海水资源系指海水及海水中存在的可以被人类利用的物质。海水利用包括海水淡化、海水直接利用和海水中化学资源的提取。
海水简介
海水约占地球表面积的71%,具有十分巨大的开发潜力。仅以海水资源为例,海水水资源的利用和海水化学资源的利用具有非常广阔的前景。海水资源开发,或海水综合利用技术,包括海水直接利用、海水淡化和海水中化学资源的提取。
海水淡化
海水淡化技术研究始于20世纪20年代,40年代进入应用领域,60年代大幅度增长,并逐渐形成规模,70年代中期全球
海水淡化装置已可产淡水200万m3,1980年达728万m3,80年代末期达1329万m3。
海水淡化装置主要分布在三种类型的区域。一是沿海干旱地区,如中东的科威特、沙特阿拉伯、阿联酋等国;二是淡水供应困难的海岛,如美国的佛罗里达群岛、中国的西沙群岛;三是人口密集、工业集中、淡水紧缺的沿海城市,如美国的圣迭戈、中国的香港等。
现在广泛采用的海水淡化方法主要包括:蒸馏法、反渗透法、电渗析法和冰冻法等。
该法是用于海水淡化较为成功可行的主要方法之一,几十年来一直保持优势。其优点,一是不受原水浓度的限制,适宜于用海水做原料;二是淡化水纯度高,含盐量通常小于10,而其他方法一次脱盐难以达到这个指标;三是适用于大规模建厂,可达到百万吨级规模。存在的问题是:一是结垢严重,使传热系数降低,效率下降;二是对设备腐蚀较重,使其寿命缩短;三是排放的浓盐水影响近岸生态。总之,
蒸馏法海水淡化原理简单,设备不复杂,制约因素主要是成本较高。由于采用的设备、流程及能源不同又可分为以下几种方法。
①多级闪蒸(MS)海水淡化法
该法技术上成熟,成为地区性稳定供水主要水源。
②多效蒸发海水淡化法(ME)
该工艺耗能低,经济效益高。目前采用低温多效蒸发工艺的厂家居多。
③压汽蒸馏海水淡化(VC)
该海水淡化工艺是海水蒸馏淡化系统中的后起之秀。
该法在压力推动下使薄膜脱盐,除用于海水脱盐外,还广泛用于苦咸水的淡化。反渗透淡化发展迅速,其装机容量仅次于海水蒸馏而居第二位。
海水电渗析淡化(FD)
电渗析脱盐,是含盐水在直流电场作用下,发生离子迁移,阴阳离子分别通过阴阳
离子交换膜,达到脱去溶液盐分的目的。电渗析的优点是工艺简单,易于普及和实现自动化,缺点是耗能较高,其运行费用大体与反渗透法相当。装置的容量多为几立方米至几百立方米,属中小型。多用于舰船、海岛。
冰冻法海水淡化
该法利用降温的原理,从食盐水中析出冰晶,而后融化获得淡水。该法不需要高温,也不会产生高温带来的腐蚀,从理论上讲优于蒸馏法。为了提高效率,通过热交换器进行热的重新利用,装置容量一般小于1000m3。冷冻法运行安全可靠、无污染、水质好,将进入海水淡化市场。
海水直接利用
目前,海水直接利用主要包括:利用海水代替淡水做工业用水;滨海城市的生活用水,如冲厕、冲道路、消防用水等。
海水代替淡水做工业冷却水
根据统计,城市用水中约70%是工业用水,而工业用水中大约70%是冷却用水。世界发达国家大都将冷却水量大的电力、化工、钢铁、石油等企业布设在滨海地区,利用海水做冷却水。日本1980年仅电力冷却使用的海水量就达1000亿m3,美国2000年工业用水量二分之一由海水解决,西欧六国2000年海水年用量达2500亿m3。
海水化学资源
海水化学资源是指海水中所含具有经济价值的化学物质。作为地球上最大的连续矿体的海洋水体,其中蕴含着几乎所有的化学元素,它们在海水中的浓度大小不一,但是总量都很可观,因为海水的总量是十分巨大的这些化学元素,有些已开始被人类所利用,是现时的资源,有些虽暂时未被人类所利用甚至还未被发现,但随着科技的进步和人类对资源的需求,终有一天会被人类发现和开发利用,它们是潜在的资源 现时的海水化学资源主要是海盐以及其他的一些化学元素
海盐资源
海水的总体积大约为13.7×10 km3,海水中含有的化学元素达80种之多,储存着几乎是取之不尽的化工原料。海水总含盐量高达5×10t之多,这为人类提供了极其丰富的资源:随着社会经济和科学技术的发展,人们为着解决和化工原料日趋紧张的矛盾,海盐资源的综合开发利用已处于特别引人注目的地位:海水的主要成分有Na、Mg、Ca、K、Cl、SO4,这6种成分占海水成分的99.5%以上。通常所说的海盐主要指钠盐、镁盐、钾盐和钙盐,钠盐在海盐中产量最大,应用最广泛,人们把氯化钠称为百味之王,化工之母,其次还有硫酸钠、
碳酸氢钠和碳酸钠;镁盐主要是包括氯化镁、氧化镁、硫酸镁、碳酸镁;钾盐主要包括氯化钾、硫酸钾;钙盐主要为碳酸钙、硫酸钙二氯化钠在海水中的含量约3.5%左右;镁的含量仅次于氯化钠,海水中的镁总量约2000×10t;溴也是最为重要的化工原料源之一。
海水化学元素
海水中溶存着80多种元素,其中不少元素可以提取利用,具有重要的开发价值据计算,每立方千米海水中含有3750×10t固体物质,其中除氯化钠约3000×10t、镁约450×10t外,钾、溴、碘、钍、钼、铀等元素也不少。若把每立方千米海水中的物质提炼出来,其价值约等于10亿美元。目前海水提溴和提镁在国外已形成产业,海水提钾、碘、铀、重水等尚处于研究阶段。
海水资源区
该区是指为开发利用海水资源或直接利用地下卤水需要划定的海域,包括盐田区、特殊工业用水区和一般工业用水区等。盐田区应鼓励盐、碱、盐化工合理布局,协调发展,相互促进;重点保证国家大型盐场建设用海需要。限制盐田面积的发展,以改进工艺、更新设备、革新技术、提高质量、降低成本、提高单产、增加效益等项措施解决盐业发展用海;严格控制盐田区的海洋污染,原料海水质量执行不低于二类
海水水质标准。特殊工业用水区是指从事食品加工、海水淡化或从海水中提取供人食用的其他化学元素等的海域,执行不低于二类海水水质标准。一般工业用水区是指利用海水做冷却水、冲刷库场等的海域,执行不低于三类海水水质标准。