海水淡化的发展及应用.docx

中国海水淡化的发展及应用目前，海水淡化解决了全球2亿多人的饮水问题，海水淡化水已成为海湾国家的重要水 源之一我国人均淡水资源占有量约2100立方米，仅为世界平均水平的28%，目前全国城 市中有约2/3缺水，约1/4严重缺水，水资源短缺已成为制约经济社会持续发展的重要因素 之一⑴随着工业化进程的不断加快，水资源短缺形势将更加严峻发展海水淡化产业具有 重要的战略意义和现实意义常用的局部地区缺水解决方案有远程调水、地下取水、建造水库等，但是长期使用造成 了水源枯竭、浪费土地、地面下沉和破坏生态等诸多弊端，且均属于淡水存量调整，不能从 根本上解决淡水危机另外雨水的收集利用、废水回用和加强水资源的立法管理等也可以缓 解部分地区的淡水短缺但是，海水淡化作为一种开辟新水源的相对成熟的技术，已成为世 界上公认的解决缺水的最佳方案1、中国海水淡化发展概况我国海水淡化技术的研究始于1958年，经过多年科技攻关发展，技术取得重大突破，获 得一批重要成果，形成一批专业队伍，培养一批专门人才，具备了海水淡化大发展的基本条 件2004年建成投产的具有自主知识产权的3000吨/日低温多效海水淡化示范工程和2003 年建成投产的5000吨/日反渗透海水淡化示范工程，其吨水成本均低于5元，其中蒸馏法 海水淡化装备的造价低干国外同类设备30% — 50%⑵。

这些示范工程充分显示，我国的海水 淡化技术已与国际接轨，蒸馏法和反渗透法两大主流海水淡化技术已达到国际先进水平，成 为世界上少数几个掌握海水淡化技术的国家之一到目前为止，全国建成运行的海水淡化水 总产量约为5万立方米/日（苦咸水淡化水产量为2.8万立方米/日）近几年，国家对海水 淡化事业高度重视几个万吨级、十万吨级的海水淡化工程正在建设中预计在未来的5 一 10年时间里，我国海水淡化的总规模将达到100万吨/天，这种发展速度在国际上是前 所未有的2几种常用海水淡化技术2.1海水反渗透（SWRO）用一张只透过水而不能透过盐的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，这种现象称为渗透当渗透到盐水一侧的液面达到某一高度时，渗透的自然趋 势被这一压力所抵消从而达到平衡这一平衡压力即为该体系的渗透压，如在盐水一侧加一 个大于渗透压的压力，盐水中的水会透过半透膜到淡水处这种与自然渗透相反的水迁移过 程称为反渗透进料海水经预处理，去除悬浮固体及其他有害物，然后经高压泵增压后，进入膜脱盐设 备，产出的中间淡水产品进入后处理设施（按淡水不同用途选择，如作饮用水，需pH调节和 加氯杀菌设备），精制成产品淡水，浓盐水自膜脱盐设备排出。

高压泵可选用往复泵、离心 泵、单螺杆泵和高速泵等类型反渗透的能耗主要消耗在提供反渗透过程所需的压力上为 了降低淡化水的操作费用，通常在浓盐水排放管线上安装能量回收装置目前常用的能量回 收装置主要有透平式和正位移式反渗透膜组件有多种结构形式，最常用的是中空纤维和螺 旋卷式目前反渗透膜组件的使用寿命为3~ 5年反渗透为无相变过程，能耗低，每t淡水耗电为3. 0~ 5. 5 kWh;工程投资及造水成本较 低；装置紧凑，占地较少；操作简单，维修方便反渗透的预处理要求严格，反渗透膜需要定 期更换，海水温度低的情况下需加热处理适合大、中、小型海水及苦咸水淡化系统［32.2电渗析(ED)电渗析是在外加直流电场的作用下，利用具有选择透过性的离子交换膜的反离子迁移 原理，使水中的离子定向迁移，并有选择性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无相变发生，在一定含盐量条件下，能耗较低，药剂耗量 少，环境污染小，系统结构简单，原水回收率较高，一般能达到65%〜80%，预处理简便但 是,ED需要在海水淡化室中加入化学药剂脱除有机物、胶体、细菌和悬浮物等，不适用于制 备饮用水日本虽已废除盐田制盐，采用电渗析浓缩海水制盐，但是其能耗较高，为150 kW・h/t(以单位盐量计)。

在许多国家缺乏市场竞争力，若考虑同RO法结合，则可达到低 能耗、低污染的效果2.3多级闪蒸(MSF)将海水加热到一定温度后，引入到一个压力低于海水所对应饱和蒸汽压的容器内，部 分海水迅速汽化，冷凝后便可得到淡水；另一部分海水温度降低，流入另一个压力较低的 闪蒸室，又进行重复蒸发和降温的过程将多个闪蒸室串联起来，室内压力会逐级降低，海 水逐级降温，因而可连续产出淡化水将经过澄清和加氯消毒处理的海水送入排热段作为冷却水，流出排热段的大部分冷却 水又排回海中，小部分作为进料海水(补给海水)经预处理后从排热段末级闪蒸室进入第一级 闪蒸室，逐级降压，海水逐级降温，即可连续产出淡化水多级闪蒸工艺流程图见图1多级 闪蒸的造水比，是所得淡水(蒸馏水)的质量与所耗加热蒸汽的质量之比，是淡化厂经济效 益的直接体现小型装置的造水比较小，大型装置的造水比较高，如日产淡水几百t或四五 千t的装置，造水比一般为5〜8;日产淡水1万t的 装置，造水比多在10左右；日产淡水四 五万t的装置，造水比可达13~ 14主要优缺点：单机容量大，最大的可达7. 6万t/d;产品 水盐度3~ 10 mg /L;工程投资高；动力消耗大；设备的操作弹性小(设计值的80%〜图1 多级闪蒸工艺流程图110%),不适用于造水量要求可变的场合；传热管腐蚀穿孔时将污染水 质。

适用范围：以火电厂或核电厂的背压或抽汽透平的低位蒸汽为热源生产高中压锅炉补 充水或生活用水2.4多效蒸馏技术(MED)将一系列的水平管喷淋降膜蒸发器串联起来，蒸汽进入第一效蒸发器，与进料海水热交 换后冷凝成淡化水；海水蒸发，蒸汽进入第二效蒸发器，并使几乎同量的海水以比第一效更 低的温度蒸发，自身又被冷凝这一过程一直重复到最后一效，连续产出淡化水海水在冷 凝器中预热、脱气之后分成2股，一股排回大海，另外一股为进料液料液加入阻垢剂后引 入蒸发器温度最低的效组中喷淋系统把料液分布到顶排管上，在自上向下的降膜过程中， 一部分海水吸收了管束内冷凝蒸汽的潜热而被汽化；冷凝液以淡化水导出，蒸汽进入下一效 组，剩余料液也泵入下一效组中该效组的操作温度高于上一效组在新的效组中又重复了 蒸发和喷淋过程，直到料液在温度最高的效组中以浓缩的形式排出低温多效蒸馏的主要优 缺点热效率比多级闪蒸高,30°C左差使水达10左右；操作负荷可从40%〜110%变化，造 水比不会下降，弹性较大；能耗较低；前处理较简单，化学药剂消耗较少;系统的操作安全可 靠，即便发生传热管泄漏，也仅仅降低产量而不会影响水质但其设备体积较大，装置费用 较高。

多效蒸馏与多级闪蒸的适应条件基本相同2.5压汽蒸馏(VC)是利用机械压缩机使蒸汽升压升温后作为热源用于海水蒸发此法不需要另外提供蒸 汽，不需要冷却水，且转化效率较高但是亦存在严重的腐蚀和结构问题，常用于中小型海 水的淡化，但其市场占有率不高，并且呈逐渐降低趋势目前已研究开发出适合于仅可供电 能的岛屿和地区的低温压汽蒸馏技术，可以长期无故障运行，人工和维修费用较低，可靠性 好3、 海水淡化新技术与发展趋势前面所述传统海水淡化法所需能源均为不可再生的化石能源，环境压力大且面临化石 能源枯竭的问题，寻找替代型能源已刻不容缓替代型能源主要包括核能、太阳能、风能、 海洋能、地热能和生物质能等，其中核能海水淡化和太阳能海水淡化研究最多此外，把不 同的海水淡化常规工艺进行结合，把淡化后的卤水加以利用，优化集成为低能耗、低污染、 高产水率、低成本的新的海水淡化组合工艺，也是未来海水淡化发展的一个重要趋势⑷3.1海水淡化新技术核能海水淡化是利用核反应堆作为能量来源，从海水中生产淡水的方法核反应堆可以 供电和发热，理论上可以与任何常规海水淡化工艺过程相结合如核能利用发热特性与MSF 或者MED结合，利用发电特性与RO结合。

前苏联的哈萨克斯坦曾建立一座核能海水淡化 工厂，并成功运行了 26 a日本也曾先后有10个海水淡化装置与核反应堆结合中国原子 能科学研究院李兆桓也研究了核能与多级多效蒸馏结合或压缩多效蒸馏结合的工艺，研究 发现其造水比是现有工艺造水比的2.5倍以上，大大降低了海水淡化的成本（约为1元/m3）， 从而使核能海水淡化具备了大规模产业化的前景核能是一种安全、可靠和清洁的能源核 能海水淡化，可以利用低温供热用核反应堆作为热源，技术难度较核电站低，安全性更高太阳能是取之不尽的洁净可再生能源，若作为淡化能源，不产生二次污染，运行费用最 省，所得淡水纯度高太阳能海水淡化的能量利用方式有两种，一是利用太阳能产生热能以 驱动海水相变过程;二是利用太阳能发电以驱动渗透过程太阳能也可与所有的常规海水淡 化工艺过程相结合目前，对太阳能海水淡化的研究和应用一般都采用蒸馏法，在近期内也 仍将以蒸馏法为主但它在经济上仍不能跟传统海水淡化技术相比较蒸馏法中研究最多、 技术上最成熟的是太阳能盘式蒸馏器，此外还有利用烟囱技术的太阳能海水淡化新技术⑸3.2反渗透技术是未来的主导技术反渗透技术是未来的主导技术，反渗透技术能耗仅为电渗析的1/2，蒸馏法的1/4 0［ 6］。

从1974年起，美日等发达国家先后把发展重心转向反渗透法反渗透膜技术工程应用方面 的发展方向主要集中于研究具有低能耗、抗污染、耐高温、耐高压和特种分离等性能的反渗 透组件，以及反渗透膜组件与其它膜过程组件（超滤、微滤、纳滤等）以及电去离子EDI） 等组件的有机结合，充分发挥各种分离技术的特点，形成一个完整的系统工程，达到工程应 用的所需的浓度、分离和提纯的目的4、 中国海水淡化的应用我国从20世纪70年代就开始进行蒸馏法海水淡化的研究，由于经费投人不足等原 因,20世纪90年代以前，大规模蒸馏法海水淡化方面一直进展缓慢20世纪90年代后，在 国家“八五” “九五” “十五”攻关项目的支持下，国家海洋局天津海水淡化与综合 利用研究所，在低温多效和压汽蒸馏方面取得了突破性进展，掌握了低温多效和压汽蒸馏淡 化的关键技术，并且达到国际先进水平［刀中国是继美国、日本之后世界上少数几个掌握海 水淡化先进技术的国家之一在蒸馏淡化、反渗透两大技术领域经过工程实践已经拥有较为 丰富的海水淡化技术我国的设备制造成本比国外至少低30% ,在国际市场上具有很强的 价格竞争能力特别是我国反渗透海水淡化技术的发展以及国际上膜性能的提高，使这种一 次性投资少的海水淡化技术近几年在中国得到迅速推广⑻。

1981年在西沙建成200mi/d的 电渗析海水淡化装置；1983年大港电厂引进了 2x300m 3/d的低温多效闪蒸海水淡化装置; 1994年大连长海100m 3/d海水反渗透淡化装置投产造水；沧州化学公司1.8万m V d的高 浓度苦咸水反渗透淡化装置已部分投人运行另外 ，在浙江嵘泅县及山东长岛县的1000ms/d、威海电厂2500ms/d海水反渗透淡化装置和华能大连第四发电厂2500m3/d海水 反渗透淡化装置已经投产；黄岛发电厂2x300ms/d的低温多效海水淡化示范工程的设计正 在进行目前，烟台、大连等地也正计划兴建大型海水淡化装置，以解决这些地区的淡化水 供应［9］5、 中国海水淡化产业国际竞争力我国海水淡化产业的优势有：技术水平已达到发达国家水平；无论是国内还是国外对海 水淡化产业均有很大的市场需求；我国的装备制造业比较发达，可以完全满足发展海水淡化 产业的需求，与发达国家相比设备有30-40%价格优势［10］但是，我国海水淡化产业与美国、日本、韩国等发达国家的整体竞争力还有较大差距， 存在的差距有：第一，我国海水淡化企业规模小，承接的都是小规模的工程以反渗透海水淡化工程为 例，目前我国只有日产千吨级系统，单机产量只有5000立方米/日，而发达国家最大单机产 水量已在10000立方米/日以上。