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题组十一 第21题:海水资源
〖真题回顾〗
(2023年1月浙江高考真题)21. 距陆地5千米以外、水深200米以下的深层海水,因其独特性质而备受关注,已被广泛开发利用。下图为深层海水部分应用领域示意图。深层海水深受水产、食品等产业青睐是因其( )
①氧气充足②清洁少菌③矿物营养多④光合作用强
A. ①② B. ②③ C. ③④ D. ①④
〖基础知识〗
一、概念: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。
二、海水水资源的特点
(1)表面积大:约占地球表面积的71%。
(2)储水量大:约占地球总水量的97%。
(3)成分复杂:除水外,还含有多种常量元素、微量元素。
三、海水资源的利用
1、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。
2、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。
(1)海水蒸馏淡化法: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。
(2)海水反渗透淡化法(RO):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。
(3)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。
(4)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。
3、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。
(1)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