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热法海水淡化阻垢技术研究现状

水资源匮乏正日益影响全球的经济发展与生态环境,发展海水淡化技术,向海洋要淡水,是世界各国的共同趋势^[1]。目前海水淡化的工业化技术是热法和膜法。热法又称蒸馏法,是最早采用的海水淡化技术,主要有多效蒸发(MED)、多级闪蒸(MSF)和压汽蒸馏(MVC)等。由于海水中的盐度、硬度、总固溶物及其他杂质的含量均较高,导致在海水淡化的换热面上易结垢,这已成为热法海水淡化面临的主要问题之一,因为结垢在很大程度上限制了热法海水淡化过程的操作温度。为保证系统的稳定运转,需要采取多种防垢和清洗技术。酸化和药剂阻垢是最早也是最常用的阻垢技术,机械清洗和酸洗则是常用的清洗方法。随着热法海水淡化技术的不断发展,在完善现有技术的同时还有望出现新的阻垢清洗技术。

1 主要结垢物质

海水是一个复杂的体系,含有大量的盐类,总固溶物通常为3.5%,其中大量钙、镁离子形成的碳酸盐、碳酸氢盐、硫酸盐、氯化物等使其具有很高的硬度。在热法海水淡化过程中,部分溶解盐由于受热分解或转化为其他形式而在传热面上沉积形成水垢。

除了以上几种主要的无机垢外,还可能含有少量的碳酸镁和磷酸钙等无机垢。另外,风浪、潮汐作用使海水中混杂泥沙,设备和管路腐蚀产生的铁氧化物和氢氧化物、生物有机体等,也可能与碳酸钙、氢氧化镁、硫酸钙等无机盐形成混合垢而沉积到换热表面。

2 阻垢技术

结垢降低了热传导系数、堵塞管路、增加了腐蚀的几率。由于传热表面的结垢,使多级闪蒸装置的热效率降低25%,甚至更多^[2],进而使运行维护费用、能耗及制水成本增加。因此有效的阻垢技术是保证装置高效稳定运行的必要措施之一。

阻垢技术主要是在热法海水淡化的过程中,通过减少或控制Ca² 、Mg² 及相应结垢离子的浓度或装置的设计优化等方法,防止无机垢在蒸发器和管路表面沉积。

2.1　酸化

酸化反应的原理是利用硫酸(或其他强酸)的酸性比碳酸强的特点,将碳酸氢根离子转化为二氧化碳气体排出,同时降低溶液的PH,从而防止碱性垢在换热面上的分解析出。往海水补给水中加入硫酸的量与所要处理的海水中碳酸氢根离子的含量成比例,普通海水的硫酸加入剂量大约为113mg/L。