海水淡化技术发展

关键词： 海岛 海洋权益 淡化 亟需

海水淡化技术发展（精选十篇）

海水淡化技术发展 篇1

1 海岛反渗透海水淡化工艺路线

反渗透是目前海水淡化领域主导技术之一,其主要工作原理是利用压力差作为推动力,通过半透膜将海水中的纯水进行分离。SWRO系统主要由反渗透膜、预处理和能量回收三部分组成,其设置会因海水性质、海岛位置和装置用途等不同略有调整[2]。目前,反渗透膜和高压泵基本依赖于进口,其余部件已实现国产化。由于我国大部分海岛远离大陆,附近海域水质较为稳定,受污染程度较低,因此预处理对象以悬浮物和胶体为主,过程相对简单[3]。对于海岛SWRO系统而言,由于处理量较小,处理后浓海水需经详细经济性分析以决定是否直排或进入能量回收装置。图1所示为海岛SWRO系统流程图。

2 反渗透海水淡化技术发展现状

2.1 反渗透膜推陈出新

反渗透膜是SWRO技术的核心,其性能直接影响整个系统效率。到目前为止,反渗透膜发展历经三代:第一代是1953年美国佛罗里达大学Reid教授发现的醋酸纤维膜;第二代是1960年美国加利福尼亚大学Loeb和Sourirajan发现的不对称醋酸纤维膜;最新一代是Filmtec公司推出的聚酰胺复合膜[4]。复合膜主要由醋酸纤维和聚酰胺两种材料复合而成,包括基膜和表皮层。基膜用来增强机械强度,其主要材料为聚砜、聚丙烯、聚丙烯腈和聚酯无纺布;表皮层用来脱盐,其主要材料为芳香聚酰胺、间苯二胺和丙烯-烷基聚酰胺等。通过技术的不断改进和创新,反渗透膜的脱盐效率和透过速率不断提高。在相同测试条件下,国外反渗透膜脱盐效率大于99.5%,通量达到50 L/m2·h;国内所生产的反渗透膜脱盐效率为99.2%～99.5%,通量可达25～50 L/m2·h[5]。

2.2 预处理技术不断突破

预处理的主要目的是为去除海水中的悬浮物、胶体、有机物、细菌、微生物以及病毒等。良好的预处理工艺能够延长膜的使用寿命,保证海水淡化装置长期安全稳定运行。表1和表2列出了传统和新型预处理技术特点及优缺点,通过比较可知,传统预处理工艺冗长、操作复杂、水质不稳定、投资较高;新型预处理工艺简单、水质稳定、投资降低。由于新型预处理工艺在一定程度上得到了简化,使得设备投资减少,既保证了供水水质的要求,也从整体上降低了工程造价。

2.3 能量回收技术不断改进

能量回收技术用于回收从反渗透装置中排放出的浓海水中的高压能,这部分海水压力约为4.0～8.0 MPa,回收该部分高压能可大幅度降低海水淡化成本。按照回收原理不同能量回收技术可分为三类:利用正位移、利用透平直接驱动水泵、利用涡轮透平助推电机。这三类技术具体比较见表3。

其中,利用正位移原理的压力交换器,由于高压流体和旋转部件直接接触,提高了转换效率,因此其能量回收效率可达90%以上。

3 海岛反渗透海水淡化装置研究前景

地球上水资源总量为13.8亿立方公里,其中97.3%被盐化,只有2.7%是淡水资源。为了缓解全球水资源紧张局面,积极推进海水淡化产业是中国经济持续发展的必由之路。国务院办公厅在《关于加快发展海水淡化产业的意见》中明确提出,将通过五大措施扶持海水淡化产业发展,在4年时间内实现海水淡化能力翻两番。海岛丰富的风能、太阳能、潮汐能等可再生能源可作为SWRO装置的天然驱动能源。据统计,海上风能储量为750 GW,是陆地风能储量的三倍;太阳能理论储量为每年17000亿t标准煤;波浪能理论储量为7000万kW左右[13]。因此,针对不同海岛特点,利用上述能源中的一种或几种方式组合进行海水淡化,解决海岛的水资源问题具有广阔的前景。目前,利用风光互补能源装置进行海岛海水淡化逐渐成为研究热点。党的“十八大”也将海岛的开发和利用放在了重要高度,解决海岛驻扎居民的淡水问题,宣示海岛的主权迫在眉睫。由此可见,对海岛海水淡化装置的研究及开发,不仅具有重大的经济效益,同时也具有非常大的社会效益。

4 结 语

海岛反渗透海水淡化技术的研究与应用依托于国家政策的扶持和SWRO技术的进步,该技术可解决海岛居民的生活供水问题,也是对海岛进行深入开发和利用的先决条件。基于反渗透海水淡化的若干技术集成是近期研究工作的重点,如何有效利用海岛风能及太阳能等可再生能源以克服海岛恶劣环境,降低海水淡化成本不仅具有重要的科学意义,也具有较大的现实意义。

摘要：我国海岛开发利用程度较低,维权形势十分严峻。反渗透海水淡化技术具有淡化效率高、能耗低、投资低等优点,可以解决海岛供水问题。本文通过介绍反渗透膜、预处理和能量回收三项技术发展现状,指出我国海岛反渗透海水淡化具有广阔发展前景。

海水淡化技术发展 篇2

访以色列IDE海水淡化技术有限公司总裁Avshalom Felber与北京代表处总经理王双成先生

IDE自1965年成立以来，一直专注于海水淡化领域，是世界海水淡化的先驱者和领导者。四十多年来在40多个国家和地区建立了400多家水厂，它的代表作——以色列阿什克隆、海德拉和索莱克海水淡化工厂这些世界最大的海水淡化水厂在全球反渗透领域具有里程碑的意义。2005年IDE进驻中国市场，并建成中国最大的热法海水淡化工厂——天津北疆电厂海水淡化厂（每日20万立方米），为中国的海水淡化事业添上浓墨重彩的一笔。IDE目前的发展情况如何？面对竞争日益激烈的中国海水淡化市场，IDE怎样从容应对？对于未来，IDE又是如何布局和规划？为此，《水工业市场》杂志采访了以色列IDE海水淡化技术有限公司总裁Avshalom Felber先生与北京代表处总经理王双成先生。

水工业市场：请简单介绍一下天津北疆电厂海水淡化项目一期工程目前的运行状况，二期工程目前的建设情况如何？此外，IDE在中国还取得了哪些业绩？

Avshalom Felber：天津北疆电厂是IDE的低温多效LT-MED技术在中国的首次运用，这其中有很多优势体现在项目中，低温多效最主要的特点之一是高效率、低耗能，北疆电厂的造水比为1吨蒸汽可以制造淡水13-15吨，而通常在同行间一般为1吨蒸汽只能制造淡水7-9吨；吨水耗电量为1度左右，而行业内的吨水耗电量为1-1.5度。北疆电厂海水淡化装置有机地与电厂本身进行整合，电厂的余热蒸汽通过低温多效技术得以调控，达到水电联产。

王双成：天津北疆电厂二期工程基本已经安装结束，马上进入调试阶段，一期项目运行状况良好。从技术层面上看，该工程采用的都是IDE当今最新的技术。从2009年开始运行至今，第一期10万吨/天的淡化装置运行非常良好，第二期10万吨/天的项目在今年下半年也将投入运行，天津国投北疆电厂低温多效淡化项目对推动我国热法海水淡化技术在工业领域里的应用起到一个非常好的示范作用。目前，国家陆续出台了一系列海水淡化的规划政策，相信在天津市政府的引导下，该电厂高纯度的水送出将缓解天津市缺水的困境。

由于国内海水淡化市场处于培育期，除了天津北疆电厂之外，其他一些项目都还在早期准备和招投标阶段，包括电力、化工冶金行业的一些项目。

水工业市场：中国海水淡化市场的现状和趋势如何？IDE在中国的海水淡化市场发展情况如何？随着我国政府对海水淡化产业的重视和支持，众多国内企业纷纷崛起以及国外企业的进入，对IDE在中国的海水淡化市场发展带来怎样的挑战？

王双成：中国是一个严重缺水的国家，开源节流应为缓解缺水问题的唯一举措。为达到这一目的，海水淡化是一种快速、有效的方法，对缓解我国水资源严重紧缺是一个非常有力的补充。在政府的引导下，沿海各地纷纷提出建立海淡水厂的需要，相信在不久的将来海水淡化水将进入千家万户。诚然，这也带来一个新的海水淡化产业的浮现，尽管海水淡化项目各异性极强，不少参差不齐的海淡装置供应商蜂拥而至。就目前而言，我国的海水淡化市场依然在积极的培育期中，诸多项目还不成熟，另一方面，海水淡化市场的需求潜力与淡化装置供应不平衡。按照经济规律，应该在市场需求的策动下决定供求关系，通过政府协调和鼓励，解决水资源短缺应是首要解决的问题，但从实际情况来看，却是一方面国家大力推广海水淡化设备、技术，导致众多海水淡化公司一拥而上；而另一方面由于国家鼓励使用淡化水的政策不到位，导致海水淡化市场依然不成熟抑或在孕育中，供需矛盾突出。

以色列为常年干旱地区，全国每年饮用水需求量7.5亿立方米以上，在过去的10年里，共建有5个海水淡化厂，IDE建造了其中三个世界上最大的海水淡化厂，到2015年，以色列全国将有70%的饮用水来自海水淡化水。以色列政府非常自豪地宣称：“我们将彻底摆脱水短缺的困境！”短短十年以色列解决了中东地区最大的缺水问题，这是一个很好的解决水资源短缺的先例。但在我国却要首先解决市场机制问题，只有在国家相关配套政策的鼓舞下，才能大力开展海水淡化水的应用和市场运行，根据市场需求有机地发展海水淡化行业。

面对主要缺水的矛盾，国内很多人把对解决水资源短缺的海水淡化开发，当成是对海水淡化技术的研发，从而将解决缺水的实际现状滞后，存在“市场冷而供应热”这种衔接不紧密的情况。当前，海水淡化应用市场仍在等待优惠政策推广中，即便技术已成熟，何时才能将价格合理的淡化水与应用市场挂钩，也是一个非常棘手的问题。

在海水淡化市场孕育期，IDE公司十分乐于和国内海水淡化的投资者合作。通过合作，将国际上最先进的技术和经验引进到国内建造的水厂里，使得国际上成功的经验体现在水厂高效的运营和低廉的水价上！

至于竞争，我认为目前国内的海水淡化无论是从设备造价、技术水平还是产水水质上，与国外相比还有相当大的差距，对国际海淡公司而言，要做到技术与市场结合、与国内企业合作，从而达到高技术装备和低水价的理想结合，水价是衡量海水淡化高科技的标准。

随着近几年进入海水淡化行业的企业逐渐增多，相信我国海水淡化市场的潜力很大，但要完善这个机制还需很长一段时间。很多人对海水淡化这个行业并不了解，随着市场的推广，可以使人们逐渐了解海水淡化，投资海水淡化行业，打造解决我国水源不足的另外一个渠道，为海水淡化市场创造一个繁荣的景象。

众所周知，IDE海水淡化技术在世界上处于领头羊地位，IDE愿意联手国内同行为海水淡化行业做出自己的贡献。

水工业市场：热法和膜法脱盐淡化技术是IDE的核心优势，但传统的热法和膜法脱盐都无法避免高能耗的问题，导致海水淡化水的成本很高，IDE在海水淡化工程运行中如何实现节能降耗、降低成本？在中国工程的投建、运营过程中遇到过哪些难题？如何解决？

王双成：良好的热法和膜法技术能耗都不高，任何海水淡化技术都是以消耗能源来制水的。IDE在40多年前就已考虑应该如何降低成本：第一，由于热法的成本中几乎50%来自于能源成本，设备成本仅占水价的47%，因此IDE采用70℃的蒸汽，作为热法装置的驱动力，廉价的能源来源可以减少很大一部分的能源开销；第二，提高造水比，天津北疆电厂的项目1吨高压蒸汽可以生产15吨水，达到世界之最。尽管高压蒸汽的价格较高一些，但相应的高造水比能够抵消蒸汽的价格成本，也从技术上解决了水价成本高的问题，从而使水价降低；第三，膜法技术靠电能驱动，行业内制吨水一般为4度以上的耗电，而IDE的索莱克项目通过专利的能量回收系统、压力中心、在线冲洗技术以及加入自己研制的化学药剂等方法，各种优势优化结合，从而达到世界上海水淡化膜法最先进的技术水平，吨水能耗只有3.4-3.6度电，水价仅57美分/吨左右。可以说，IDE已经走出了低耗能、高产水的路子，而且这些技术随时可以在中国随着海淡项目的推广而使用。

海水淡化是一个系统工程，是技术综合整合优化的过程而不是装置部件的简单组合。国内很多人一谈到海水淡化就是膜、UF等等简单的名词，其实这是一个误区，我们必须要有一个整体的概念来审视海水淡化。建造一个海水淡化项目，首先要考虑出水的用途、海水水质、能源来源等情况，来决定项目的预处理、采用的优化技术种类等，然后是进行场地选址、工程设计等，过程繁复、细节琐碎。但国内业界却在这方面的关注并不多，而对其中的膜部件生产、研究热法部件流程感兴趣，我认为这是对海水淡化的误解。比如采用膜法的项目，膜对海水环境温度很敏感，一般必须保持在20℃左右，但我国北方沿海地区在冬季并不适合采用膜法海水淡化技术。

Avshalom Felber：我们采用IDE的技术在中国制造装置，同时为满足项目需要，基于中国的制造技术，把产品出口到智利、印度等国。我们认为中国有很大的国产化的潜能，大到大型工厂的建造，小到玻璃管道的生产，中国都可以提供。在中国生产设备对IDE而言是一个很大的挑战过程，从设计到转化为实体的细节，不同国家都有不同的水平标准，但我们都能把这些不同转变成通用。当遇到问题时，IDE通常派出专家到国内制造厂，与工厂人员一起携手完成技术转换，并完成产品的制造。从长期来看，IDE将按照中国的政策要求趋势进行扩大国产化措施，使以色列的项目技术在中国达到项目集成，按照要求完成。

水工业市场：为降低能耗，海水淡化技术集成成为趋势，尤其对于特大型海水淡化项目而言，热膜耦合工艺成为一种选择。介绍一下关于热膜耦合工艺的特点、应用现状与发展趋势，以及IDE对于此工艺的应用情况？

Avshalom Felber：无论热法还是膜法，IDE都处于世界领先的地位，两种技术在降低能耗、降低化学品的运用方面，是世界上最先进的。需根据当地的项目条件、水质情况来决定采用哪种海水淡化工艺，根据工业用水还是民居用水等用途和项目条件的不同，考虑采用反渗透或者低温多效的技术，工艺要与项目条件结合起来，IDE可以在一个水厂里采用这两种不同的工艺进行海水淡化装置。就这两种技术而言，IDE拥有世界上最大的两个海水淡化项目。在以色列的索莱克地区，IDE建造了世界上最大的反渗透海水淡化工厂，通过16英尺膜的运用，节省了大量的土地和辅助的装置设施，这个项目使IDE奠定了世界上建造海水淡化最低水价项目的企业地位，产品水作为市政和居民用水。独特的立式布局使整套设备运行、维修更加方便。

热膜耦合技术适合运用于大型和超大型海水淡化项目，根据用水需求的不同，采用热膜耦合能量平衡工艺使项目达到要求。IDE也正在对热膜耦合工艺进行初步的运用，在前期设计中，根据要求运用该工艺。下一步会集中精力在这方面有所突破。

水工业市场：在IDE以色列索莱克项目中，将16英尺的膜组件以垂直的方式布局以及独特的除硼系统，是全球首创的、唯一的技术。那么IDE下一步的技术研发重点将有哪些？

Avshalom Felber：IDE开发了一种集装箱式的小型海水淡化装置，运用于海岛的海水淡化饮用水，产水规模可以达到300-20000吨/天。“麻雀虽小但五脏俱全”，这种装置浓缩了IDE大型海水淡化装置的所有技术成果，拔插式的装置使用起来非常方便。该设备最大的特点是：第一，无需任何化学药剂，无论是在预处理阶段，还是对膜的处理，都不需要添加任何化学药剂，达到完全绿色生产。第二，安装、操作运行简单，并能进行远程控制。该装置最初是运用在海岛小型海水淡化上，实现了全球首例无需化学药剂的技术成果，现在将这一技术反过来运用在大型海水淡化装置中，逐渐使IDE所有的海水淡化项目都实现不添加化学药剂。

在研发方面，IDE主要集中在三个方面来面对整个全球市场：第一，强化热法工艺的高效，主要体现在材料运用，更进一步降低能源消耗；第二，在膜法方面拥有了一系列的专利技术，包括进一步降低能耗，在预处理方面采用一些新的技术，达到无化学药品预处理的方案，这些都是IDE最新的技术。通过项目实施开发一种绿色环保的膜法海水淡化设备，无需化学药品，产水规模为小型装置，这项技术为世界环保打开一条新的出路，使IDE在环保海水淡化方面走在了世界最前列；第三，通过膜工艺的概念设计，产生能源，从而随意调整海水淡化出水的浓度。此外，还利用太阳能、风能等新能源与IDE的装置相结合，向低耗能挑战，达到最好的结果。

王双成：IDE始终坚持技术研发，在建的索莱克海水淡化项目产水规模为65万吨/天，使用了世界上最先进的海水淡化技术：第一，使用16英尺的膜组件，与8英尺的膜组件相比，多了4.3倍的制水面积，优点主要有：

1、在原有的膜面积上提高了制水比；

2、减少了膜组件数量（与阿什克隆水厂比，节省了12万支膜组件），后期维护小，降低成本；

3、采用立式布局，利用重力作用使制水能耗更少，同时减少昂贵主管道的长度和口径，减少投资。第二，提出“三中心理论”，将项目的膜中心、泵中心、冷暖回收中心分离开来，独立实施，互不影响，可以单独进行修理维护。第三，独立研发出拥有技术专利的能量回收系统，使能量回收率达到96%，大大降低能耗，整个项目运行40%的能量来自自我系统循环，从而降低成本。

此外，还有一些项目施工和运行经验也是值得推广的，比如在海水淡化的预处理阶段采用混凝土预制，而不是现场制造。在索莱克项目中，每天大约有140万立方米的海水进入到预处理池中，而这个预处理池只用了一个星期就建设完成！IDE一面在工程建设前做场地准备，另一面在工厂中定制所需的配件，两者同时进行，通过工隙时间控制好预算，掌握全局。所以说，IDE项目中的每一步都包含着高科技的研发。

为使海水淡化项目更为灵活，IDE在2011年9月研发出世界上首例无化学药剂的小型海水淡化装置，叫“ProGreen”——绿色能源集装箱式海水淡化装置，规模从300-20000吨/天不等，无需添加任何化学药剂。该装置最大的特点是通过生物法替代化学法进行海水淡化预处理。因为在海水淡化过程中难免有杂质附着在膜表面上，通常做法是当膜表面的杂质达到一定厚度时，用化学药剂进行清洗，这对膜是有损害的。IDE首创“DOC”在线清洗系统，在海水淡化项目运行过程中，当膜表面略微有些附着物时，会产生压力差，通过自身压力将附着物推出去，能使膜的寿命延长7-10年，提高设备利用率，降低水价成本。这样的小型装置也可以在中国使用，主要运用在工业、海岛，无需建造厂房，灵活性好。

水工业市场：IDE拥有先进的海水淡化技术和丰富的经验，在如何适应中国市场、实现本土化方面，IDE做了哪些努力？未来IDE在中国市场有何新的布局与具体的计划？

Avshalom Felber：IDE从1997年开始就在中国推广海水淡化，从那个时候起IDE就开始关注中国海水淡化的政策实施、项目进展等情况，可以很自豪地说：IDE是为中国海水淡化行业贡献最大的企业之一，尤其是天津北疆电厂项目的实施。我们相信随着生活水平的提高、社会工业的发展，海水淡化的市场会越来越大。所以我们计划在中国进行长时期的海水淡化推广，也愿意与中国的同行公司进行合作，以取得更大的成果。我们相信以IDE优秀的海水淡化技术为背景与国内合作伙伴强大的资金市场做支持，再结合IDE技术与国内设备的制造，可以提供一个非常经济并且有竞争性的海水淡化项目装置，使制作的成本更低。

王双成：IDE在适应中国市场本土化方面做了很多工作，如在中国建立企业代表处，无论是国外项目还是国内项目，超过70%的设备都在中国采购等等。

对于在中国市场未来的发展，IDE坚持“两条腿走路”，一是积极与国内用户交流对海水淡化的合作，满足用户对海水淡化的需求；二是与行业内的企业联合，共同开拓中国海水淡化市场，无论是EPC还是BOT都可以参与。以前IDE只是关注于沿海一带的工业企业用户，现在随着国家政策推广，相信中国的海水淡化机制终会完善，我们期待大的招商引资项目，也愿意独资或者与国内企业联合参与项目。

水工业市场：作为一个国际企业，IDE有哪些经营和管理经验值得中国的同行们借鉴和学习？

王双成：IDE是一个国际公司，在世界许多国家都设有分公司和办事处，由国际财团进行管理，企业管理设有董事会。IDE是一个高科技企业，其中的科技研发人员占全部工作人员的70%，同时有国家和高校的技术支持，他们尊重知识产权，讲求创新，希望国内同行同样可以潜心之至地开拓思路，走出自己的技术特色。

IDE有很强的研发队伍，有总体设计部门、项目实施部门、膜法技术研发部门、热法技术研发部门、市场推广部门和渠道，可谓“一条龙服务”，企业管理很规范，市场机制也很规范，企业有超过80%的市场业绩都是来自于海外。IDE从上世纪80年代就开始进行膜法技术的研究，技术积淀久远，管理体制灵活，专业过硬，注重细节，经验丰富，许多员工都是在IDE工作30多年。

国外海水淡化发展现状、趋势及启示 篇3

一、现状及趋势

（一）海水淡化已成为解决全球水资源短缺的重要途径

随着水资源短缺形势日益严峻，海水淡化水在一些沿海缺水国家和地区的经济和社会发展中发挥了重要作用。以色列70%的饮用水源来自于海水淡化水，2005年日产海水淡化水量达73.8万立方米；阿联酋饮用水主要依赖海水淡化水，2003年日产海水淡化水量达546.6万立方米；意大利西西里岛500万居民，2005年日产海水淡化水量为13.5 万立方米，约占全部可饮用水源的15—20%。

目前全球海水淡化的市场年成交额已达到数十亿美元。

（二）海水淡化技术日趋成熟，淡化规模不断扩大，成本不断降低

多级闪蒸（MSF）、低温多效（MED）和反渗透（RO）是当今海水淡化三大主流技术。多级闪蒸技术成熟、运行可靠。主要发展趋势为提高装置单机造水能力，降低单位电力消耗，提高传热效率等。低温多效蒸馏技术由于节能的因素，近年发展迅速，装置的规模日益扩大，成本日益降低。主要发展趋势为提高装置单机造水能力，采用廉价材料降低工程造价，提高操作温度，提高传热效率等。反渗透海水淡化技术发展很快，工程造价和运行成本持续降低。主要发展趋势为降低反渗透膜的操作压力，提高反渗透系统回收率，廉价高效预处理技术，增强系统抗污染能力等。

伴随海水淡化技术发展和社会需求量加大，海水淡化工厂的淡化规模不断扩大。其规模从最初的日产几百立方米，发展到现在的日产几十万立方米。目前，世界上最大的多级闪蒸海水淡化厂是沙特阿拉伯的shuaiba海水淡化厂，日产淡水46万立方米；世界上最大的低温多效海水淡化厂是阿联酋Taweelah A1海水淡化厂，日产淡水24万立方米；世界最大的反渗透海水淡化厂是以色列南部地中海岸工业区的阿什凯隆海水淡化厂，日产淡水33万立方米。不久前，韩国斗山公司签约承建了世界上最大的沙特阿拉伯热膜耦合（MSF＋RO）海水淡化厂,计划2009年建成，日产淡水88万立方米。

在海水淡化规模不断扩大的同时，海水淡化成本也逐渐降低。其中，典型的大规模反渗透海水淡化吨水成本已从1985年的1.02美元降至2005年的48美分。且在成本的组成上，运行及维护、能源消费和投资成本均逐年下降。目前，国外吨淡化水出厂价格一般为0.6—0.9美元。

（三）水电联产、热膜联产等多种技术集成是海水淡化技术主要发展趋势

水电联产主要是指海水淡化水和电力联产联供。由于海水淡化成本在很大程度上取决于消耗电力和蒸汽的成本，水电联产可以利用电厂的蒸汽和电力为海水淡化装置提供动力，从而实现能源高效利用和降低海水淡化成本。国外大部分海水淡化厂都是和发电厂建在一起的，是目前大型海水淡化工程的主要建设模式。

热膜联产主要是采用热法和膜法海水淡化相联合的方式（即MED－RO或MSF－RO方式），满足不同用水需求，降低海水淡化成本。目前，世界上最大的热膜联产海水淡化厂是阿联酋富查伊拉海水淡化厂，日产海水淡化水量为45.4万立方米，其中，MSF日产水28.4万立方米，RO日产水17万立方米。其优点是：投资成本低，可共用海水取水口。RO和MED/MSF装置淡化产品水可以按一定比例混合满足各种各样的需求。

二、主要做法

（一）政府引导与市场化运作相结合

国外海水淡化工程的建设，过去通常为政府出资建设和政府实施管理，对于海水淡化发展发挥了至关重要的作用。随着海水淡化技术快速发展和市场机制的完善，现在，一些国家特别是中东国家采取政府引导与市场化运作相结合的模式，在保证政府对淡化水控制权的前提下引入竞争机制，允许私营经济和国外企业介入，进一步降低海水淡化工程的建设投资和运行成本。BOT（建设—经营—转移）和BOO（建设—拥有—经营）是主要融资模式。BOT方式是项目公司在协议期内拥有、运营和维护这项设施，并通过收取使用费或服务费用回收投资，取得合理利润。协议期满后，设施的所有权无偿移交给政府。BOO则是承包商根据政府授予的特许权，建设并经营某项基础设施，但并不将此基础设施移交给政府。

（二）制定政策，鼓励发展

许多国家政府为了解决日益紧缺的淡水资源问题和促进海水淡化产业的发展，在加大资金投入的同时，积极研究制定鼓励发展海水淡化政策措施。如：阿联酋对发电设施和供水设备的进口没有限制，只征收4%的关税；西班牙和意大利政府对海水淡化水给予补贴，但每立方淡化水补贴额不超过海水淡化的成本；以色列制定2002—2010年制水规划，对海水淡化、苦咸水淡化和废水回用等提出了明确目标；欧盟把海水淡化作为区域政策重点，对地中海沿海成员国在海水淡化工程建设方面给予资金支持，如西班牙的海水淡化工程项目，欧盟将提供80%左右的资金支持。

（三）统筹协调，监督管理

海水淡化是涉及多方面的系统工程，许多国家不断加大统筹协调力度，并不断完善制度和标准，加强监督管理，促进海水淡化产业健康、有序、快速发展。一是成立专门机构。如以色列专门设立了水资源委员会，具体负责海水淡化水的定价、调拨和监管。二是完善相关技术标准。如：法国的Sidem公司在海水淡化选材上制定了一系列企业标准。三是严格市场准入。如欧盟对大型海水淡化项目有十分严格的市场准入制度，对海水淡化项目进行环保论证和环境影响评价，对海水淡化水水质进行严格监测。阿联酋对海水淡化项目进行海洋环境影响前期论证和后期评估。

（四）典型示范，积极推广

阿联酋、以色列、西班牙、意大利等海水淡化先进国家大都是从一个较小规模的示范工程起步，通过示范对海水淡化产业的发展进行引导，示范工程实际的建设成本、淡化水的水质、运行成本、以及对当地经济社会的推动作用解除了人们的疑惑，使海水淡化产业快速发展。

三、启示

一是政府引导是发展海水淡化产业的关键。国外海水淡化产业发达的国家，其发展海水淡化有一个共同的特点，即政府对于海水淡化发展起着主导和推动作用。我国已发布实施《海水利用专项规划》，国务院有关部门应加快研究制定相关财税激励政策，建立和完善海水利用标准体系、市场准入标准，积极开展试点示范，并对示范项目给予一定的资金支持。同时，各级政府应按照国务院有关要求，加大水价改革力度，通过合理调整水价及其结构，促进海水淡化水的生产和使用。要依据有关规定，合理确定海水淡化水价格，允许进入城市供水系统，并保证一定的使用量。

二是技术创新是海水淡化产业化发展的源动力。国际上一些长期从事海水淡化技术研究的知名大公司，虽然在当今的世界海水淡化市场上占据有力地位，但为了保持他们的地位，仍在加大新技术的研发力度。我国海水淡化经过四十余年的发展，在数量规模、技术水平等方面都取得了重要进展，基本具备产业化发展条件。但与国外一些国家相比，还存在着工程规模小、设备国产化率不高、关键设备还有赖于进口等突出问题。建议国务院有关部门进一步加大海水淡化技术原始创新、集成创新、引进消化吸收再创新力度。组织重大技术攻关，开发具有自主知识产权的共性技术和关键技术，提高海水淡化技术支撑能力和创新能力。

三是投融资机制创新是促进海水淡化产业发展的重要保障。国外特别是中东国家大都采取多渠道融资方式，促进海水淡化产业发展。在保证政府对淡化水控制权的前提下引入竞争机制，加快海水淡化工程项目建设，降低海水淡化工程的建设和运行成本。可以通过国家、地方、企业、社会多方筹集资金，采取企业自筹、银行贷款、社会融资、利用外资、地方配套、国家补助等多种方式，建立多元化、多渠道、多层次、稳定可靠的海水利用投入保障体系。

海水淡化工艺及发展趋势 篇4

海水中有大量的水资源,且海水淡化不受时空和气候影响,工程占地面积少,规模灵活,建设周期短,供水稳定,可有效增加水资源总量。目前,海水淡化是一种解决淡水危机的有效途径,已在很大程度上缓解了部分地区的缺水状况,未来也将是调水困难的沿海城市应急补充水源的重要手段。中东、美国、中国等许多国家都在积极投资建造海水淡化厂,随着水资源短缺形势日益严峻,海水淡化水在经济和社会发展中发挥了重要作用[2,3]。

1 海水淡化工艺发展概况

早在400多年以前,英国王室提出海水淡化的问题。进入20世纪后,海水淡化技术随着水资源危机的加剧得到了加速发展。现代海水淡化技术的大规模应用始于干旱的中东地区[4]。由于世界上70%以上的人口都居住在离海洋120 km以内的区域,因而近20多年海水淡化技术迅速在世界上许多国家和地区得到应用。

根据国际脱盐协会(IDA)的数据[5],截止至2009年底,全球已有150多个国家和地区在利用海水淡化技术,全球共建有1.4451万个脱盐工厂,合计日产水量近6000万吨。其中海水淡化日产水量约4000万吨,2009年新增水量近500万吨,年增长率约为15%。1958年我国开始海水淡化技术研究,起步技术为电渗析;1965年开始反渗透技术的研究;1975年开始研究大中型蒸馏技术;1997年,我国第一套500 t/d反渗透海水淡化装置在浙江舟山嵊山县投产运行,开创了国内海水淡化规模化应用的历史先河[6]。2009年是我国大中型海水淡化装置建成投产最多的一年。全年共建成万吨级海水淡化装置5套,总装机容量约23万吨/天。淡化海水在电力、石化、钢铁等行业得到广泛应用,其中电力企业利用淡化海水用作电站锅炉补给水量约占全国海水淡化总量的65%。

2 主要海水淡化工艺现状及存在问题

目前常规的海水淡化方法主要有蒸馏法、膜法、结晶法、溶剂萃取法和离子交换法等[7]。蒸馏法包括多级闪蒸(MSF)、多效蒸发(ME)和压汽蒸馏(VC)。膜法主要有反渗透(RO)、膜蒸馏(MD)和电渗析法(ED)。虽然淡化方法有许多种,但真正实用的海水淡化只有多级闪蒸、多效蒸发、压汽蒸馏、电渗析法和反渗透等方法。其中又以多级闪蒸、反渗透两种方法为主,它们占到整个淡化市场份额的85%以上[4]。

2.1 蒸馏法海水淡化工艺

2.1.1 多级闪蒸(Multi-Stage Flash, MSF)

闪蒸,是指将海水加热到一定温度后,引入到一个闪蒸室,室内的压力被控制低于海水温度所对应的饱和蒸汽压,热海水进入后,一部分温度较低的水吸收其多余的热量作为汽化潜热,迅速蒸发的现象。多级闪蒸以此原理为基础,整个系统由多个闪蒸室构成,每一级闪蒸室都可以独立完成净化。预热后的海水依次流过若干个压力逐渐降低的闪蒸室逐级蒸发,逐级降温,直至末级的最低盐水温度,各级的冷凝水作为产品取出。

多级闪蒸淡化技术起步于20世纪50年代,其装机总容量占世界海水淡化市场份额的60%左右,适合于大型和超大型淡化装置,主要被海湾国家采用,常用于水电联产。该法工艺成熟,设备简单可靠,且不受水中含盐量的限制;传热管内无相变,热效率高;单机容量大,目前世界上最大的多级闪蒸海水淡化单机产量4.54万~5.7万m3/d[8];出水水质好,产品水含盐量为2~10 mg/L。但该法动力消耗大,制造1吨淡水的动力消耗为3.5~4.5 kWh;工程投资高,为反渗透法的两倍;设备的操作弹性小,是其设计值的80%~110%;产品水易受污染;存在设备、管路结垢与腐蚀问题[9]。

2.1.2 多效蒸馏(Multi-Effect Distillation, ME)

多效蒸馏,该法在单效蒸馏基础上发展起来,是将蒸馏产生的二次蒸汽再作为加热蒸汽来对下一效海水进行加热并在下一效蒸发器中冷凝为淡水。依次进行下去使蒸发所耗的热能充分得到再利用,从而降低能耗,形成多效蒸馏。

多效蒸馏是最早应用的淡化方法,主要与火电厂联合运行,规模一般在1万m3/d以下,其中低温多效蒸馏是蒸馏法中最节能的方法之一。我国的低温多效蒸发海水淡化技术起步于20世纪60年代[10]。该技术使盐水的蒸发温度不超过70 ℃,可减缓设备的腐蚀和结垢问题,同时由于使用了廉价传热材料,同样的投资规模可以安排更多的传热面积,达到较高的造水比。此外该法系统的热效率高,采用双侧相变传热,具有较高的传热系数;系统的动力消耗小,制造1吨淡水的动力消耗为0.9~1.2 kWh;操作弹性大,负荷范围从40%~110%[11,12];预处理简单,化学药剂消耗远低于多级闪蒸;系统安全可靠高,即便发生传热管泄漏,也仅降低少许产量而不会影响水质。但其设备较复杂,造价高;与多级闪蒸相比,装机容量存在差距。

2.1.3 压汽蒸馏(Vapor Compression, VC)

压汽蒸馏是指海水预热后进入蒸发器内蒸发,所产生的二次蒸汽经蒸汽压缩机绝热压缩提高其压力、温度及热焓后再送回蒸发器的加热室,作为加热蒸汽使用,使蒸发器内的溶液继续蒸发,而其本身冷凝即得到淡水。该技术不同于前两种技术直接重复利用蒸发过程所产生的二次蒸汽,而是用机械压缩机将其稍加压缩,提高压力后再输入到系统中去,蒸汽压力提高后其饱和温度相应提高,因此输入系统后可以作为加热热源使用,从而构成一个闭路循环。

压汽蒸馏法适用于中小型净水淡化项目,主要用于水源缺乏、供气不便的地区。一般规模不大,单台制水容量在25~3000 m3/d之间。2003年,由国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所设计的我国首台60 m3/d低温双效压汽蒸馏海水淡化装置成功投产运行[13]。压汽蒸馏法操作温度低,减缓了传热面的腐蚀和结垢;热工效率高,在燃料价格高的地区具有竞争力;由于腐蚀速度低,可以使用廉价传热材料;产品水总含盐量在5 mg/L以下,后处理简单。但蒸汽压缩机造价较高,难于进一步大型化,后期不易维护。

2.2 膜法海水淡化工艺

2.2.1 电渗析(Electro Dialyis, ED)

电渗析是膜分离技术的一种,是利用离子交换膜在电位差推动力的作用下,从水溶液中脱除离子的一种分离技术。离子交换膜具有选择透过性(即阳膜,只允许阳离子通过;阴膜,只允许阴离子通过),在直流电场作用下,阴、阳离子分别往阳极和阴极移动,从而使电解质离子自溶液中部分分离出来制得淡水[14]。

20世纪50年代初,由于选择性离子交换膜面世,电渗析法用于淡化海水或苦咸水。电渗析依靠外加电场的电流完成对水中电解质的去除,电解质浓度越高,电流密度就越大,电力消耗就越高。因此,电渗析一般适用于含盐量小于20 g/L的苦咸水的淡化,或结合离子交换技术制造工业纯水,大型海水淡化装置基本上不采用电渗析法。此外,电渗析只能除去水中的电解质离子,而对于不带电荷的粒子和有机物则不能去除,解离度小的物质难以分离,水中重碳酸根的去除效率也较低,某些高价离子和有机物还会污染离子交换膜。电渗析运行过程中易发生浓度极差化而产生结垢,这些使得电渗析技术用于海水淡化时,逊于其他技术。

2.2.2 反渗透(Reverse Osmosis, RO)

反渗透海水淡化属于一种膜分离技术。反渗透膜是一种用特殊材料和加工方法制成的、具有半透性能的薄膜。它能够在外加压力作用下使水溶液中的某些组分选择性透过,从而实现淡化、净化或浓缩分离。用一张半透膜将淡水和盐水隔开,淡水会自然地透过半透膜至盐水一侧。当渗透到盐水一侧的液面达到某一高度时,渗透的自然趋势被这一压力所抵销从而达到平衡,这一平衡压力即为该体系的渗透压。如果在盐水一侧加一个大于渗透压的压力,盐水中的水会透过半透膜到淡水处,达到淡化的目的。

20世纪50年代反渗透技术开始应用于海水淡化,80年代复合膜研制成功后迅速发展,进入20世纪后反渗透已经取代多级闪蒸成为海水淡化市场的主导[15]。美洲、欧洲和亚洲的大中型海水淡化厂均以反渗透为首选,在海湾国家也有相当规模的应用。反渗透为无相变过程,能耗低,吨水电力消耗在3.0~5.5 kWh之间;建设周期短,安装灵活,工程一次性投资低;装置紧凑,占地较少;操作简单,维修方便。但是反渗透的预处理要求严格;反渗透膜使用寿命短;海水温度低的情况下需加热处理,高压压缩海水能量回收率低[16]。

3 海水淡化工艺发展趋势

3.1 现有主要工艺发展趋势[6,9,12]

3.1.1 蒸馏法海水淡化发展趋势

(1)提高装置单机容量。蒸馏法海水淡化的装置容量越大其经济性就越强,因此发展方向之一就是提高装置容量。

(2)开发新型阻垢剂,研究新型传热材料,降低海水淡化装置的制造费用和提高装置性能。

(3)开发新工艺,优化结构设计,降低造水成本。

3.1.2 膜法海水淡化发展趋势

(1)提高配套装置的性能。开发新型的电极、高压泵和能量回收装置,提高其效率和服务年限,降低成本。

(2)提高膜的性能,研制新型的离子交换膜和反渗透膜,使其脱盐率、水通量、抗腐蚀性能、柔韧性和机械强度进一步提高和增强;研究高效的膜清洗方法。

(3)开发新工艺,优化结构设计。采用新技术和技术组合优化电渗析和反渗透的工艺流程,提高系统的回收率,降低淡化的能量消耗,进而降低造水成本。

3.2 新型海水淡化工艺发展趋势

水资源日益紧缺,面对淡水资源不断减少,解决危机的根本出路就是海水淡化。而目前各种海水淡化的工艺和技术都要通过耗能使水分和各种杂质分离。为了降低能耗和走出以能源换水源而导致的加重能源紧缺和环境污染的怪圈,海水淡化必须满足的前提之一:使用可再生,无污染的能源。

3.2.1 核能海水淡化

核能海水淡化是利用核反应堆释放出的热能或者转化的电能作为能量来源,从海水中生产淡水的方法[13]。核能是一种安全、可靠和清洁的能源,目前世界上已有11个核电站安装了海水淡化装置,提供饮水和核电站补给水。在国内外核反应堆技术成熟的条件下,核能海水淡化在技术上已经不存在障碍。清华大学核能技术设计研究院开发了10 MW核供热堆,淡水产量8000 m3/d[17]。但核能废料具有放射性,一次性投资成本较大。目前加强核能海水淡化的安全监测与应急处理技术研究,提高核能与常规工艺结合的可靠性成为核能海水淡化的研究重点。

3.2.2 太阳能海水淡化

太阳能是用之不尽、取之不竭的可再生能源,清洁无毒且无环境污染,而缺水干旱的地区,往往都是太阳能资源丰富的地区;在太阳能辐射强烈的季节,也正好是需求淡水最多的季节。因此,将太阳能采集与脱盐工艺两个系统结合在一起的太阳能海水淡化是一种可持续发展的海水淡化技术。

利用太阳能进行海水淡化,主要利用太阳能的热效应和光效应。利用太阳能热效应驱动的海水淡化方法,即将收集到的太阳热能驱动海水发生相变进行分离,又可分为直接法和间接法两大类。近20多年来,不少学者对直接法和间接法的混合系统进行了深人研究。Tiwari[18]根据是否使用其他的太阳能集热器提出将太阳能蒸馏系统分为主动式和被动式两种。利用太阳能光效应海水淡化就是利用光电效应产生电能后驱动渗析过程生产淡水。目前太阳能光效应海水淡化的关键问题包括光伏电池技术、光伏发电成本以及与海水淡化系统的对接等。

太阳能海水淡化系统具有无污染、低能耗,运行安全可靠的优势。但是目前传统的太阳能海水淡化装置的产水效率不高,成本投资较大,因此,提高设备采集太阳能热值能力,加速海水蒸发效率,成为太阳能海水淡化必须攻克的技术瓶颈[19]。

3.2.3 水合物法海水淡化

水合物法海水淡化是一种冷冻法海水淡化,主要利用较易生成水合物的小分子物质与海水中的水生成水合物晶体,固液分离后,分解水合物即可得到淡水。20世纪40年代,Parker等[20]就提出利用水合物技术从海水中提取淡水,但是这一建议直到20世纪60年代才得到人们的重视,并开发了一些装置,但海水淡化的效率较低。21世纪,水合物法海水淡化技术开始进入更深层次的研究,并且开始侧重研究该技术的能耗及成本。国内相关的研究相对滞后,2010年龙臻等[21]提出一种新型水合物法海水淡化流程,并基于该流程对海水淡化系统进行了模拟计算,得到了海水淡化的能耗。同时指出改进水合物生成的动力学和热力学条件以及选择适合的水合剂可提高淡水产率,进而降低相应的总能耗和总生产成本。

水合物法海水淡化技术能耗低、设备简单、紧凑;水合剂在水或盐水中溶解度低,无毒,价廉易得,无爆炸危险[22]。但是相对反渗透法成本还是相对较高,因此加强水合物生成分解动力学和热力学研究,改善工质的生成分解条件,改进工艺,进一步降低水合物淡化成本成为今后发展的重点。

4 结 语

经过多年的技术攻关和工程示范,国内外海水淡化技术不断进步,发展速度提升。作为水资源的开源增量技术,海水淡化已经成为解决全球水资源危机的重要途径,并广泛应用于世界各地饮用和工业各领域。但是随着经济社会的发展,淡水的需求量增大,能源和水源问题不断突出,对海水淡化技术提出了新的发展要求。

《海水淡化》阅读答案 篇5

②半个世纪以来，通过大规模淡化海水来获取饮用水这一方法一直为少数富裕而又缺水的沙漠地带国家所有。而现在，情况却在发生变化，就在最近几周，两个气候温和的城市伦敦和中国天津均宣布了建立大型海水淡化厂的计划。

③蒸馏海水以获得淡水的方法早就存在，但通过加热海水和收集水蒸气来大规模淡化海水则始于上世纪50年代那些盛产石油且能源充足的海湾国家。另外一个主要方法则是从上个世纪70年代发展起来的逆渗透技术，即迫使海水通过细密的薄膜，从而过滤掉其中的盐分。如今，全球淡化水日产能力已接近3000万立方米，约占全球生活用水供给量的3%。其中2/3来自海水淡化处理，其余则来自对地下咸水的淡化处理。

④无论是蒸发盐水还是迫使其经过过滤网，这两种淡化技术都要消耗掉大量能源。过去，生产1立方米这样的脱盐水，要花上好几美元。但近5年来，随着结实耐用的尼龙薄膜和醋酸纤维膜的问世，逆渗透方法的费用也得以下降。这种新型复合膜一次能过滤掉75%的盐分，且寿命较长。如想要完全去除水中的盐分，则需要过滤几次才行。

⑤在弗罗里达的坦帕海湾有一家逆渗透技术淡化水厂，可在干旱年份弥补地下水存储量的不足。加州圣克鲁斯也正在建设类似的工厂。此外，在得克萨斯州休斯敦、澳大利亚佩斯和南非开普敦，建设此类工厂的计划也正在讨论之中。西班牙政府更是放弃上届政府从北部的埃布罗河向南部干旱地区调水的计划，转而着手建设20家逆渗透技术水厂，预计产水量将可满足西班牙淡水总需求量的1%。现在，以色列的淡化海水是最便宜的。在那里，世界上最大的逆渗透水厂的淡水成本约为每立方米50美分，这和将淡水从加利利海输送到特拉维夫的每立方米30美分的费用差不多。在以色列，大约有1/10的水是淡化水。

⑥低廉的价格促使一些处于温带地区的城市也加入到这场逆渗透淡化水革

命中来。就在上个月，中国宣布了在天津建造一座大型逆渗透海水淡化厂的计划，日产水量将达到10万立方米。英国泰晤士河水利管理局已经表示将斥资2亿英镑在伦敦东部的泰晤士河边建造一座逆渗透水厂，日产水量将达到15万立方米，可以满足约100万人的生活用水需要。

⑦海水淡化专家汪尼克警告说，海水淡化的兴起可能会对环境产生影响。盐分从海水中分离出来形成高浓度咸水后，便被大多数水厂倒回大海。这种高盐度的废水不仅含有水垢、腐蚀物，还含有防腐的化学添加剂。同时，海水淡化的能源需求仍是个大问题，一座典型的逆渗透水厂每生产1立方米淡水的耗电量为6度。现在，一些利用核电站淡化海水的试验项目正在进行中，最近的一例是在印度的金奈。

⑧今天，淡化水约占全世界饮用水的1%，各国政府都很重视增加淡化水的比重。然而，我们还需要谨慎处理淡化产生的废水，并且利用再生能源为水厂供电，否则，这项本可以令我们免于淡水争夺战的技术将会加剧气候变化，而这将会给我们本已有限的天然淡水资源带来更大的压力。

(摘自20xx年8月12日《参考消息》)

16.短文说明的主要内容是：(1分)

17.从上个世纪50年代以来，人们淡化海水的两种办法是：(2分)

18.用文中的话说说这种新型复合膜一次能过滤掉75%的盐分中的这种新型复合膜指的是什么?它的特点有哪些?(2分)

19.根据你对文章内容的理解，请你推测一下通过淡化海水来缓解当今淡水储量减少的压力，其前景如何?(2分)

参考答案：

16.城市中实施海水淡化技术的情况。(该题1分，必须抓住海水淡化技术这个中心词。)

17.通过加热海水和收集水蒸气来大规模淡化海水;运用逆渗透技术，迫使海水通过细密的薄膜，从而过滤掉其中的盐分。(该题2分，答对一点给1分。)

18.尼龙薄膜和醋酸纤维素膜。过滤盐分的功能好，使用寿命长。(该题2分，答对一问给1分。)

发展海水淡化事业促进海洋强国建设 篇6

海水淡化是解决我国水资源短缺的重要途径

水资源是基础性自然资源和战略性经济资源, 水资源的可持续利用关系到我国经济社会发展的重大战略问题。我国是世界上资源性缺水严重的国家, 平均年缺水量达400多亿立方米;而淡水资源人均占有量仅为世界人均水平的四分之一, 且时空分布不均。随着我国经济社会的高速发展以及城镇化和工业化步伐的逐步加速, 缺水形势更加严峻, 淡水资源的短缺已经成为制约我国沿海地区经济社会发展的重要瓶颈之一。

除了推行节水措施、提高水利用效率以及实行跨流域调水外, 实施海水有效替代、大力开展海水淡化已经成为缓解我国沿海地区日益尖锐的淡水供需矛盾的一项科学抉择。海水淡化作为水资源开源增量的有效、稳定替代技术, 其节约 (替代) 淡水和环境友好的特性, 充分体现了十八大加强生态文明建设以及大力发展循环经济、建设节约型社会的根本要求, 经济、社会、环境效益显著。此外, 海水淡化对于促进中西部苦咸水利用, 保障远洋、海岛军民补给以及优化我国沿海地区水资源结构, 促进经济社会全面协调可持续发展具有重要意义。

我国海水淡化事业面临的形势

伴随世界人口总量的急剧增长、人类趋海性活动的持续加快、经济社会的高速发展以及气候变化, 全球淡水资源日益短缺乃至水危机不断加重, 已经成为国际社会特别是一些沿海国家普遍关注的重大问题。海水淡化在解决全球缺水问题上发挥着越来越重要的作用, 目前全球除较早规模利用海水淡化的阿联酋、科威特等中东石油国家外, 欧洲、中北美洲、东南亚、北非一带国家的海水淡化应用程度也很高, 一些海岛国家几乎完全依赖海水淡化水。

从我国来看, 经过“九五”“十五”“十一五”的持续科技攻关, 我国海水淡化在多项核心技术和关键设备领域取得重要突破, 已建成一批具有自主知识产权的万吨级及以上示范工程, 具备规模化应用和产业化发展的基本条件。特别是近年来, 在技术进步和供水需求的拉动之下, 海水淡化作为海洋战略性新兴产业以及海洋经济重要增长点, 已在全社会形成共识, 且在技术发展、淡化水应用、产业带动方面呈现出良好的发展势头。一是海水淡化技术正逐步向规模化、集成化方向发展。目前国内最大的海水淡化工程规模已达到10万吨/日, 单机规模也在不断扩大, 其中自主设计建造的低温多效海水淡化单机规模已达到1.25万吨/日、反渗透海水淡化单机规模已达到1万吨/日, 多项性能指标达到或优于国外同类工程。按照国家发展循环经济的要求, 海水淡化耦合技术正成为重要的发展趋势, 如, 海水淡化热膜耦合和电水联产, 海水淡化与风能、太阳能、海洋能等可再生能源结合, 海水综合利用产业链构建等。二是海水淡化水正逐步成为沿海和海岛的重要水源。目前我国海水淡化总体规模已从30年前每天产水200吨发展到现在近70万吨, 沿海天津、浙江、河北、山东、辽宁等地已建成多个千吨级、万吨级和10万吨级海水淡化工程并投入运营, 海水淡化水为经济社会建设和旅游产业发展提供了重要的水资源供给。在一些海岛地区, 海水淡化水已成为当地军民生活主要水源。三是海水淡化产业正逐步成为海洋经济新的增长点。海水淡化不仅可增加淡水资源总量、发展水产业和自身装备制造业, 而且带动钢铁、机械、电子、传统加工制造、零部件等上下游相关产业链的发展。根据《中国海洋经济统计公报》, 近年来, 我国海水利用业产值以年均15%的增长速度递增。同时, 各沿海省市纷纷依托海水淡化构建“发电-海水淡化-浓海水综合利用”的循环经济产业链, 在弥补淡水资源不足的同时, 为沿海经济产业的合理布局发挥了重要作用。

我国自主设计研制的首台3000吨/日低温多效海水淡化设备

经过多年的发展, 我国海水淡化事业取得长足进步。但我们也应清楚地看到, 目前我国海水淡化与世界先进水平尚有一定差距, 仍面临着严峻的挑战, 还远远不能满足经济社会发展的需要, 如, 海水淡化科技自主创新和成果转化能力不足, 关键设备、核心部件还主要依靠进口;大型海水淡化自主关键性、规模化技术水平亟待提高;海水淡化技术标准管理体系尚不健全;对海水淡化战略意义认识不足, 尚未纳入国家水资源配置体系和区域水资源规划, 不具备与国家公益性水利工程同等地位;海水淡化专项资金支持力度不足, 产业发展配套政策相对滞后;海水淡化技术与管理领域高层次人才严重缺乏等, 我国海水淡化事业依然任重而道远。

我国自主设计、制造并出口印度尼西亚的2×4500吨/日低温多效海水淡化装置

努力开创海水淡化事业新局面

近年来, 党和国家对海水利用事业高度重视, 海水利用工作已列入一系列法律法规、规划纲要和重要文件中。特别是2012年, 更是我国海水淡化事业备受瞩目的一年, 《国务院办公厅关于加快发展海水淡化产业的意见》《科技部、国家发改委海水淡化科技发展“十二五”专项规划》《国家海洋局关于促进海水淡化产业发展的意见》《国家发改委海水淡化产业发展“十二五”规划》等多个国家级重要文件的先后颁布实施, 进一步明确了我国海水淡化今后的发展目标、主要任务和保障措施, 为海水淡化产业发展注入了强劲的动力, 开辟了广阔的前景, 我国海水淡化事业已经驶入了发展的快车道。

国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所 (以下简称“淡化所”) 作为我国唯一从事海水淡化、海水直接利用、海水化学资源综合利用等公益技术、共性技术、产业化关键技术以及发展战略研究的国家级公益类科研机构, 也是国家海水及苦咸水利用产品质量监督检验中心和国家海水利用工程技术研究中心的挂靠单位, 全面支撑国家“海水利用的研究、应用与管理”。建所以来, 承担完成国家及省部级重大科技项目100余项, 获得国家和省部级科技奖励20余项、国家专利100余项, 并先后建成一批国家重大科技示范工程, 自主设计完成的2×4500吨/日和4×3000吨/日海水淡化设备已成功出口印度尼西亚。

海水淡化技术发展 篇7

1 我国海水淡化产业发展现状

我国海水淡化技术研究起步于20 世纪60 年代,经过半个世纪的发展,我国海水淡化技术取得较快发展,反渗透和低温多效海水淡化技术接近国际先进水平。先后建成了日产百吨级、千吨级和万吨级海水淡化示范工程,开发了一批具有自主知识产权的工程技术,使我国一跃成为世界上掌握海水淡化核心技术的少数国家之一。

“十五”以来,我国海水淡化装机容量以每年25% ~ 30% 的速度增长,截至2013 年底,全国已建成海水淡化工程及装置100 多个,总装机规模已从10 年前不足3 万t / d提升到90 万t / d以上( 图1)[1]。此外,浙江、河北、福建等地多个10 万吨级工程立项建设,将我国拟建、在建海水淡化工程规模提高到200 万t/d,市场发展前景广阔。

2 我国海水淡化产业区域发展特点分析

截至2013 年底,我国海水淡化工程在9 个沿海省市有分布,并总体呈现“北多南少”、“北热南膜”的现象[2]。能源应用主要以传统化石能源为主并逐渐向核能、太阳能、风能、海洋能等清洁能源拓展,研发并建成了一批新能源海水淡化装置。

目前,环渤海、长三角及泛珠三角沿海地区由于在技术研发、装备制造、自然条件等方面的差异较大,各区域海水淡化产业发展也呈现不同特点。

2. 1 环渤海沿海地区海水淡化产业发展特点分析

2. 1. 1 我国工业用海水淡化主要应用地区

环渤海沿海地区包含了天津、山东、辽宁和河北等我国北方重要省市,是我国最大的工业集聚区,也是我国最早开始大规模发展海水淡化并将其应用于工业的地区。该地区依托沿海电力、石化、化工、钢铁等行业发展了一批海水淡化工程,如天津北疆电厂20 万t / d海水淡化工程、河北国华沧东5. 75 万t / d海水淡化工程、曹妃甸阿科凌5 万t/d海水淡化工程、红沿河核电站1. 1 万t/d海水淡化工程等[3]。截至2013年底,环渤海沿海地区海水淡化总装机规模达73. 8 万t / d,占全国比重的81. 9% ,其中,用于工业的海水淡化工程28 个,装机规模53. 9 万t/d,占全国总规模的59. 8% ,占全国工业用海水淡化水的84. 6% 。

2. 1. 2 着力发展浓海水综合利用,延伸海水淡化产业链

环渤海沿岸地区是我国重要的产盐地区,拥有包括营口、普兰店在内的东北盐区,河北、天津在内的长芦盐区,以及山东盐区,盐田资源丰富,为海水淡化下游产业发展提供了独特的资源优势。目前,天津北疆电厂形成了“发电- 海水淡化- 制盐及盐化工”为主的循环经济发展模式,依托电厂投产20 万t/d低温多效海水淡化工程和2 × 10 万t/h的海水循环冷却工程,一方面将海水淡化水向市政管网供水,另外也将淡化后的浓海水送到盐场制盐[4]。大连海业石化有限公司正在建设利用核电、海水淡化等产业排放的温浓海水生产溴素、氢溴酸及溴系列产品,发展钾肥及工厂化制盐产业,建立上下游产业链[5]。此外,河北、青岛等地也规划发展“发电-海水淡化-浓海水制盐-盐化工制碱-废物资源化利用”[6]一体化循环经济发展模式等。

2. 1. 3 热法技术主要应用及研发活跃地区

环渤海地区是我国热法技术应用的主要地区。截至2013 年底,我国已建成的12 个热法海水淡化工程中,有11 个位于环渤海地区,总装机规模达32. 7万t/d,占全国总规模的36. 3% 。其中,我国首套自主设计建造的1. 25 万t/d、2. 5 万t/d低温多效海水淡化装置先后在河北国华沧电黄骅电厂建成投产[7]。

在技术研发方面,环渤海地区拥有包括国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所、天津大学、大连理工大学、众和海水淡化公司、河北国华沧东发电有限责任公司、哈锅水务科技分公司、华北电力设计院工程有限公司等众多从事海水淡化研究、应用与装备制造的科研院所、高校和企业,能力涉及海水淡化技术研发、装置设计、制造及工程设计、建设、总包等多个环节。

2. 2 长三角地区海水淡化产业发展特点分析

2. 2. 1 海水淡化技术主要应用于海岛地区

长江三角洲经济区包括江苏、上海和浙江两省一市,是我国海水淡化应用规模第二大区域。截至2013 年底,长三角地区共建成海水淡化工程31 个,总装机规模为12. 06 万t/d,占全国总量的13. 4% 。

该地区海岛众多,作为长三角地区海水淡化技术研发及应用最早的浙江省,早在1997 年,就建成了我国首个民用海水淡化工程。截至2013 年底,该地区用于海岛居民用水的海水淡化工程有27 个,装机规模为6. 39 万t/d,占我国海岛海水淡化总装机的82. 7% 。此外,在当地政府的推动下,如浙江嵊泗、衢山岛等海岛,海水淡化水已作为当地居民重要水源纳入市政管网供生活使用。

2. 2. 2 风能海水淡化崭露头角

随着我国能源结构的调整,长三角沿海地区也依托风能资源优势,积极开展风能与海水淡化技术研发。2011 年,江苏省宏观经济研究院、江苏风盛海水淡化科技有限公司以及南京大学“江苏省非并网风电与高载能工程实验室”在大丰市建成日产100 t淡水的风电海水淡化示范工程。2014 年3 月,大丰市1 万t非并网风电淡化海水示范项目首台生产线5 000 t/d正式调试出水,实现了新能源利用与海水淡化有机结合,解决了影响我国海水淡化的成本、资金、环保难题[8,9]。

为进一步推进江苏省海水淡化产业发展,2014年4 月江苏省海洋与渔业局编制了江苏省海洋经济创新发展区域示范总体实施方案,提出到2017 年,完成日产万吨级非并网风能海水淡化示范工程; 建成1万t/d可再生能源微网反渗透海水淡化示范工程等。

2. 2. 3 技术应用全部为反渗透

在技术应用上,长三角地区海水淡化技术全部采用反渗透法。其中,2011 年,我国自主设计建造的六横一期2 万t/d反渗透海水淡化系统建成投产。2014 年4 月,六横二期首台1. 25 万t/d反渗透海水淡化系统建成投产,该工程是目前我国反渗透海水淡化单机最大工程,也是我国自主设计制造的单机最大的反渗透海水淡化系统[8]。

在膜法技术研发方面,长三角地区拥有杭州水处理技术研究开发中心、浙江大学、江苏大学、南方泵业等众多从事膜法海水淡化研究、应用与装备制造的科研院所、高校和企业,掌握了具有自主知识产权、达到国际先进水平的万吨级反渗透海水淡化装置成套制造技术; 研发生产出海水淡化高压泵,并在舟山六横万吨级反渗透海水淡化示范工程中成功应用[10]。

2. 3 泛珠三角沿海地区海水淡化产业发展特点分析

2. 3. 1 海水淡化作为战略性储备水源

泛珠三角沿海地区包括广东、福建、广西和海南4 个省区。该地区的主要水系在珠三角地区,年降雨量多在3000 mm以上[11],相对于环渤海和长三角地区而言,除海岛地区外,该地区水资源量充沛,当前水资源供需矛盾不突出,海水淡化应用较少。截至2013 年底,该地区已建成海水淡化产水规模为4. 26 万t / d,仅占全国总量的4. 7% 。但随着海峡西岸、北部湾经济区建设及“一带一路”等国家战略的实施,该地区沿海产业结构调整,水资源需求量将不断增加。为此,泛珠三角沿海地区将海水淡化作为战略性储备水源,广东、福建等地纷纷加大海水淡化应用规模,宝钢广东湛江钢铁基地2 × 1. 5 万t/d热法海水淡化工程,福建古雷港10 万t/d海水淡化工程等一批拟在建工程,将进一步推进泛珠三角沿海地区海水淡化产业发展。

2. 3. 2 积极开展太阳能、海洋能等可再生能源海水淡化技术研发与应用

泛珠三角沿海地区海岛众多,很多海岛缺水、缺电严重制约了海岛经济的发展。对于海岛而言,风、光和海洋能等可再生资源极为丰富,为此,该地区立足自身能源优势,大力发展太阳能、风能、潮汐能、波浪能等可再生能源海水淡化,不仅解决了海岛用水难的问题,同时也解决了用电难的问题。2009 年,中科院广州能源研究所在担杆岛研建了一套海岛可再生独立能源系统[12],利用海岛的风能、波浪能、太阳能发电,除为岛上居民用户提供稳定的电力外,多余的电力用于海水淡化。2010 年,该地区分别在广东汕头澳县南彭岛和福建漳州东山岛铜陵镇对面屿建成2 台与风能和太阳能结合的海水淡化装置;2013 年,国内首个太阳能光热海水淡化商业示范项目在海南省乐东黎族自治县正式投产。

3 存在的问题

3. 1 环渤海地区市政用海水淡化工程利用率较低

海水淡化是战略性新兴产业,发展海水淡化产业是一个系统工程,特别是在海水淡化水利用方面需要建立起较为完善的体制机制。为缓解区域居民用水压力,环渤海地区建成了一批市政用海水淡化工程,包括北疆电厂20 万t/d海水淡化工程、青岛百发10 万t/d海水淡化工程、山东威海荣成石岛5 000 t / d海水淡化工程等。但目前由于海水淡化成本高、海水淡化水未纳入地区水资源配置、相关配套管网建设不完善以及民众接受度低等因素导致工程产水进入市政管网困难较大,实际产水量较低。据报道[13],2011 年北疆电厂海水淡化工程一期建成产水规模为10 万t/d,而实际产水量仅为1. 8 万t/d,其中1 万t供电厂自用,8 000 t并入汉沽市政管网。截至2014 年底,该工程外供水量也仅为4 万t / d。

3. 2 长三角地区膜法海水淡化产业优势面临挑战

目前,长三角地区膜法海水淡化技术、装备制造及工程建造能力居于全国领先地位。但是,随着国家一系列利好政策的推进,长三角地区膜法海水淡化产业优势面临挑战。一方面国外知名制造商如日本东丽、GE、海德能等抢占我国海水淡化市场; 另一方面沿海其他地区如天津、青岛、河北等地也纷纷规划建设海水淡化产业基地,加大膜法技术研发及装备制造能力建设。同时,国内一些企业如贵阳时代沃顿科技有限公司、天津膜天膜科技股份有限公司等膜产品的市场占有率及工程建造能力也不断提升。

3. 3 泛珠三角沿海地区海岛海水淡化示范不足

泛珠三角沿海地区海岸线长,且海岛众多,有常住人口的海岛近200 个,一些海岛如西沙、南沙等群岛更是军事要冲,具有重要的战略地位。但由于淡水资源匮乏,海岛的军民生活、生产受到限制,严重制约了海岛经济社会发展。泛珠三角沿海地区是我国最早开始利用海水淡化技术的地区,1981 年西沙永兴岛就建成我国第一套200 t/d电渗析海水淡化装置,但目前建于海岛地区工程仅13 个,总产水规模不足1000 t/d。

4 发展建议

a. 环渤海沿海地区要加快推进海水淡化水进入市政管网。环渤海地区是我国缺水最严重的地区,同时也是我国海水淡化技术主要应用及国家首个海水淡化供水试点地区,因此要联合各方力量加快推进海水淡化水进入市政管网的政策示范及海水淡化水利用机制探索。在现有海水淡化扶持政策的基础上,尽快出台海水淡化水进入市政管网的实施细则及相关海水淡化水生产、运营、使用及基础设施建设的财税补贴政策; 加强对淡化水的统一配置应用,尽快建立淡化水的统购统销管理模式,先行先试,摸索相关海水淡化水进入管网的技术、标准及运营模式等,为今后其他地区海水淡化水供应提供支持。

b. 长三角地区要发挥技术优势,打造我国膜法海水淡化品牌。长三角地区膜法海水淡化技术、装备及工程建设能力处于全国领先水平,因此要充分发挥技术优势,注重创新,围绕膜法海水淡化技术装备产业链,引导相关企业积极发展,加大反渗透海水淡化膜元件及膜压力容器、反渗透用系列海水高压泵、能量回收装置等的攻关力度,加快膜法装备产业基地建设。同时,还要依托上海自贸区及“一带一路”区位优势,积极开拓海外海水淡化市场,加大膜法海水淡化技术、产品出口,打造我国膜法海水淡化品牌。

反渗透海水淡化技术应用研究 篇8

1 反渗透海水淡化技术的概念

反渗透海水淡化是将经过预处理后的海水注入到“半透膜”处理系统, 运用“半透膜”只允许纯水通过的特性, 在海水一侧施加压力, 帮助海水中的纯水穿过“半透膜”进入淡水一侧, 将纯水从海水中分离出来, 实现海水的淡化处理。

2 反渗透海水淡化的应用现状

在我国, 利用反渗透技术进行海水淡化处理与国外相比起步较晚。反渗透装置的设计和应用以及“半透膜”材质的研究等都还在进一步探索和研发阶段。虽然, 就目前而言, 已经投入使用的每天产水量在一百立方米以上的设施总数已超过500台, 并在海水淡化领域拥有了一定的规模, 且取得了一定的成果。但对于满足大规模运作的工程设施和高回收率等要求的技术依然处于较落后的现实状态。在装置的研究水平和技能的创新上还有明显的差距, 反渗透装置的核心技术还无法实现国产化, 对于能够处理较大规模海水量的设备, 依然需要从国外进口。而在从国外引进较高级别的设备时, 又产生了难以满足技术水平要求的尴尬局面。

3 反渗透海水淡化的优点

反渗透海水淡化具有能耗较低的优点, 在运用“半透膜”作为处理核心时, 对热敏感性的各种物质具有很好的分离效果。而且“半透膜”的孔径非常小, 能够将细菌、病毒等微生物从纯水中分离出来, 对于水中的绝大多数有机物以及微小颗粒都有着很好的分离效果。反渗透海水淡化的适用范围比之蒸馏法、电渗析法较为广泛。且经过反渗透法处理后得到的淡水的水质很高, 甚至达到了饮用水的水质要求。在给海水一侧提供压力进行反渗透的过程中, 对于设备的要求较为简单。反渗透海水淡化的设备体积较小, 由于各组成部分排列紧密, 使其能够占用较小的空间, 而在相同体积内产出水的数量相对于其他方法也较为丰富。设备的灵便能力较强, 对于管理运营的要求也较低, 易于操作也方便维修, 且具有较高的自动化能力和较强的自控能力, 为产业化生产提供了便利。

4 反渗透海水淡化的缺点

反渗透海水淡化的缺点主要也都是针对于“半透膜”的特点产生的。由于“半透膜”的孔径较小, 因此对于经由“半透膜”处理的原水的要求就较高, 进入渗透膜的原水需要经过一定程度的预处理, 在达到渗透膜要求后方可进行海水淡化处理, 否则容易造成渗透膜的污染和膜孔堵塞, 使处理设备处于瘫痪状态。反渗透海水淡化过程中会产生较大的噪声污染, 其运行组件也极易受损, 需要经常更换, 从而增加了运营费用。在长期使用过程中, 反渗透装置需要利用适宜的清洁剂对膜结构进行经常性的清理工作, 以防止处理过程中产生的污垢对渗透膜膜孔的堵塞, 使膜结构能够保持通透性。而由于海水中含有大量的细菌等微生物, 即使不能够穿透渗透膜, 却能够吸附在渗透膜上, 造成污染, 因此, 非常有必要定期地对渗透膜进行消毒处理, 避免渗透膜上细菌的污染滋生。

目前, 沿海地区的海水淡化规模较国际而言依然很小, 海水淡化的技术水平依然很低, 利用海水淡化来获得淡水的成本偏高, 使得人们即使有条件利用海水资源也并不热衷。而对于大规模的海水淡化工程还不够成熟, 在技术和设备以及管理上都存在欠缺, 因而利用反渗透法进行海水淡化也仅局限于小规模的生产运营, 较之其他方法的海水淡化, 较为局限。

5 反渗透海水淡化应用前景

反渗透海水淡化拥有着鲜明的优点, 只是因为在设备、工程和膜材料的研究上还有着局限性。但是, 随着地球上淡水资源的逐步稀缺, 人们也紧急地将关注的目光投向较为无限的海水资源, 对于海水的利用率也就会随之剧增。在此背景的推动下, 将会有更多的技术人员更加深入地研究反渗透海水淡化。关于膜的研究, 新材料质地的发现探索, 也会为解决“半透膜”易受细菌污染, 易被污垢堵塞等弊端找到合适的解决之道, 使得反渗透设备中的精髓部件的使用寿命得到大大的增加, 从而降低了运营成本。海水淡化工程付诸实施势在必行, 也给了技术人员更多实践的机会。在与国际交流的同时, 提高了自身的技术水平, 对于扩大海水淡化的规模, 提高海水利用率和淡水回收率都有显著的优势。在改善反渗透设备自身的同时, 扩大了海水淡化的规模, 对于海水利用率的提高, 都为反渗透海水淡化的应用提供了很好的平台, 促进了反渗透海水淡化的应用和发展。

6 结语

水是生命之源。在环境污染日益严重, 人口基数日益增加的今天, 对于水资源的需求矛盾也日益突出。因此, 在解决水资源的矛盾时, 寻求对海水利用率的增加, 利用科技的力量提高反渗透海水淡化的能力, 增加淡水资源的回收率, 扩大海水淡化的工程规模已成为了应对水资源紧缺问题中一大重要课题。通过更多的实践积累, 增加海水淡化技术实用性能的同时, 也促进了反渗透法的发展和更为广泛的应用。

参考文献

[1]陈益棠, 陈波.高回收率反渗透海水淡化[J].水处理技术, 2004 (04) .

浅谈海水淡化技术的分类与应用 篇9

1 海水淡化技术及其分类

海水淡化技术就是海水脱盐技术, 其基本原理就是分离海水中盐和水的过程。根据分离过程的操作和原理, 大致可以分为两种:一种是相变法, 另一种是非相变法。相变法又可以分为蒸馏法、冷却法、气体水化物法。非相变法可以分为膜法和其他方法等等。其中大部分的方法都已经应用到实际中, 实现了量化投产。

2 不同海水淡化技术的特点

2.1 蒸馏法

顾名思义, 蒸馏法的原理就是将海水加热到沸腾状态后, 将海水中的淡水将变成水蒸气蒸发出来, 再将得到的水蒸气冷却变为液态得到淡水的过程。蒸馏法是海水淡化最古老的方法。蒸馏法得到的淡水资源水质较好, 整个操作流程也十分简便。蒸馏法可以分为很多类型, 如太阳能蒸馏、多级闪蒸、多效蒸馏。

2.1.1 太阳蒸馏法

太阳蒸馏法是利用太阳能蒸馏器将海水蒸发得到淡水。通过将太阳能吸收转化成热能使海水蒸发, 在进行冷却得到淡水资源的过程。

2.1.2 多效蒸馏法

多效蒸馏发采用多个蒸馏器结合, 由第一个蒸馏器水蒸气冷凝释放的热量使下一个蒸馏器内水汽化, 直至得到高纯淡水的过程, 这种方法在20世纪30年代被多个国家采用, 但是由于管道结垢和腐蚀的问题, 被新出现的多级闪蒸法所代替。

2.1.3 多级闪蒸法

多级闪蒸法是将海水加热后, 进入压力较低的闪蒸室内, 使盐水由于温度过高而进行蒸发得到水蒸气, 冷却后得到淡水资源。这种方法是蒸馏法当中应用最广泛的方法, 他的优点很多, 如水质好、效率高、维护量小等, 缺点是耗电量大, 因此多与发电站相邻建立。

2.2 冷冻法

当海水处于低温状态结成固态时, 水分子能够结合形成冰晶将盐类分离, 这种通过水变成冰的相变过程就是冷冻法。冷冻法按照导热的方式不同可以分为两类:直接和间接冷冻法。间接冷冻法是向海水中添加冷冻剂使海水与冷冻剂间接接触最后结冰的方法, 但是由于换热面较大, 一般不会使用。而直接冷冻法利用冷冻剂直接与海水接触使海水结冰。直接冷冻法又能够可以分为两种真空蒸发式直接冷冻法和外界加入冷冻剂的二次冷媒直接接触法等。外界加入冷冻剂的二次冷媒直接接触法一般加入的冷冻剂为丁烷, 虽然丁烷不会溶于水, 但是无法避免水中含有少量丁烷分子, 会污染水。

2.3 膜法

膜法海水淡化技术的核心理念就是通过膜的选择透过性分离淡水和盐类的方法完成海水淡化。膜法分离技术是通过特制的膜放入溶液当中, 使溶质可以穿过而溶液不能, 最终达到分离的目的。膜能够把原本互为一体的溶液分隔成两个互不相通但是可以传质的两部分。膜的形态不是固定的, 只要满足选择透过性, 并且具有两个界面就能够发挥膜的作用。膜透过溶质的现象被称之为渗析, 而溶液中溶剂能被透过的现象则被称为渗透。通过膜的选择透过性来分离溶液中溶剂和溶质的方法被称为膜分离技术。膜分离技术中应用在海水淡化领域最普遍的就是渗析和反渗透两种方法。

2.4 电渗析法

电渗析是利用具有选择透过性的离子交换膜在外加直流电场的作用下, 使水中的离子定向迁移, 并有选择地通过带有不同电荷的离子交换膜, 从而达到溶质和溶剂分离的过程。电渗析过程中所能除去的仅是水中的电解质离子, 而对于不带荷电的粒子如水中的硅、硼以及有机物粒子则不能去除, 若水中溴含量高时, 电渗析的脱除效果也不理想。适用于中小型海水淡化工程如海岛、工程用水等。

3 海水淡化技术的发展前景

海水淡化水的供给稳定, 洁净安全, 可以成为人们生产与生活的主要水源, 也是船舶、海岛、海上平台的重点水源, 淡化产品水是重要的生活和生产用水, 可以为工业的发展提供水源。在海湾国家, 由于缺乏水资源, 他们有着很长的海水淡化技术发展史, 在过去的多年时间内, 海湾国家已经投入了超过400亿美元在海水淡化技术上, 经历了多年的发展, 装机总容量得到了显著的提升, 取得了理想的经济效益和社会效益。截止到2015年年底, 全球海水淡化市场规模已经超过700亿美元, 在未来20年来, 美国、澳大利亚、西班牙、中国会成为海水淡化市场增长速度最快的国家。该种技术的应用可以有效缓解能源危机, 是人类解决水资源短缺问题的有效措施。

4 结语

我国是水资源缺乏大国, 海水淡化技术的出现为我国解决淡水资源短缺的问题带来的希望。它将能够大幅度缓解我国沿海、岛屿、干旱地区的缺水问题。在21世纪水资源将是最重要的稀缺资源之一;目前, 我国海水淡化的应用已经取得了一定的进展, 世界上其他国家对于海水淡化技术的应用也为我国做出了典范, 海水淡化技术在我国有着巨大的发展潜力。就现阶段来看, 常用的海水淡化技术有多效蒸馏法、多级闪蒸法等等, 这些方法将能够完美利用热力发电后的余热, 有着十分卓越的经济优势, 将会是未来阶段研究的重点。为了为海水淡化技术提供支持, 国家需要研究适宜不同用途和不同区域的淡水淡化技术标准, 为相关产业提供一系列的政策扶持, 规范我国海水淡化技术的发展政策环境, 重点开发低温多效蒸馏海水淡化技术、反渗透膜海水淡化技术、能量回收装置、低温多效海水淡化蒸发设备等等, 推动我国相关产业的应用与发展, 为我国海水淡化技术的发展奠定好基础。

参考文献

[1]郝亮, 张志华.我国海水淡化技术革新取得长足进展[J].科技促进发展, 2013 (5) :30-37.

[2]孔德娟.浅谈海水淡化技术在沿海电厂的应用前景[J].科技信息, 2012 (33) :I0061.

[3]王静, 刘淑静, 侯纯扬, 邢淑颖, 史玉莲, 贾丹.我国海水淡化产业发展模式建议研究[J].中国软科学, 2013 (12) :24-31.

[4]F.A.Banat, M.Al-Shannag.Recovery of dilute acetone‐butanol‐ethanol (ABE) solvents from aqueous solutions via membrane distillation[J].Bioprocess Engineering, 2011 (6) .

海水淡化技术发展 篇10

海水淡化技术是在第二次世界大战以后才发展起来的, 战后由于国际资本大力开发中东地区石油, 使这一地区经济迅速发展, 人口快速增加, 这个原本干旱的地区对淡水资源的需求与日俱增。而中东地区独特的地理位置和气候条件, 加之其丰富的能源资源, 又使得海水淡化成为该地区解决淡水资源短缺问题的现实选择, 并对海水淡化装置提出了大型化的要求。在这样的背景下, 20世纪60年代初, 多级闪蒸海水淡化技术应运而生。现代海水淡化产业也由此步入了快速发展的时代。

二、海水淡化技术在海上平台的应用

海上的海水淡化技术的应用主要集中在为生活区提供生活用水, 一般采用小型的海水淡化设备, 排量较小。近年来稠油热采技术在海上油田开展应用, 目前主要以多元热流体吞吐为主, 多元热流体热采技术是发展起来的一种新型热采技术, 通过燃烧产生高温高压的水蒸汽、CO2及N2气等混合气体, 具气体混相驱 (氮气驱、二氧化碳驱) 和热力采油 (蒸汽吞吐、蒸汽驱) 的特点, 既适用于海上平台生产井作业也适用于海上钻井船探井作业。但对于热采技术在海上油田的应用来说, 最大的困难之一就是要保证热采技术的热采用水, 且热采用水对水质的要求比较严格, 必须满足热采用水的水质指标。

1. 热采用水水源

海上平台的水源一般有淡水、地热水、生产污水和海水。四种水源情况见表1。

通过对四种水源的水质分析, 海上平台的水源均不满足多元热流体用水的水质要求, 必须使用水处理装置进行净化、淡化处理。其中淡水资源供给有限, 需供给船定期支持, 费用高;生产污水供给量受生产流程产水量的限制且含油处理难度大;海水和地热水资源丰富。对于拥有地热水资源的平台可采用地热水处理工艺, 而对于钻井船和无地热水资源的平台, 使用海水淡化技术是较佳的选择。

三、海水淡化设备及流程

1. 海水淡化设备具备以下特点:

(1) 装置紧凑尺寸:≤7m×3m×3m;

(2) 适用范围:海水 (TDS32000) ;

(3) 出水水质:TDS≤300ppm;脱盐率:≥99.0%;

(4) 环境温度:5℃~50℃;

(5) 防爆等级:IP55。

2. 基本工作原理是:

运用特制的高压水泵, 将原水加压, 使原水在压力的作用下渗透过孔径只有0.0001微米的反渗透膜。化学离子和细菌、真菌、病毒体不能通过, 随废水排出, 只允许体积小于0.0001微米的水分子通过。

3. 反渗透系统主要由两部分组成:

(1) 预处理部分:预处理系统的设置, 目的在于改善供水条件, 使之达到反渗透系统的进水要求, 从而保护反渗透主机, 并延长膜的使用寿命。在预处理系统中, 常常需要针对不同的水质进行预处理设计, 最常见的是多介质过滤器 (滤除直径大于10um的悬浮颗粒) +活性碳 (去除水中的异味、余氯、重金属离子、有机致癌物等) +阻垢剂加药装置 (或软化装置) (大大减少系统中钙、镁等结垢物质形成垢) +精密过滤器 (过滤精度为5um, 进一步脱除水中残留的颗粒性物质) 组成预处理系统。

(2) 反渗透部分:主要包括系统泵、反渗透装置 (反渗透膜及膜壳、机架、电控箱) 、冲洗/清洗装置及中间水箱, 主要用于除去水中绝大部分可溶性盐分、胶体、有机物及微生物, 成为中间水;最后进入软化装置进行ph值调节等措施使其能满足多元热流体热采用水的水质标准, 最后成为淡化水输出。

四、现场应用

在渤海油田热采中使用海水淡化设备, 系统排量达到20m3/h, 出水水质满足多元热流体热采水质要求, 处理前后水质见表3。

五、结论与建议

(1) 利用反渗透海水淡化技术制造的海水淡化设备, 满足海上平台使用要求, 并成功的将其应用到海上的热采作业中。

(2) 海水淡化技术的应用为海上的多元热流体热采作业提供了一种新的供水方式, 为海上油田多元热流体热采技术的扩展应用奠定了坚实的基础。

(3) 随着技术的快速发展, 海水淡化设备的工程造价和运行成本将持续降低, 反渗透系统回收率越来越高, 使得反渗透海水淡化技术成为当今最先进和最节能有效的海水淡化技术。

(4) 未来小型化海水淡化设备在海上平台及钻井船将有效应用及推广, 充分解决海上平台淡水资源缺乏问题。

参考文献