净水技术 | 海水淡化不再高能耗？水力射流或取代反渗透

在沙特达成协议后，一种新型热法海水淡化技术的开发工作正在被持续推进。

沙特海水淡化与绿氢开发商沙特国际电力（ACWA Power）已经与全球供水公司（Water Global Access）签署了一项工业发展协议，以大规模发展水力射流脱盐技术。

该组织表示，相较于大多数现代海水反渗透（RO）脱盐技术与传统热法淡化技术，HID技术的能耗分别是前两者的2/3和1/10。

该协议是今年于沙特阿拉伯利雅得举行的未来海水淡化技术国际会议上签署的。

图 1  未来海水淡化技术国际会议

来自全球水务智库的Christopher Gasson在评论该公告时说：“这很有意义，因为ACWA电力公司是世界上最大的私人海水淡化开发商，并且我相信它能够开发出反渗透的替代技术。”

这一合作将从实施一个试点项目开始，包括将在海湾合作委员会（GCC）地区实施HID。

ACWA研究表明，该技术可能会突破海水淡化2 kWh/m3的能耗瓶颈。

ACWA电力公司首席执行官Paddy Padmanathan说：“随着工业化和人口持续增长，全球水消耗量快速上升的问题急需解决。”

他补充道：“利用具有成本效益的低碳密集型技术进行淡水生产之潜力确实是指数级的，并且我们为尝试开创性的HID技术感到自豪。”

HID技术结果表明，它与高能效商业海水反渗透（SWRO）脱盐设施相比，有了一定进步。

SWRO设施平均能耗为3 kWh/m3，但HID技术与目前吉尼斯纪录中SWRO试验工厂所需2.271 kWh/m3能耗相比，有了至少10%以上的改善。

从ACWA电力公司和WGA在今年早些时候首次开展的绿色海水淡化技术开发项目的合作中可以看出，ACWA对WGA的HID技术颇感兴趣。

这是因为ACWA电力公司想摆脱化学处理过程，这也正是HID所避过的，这样与现有海淡技术相比可以节省能量。

WGA首席执行官Eusebi Nomen说：“技术正准备测试，以证实HID有能力突破2 kWh/m3海淡能耗瓶颈，这将为行业效益水平建立新典范。”

“WGA的产业发展计划目标是在2023年底达到先进技术准备水平，并在2024年实现HID商业化运行。”

图 2  ACWA公司旗下的海水淡化厂

ACWA电力公司目前经营着16个海水淡化厂，其中50%位于沙特阿拉伯，包括该国最大的独立水项目和世界最大一个SWRO海淡厂。

尽管97%的人口可以获得饮用水，但沙特仍被列为地球上最缺水的国家之一。

绝对缺水水平是每年人均500 m3，而沙特阿拉伯每年人均只有89.5 m3。

除此之外，该国一半以上的用水超过可持续水平，并且82%的污水没有经过净化处理，不能被重复利用。

沙特阿拉伯，像中东和北非许多国家一样，正在寻找投资和改善现有海水淡化厂。在吉达等城市，海水淡化供应了98%的所有用水。

在2019年，该国启动了一项名为Qatrah（在阿拉伯语中为水滴的意思）的国家计划，到2030年将减少约43%的水消耗量，达到每天人均150 L。

图 3  全世界最缺水的15个国家分布

热法海水淡化基本原理：基于盐水分离过程中热量输入与输出所引发的水的相变过程。

快速喷雾蒸发海水淡化技术原理：将海水通过压力式喷头呈雾状，喷入蒸发室内，同时蒸发室内有空气流通；悬浮在气流中的水滴体积很小，直径一般在100 mm以内，比表面积很大，便于与周围空气进行热量传递，海水中的水分迅速蒸发成为水蒸气，海水由此被浓缩；蒸发过程结束后，水蒸气被空气流带出蒸发室，随后再被冷凝为淡水并予以回收。

降膜蒸发工作原理：需要浓缩物料进入降膜蒸发器加热管，使其在内壁形成薄膜，从而继续向下流动。在这个过程中，由于管外是加热的，所以，加热管内的薄膜温度升高，甚至沸腾，部分水分开始进行蒸发。加热管内壁液膜之所以继续向下运动，开始是因重力作用，后因管内蒸汽不断生成向下流动便带动了液膜向下流动，且运动速度不断加快。由此，蒸汽与液体一起由加热管下端引出，经气液分离后得到浓缩液。

机械式蒸汽压缩蒸发器原理：利用高能效蒸汽压缩机压缩蒸发产生二次蒸汽，提高二次蒸汽的压力和温度，被提高热能的二次蒸汽打入加热器对原液再进行加热，受热原液继续蒸发产生二次蒸汽，从而实现持续的蒸发状态。

水力射流（HID）工作原理：环境温度下以非常低的压力运行，与机械式蒸汽压缩和降膜蒸发相类似的一种蒸发技术。