【正文】 ................................ 46 船用海水淡化裝置的工作原理 ..................................................... 46 船用海水淡化裝置的主要型式 ..................................................... 48 太陽能海水淡化裝置 .......................................................................... 48 太陽能蒸餾海水淡化裝置原理 ..................................................... 48 外國太陽能海水淡化裝置發(fā)展?fàn)顩r .............................................. 49 中國太陽能海水淡化裝置研發(fā)進(jìn)展 .............................................. 50 海水淡化專項(xiàng)報(bào)告 1 1 海水利用及 海水淡化概述 海水利用 主要方向 沿海地區(qū)含 11 個省、區(qū)和直轄市，陸地面積占國土總面積的 15%，有 18000多公里的海岸線和 6500 多島嶼，人口占全國的 40%以上，社會總產(chǎn)值占 60%左右，是我國人口最多、經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)的地區(qū)。 海水利用（資源化）技術(shù)包括從海水中提取淡水，用海水代替淡水和海水中提取化工產(chǎn)品等技術(shù)，即通常所講的海水淡 化，海水直接利用和海水綜合利用等，另有海水養(yǎng)殖和海水農(nóng)業(yè)。世界上一億多人口的地區(qū)靠海水淡化解決用水的問題。工業(yè)用水占總用量的 70～ 80%，而工業(yè)用水中 70%左右是冷卻用水，所以用海水代替淡水作為工業(yè)冷卻用水以及其他用水，對沿海城市十分重要。 海水淡化專項(xiàng)報(bào)告 2 脫鹽技術(shù) 海水淡化 早在上世紀(jì) 50 年代，為解 決 “ 水的危機(jī) ” ，美國從 1952 年起專設(shè)鹽水局，1974 年后轉(zhuǎn)為資源技術(shù)局，不斷推進(jìn)水資源和脫鹽的技術(shù)進(jìn)步； 1973 年日本通產(chǎn)省下設(shè)造水促進(jìn)中心，專門研究節(jié)能的脫鹽技術(shù)；歐洲則在尤里卡等計(jì)劃下推動海水淡化的發(fā)展。 我國經(jīng)過 40 多年的發(fā)展，已建成海水淡化工程 12 個，已建成和在建裝置總量超過每天 60000 噸。將苦咸水淡化制取飲用水，能耗和價格比海水淡化低得多，據(jù)含鹽量的高低，一般能耗在 ～ 3kWh/m3 淡水。 我國自上世紀(jì) 60 年代末就開始用 ED 進(jìn)行苦咸水淡化，至今已推廣應(yīng)用得相當(dāng)普遍 ，年產(chǎn)離子交換膜 40 多萬平方米， ED 裝置近千臺。僅大慶油田苦咸水處理量日產(chǎn)近 萬噸，主要供飲用。我國已形成海水循環(huán)冷卻緩蝕劑、阻垢分散劑、菌藻殺生劑和海水冷卻塔等 “ 三劑一塔 ” 成套技術(shù)和產(chǎn)品 ，正在進(jìn)行工程示范，具備產(chǎn)業(yè)化推廣的基本條件。福建后石華陽電廠分別于 1999 和 2021 年投入運(yùn)行兩套 600MW 的無 GGH海水脫硫裝置。目前香港地區(qū)每天沖廁用海水約 60 萬立方米，占全部沖廁用水的近 80%，形成了一套完整的處理系統(tǒng)和管理體系。 我國現(xiàn)年產(chǎn)海鹽約 1800 萬噸，為世界之首。 將海水淡化與綜合利用相結(jié)合，兩者互補(bǔ)，也是值得深入探討的。海水利用中的大多數(shù)技術(shù)問題都得到切實(shí)的解決， 推廣海水利用技術(shù)是可行的。為加速海水開發(fā)利用產(chǎn)業(yè)化海水淡化專項(xiàng)報(bào)告 5 進(jìn)程，保障全面建設(shè)小康社會奮斗目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，近來制定《全國海水利用專項(xiàng)規(guī)劃》，提出 了 2021 年、 2021 年到 2020 年的相關(guān)展望。戰(zhàn)后由于國際資本大力開發(fā)中東地區(qū)石油，使這一地區(qū)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，人口快速增加，這個原本干旱的地區(qū)對淡水資源的需求與日俱增。由于世界上 70％以上的人口都居住在離海洋 120 公里以內(nèi)的區(qū)域，因而海水淡化技術(shù)近 20 多年迅速在中東以外的許多國家和地區(qū)得到應(yīng)用。 海水淡化處理 技術(shù) 海水淡化就是將海水中的鹽和水分離的過程，是通過物理、化學(xué)或物理化學(xué)方法實(shí)理的。 MSF總是與火力電站聯(lián)合建設(shè)與運(yùn)行，以汽輪機(jī)低壓抽汽做為熱源。也主要與火電站聯(lián)運(yùn)，但規(guī)模一般在日產(chǎn) 1萬噸以下。 壓汽蒸餾 (MVC)：將蒸發(fā)出的蒸汽適當(dāng)加壓，提高其溫度后，再用作蒸發(fā)器的加熱蒸汽，并冷凝而得淡水。無論海水、苦咸水，亦無論大型、中型或小型都適應(yīng)，是海水淡化技術(shù)中近二十年來發(fā) 展最快的。 用水現(xiàn)狀：用水效率低和過度開發(fā)并存；對淡水資源過度開采的情況日趨嚴(yán)重；淡水資源受污染范圍繼續(xù)增大、受污染程度繼續(xù)增加。 據(jù)聯(lián)合國提供資料分析，中國水資源總量為 28124億 m3，居世界第 6 位，中國人均水資源量為 2340m3，全球排在 109位。中國每年 工業(yè)、生活污水排放量已達(dá)約 600億 m3， 90％的城市水域受到不同程度的污染，尤其南方城市由于采用地表水做水源而地面水又受到不同程度的污染?？梢哉f，水資源供需矛盾突出是我國實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的主要瓶頸。其實(shí)，地球上水資源的量是很足夠的，我們所說的水資源短缺僅僅是指淡水的，或者說可隨意利用的水資源稀缺。 2021年，國家發(fā)改委、國家海洋局、財(cái)政部聯(lián)合發(fā)布了《海水利用專項(xiàng)規(guī)劃》，規(guī)劃了國家在“十一五”期間乃至 2020 年海水利用的發(fā)展重點(diǎn)、區(qū)域布局和重點(diǎn)工程，提出了加快發(fā)展海水利用產(chǎn)業(yè)的政策和保障措施等。同時，《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要 (2021～ 2020)》 《國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十一個五年規(guī)劃綱要》等也為海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了政策支撐。 這些都表明，隨著國家各項(xiàng)相關(guān)政策的出臺、完善，海水淡化已展現(xiàn)出巨大的市場需求和良好的產(chǎn)業(yè)前景。海水綜合利用，尤其是海水淡化是解決沿海城市淡水資源短缺的有效途徑。 海水 利用 專項(xiàng)規(guī)劃出臺 由國家發(fā)展改革委、國家海洋局和財(cái)政部聯(lián)合編制的《海水利用專項(xiàng)規(guī)劃》近日出臺。到 2021 年的發(fā)展目標(biāo)為 ： 我國海水淡化能力達(dá)到 80萬 — 100萬立方米 /日 ，海水直接利用能力達(dá)到 550億立方米 /年 ， 積極發(fā)展海水化學(xué)資源的綜合利用 ， 海水利用對解決沿海地區(qū)缺水問題的貢獻(xiàn)率達(dá)到 16%— 24%。初步建立海水利用標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)體系、政策支持體系、技術(shù)服務(wù)體系和監(jiān)督管理體系，使海水利用產(chǎn)業(yè)逐步參與國際競爭?！兑?guī)劃》在科學(xué)發(fā)展觀的指導(dǎo)下，立足青島市的實(shí)際基礎(chǔ)和優(yōu)勢條件，提出了青島市海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃的目標(biāo)、規(guī)劃方案、發(fā)展重點(diǎn)、支撐條件、政策建議等。 2. 《浙江省海水利用發(fā)展規(guī)劃》 《浙江省海水利用發(fā)展規(guī)劃》是 浙江省“十一五”規(guī)劃體系的重要組成部分，對于保障浙江省水資源安全，推進(jìn)海水利用技術(shù)和產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展具有重要的指導(dǎo)意義。大規(guī)模海水淡化的技術(shù)條件日趨成熟，海水淡化正朝著單臺裝置產(chǎn)能擴(kuò)大和淡化廠建設(shè)規(guī)模化的方向發(fā)展。我國已成為世界上少數(shù)幾個掌握海水淡化先進(jìn)技術(shù)的國家之一。項(xiàng)目建設(shè)期 2年，總投資 。海水利用技術(shù)日趨成熟，產(chǎn)業(yè)化條件基本具備。 據(jù)中國水利企業(yè)協(xié)會脫鹽分會統(tǒng)計(jì)，到 2021年底，中國海水淡化的能力有 64萬噸 /日，相當(dāng)于全球的 1%。 應(yīng)海水淡化專項(xiàng)報(bào)告 12 用規(guī)模不斷擴(kuò)大。 成熟的技術(shù)加規(guī)?；陌l(fā)展使海水和苦咸水淡化的成本已與部分城市工業(yè)用水價格相當(dāng)，在水價上漲，海水淡化技術(shù)日益成熟、運(yùn)營成本逐漸與各地工業(yè)用水價格持平甚至略低的發(fā)展過程中，海水淡化也變得備受關(guān)注，商機(jī)日益凸顯。 1981 年建成西沙 200m3/d 電滲析海水淡化裝置； 1982 年，由杭州水處理中心建設(shè)的日產(chǎn) 200 噸級海水淡化裝置在西沙群島永興島建成啟用，實(shí)現(xiàn)了淡水成本是船運(yùn)淡水成本四分之一的目的 1997 年 2021 年期間，先后建成了 500m3/d、 lO00m3/d 反滲透海水淡化裝置； 2021 年，山東榮成日產(chǎn) l0000m3 級反滲透海水淡化示范工程一期 5000m3/d 機(jī)組 建成投產(chǎn)； 2021 年，低溫多效海水淡化示范工程項(xiàng)目 3000m3/d低溫多效海水淡化裝置海水淡化專項(xiàng)報(bào)告 13 在青島的黃島電廠建成。 2021年（預(yù)計(jì)在 9月份）， 唐山曹妃甸建大型海水淡化廠 首期產(chǎn)能是 5萬噸 /天 反滲透技術(shù)海水淡化裝置建成投產(chǎn) 。其中預(yù)處理是指在海水進(jìn)入起淡化功能的裝置之前對其所作的必要處理，如殺除海生物，降低濁度、除掉懸浮物（對反滲透法），或脫氣（對蒸餾法），添加必要的藥劑等；脫鹽則是通過上列的某一種方法除掉海水中的鹽分，是整個淡化系統(tǒng)的核心部分，這一過程除要求高效脫鹽外，往往需要解決 設(shè)備的防腐與防垢問題，有些工藝中還要求有相應(yīng)的能量回收措施；后處理則是對不同淡化方法的產(chǎn)品水針對不同的用戶要求所進(jìn)行的水質(zhì)調(diào)控和貯運(yùn)等處理。 海水淡化專項(xiàng)報(bào)告 14 反滲透法是海水淡化技術(shù)中近 20年來發(fā)展最快的，無論是大型、中型或小型項(xiàng)目都適用，除海灣國家外，反滲透技術(shù)是其它地區(qū)大、中型海水淡化項(xiàng)目的首選。 蒸餾法淡化技術(shù) 蒸餾法又稱蒸發(fā)法，是最早采用的淡化技術(shù)。另外可以利用電廠的余熱，因此蒸餾法的應(yīng)用場合較廣。 （ 2）工藝流程： 經(jīng)過澄清和加氯消毒處理的海水，首先送入排熱段作為冷卻水。 圖 2－ 1 多級閃蒸流程圖 （ 2） 主要優(yōu)缺點(diǎn)： 單機(jī)容量大，最大的可達(dá) 到 5 萬噸 /天；產(chǎn)品水鹽度一般為 3－ 10 毫克 /升。這一過程一直重復(fù)到最后一效。但是，頭幾效鹽水的蒸發(fā)溫度較高，傳熱管易結(jié)垢且腐蝕速度快，因而對設(shè)備的材料要求高，需頻繁清洗設(shè)備，對海水預(yù)處理要求也高。料液加入阻垢劑，引入到蒸發(fā)器溫度最低的效組中。但低溫多效蒸餾設(shè)備體積較大，裝置費(fèi)用較高。 壓汽蒸餾按操作溫度可分為常壓壓汽蒸餾和負(fù)壓壓汽蒸餾兩種。管內(nèi)蒸汽冷凝成淡水導(dǎo)出，管外一部分鹽水產(chǎn)生蒸發(fā)，通過汽液分離器除去夾帶的液滴之后，蒸汽進(jìn)壓縮機(jī)壓縮并導(dǎo)入傳熱管束內(nèi)。 蒸餾法海水淡化技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 國外從五十年代開始研究和開發(fā)淡化技 術(shù)，到七十年代已形成了淡化工業(yè)體系。隨著技術(shù)不斷進(jìn)步，多效蒸發(fā)技術(shù)的結(jié)垢問題已得到較好的解決，再加上強(qiáng)化了傳熱，表現(xiàn)了更突出的優(yōu)勢。因此，人們認(rèn)為， LTMED 裝置是當(dāng)前蒸餾法中最有競爭力的淡化設(shè)備。 膜法海水淡化技術(shù) 電滲析技術(shù) (ED) 海水淡化專項(xiàng)報(bào)告 19 （ 1） 基本原理： 電滲析以直流電為推動力，利用陰、陽離子交換膜對溶液中陰、陽離子的選擇透過性，使一個水體中的離子通過膜遷移到另一個水體中的物質(zhì)分離過程。但將 1000～ 3000 毫克 /升的苦咸水脫鹽至 500 毫克 /升的飲用水是經(jīng)濟(jì)可行的。經(jīng)過近 50 年的研究、開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化， SWRO 自 70 年代進(jìn)入海水淡化市場之后，發(fā)展十分迅速。 對反滲透膜海水淡化技術(shù)工藝過程的持續(xù)開發(fā) 據(jù)反滲透膜和組器技術(shù)的進(jìn)步， SWRO 工藝也不斷地發(fā)展，主要工藝過程如下： 海水淡化專項(xiàng)報(bào)告 20 二級海水淡化工藝 1970 年代商用 RO 膜脫鹽率僅在 95 一 98％時，為了從海水中制取飲用水而采用此工藝，第一級的產(chǎn)水（約 2021mg/L） ， 再經(jīng)第二級進(jìn)一步淡化為飲用水，第二級的濃水返回第一級作為部分進(jìn)水，顯然該過程能耗是高的，約 10kwh/rn3 以上。通常一級 SWRO 的操作壓力在 ，而若提高到 MPa 下操作，則可達(dá) 60％ 的回收率，這樣海水預(yù)處理省了，試劑用量少了，能耗也低了，新建的 SWRO 廠可采用該工藝高效兩段法這也是提高回收率的新工藝，這是一級兩段工藝的改進(jìn)，在兩段間設(shè)增壓部分，第一段的濃海水經(jīng)增壓和最終的能量回收部分相結(jié)合進(jìn)入第二段，這也可使回收率達(dá) 60％。這一平衡壓力即為該體系的滲透壓，如在鹽水一側(cè)加一個大于滲透壓的壓力，鹽水中的水會透過半透膜到淡水處。濃鹽水自膜脫鹽設(shè)備排出。根據(jù)膜材料或成膜工藝又可分為非對稱反滲透膜、復(fù)合反滲透膜。所以，水質(zhì)是選擇系統(tǒng)的重要依據(jù)。海水淡化專項(xiàng)報(bào)告 22 高壓泵性能好壞對系統(tǒng)性能影響很大。據(jù)稱國外有公司可使淡化海水的噸水電耗維持在 。 適用范圍：適合大、中、小型海水及苦咸水淡化。因此開發(fā)新型的高壓泵和能量回收裝置，進(jìn)一步提高其效率和服務(wù)年限將有助于降低淡 化成本。目前主要方法有多效蒸發(fā)（ MED）、反滲透（ RO）和多級閃蒸（ MSF）等，而適用于大型的海水淡海水淡化專項(xiàng)報(bào)告 23 化的方法只有 MED、 MSF 和 RO。 目前主要淡化方法的技術(shù)原理及應(yīng)用 近年來世界上海水淡化正向高效化、低能化和規(guī)?；哪繕?biāo)發(fā)展， MSF、LTMED、 RO 更成為適用于大型化海水淡化技術(shù)的主流。 RO 主要應(yīng)用領(lǐng)域有海水和苦咸水淡化，純水和超純水制備，工業(yè)用水處理，飲用水凈化，醫(yī)藥、化工和食品等工業(yè)料液處理和濃縮，以及廢水處理等。通過薄管壁材料的選制，逐滴冷 凝過程的改進(jìn)盡可能減少熱交換面積，提高熱交換量等。 WDI 公司采用效率高達(dá) 95%的蒸汽壓縮設(shè)備、 海水淡化專項(xiàng)報(bào)告 24 帶溝槽的薄鈦管作為傳熱材料、特種混凝土作為蒸發(fā) 器的殼體，顯著地降低造水成本。另外，該技術(shù)減少制水成本 的潛力很大，其造水比高，可超過 15。對熱過程的改進(jìn) (即新工藝 )采用 NF 技術(shù)。 4）若能解決結(jié)垢問題， LTMED 可向高溫多效蒸餾邁進(jìn)，以獲得更高的造水比，達(dá) 30。 RO 海水淡化技術(shù)最新研究動態(tài)包括以下幾方面： 1）功或壓力交換器和段間能量回收集成技術(shù)的研究。方向分為低壓 RO 膜和高壓 RO 膜。