反渗透技术正以8-10%的年增长速度快速发展[3]。

在英国，因为膜技术在水处理行业的广泛应用，已出现许多专门从事膜清洗的专业性公司。

英国一家膜清洗公司从他们飞速发展的业务中预测，再经过50年的时间，今后人类所有的饮用水恐怕都要经过膜处理后才能饮用[3]。

这不仅仅是因为膜能够截留像盐分这样的化学物质，而且它也能截留病原菌与病毒。

相形之下，我国的海水淡化技术虽研究始于上世纪的50年代，经过近半个世纪的发展也有了长足进展和一些经验，但由于国人对反渗透等淡化技术应用的认识仅停留在过高的生产成本上，所以，目前以反渗透为主的海水淡化技术在国内还没有形成大规模应用的局面。

海水淡化用反渗透膜材料与工程现状及展望作者：刘天印方彦彦王晓琳来源：《新材料产业》 2012年第5期编者按：水处理、海水淡化、新能源汽车、氯碱、液晶显示、光伏发电、建筑等，对于广大民众来说并不陌生，但是，“膜”作为这些高显示度字眼背后的关键或重要材料，对于绝大多数民众来讲可能并不熟悉。

在水处理及海水淡化领域，膜法分离是其主流技术，膜的关键作用尤为突出。

国内最大的膜法海水淡化装备已在曹妃甸投入使用，将缓解京津冀供水矛盾。

在动力电池方面，电池隔膜成为制约动力锂离子电池降低成本、走向普及的真正瓶颈。

在氯碱行业，离子膜是其不可替代的重要材料，是氯碱工业核心设备电解装置的核心材料。

东岳集团董事长张建宏曾这样形容离子膜的重要性，“薄如蝉翼，分量却重如泰山”，离子膜的国产化了却了国人的一个“心结”。

“缺屏之痛”一直困扰着中国家电业，光学聚酯膜作为显示屏的关键上游原材料，目前市场被日本所垄断，进口膜的价格都会高出国产膜5倍以上。

平板显示、光伏发电等新能源产业的迅猛发展，对光学聚酯膜的需求更是大幅增加。

只有填补国内空白、打破垄断，中国光学聚酯膜产业才能够真正获得利润，降低家电价格，从而惠及百姓。

节能减排理念及要求催生了玻璃窗膜产业，目前在建筑领域，玻璃窗膜产业是块僧少粥多的“大蛋糕”，具有十分广阔的发展前景。

膜分离技术用于中药产品生产，能够提高中药有效组分分离及纯化精度，有利于突破21世纪中药现代化发展的“瓶颈”。

……膜在各行各业中体现出重要性的例子不一而足。

在《新材料产业“十二五”发展规划》中，高性能膜材料被列为重大专项工程，到2015年，要实现水处理用膜、动力电池隔膜、氯碱离子膜、光学聚酯膜等自主化，提高自给率，满足节能减排、新能源汽车、新能源的发展需求。

膜的应用领域广泛，其广阔之前景同样毋庸置疑，限于篇幅，本期专题只能挂一漏万，展现部分膜的相关研究及应用等情况。

今后，《新材料产业》杂志将持续关注高性能膜材料的发展，为更多的业内人士参与发表真知灼见、共享经验与心得体会搭建平台！海水淡化用反渗透膜材料与工程现状及展望文/刘天印方彦彦王晓琳清华大学化学工程系膜材料与工程北京市重点实验室地球上98%的水资源是海水或苦咸水，伴随着人口增加、经济增长造成的淡水资源短缺和水资源污染日趋严峻，中东大部分地区、北非、澳大利亚东部、中南亚及北美西南部等26个国家及地区、超过10亿人正在遭受饮用水短缺的威胁，因此海水正在成为沿海地区重要的水资源[1]。

高盐度海水淡化装备的技术现状与发展前景随着全球水资源供需的紧张程度不断加剧，淡化海水成为了解决水资源短缺问题的一项重要技术。

而海水淡化的技术中，高盐度海水淡化装备的发展一直备受关注。

本文将对高盐度海水淡化装备的技术现状及其发展前景进行探讨。

一、技术现状1.多效蒸发技术多效蒸发技术是目前应用最为广泛的高盐度海水淡化技术之一。

它通过多级蒸发-冷凝系统，利用余热进行加热蒸发，实现盐水和淡水的分离。

这种技术具有能源消耗低、产水质量高的优点，适用于高盐度海水淡化。

2.逆渗透技术逆渗透技术是一种膜分离技术，广泛应用于低盐度海水淡化领域，但在高盐度海水淡化方面也逐渐得到了应用。

该技术通过在压力作用下，将海水通过半透膜，分离出盐分和水分。

逆渗透技术具有操作简单、产水稳定等优点，但在高盐度海水淡化方面，需要克服成本高、防膜污染等问题。

3.蒸发结晶技术蒸发结晶技术是将高盐度海水利用蒸发结晶的方法，将盐分与淡水分离。

它可以有效地处理高盐化学废水和海水淡化。

蒸发结晶技术具有节能省电、产水质量高的优势，但设备体积较大，适用场景相对有限。

二、发展前景1.技术改进当前的高盐度海水淡化装备还存在一些技术挑战，如耐盐性、膜污染等问题。

未来的发展方向之一是改进技术，提高装备的耐盐性和抗污染能力。

同时，也需要继续改进高盐度海水淡化膜的材料，提高其选择性和稳定性。

2.能源消耗降低高盐度海水淡化过程中，能源消耗是一个重要的成本和环境问题。

未来的发展趋势是减少能源消耗，提高能源利用效率。

可以通过开发新型蒸发器技术、应用太阳能等可再生能源来降低能耗，从而降低高盐度海水淡化装备的运行成本。

3.规模化应用目前，高盐度海水淡化装备主要用于海水淡化厂和海上油田等特定领域。

未来的发展趋势是规模化应用，将高盐度海水淡化装备广泛应用于制取淡水、工业产水和海水处理等领域，以满足不同领域的用水需求。

总之，高盐度海水淡化装备的技术现状与发展前景呈现出良好的发展态势。