随着全球环境污染的不断恶化,淡水开始成为日益紧缺的资源,为了解决这一困境。人类下一步的应对将会是针对海洋的开发利用,那里的水资源取之不尽、用之不竭,足够满足全人类的使用。而要将海水转化为淡水,需要通过脱盐装置。使用真空泵获取真空度,在海水淡化过程中起着关键的作用。
真空工艺提高海水淡化的效率
为了能去除海水中的盐分,有两种不同原理的处理方案可供选择:蒸馏和非蒸馏,用技术术语表述该过程即为“相变”。 当水分蒸发时,即从液相变为气相,水分中所有沸点高于水的物质仍保持不变,比如盐。当蒸汽再次冷凝时,重新回到液相,最终产物就是纯净水。
许多海水淡化装置中使用的都是这个原理。为了提高淡化的效率,通常需要借助于真空泵建立真空环境,这是因为如果要在大气压下实现水分的蒸发,就必须将海水加热到约115°C的高温,但如果在真空环境实现蒸发中则可以大大降低所需的温度。比如在42.4毫巴的粗真空下,仅需达到30°C就可实现蒸发。因此,借助真空泵产生真空,可以让所需热能的利用效率变得更高。
体积小且坚固耐用的淡化装置
当然,还有许多不使用相变的方法可以应用,比如经常使用的薄膜法,“而反渗透法”就是基于这个原理。在反渗透法中,半透膜仅允许原水(盐水或污水)中的水分子通过,其他的微粒则会被截留,其中就包括盐离子。
膜蒸馏是一种混合方法,它同时使用热学和力学方法来分离水和盐。一方面,在该过程中利用真空泵产生真空度可以降低蒸发温度;而另一方面,它被用于去除可能阻塞薄膜孔的较大的气体分子。膜蒸馏技术使得制造小型且坚固耐用的设备成为可能,而真空提高了它们的性能和经济效益。
海水淡化可实现为3 亿人提供淡水的需求
现如今,世界上仍然有许多地区严重缺水,并且地区数量和严重程度也在不断地增加。一部分原因是由于气的候变化导致,这使许多地区变得更加干燥,水分难以保留。另外,由于全球经济和人口的不断增长,人均用水量也随之增长。而且在自然淡水资源特别匮乏的地区,人口增长往往异常迅速,比如波斯湾,非洲的干旱地区,北美洲和中美洲或地中海北部海岸周围的地区。
根据国际海水淡化协会(IDA)研究的数据,2015年6月全球运营的18,426座海水淡化厂的总产量约为8700万立方米,可以为约3亿人提供淡水。在以色列,由海水淡化获得淡水,占所有淡水需求量的40%,该比例在世界上处于前列。除以色列外,较大的海水淡化厂普遍位于海湾地区国别,澳大利亚和加利福尼亚。 所有预测数据都表明,从中长期来看,海水淡化将具有强劲的增长势头。
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尽管英格兰通常降雨量较大,但仍有一些地区缺乏雨水。为了确保对大都市伦敦的供水,一座海水淡化厂于2010年在泰晤士河河口开始运营,其每天可利用退潮时流出的海水生产1.5亿升淡水。伦敦对淡水的需求已经超过了该地区可开发的淡水资源总量,多年来,随着人口和经济的增长,伦敦对水资源的需求也在增加。
无独有偶,在北京,纽约和洛杉矶等其他大城市也面临着同样的问题,它们使用设计合理的运河系统从远方输入淡水,或者越来越多地改为对海水淡化的利用。
除大城市外,全球的农业生产也加剧了水资源短缺的现象。如果仅通过自然更新的速度,天然淡水的储备几乎无法满足如此巨大的需求。因此,人类对节水和开发新水源的需求也在不断增长。