海水淡化技术与工程

第1章世界水资源和海水淡化1.1水资源概况1.1.1世界水资源概况1.1.2我国水资源概况和用水紧张状况1.2海水的组成和性质1.2.1海水组成1.2.2海水性质1.2.2.1海水氯度与盐度1.2.2.2海水密度和1980年国际标准海水状态方程1.2.2.3海水恒压比热容1.2.2.4海水冰点1.2.2.5海水渗透压1.2.2.6海水蒸气压1.2.2.7海水沸点升高1.2.2.8海水黏度1.2.2.9海水**电导率1.2.2.10海水表面张力1.2.2.11海水中的溶解气体1.3海水淡化技术概述1.3.1海水淡化技术概况1.3.2海水淡化理论耗能量1.3.3海水淡化的简要发展历史1.3.4主要海水淡化方法简介1.3.4.1蒸馏法1.3.4.2反渗透法1.3.4.3电渗析法1.3.4.4冷冻法1.3.4.5水合物法1.3.4.6电容吸附法1.3.4.7嵌镶离子交换膜压渗析1.3.4.8溶剂萃取法1.3.4.9膜蒸馏1.3.4.10正渗透1.3.4.11海水淡化方法的集成1.3.5淡化技术在水资源利用中的地位和发展前景参考文献第2章海水淡化工程原水预处理技术2.1预处理的目的与内容2.2淡化工程原水采集方法2.2.1海水水源选择的几点要求2.2.2海水取水位置的选择2.2.3海水取水构筑物2.2.4海水取水构筑物形式与适用条件2.3预处理常用药剂2.3.1海水预处理药剂选用原则2.3.2海水预处理常用药剂的分类和应用2.4原水混凝沉降除浊技术2.4.1混凝原理与过程2.4.1.1水中悬浮颗粒和胶体颗粒的稳定性2.4.1.2胶体微粒的脱稳2.4.1.3混凝过程2.4.2影响混凝效果的主要因素2.4.3混凝剂和助凝剂的适用条件和投加量2.4.4混凝剂和助凝剂的配制、投加和混合2.4.4.1工艺流程2.4.4.2配制2.4.4.3计量投加2.4.4.4混合2.4.5絮凝2.4.5.1絮凝效果g值计算2.4.5.2絮凝池设计要点2.4.5.3絮凝反应设备2.4.6混凝沉淀2.4.6.1平流沉淀池2.4.6.2斜管沉淀池2.4.7澄清2.5原水过滤除浊技术2.5.1格栅和格网2.5.2滤料过滤2.5.3.1一级滤料过滤设备2.5.2.2二级滤料过滤设备2.5.2.3微絮凝滤料过滤2.5.3膜法海水淡化预处理技术2.5.2.1微滤(mf)技术2.5.2.2超滤(uf)技术2.5.3.3纳滤(nf)技术2.5.3.4膜法预处理的膜污染问题2.5.4吸附过滤2.5.4.1活性炭过滤器反洗再生步骤2.5.4.2活性炭其他再生方法2.6原水灭菌杀生技术2.6.1d值2.6.2消毒剂分类2.6.3氯消毒剂消毒2.6.3.1有效氯和余氯2.6.3.2液氯灭菌消毒杀藻系统2.6.3.3次氯酸钠消毒系统2.6.3.4二氧化氯消毒2.6.4臭氧消毒2.6.5紫外线消毒2.6.6过氧乙酸消毒2.6.7超滤和微滤除菌2.7原水软化与阻垢技术2.7.1化学反应沉淀软化法2.7.2离子交换法2.7.3酸化法2.7.4加入阻垢分散剂法2.7.5纳滤法膜软化2.8原水脱气技术2.8.1酸化脱气--脱co2气2.8.2加热脱气2.8.3真空脱气2.8.4除氧剂脱氧气2.8.5脱h2s气2.9原水除铁和锰的技术2.9.1混凝沉淀法2.9.2曝气氧化法2.9.3氯氧化法2.9.4接触氧化法2.9.5铁细菌除铁法2.10原水除余氯技术2.11原水除有机物、异臭和异味2.12原水预处理工艺流程2.12.1电渗析法淡化原水预处理工艺流程2.12.1.1地下水电渗析法淡化原水预处理工艺流程2.12.1.2河水电渗析预处理工艺流程2.12.1.3苦咸水及海水电渗析预处理工艺流程2.12.2反渗透法淡化原水预处理工艺流程2.12.2.1苦咸水反渗透预处理工艺流程2.12.2.2海水反渗透预处理工艺流程2.12.3蒸馏法淡化原水预处理工艺流程2.13淡化技术的原水预处理后的水质要求参考文献第3章热法海水淡化3.1蒸馏法3.1.1概述3.1.2蒸馏过程基本原理3.1.2.1温度3.1.2.2热力学**、 第二定律3.1.2.3沸腾和沸点升3.1.2.4传热3.1.2.5蒸馏过程结垢3.1.2.6蒸馏过程的腐蚀与侵蚀3.1.2.7捕沫3.1.3单效蒸馏3.1.3.1单效蒸馏3.1.3.2带有蒸汽喷射器的单效蒸馏3.1.4多效蒸馏3.1.4.1原理及技术特点3.1.4.2多效蒸馏常见进料工艺3.1.4.3多效蒸馏工艺设计3.1.4.4主要部件设计3.1.4.5材质的选择3.1.4.6系统的三维设计3.1.5压汽蒸馏3.1.5.1单效压汽蒸馏 (see-mvc)3.1.5.2压汽蒸馏装置工艺计算3.1.6多级闪蒸3.1.6.1多级闪蒸原理与流程3.1.6.2技术特点和发展趋势3.1.7蒸馏淡化装备3.1.7.1低温多效蒸馏海水淡化装备3.1.7.2压汽蒸馏海水淡化装备3.1.7.3多级闪蒸海水淡化装备3.1.8蒸馏淡化共性技术3.1.8.1电气、控制与仪表3.1.8.2装置加工制造3.1.8.3工程实施3.1.9蒸馏淡化工程典型案例3.1.9.1北疆发电厂10万吨/日低温多效蒸馏海水淡化工程3.1.9.2印度尼西亚indramayu电厂2×4500t/d低温多效海水淡化装置3.1.9.3沙特阿拉伯shoaiba电厂880000t/d多级闪蒸海水淡化装置3.1.10蒸馏淡化技术展望3.2冷冻法淡化技术3.2.1冷冻法淡化发展历程3.2.1.1早期冷冻法淡化技术3.2.1.2现代冷冻法淡化技术3.2.2冷冻法淡化原理3.2.2.1冷冻淡化原理3.2.2.2盐分排泄运动3.2.2.3海水浓缩率3.2.2.4海水中杂质的去除3.2.3海水冷冻淡化工艺3.2.3.1概述3.2.3.2冷能制取方式3.2.3.3冰晶生成3.2.3.4分离与净化3.2.3.5冰晶融化3.2.3.6冰融水深度脱盐3.2.3.7冷冻淡化水的利用3.2.4冷冻法淡化技术分类3.2.4.1自然冷冻淡化技术3.2.4.2人工冷冻淡化技术3.2.5冷冻法淡化技术优缺点分析3.2.5.1技术宏观分析3.2.5.2方法性能比较参考文献第4章反渗透和纳滤海水淡化4.1概述4.1.1发展概况4.1.2渗透和反渗透4.1.3反渗透和纳滤膜及组器件4.1.4反渗透过程的特点和应用4.1.5纳滤过程的特点和应用4.2反渗透和纳滤的分离机理4.2.1反渗透的分离机理4.2.1.1溶解扩散模型4.2.1.2优先吸附-毛细孔流动模型4.2.1.3形成氢键模型4.2.1.4donnan平衡模型4.2.1.5其他分离模型4.2.2纳滤的分离机理4.2.2.1donnan平衡模型4.2.2.2固定电荷模型4.2.2.3空间电荷模型4.3反渗透膜和纳滤膜的制备4.3.1膜材料4.3.1.1主要膜材料及其发展概况4.3.1.2膜材料的选择4.3.2膜的分类4.3.3非对称膜反渗透膜的制备和成膜机理4.3.3.1制膜液4.3.3.2溶剂蒸发4.3.3.3凝胶过程4.3.3.4热处理4.3.4复合反渗透膜的制备和成膜机理4.3.5不同构型的膜的制备4.4反渗透膜和纳滤膜结构和性能表征4.5反渗透膜和纳滤膜组器件技术4.6反渗透和纳滤海水淡化工艺过程设计4.6.1系统设计要求4.6.2浓差极化4.6.2.1浓差极化现象4.6.2.2浓差极化计算4.6.2.3浓差极化下的传质方程4.6.2.4浓差极化对反渗透的影响和降低浓差极化的途径4.6.3溶度积和饱和度4.6.4过程基本方程式4.6.5工艺流程及其特征方程4.6.5.1连续式-分段式(浓水分段)4.6.5.2连续式-分级式(产水分级)4.6.5.3部分循环式-部分透过水循环4.6.5.4部分循环式-部分浓缩液循环4.6.5.5循环式-补加稀释剂的浓缩液循环4.6.5.6循环式-浓缩液循环4.6.6装置的组件配置和性能4.6.6.1膜元(组)件的操作性能4.6.6.2装置组件的配置4.6.6.3装置的性能4.6.7基本设计内容和过程4.7反渗透和纳滤系统及运行4.7.1预处理系统4.7.1.1除去悬浮固体和胶体， 降低浊度4.7.1.2微生物污染和防治4.7.1.3微溶盐沉淀的控制4.7.1.4金属氧化物的控制4.7.1.5sio2沉淀的控制4.7.1.6有机物的去除4.7.1.7常见的预处理系统4.7.2反渗透和纳滤装置4.7.2.1单组件反渗透或纳滤装置4.7.2.2多组件反渗透或纳滤装置4.7.3辅助设备和主要零部件4.7.3.1停机冲洗系统4.7.3.2清洗灭菌装置4.7.3.3能量回收装置4.7.3.4高低压设备和部件4.7.3.5有关仪表4.7.4设备的操作与维修4.7.4.1元件装配和取换4.7.4.2启动、记录和停运4.7.4.3查找故障4.7.5清洗、再生、消毒和存放技术4.7.5.1膜的清洗4.7.5.2膜的再生4.7.5.3膜元件的消毒4.7.5.4膜元件的存放4.7.5.5清洗、 消毒装置4.7.6计算机监控4.7.6.1概述4.7.6.2制水系统4.7.6.3示例4.8典型的反渗透和纳滤应用实例4.8.1海水淡化4.8.1.1澳大利亚珀斯反渗透海水淡化工程4.8.1.2沙特阿拉伯5.68万吨/日反渗透淡化厂简介4.8.1.3小型反渗透淡化器4.8.2苦咸水淡化4.8.2.115000m3/d苦咸水淡化厂4.8.2.2中型苦咸水淡化实例4.8.2.3小型苦咸水淡化装置4.9反渗透和纳滤过程的经济性4.9.1成本考虑的基础4.9.2直接投资成本4.9.3间接投资成本4.9.4操作成本4.9.5投资回收成本4.9.6评价成本的方法4.9.7敏感性分析4.9.8小规模和特种系统4.9.9ro代表性成本示例4.10展望参考文献第5章电渗析海水淡化5.1概述5.2基础理论5.2.1电渗析原理5.2.2电渗析能耗5.2.3donnan平衡理论5.3离子交换膜5.3.1离子交换膜分类5.3.2离子交换膜的制备5.3.3离子交换膜的性能5.3.4商品化离子交换膜5.4电渗析器5.4.1电渗析器的主要部件5.4.2电渗析器的组装5.4.3国产电渗析器的规格和性能5.5极化和极限电流密度5.5.1极化现象5.5.2极限电流密度及极限电流系数5.5.3影响极限电流的因素5.5.4极限电流密度经验式5.5.5极限电流测定方法5.6电渗析淡化工艺过程设计5.6.1基础计算式5.6.2四种脱盐流程5.6.3流程设计计算5.7电渗析淡化工程设计5.7.1工程参数(水量)计算5.7.2进水水质要求5.7.3预处理系统5.7.4场地布置5.8电渗析系统和运行5.8.1操作参数的选取与调整5.8.2控制沉淀物生成5.8.3edr运行方式5.8.3.1edr装置工艺流程5.8.3.2提高原水回收率的措施5.9应用实例5.9.1沙漠苦咸水淡化车5.9.2海水淡化装置5.9.2.1脱盐流程5.9.2.2脱硼5.9.3海水浓缩制盐5.9.3.1浓缩制盐流程与运行数据5.9.3.2多膜堆浓缩型电渗析器5.9.3.3浓缩装置运行情况5.9.3.4**浓缩基础计算式5.9.3.5浓缩制盐的技术要求5.9.4浓缩、脱盐组合工艺5.9.4.1反渗透-电渗析-电解组合5.9.4.2电渗析-离子交换膜电解组合5.9.4.3反渗透-电渗析集成海水综合利用系统5.9.4.4电渗析-反渗透制取高矿化度饮用水5.10电渗析淡化的经济性5.10.1产水成本5.10.2经济操作电流密度5.10.3几种淡化过程的比较5.11电去离子(edi)技术5.11.1工作原理5.11.2edi膜堆5.11.3进水水质及树脂再生5.11.3.1edi进水水质要求5.11.3.2离子交换树脂再生5.11.4edi工艺设计5.11.4.1edi装置5.11.4.2ro-edi纯水系统设计5.12双极膜过程5.12.1原理5.12.2双极膜5.12.2.1性能要求5.12.2.2结构与制备5.12.3水解离5.12.4膜堆5.12.4.1基本设计要求5.12.4.2隔室组合5.12.4.3商品化膜堆5.12.5过程工艺5.12.6应用参考文献第6章核能、 太阳能和风能海水淡化6.1核能海水淡化6.1.1核能海水淡化系统6.1.1.1核能海水淡化系统结构6.1.1.2核能海水淡化用反应堆6.1.1.3核能海水淡化工艺选择6.1.2核能海水淡化工程设计6.1.2.1热电联产核反应堆耦合海水淡化6.1.2.2供热核反应堆耦合海水淡化6.1.2.3核能海水淡化的安全设计6.1.3核能海水淡化经济性6.1.4核能海水淡化工程现状和新动向6.2太阳能海水淡化6.2.1太阳能利用技术6.2.1.1太阳能光伏发电6.2.1.2太阳能光热利用6.2.2直接法太阳能海水淡化6.2.2.1被动式太阳能蒸馏器6.2.2.2主动式太阳能蒸馏器6.2.3间接法太阳能海水淡化6.2.3.1非聚光太阳能集热器驱动的海水淡化6.2.3.2聚光太阳能集热器驱动的海水淡化6.2.3.3太阳池驱动的海水淡化6.2.3.4太阳能光伏驱动的海水淡化6.2.4太阳能海水淡化发展展望6.3风能海水淡化技术6.3.1风能海水淡化技术形式6.3.2直接风能海水淡化6.3.3间接风能海水淡化6.3.3.1并网型风能海水淡化6.3.3.2非并网型风能海水淡化6.3.4存在的技术问题及对策6.3.4.1技术问题6.3.4.2技术对策参考文献第7章集成海水淡化技术与过程优化7.1方法本身的集成与方法之间的集成7.1.1方法本身的组合7.1.1.1多段多级反渗透7.1.1.2多级连续式电渗析7.1.1.3多效多级闪蒸7.1.2方法之间的组合7.1.2.1热膜耦合7.1.2.2纳滤与反渗透或多级闪蒸的组合7.1.2.3反渗透与电渗析的组合7.1.2.4反渗透与电容去离子技术的组合7.1.2.5多级闪蒸与低温多效蒸馏的组合7.1.2.6压汽蒸馏与多效蒸馏或多级闪蒸的组合7.1.2.7喷雾蒸发与反渗透或低温蒸馏的组合7.2电水联产海水淡化7.2.1概述7.2.1.1基本概念7.2.1.2电水联产的优点7.2.1.3电水联产的缺点7.2.2电水联产系统7.2.2.1发电系统7.2.2.2淡化系统7.2.2.3电水联产典型工艺7.2.3电水联产经济性7.2.3.1蒸汽价格的确定7.2.3.2电水联产的成本分摊7.2.3.3电水比7.2.4典型案例7.2.4.1富查伊拉(fujairah)电水联产项目7.2.4.2沙特marafiq电水联产项目7.2.4.3北疆电厂7.2.5发展趋势7.3海水淡化与综合利用7.3.1海水综合利用技术基础7.3.1.1海水直接利用7.3.1.2海水化学资源提取7.3.1.3实施海水淡化与综合利用的必要性7.3.2海水淡化与综合利用耦合工艺现状7.3.2.1海水淡化-浓水梯级利用7.3.2.2海水淡化-浓水制盐、碱耦合工艺7.3.3新型海水淡化与综合利用耦合工艺7.3.3.1污水处理-反渗透海水淡化耦合工艺7.3.3.2正渗透污水浓缩耦合反渗透海水淡化工艺7.4海水淡化过程的优化7.4.1过程模拟7.4.2化工过程优化方法简介7.4.2.1化工过程优化7.4.2.2**化方法7.4.3海水淡化过程的优化7.4.3.1海水淡化过程优化的研究现状7.4.3.2海水淡化过程的优化7.4.3.3热膜耦合海水淡化系统的优化7.4.3.4水电联产系统的优化参考文献第8章其他海水淡化技术8.1电(容)吸附法脱盐8.1.1脱盐原理8.1.2脱盐特性8.1.3电吸附装置和工作过程8.1.3.1电吸附电极材料8.1.3.2电吸附装置8.1.3.3电吸附系统及其工作过程8.1.3.4电吸附装置的技术特点8.1.4电吸附装置的应用实例8.1.5存在的问题及展望8.2正渗透8.2.1正渗透原理8.2.2浓差极化8.2.3正渗透膜材料8.2.4汲取溶液8.2.5正渗透的应用8.2.6膜污染8.2.7小结8.3膜蒸馏8.3.1膜蒸馏简介8.3.2传热传质机理8.3.2.1热量传递8.3.2.2质量传递8.3.3膜材料8.3.3.1概述8.3.3.2膜材料选择8.3.4膜组件8.3.4.1概述8.3.4.2板式膜组件8.3.4.3管壳式膜组件8.3.4.4螺旋卷式膜组件8.3.4.5膜组件设计要求8.3.5膜蒸馏工艺8.3.5.1膜蒸馏工艺流程8.3.5.2工艺参数的影响8.3.6膜蒸馏的应用8.3.7存在的问题及展望8.4其他淡化技术8.4.1水合物法海水淡化8.4.2嵌镶离子交换膜压渗析8.4.3冰山取水淡化8.4.4应急救生离子交换药剂8.4.5溶剂萃取法参考文献第9章海水淡化产水的后处理9.1淡化水后处理的必要性9.1.1海水淡化水的特性9.1.1.1蒸馏淡化水的特性9.1.1.2反渗透淡化水的特性9.1.2淡化水对管网的腐蚀9.1.3淡化水饮用安全性9.2基本化学原理9.2.1碳酸盐系统9.2.2水相-气相的相互作用9.2.3h2co3碱度9.2.4缓冲能力9.2.5ph值9.2.6碳酸钙溶解度9.3后处理9.3.1矿化技术9.3.1.1直接投加化学药品法9.3.1.2掺混法9.3.1.3石灰石溶解法9.3.1.4矿化方法结合9.3.1.5矿化方法比较9.3.1.6矿化设计实例9.3.2ph调节9.3.2.1脱气9.3.2.2调整ph值9.3.3加缓蚀剂9.3.4加氟9.3.5消毒9.3.5.1概述9.3.5.2氯化9.3.5.3氯胺9.3.5.4二氧化氯9.3.5.5臭氧9.3.5.6紫外线消毒9.3.5.7消毒方法比选9.3.6储存和配送9.4脱硼和深度除盐9.4.1脱硼9.4.2深度脱盐参考文献第10章海水淡化后浓海水综合利用10.1浓海水综合利用进展10.1.1海水制盐10.1.2海水提钾10.1.3海水提溴10.1.4海水制镁10.1.5海水提锂10.1.6海水提铀10.1.7海水提重水10.2浓海水提钾10.2.1概况10.2.1.1钾的概况10.2.1.2钾产品性状与用途10.2.2从苦卤中提取钾盐10.2.2.1苦卤概况10.2.2.2兑卤法生产氯化钾10.2.2.3苦卤生产硫酸钾10.2.2.4苦卤提取氯化钾案例10.2.3从(浓)海水中提取钾盐10.2.3.1离子筛法海水提钾10.2.3.2其他从(浓)海水提钾技术进展10.2.3.3沸石离子筛法海水提钾工程案例10.3浓海水提溴10.3.1溴的性质10.3.2溴在自然界中的分布10.3.3制取溴素的原料10.3.4国内外制溴工业发展概况10.3.4.1我国溴素生产概况10.3.4.2连续双过程真空提溴法10.3.4.3溴素的其他生产方法10.3.5从浓缩卤水中提溴的方法10.3.5.1蒸汽蒸馏法从卤水中提溴10.3.5.2空气解吸法从卤水中提溴10.3.5.3空气吹出法10.3.6浓海水制溴案例10.3.6.1蒸汽蒸馏法提溴10.3.6.2空气吹出法从浓海水中提溴10.4浓海水制盐10.4.1盐的性质、用途、分类和组成10.4.2浓海水制盐技术10.4.2.1日晒浓缩浓海水制盐10.4.2.2浓海水日晒法制盐生产工艺10.4.2.3浓海水制盐滩田设施与机械设备10.4.2.4海水日晒制盐案例10.4.3工厂化浓海水制盐10.4.3.1工厂化浓海水浓缩技术10.4.3.2浓海水浓缩的卤水真空制盐10.4.3.3饱和卤水真空制盐案例10.5浓海水提取镁10.5.1概述10.5.2浓海水提取氯化镁10.5.2.1氯化镁性状、用途10.5.2.2氯化镁技术标准10.5.2.3氯化镁的生产方法10.5.2.4以提溴废液为原料提取氯化镁10.5.2.5案例--某地5万吨/年粒状氯化镁生产装置10.5.3浓海水提取硫酸镁10.5.3.1硫酸镁性状、用途10.5.3.2硫酸镁的生产方法10.5.4浓海水提取氢氧化镁10.5.4.1氢氧化镁性质、用途10.5.4.2氢氧化镁技术标准10.5.4.3氢氧化镁生产方法10.5.5浓海水提取镁砂10.5.5.1镁砂的性状、用途10.5.5.2镁砂的技术标准10.5.5.3生产方法10.5.5.4工艺流程选择10.6其他有价值物质的利用10.6.1浓海水提取碘10.6.1.1碘的性状、用途10.6.1.2碘的质量标准10.6.1.3碘的生产方法10.6.2浓海水提取锂10.6.2.1锂的性状、用途10.6.2.2浓海水提取锂的方法10.6.2.3浓海水提取锂的应用及发展趋势10.6.3浓海水提取铀10.6.3.1铀的性状、用途10.6.3.2铀的生产方法10.6.3.3海水铀吸附材料10.6.3.4海水提铀研究进展10.6.4浓海水提取重水10.6.4.1重水的性状、用途10.6.4.2重水的生产方法10.6.4.3海水提取重水装置研究进展10.7浓海水资源化利用集成技术10.7.1概述10.7.2基于盐田法的传统综合利用方案10.7.3基于电渗析法制盐的综合利用方案10.7.4基于直接提取化学资源的综合利用方案10.7.5反渗透-电渗析集成膜过程的综合利用10.7.6大力发展海水综合利用技术的建议参考文献第11章海水淡化对环境的影响及评价与对策11.1海水淡化对海洋环境的影响11.1.1海水淡化的能耗11.1.2浓海水排放对海洋环境的影响11.1.2.1浓盐水对海洋环境影响的差异11.1.2.2对海水水质的影响11.1.2.3对河口生物的影响11.1.3海水淡化的预处理和化学清洗用药剂对海洋生态环境的影响11.1.4腐蚀产物和固废对海洋环境的影响11.1.5取、排水机械作用对海洋生物的影响11.1.6占地和噪声11.2海水利用对海洋环境影响的评价11.2.1国内外有关海洋环境方面的法规11.2.2对海洋环境影响的评价--生物生活环境评估11.2.3对海洋环境影响的评价标准11.2.4对海洋环境影响的评价方法11.2.5对海洋环境影响的评价程序11.3海水利用对环境影响实例11.4预防和缓减对海洋环境影响的对策11.4.1浓、温海水排放的方式11.4.1.1建立数字水流、水质和水温模型11.4.1.2以冷却水或污水稀释11.4.1.3喷射分散11.4.1.4海流携带11.4.2脱盐技术的改进11.4.3可再生能源的利用(详见本书第6章)11.4.4浓海水资源的充分利用(详见本书第10章)11.4.5海水利用给水预处理水中的化学物11.4.6其他相应措施 参考文献索引