海水淡化技術與工程手冊

我國是人均水資源佔有率低於世界水平的國家之一，淡水資源的匱乏已成為制約我們社會進步和發展的瓶頸問題。而我國的海水與苦鹹水資源比較豐富，淡化並利用海水與苦鹹水是解決我國淡水資源不足問題的重要途徑。

本書由我國水處理技術首席專家高從堦院士領銜編寫。在介紹世界水資源概況與海水、苦鹹水淡化技術知識的基礎上，全面介紹了各種現代海水淡化技術與工程，包括熱法（如蒸餾法、冷凍法），膜法（如反滲透膜和納濾膜、電滲析），利用核能、太陽能、風能和其他方法（電容吸附、氣體水合物、嵌鑲離子交換膜壓滲析、溶劑萃取）等的海水淡化技術與工程，並介紹了各種水質標準和水質檢測方法。本手冊以介紹各種海水淡化技術與工程為主，注重實用，從大型海水淡化廠到船用、家用淡化設施，從海島、陸地的海水淡化技術應用到救生用淡化方法，結合了一些工程實例都予以較詳細的介紹，同時還兼顧了海水淡化技術的延伸、海水資源綜合利用、海水淡化相關新理論的發展等內容。本書對不同規模、不同用途的海水、苦鹹水淡化工程（產業）都有參考價值。

本書可供海洋、水資源及環境等學科相關專業師生、工程技術人員、管理人員參考。

第1篇水資源概況和海水、鹹水淡化技術綜述

第1章水資源概況1

11世界水資源概況1

12我國水資源概況和用水緊張狀況2

參考文獻4

第2章淡化工程原水的組成和性質5

21淡化工程原水來源與組成5

211河流水組成5

212鹹水與滷水的組成6

213海水組成8

22海水性質10

221海水氯度與鹽度10

222海水密度和1980年國際標準海水狀態方程13

223海水恆壓比熱容15

224海水冰點15

225海水滲透壓15

226海水蒸氣壓 16

227海水沸點升高16

228海水黏度17

229海水絕對電導率17

2210海水錶面張力17

2211海水中的溶解氣體18

參考文獻18

第3章海水淡化技術概述19

31海水淡化技術概況19

32海水淡化理論耗能量20

33海水淡化的簡要發展歷史22

34主要海水淡化方法簡介22

341蒸餾法22

342反滲透法24

343電滲析法24

344冷凍法24

345水合物法25

346電容吸附法26

347嵌鑲離子交換膜壓滲析26

348溶劑萃取法26

349海水淡化方法的組合26

35淡化技術在水資源利用中的地位和發展前景26

參考文獻27

第4章海水淡化工程原水預處理技術綜述28

41預處理的目的與內容28

42淡化工程原水採集方法28

43預處理常用藥劑29

44原水混凝沉降除濁技術29

441混凝劑適用原水最大含砂量29

442影響混凝劑混凝效果的因素30

443混凝劑投加方式與設備30

444淡化工程原水除濁沉降30

45原水滅菌殺生技術31

451D值31

452消毒劑分類 31

453氯消毒劑消毒32

454臭氧消毒35

455紫外線消毒36

456過氧乙酸消毒36

457超濾和微濾除菌36

46原水過濾除濁技術36

461機械過濾法36

462混凝過濾39

463吸附過濾39

464微孔膜過濾法40

465超濾法42

47原水軟化與阻垢技術42

471化學反應沉澱軟化法42

472離子交換法44

473酸化法45

474加入阻垢分散劑法45

475納濾法膜軟化46

48原水脱氣技術47

481酸化脱氣——脱CO2氣47

482加熱脱氣47

483真空式除氣47

484除氧劑脱氧氣47

485脱H2S氣48

49原水除鐵和錳的技術48

491混凝沉澱法48

492離子交換法48

493曝氣氧化法48

494氯氧化法48

495接觸氧化法48

496鐵細菌除鐵法49

410原水除餘氯技術49

411原水除有機物、異臭和異味49

412原水預處理工藝流程 49

4121電滲析法淡化原水預處理工藝流程50

4122反滲透法淡化原水預處理工藝流程51

4123蒸餾法淡化原水預處理工藝流程52

413淡化技術的原水預處理後的水質要求53

參考文獻54

第2篇熱法海水淡化技術與工程

第5章蒸餾法海水淡化技術與工程55

51多級閃蒸55

511多級閃蒸原理概述55

512多級閃蒸工藝過程設計56

513多級閃蒸裝置及運行74

514多級閃蒸工程實例84

52多效蒸餾91

521多效蒸餾概述91

522多效蒸餾的分類91

523低温多效蒸餾海水淡化的原理92

524塔式多效蒸餾93

525低温多效蒸餾海水淡化技術的應用範圍95

526多效蒸餾海水淡化裝置的工藝設計96

527多效蒸餾海水淡化裝置的工程實例100

528和太陽能結合的多效蒸餾海水淡化技術103

529低温多效海水淡化技術的優點及發展趨勢105

53壓汽蒸餾106

531壓汽蒸餾概述106

532壓汽蒸餾的工藝設計110

533壓汽蒸餾海水淡化裝置的基本組成和模式114

534壓汽蒸餾海水淡化工程實例114

535壓汽蒸餾海水淡化技術的發展趨勢121

參考文獻121

第6章冷凍法海水淡化技術與工程123

61冷凍法海水淡化原理123

611冷凍法淡化原理簡介123

612冷凍法淡化技術分類124

613冷凍法海水濃縮率124

614冷凍法淡化的優缺點125

62冷凍法淡化流程125

621間接冷凍法125

622蒸汽壓縮式真空冷凍法126

623蒸汽吸收式真空冷凍法126

624丁烷冷凍法127

63冰晶的生成與洗滌128

631冰晶的生成128

632冰晶的洗滌129

參考文獻130

第3篇膜法海水淡化技術與工程

第7章反滲透和納濾海水淡化技術與工程131

71緒言131

711發展概況131

712滲透和反滲透131

713反滲透和納濾膜及組器件132

714反滲透過程的特點和應用132

715納濾過程的特點和應用133

72反滲透和納濾的分離機理133

721反滲透的分離機理133

722納濾的分離機理135

73反滲透膜和納濾膜137

731膜材料137

732膜的分類139

733非對稱膜的製備和成膜機理140

734複合膜的製備和成膜機理141

735不同構型的膜的製備142

736反滲透膜和納濾膜結構和性能表徵144

74反滲透膜和納濾膜組器件技術148

741膜組器件的構型及特徵比較148

742板式構型148

743管式構型149

744卷式構型150

745中空纖維式150

75反滲透和納濾海水淡化工藝過程設計157

751系統設計要求157

752濃差極化159

753過程基本方程式161

754工藝流程及其特徵方程165

755裝置的組件配置和性能169

756基本設計內容和過程171

76反滲透和納濾系統的淡化工程設計和運行173

761預處理系統173

762反滲透和納濾裝置197

763輔助設備和主要零部件200

764設備的操作與維修207

765清洗、再生、消毒和存放技術210

766計算機監控215

77反滲透和納濾在海水和苦鹹水淡化中的應用示例219

771反滲透海水淡化219

772反滲透苦鹹水淡化227

773納濾海水和苦鹹水淡化230

774反滲透和納濾的其他應用示例 234

78反滲透和納濾過程的經濟性244

781成本考慮的基礎244

782直接投資成本245

783間接投資成本246

784操作成本246

785投資回收成本248

786評價成本的方法248

787敏感性分析249

788小規模和特種系統251

789國內外RO代表性成本示例252

79展望253

參考文獻254

第8章電滲析海水淡化技術與工程258

81電滲析法概述258

82基礎理論259

821電滲析原理259

822電滲析能耗260

823Donnan平衡理論262

83離子交換膜264

831離子交換膜分類264

832離子交換膜的製備264

833離子交換膜的性能267

834商品化離子交換膜269

84電滲析器271

841電滲析器的主要部件271

842電滲析器的組裝273

843國產電滲析器的規格和性能274

85極化和極限電流密度275

851極化現象275

852極限電流密度及極限電流係數276

853影響極限電流的因素279

854極限電流密度經驗式281

855極限電流測定方法282

86電滲析淡化工藝過程設計283

861基礎計算式283

862四種脱鹽流程284

863流程設計計算285

87電滲析淡化工程設計286

871工程參數（水量）計算286

872進水水質要求289

873預處理系統290

874場地佈置291

88電滲析系統和運行293

881操作參數的選取與調整293

882控制沉澱物生成294

883EDR運行方式295

89應用實例297

891沙漠苦鹹水淡化車297

892海水淡化裝置298

893海水濃縮製鹽302

810電滲析淡化的經濟性304

8101產水成本304

8102經濟操作電流密度305

8103幾種淡化過程的比較306

符號説明306

參考文獻307

第4篇核能海水淡化技術與工程

第9章核能海水淡化概述308

91核能海水淡化涉及的三種技術309

92具體工藝的選擇309

93核能海水淡化的方式309

94核能海水淡化的安全考慮310

95核能海水淡化的技術、安全、經濟和組織310

951電與水比例的周密考慮310

952選擇核能淡化的決定因素——經濟競爭力311

96啓動核能海水淡化產業必須考慮的相關問題312

97國際原子能機構成員國引進核能海水淡化的步驟312

971明確相關政策條款312

972策劃核能和水供應發展的長期規劃及相應的財政經濟計劃313

973選擇廠址313

974可行性研究313

975建設工廠314

976工程管理315

977設施運行315

參考文獻316

第10章核能海水淡化技術與工程317

101海水淡化用反應堆317

1011當代的重要能源——核能317

1012核能及其機理317

1013核反應堆318

1014核電站320

1015核安全321

1016海水淡化用反應堆326

102國際原子能機構的軟件包DEEP(脱鹽經濟評價程序)331

1021DEEP軟件包的產生及其目的331

1022DEEP軟件包涉及的技術範圍332

1023DEEP軟件包考慮的工藝流程333

1024DEEP軟件包使用上需要注意的事項345

103核能海水淡化的選擇346

1031能源選擇346

1032核能用途的主次問題的選擇347

1033熱電淡化方法的選擇347

1034對產品水質要求的影響348

1035所在地區對核能淡化的影響348

1036電水需求比348

1037經濟性349

1038核能海水淡化的工藝選擇349

1039安全可靠性350

10310廠址的選擇 350

104核能海水淡化工程設計350

1041海水淡化裝置和核電站連接351

1042海水淡化裝置和供熱用核反應堆連接352

1043海水淡化裝置和熱電聯產的核反應堆連接354

1044核反應堆與海水淡化裝置連接的設計要求356

1045輸送蒸汽方法：背壓式和抽取式357

1046其他需要考慮的問題358

1047船用核能海水淡化廠359

1048海水淡化的石油燃料和核能能源的比較360

105核能海水淡化工程實例361

1051哈薩克斯坦核能海水淡化361

1052日本的核能海水淡化361

1053和核能海水淡化相似的核能用途 364

106核能海水淡化的經濟性365

1061核能海水淡化的經濟指標365

1062產品水的成本及其組成366

1063成本估算的方法372

1064成本估算的可靠性374

1065與化石燃料海水淡化廠的經濟比較375

1066水的成本和價格375

1067融資376

參考文獻376

第5篇其他海水淡化技術與工程應用

第11章太陽能和風能海水淡化技術377

111太陽能海水淡化377

1111太陽能採集系統377

1112直接法太陽能海水淡化378

1113間接法太陽能海水淡化379

1114鹽度梯度太陽池脱鹽382

112風能海水淡化385

參考文獻385

第12章其他製取淡水技術387

121電容吸附法脱鹽387

1211脱鹽原理387

1212脱鹽特性388

1213應用領域389

1214存在問題及展望390

122氣體水合物法390

1221水合物法的基本原理390

1222水合物的結構390

1223水合物生成條件392

1224水合物的性質396

1225水合物法海水淡化398

123嵌鑲離子交換膜壓滲析401

1231嵌鑲膜脱鹽的基本原理401

1232嵌鑲膜的製造方法402

1233壓滲析淡化試驗403

124冰山取水403

1241開發冰山利用的出發點403

1242冰山的探測404

1243冰山的運輸和保護404

1244冰山淡化廠404

1245經濟性405

125應急救生離子交換藥劑406

126溶劑萃取淡化406

1261溶劑萃取法的基本原理406

1262萃取劑的選擇407

1263混合萃取劑408

1264原水含鹽量對萃取性能的影響408

1265萃取劑的回收408

1266鹽析劑409

1267溶劑萃取法海水淡化過程409

1268溶劑萃取法的優缺點411

127海水淡化方法的組合412

1271方法本身的組合與方法之間的組合412

1272發電淡化組合414

1273海水淡化與綜合利用416

符號説明422

參考文獻422

第6篇海水淡化產水的後處理和海水綜合利用

第13章海水淡化產水的後處理424

131海水淡化工程產水脱氣處理424

1311酸化脱氣——脱CO2氣424

1312加熱脱氣424

1313真空式除氣424

1314除氧劑脱氧氣425

1315膜法真空脱氧 425

1316脱H2S氣425

132pH調整425

133消毒和殺菌425

參考文獻425

第14章海水淡化後濃縮水的綜合利用和後處理426

141海水淡化後濃縮水綜合利用的研究進展426

142海水淡化後濃縮水提鉀426

1421化學沉澱法427

1422有機溶劑法427

1423無機離子交換劑法427

143海水淡化後濃縮水提溴427

1431水蒸氣蒸餾法428

1432空氣吹出法428

144海水淡化後濃縮水製鹽429

1441離子交換膜電滲析濃縮海水製鹽工藝流程429

1442蒸發法制鹽431

145海水淡化後濃縮水的後處理431

參考文獻431

第7篇各種水質標準和水質檢測方法

第15章水質指標和標準433

151淡化工程原水水質指標與分類433

1511淡化工程原水水質指標433

1512淡化工程原水分類433

152各類用水水質標準434

1521生活飲用水水質標準435

1522農用灌溉水水質標準435

1523地面水環境質量標準435

1524人工游泳池水質標準436

1525工業用水水質標準436

1526醫藥注射用水水質標準437

參考文獻437

第16章海水、滷水的水質分析438

161海水、滷水中陽離子分析438

1611鉀的測定438

1612鈉的測定441

1613鈣的測定444

1614鎂的測定446

1615錳的測定448

1616鐵的測定450

162海水、滷水中陰離子分析452

1621活性硅酸鹽的測定452

1622亞硝酸鹽、硝酸鹽的測定455

1623硫酸鹽的測定458

1624氯化物的測定461

1625碳酸鹽和碳酸氫鹽的測定464

163水質其他有關理化參數分析465

1631遊離二氧化碳的測定465

1632pH的測定466

1633電導率測定468

1634氯度與鹽度測定469

1635化學耗氧量（COD）的測定470

1636總溶解固體的測定471 ^[2]