【正文】 海水淡化專項(xiàng)報告 28 蒸餾法海水淡化的技術(shù)指標(biāo)與其裝置規(guī)模密切相關(guān)，裝置容量越大，其經(jīng)濟(jì)性就越強(qiáng)。 需求要素 需求要素主要指生產(chǎn)規(guī)模，也就是所需的水量。實(shí)際運(yùn)行中，膜的反清洗也需消耗一定電量。由 (當(dāng)量 )電耗率和總電耗率得出耗能大小 2）從主設(shè)備投資來看 RO 最低。由于熱、電的不等價性使常規(guī)性能評價指標(biāo)之間缺乏可比性。下面以總體情況對主要海水淡化方法能耗與投資進(jìn)行比較，見下表。 經(jīng)濟(jì)要素 影響海水淡化經(jīng)濟(jì)的因素很多，其中能耗問題是論證經(jīng)濟(jì)可行性最重要的指標(biāo)之一。其中核能淡化最有競爭力：中小型反應(yīng)堆耦合大規(guī)模淡化裝置。值得一提的是，中東地區(qū)也是較早試用大型海水 RO 的地區(qū)，但在今后相當(dāng)長的時期，仍會以 MSF 為主。如有豐富的天然資源 (天然氣、石油等 )，能源費(fèi)用很低，則使蒸餾法的運(yùn)行成本降低，具有出口電能的優(yōu)勢。蒸餾淡化廠利用汽輪機(jī)低壓抽汽作為熱源，或者與低溫核能供熱站直接連接。在汽源充足的沿?；痣姀S，鑒于歷史原因一般采用大型蒸餾淡化廠。目前也建立了大型的海水 RO 淡化廠，他們的預(yù)處理經(jīng)驗(yàn)是值得借鑒的。 海水淡化專項(xiàng)報告 26 圖： 反滲透操作壓力、多極閃蒸氣壓與進(jìn)料海水鹽濃度的關(guān)系 海水水質(zhì)的污染程度對蒸餾法不敏感；但對 RO 而言，會使 RO 壓力和單位電耗率增大，因此大大增加了 RO 的海水預(yù)處理難度和成本；對于較小的 規(guī)模一般也容易處理，而對大型淡化廠則有可能影響到總體的技術(shù)方案?？梢钥闯?，與 MSF 相比，鹽濃度對 RO 的影響較大， MSF 幾乎適用于任何鹽濃度的進(jìn)料海水。由于冬季水溫過低，將 RO 站建造在中國北方的最佳選擇是用發(fā)電廠的冷卻海水作為其供水。低溫海水粘度增大使膜孔收縮，產(chǎn)水量大幅度下降；而水溫過高則加快膜的水解速度，使有機(jī)膜變軟，易于壓實(shí)。如 RO 適宜溫度為 15～ 25℃；蒸餾法適宜溫度為 0～ 35℃。 環(huán)境要素 環(huán)境要素主要包括海水因素、地理位置因素、能源儲備因素等。 最佳淡化方法的選擇 究竟選擇哪種淡化方法，還要根據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)境特征和運(yùn)行目標(biāo)，因地制宜，評估這種淡化方法是否最適合當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展。 4）高回收率工藝的研究。 3）全膜法預(yù)處理工藝的研究 。方向分為低壓 RO 膜和高壓 RO 膜。 h/m3 淡水。 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。其突出優(yōu)點(diǎn)就是成本較低，大約在 ～ 美元 /m3 淡化之間，這還取決于能源成本。 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。 3）與核能等新能源的結(jié)合。對熱過程的改進(jìn) (即新工藝 )采用 NF 技術(shù)。美國的南加州正在計(jì)劃建設(shè)日產(chǎn)淡水28400m3 的 LTMED 淡化工程，其淡化裝置的總效數(shù)為 30，造水比 22，共有 535 個相同的管束。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。它的特點(diǎn)是對原料海水的預(yù)處理要求不 高、過程循環(huán)動力消耗小、生產(chǎn)的淡水水質(zhì)高 (鹽度 amp。 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。根據(jù) Leon Awerbuch 報道，位于阿布扎比 (Abu Dhabi)的蘇 威哈特廠 (Shuwaihat)，其單套裝置的設(shè)計(jì)規(guī)模為 76000m3/d。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。 MSF 存在的最大問題就是性能比低，一般限制在 11 左右，造成更大的能 量消耗，即耗電能較大，使得 MSF 比 LTMED 成本高。 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。 LTMED 其特征是將一系列的水平管降膜蒸發(fā)器串聯(lián)起來并被分成若干效組，用一定量的蒸 汽輸入通過多次的蒸發(fā)和冷凝，從而得到多倍于加熱蒸汽量的蒸餾水。 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)模化的目標(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。究竟哪種方法最適合當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)、社會發(fā)展不是絕對的。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)報告 23 化的方法只有 MED、 MSF 和 RO。目前海水預(yù)處理通常采用氧化殺菌、多級過濾、還原脫氯等傳統(tǒng)技術(shù)，需消耗較多的化學(xué)藥劑，不僅成本提高，環(huán)境還易受污染，如采用微濾或超濾等新技術(shù)可簡化預(yù)處理，減少或避免化學(xué)藥劑的加入。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。 (2)提高配套裝置的性能。 適用范圍：適合大、中、小型海水及苦咸水淡化。 主要優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍 反滲透為無相變過程，能耗低，每噸 淡水耗電 度；工程投資及造水成本較低；裝置緊湊，占地較少；操作簡單，維修方便。據(jù)稱國外有公司可使淡化海水的噸水電耗維持在 。目前常用的能量回收裝置主要有透平增壓裝置、皮爾頓水輪機(jī)和壓力交換器。海水淡化專項(xiàng)報告 22 高壓泵性能好壞對系統(tǒng)性能影響很大。 反滲透的高壓泵與能量回收反滲透本體部分主要由反滲透組件和高壓泵兩大部分組成。所以，水質(zhì)是選擇系統(tǒng)的重要依據(jù)。反滲透膜組件質(zhì)量的優(yōu)劣和水平的高低關(guān)鍵在于膜性能的好壞。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。它能夠在外加壓力作用下使水溶液中的某 些組分選擇性透過，從而達(dá)到淡化、凈化或濃縮分離的目的。濃鹽水自膜脫鹽設(shè)備排出。 工藝流程 進(jìn)料海水經(jīng)預(yù)處理，去除懸浮固體及其它有害物。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。 基本原理 用一張只透過水而不能透過鹽的半透膜將淡水和鹽水隔開，淡水會自然地透過半透膜至鹽水一側(cè)，這種現(xiàn)象稱為滲透。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％。海水經(jīng)一級 RO 后，產(chǎn)水即為飲用水（ 300－ 400mg/1），水回收率 30— 35%。 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。 近幾年來，在國際海水淡化招標(biāo)中， SWRO 以投資最低，能耗最省，成本最低，建造周期短等優(yōu)勢而屢屢中標(biāo)。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。 反滲透技術(shù) (RO) 反滲透膜法海水淡化技術(shù)的發(fā)展歷程 發(fā)展歷程 海水淡化是從海水中獲取淡水的技術(shù)和過程。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。所耗電能主要用于遷移溶液中的電解質(zhì)離子，所耗的電能與 溶液濃度成正比，對于不導(dǎo)電的顆粒沒有去除能力。 膜法海水淡化技術(shù) 電滲析技術(shù) (ED) 海水淡化專項(xiàng)報告 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。 科技部根據(jù)天津淡化所在低溫多效技術(shù)方面取得的成績，調(diào)整了“九五”后兩年的攻關(guān)合同，同意在華歐黃島電廠建立 2 3000t/d 低溫多效海水淡化示范工程。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。因此，防垢、防腐和設(shè)備的整體性得以解決，同時與多級閃蒸法比占地小、能耗低。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。多級閃蒸的主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)垢傾向相對較小，運(yùn)行安全，設(shè)備整體性強(qiáng)，易于大型化，缺點(diǎn)是設(shè)備占地面積大，能耗較高，運(yùn)行費(fèi)用相對較高，運(yùn)行管理相對復(fù)雜。 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。工藝流程見圖 23： 海水淡化專項(xiàng)報告 18 圖 2－ 3 壓汽蒸餾工藝流程圖 （ 3） 主要優(yōu)缺點(diǎn)： 壓汽蒸餾與多效蒸餾的技術(shù)十分類似，差別在于前者使用壓縮機(jī)，而后者用蒸汽驅(qū)動。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)。 （ 2） 工藝流程： 進(jìn)料海水用極少量阻垢劑預(yù)處理后，進(jìn)入一個板式換熱器，回收自蒸發(fā)器排放出的濃鹽水和淡化水的熱量。 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。 海水淡化專項(xiàng)報告 17 壓汽蒸餾技術(shù) (VC) （ 1） 基本原理： 海水蒸發(fā)過程所產(chǎn)生的二次蒸汽，經(jīng)壓縮機(jī)增壓，蒸汽飽和溫度相應(yīng)提高，再輸入到蒸發(fā)器管束內(nèi)，作為進(jìn)料海水蒸發(fā)的熱源，并自身冷凝為淡化水。但低溫多效蒸餾設(shè)備體積較大，裝置費(fèi)用較高。在新的效組中又重復(fù)了蒸發(fā)和噴淋過程，直到料液在溫度最高的效組中以濃縮液的形式排出。料液加入阻垢劑，引入到蒸發(fā)器溫度最低的效組中。同時由于使用了較低價的傳熱材料，使得同樣的 投資規(guī)?？梢园才鸥嗟膫鳠崦娣e。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。 海水淡化專項(xiàng)報告 16 多效蒸餾分為低溫和高溫多效蒸餾。這一過程一直重復(fù)到最后一效。 (4)適用范圍：可用于以火電廠或核電廠的背壓或抽汽式透平的低位蒸汽為熱源的大型海水淡化工程，為高中壓鍋爐提供優(yōu)質(zhì)脫鹽水，也可是生活用淡水。 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。見圖 21。 （ 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。以下對各種方法進(jìn)行簡介 : 多級閃蒸技術(shù) (MSF) （ 1） 基本原理： 多級閃蒸是將海水加熱到一定溫度后，引入到一個閃蒸室，其室內(nèi)的壓力低于海水所對應(yīng)的飽和蒸汽壓，部分海水迅速汽化，冷凝后即為所需淡水；另一部分海水溫度降低，流入另一個壓力較低的閃蒸室，又重復(fù)蒸發(fā)和降溫的過程。另外可以利用電廠的余熱，因此蒸餾法的應(yīng)用場合較廣。 蒸餾法與膜法不同，一經(jīng)蒸發(fā)所得的水就是蒸餾水，水質(zhì)較高，產(chǎn)品水的含鹽量（總固溶物）可以降到 5ppm 以下。 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)。多效蒸餾根據(jù)操作溫度的高低，頂溫在 6570℃是低溫多效蒸餾，簡稱低溫多效，是目前具有競爭力的熱法海水淡化技術(shù)。 海水淡化專項(xiàng)報告 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。 海水淡化 （即上述的脫鹽部分） 是指從海水中獲取淡水的技術(shù)和過程，通過脫除海水中的大部分鹽類，使處理后的海水達(dá)到生活和生產(chǎn)用水標(biāo)準(zhǔn)的水處理技術(shù)。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。 2 海水淡化技術(shù)及應(yīng)用 一個大型的海水淡化項(xiàng)目往往是一個非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程。 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) 。 2021年， 舟山普陀區(qū)六橫 海水淡化一期項(xiàng)目 2萬噸 /日反滲透技術(shù)海水淡化裝置建成投產(chǎn)。 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)報告 13 在青