海水淡化方法比較和發(fā)展方向

1、百度文庫-讓每個人平等地提升自我海水淡化方法比較及其發(fā)展方向海水淡化方法有十余種。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化的方法只有MED、MSF和RO。MED方法中低溫多效蒸儲（LT-MED ）開發(fā)后在世界范圍內迅速得到了較廣泛的應用，與RO和MSF 一起成為最具發(fā)展前景的海水淡化技術。究竟哪種方法最適合當?shù)亟洕⑸鐣l(fā)展不是絕對的。本文將世界主要三種淡化方法進行比較并結合實踐對選擇海水淡化方法的依據(jù)進行探討。1 .目前主要淡化方法的技術原理及應用近年來世界上海水淡化正向高效化、低能化和規(guī)?；哪繕税l(fā)展，MSF、LT-MED、RO更成為適

2、用于大型化海水淡化技術的主流。MSF方法大規(guī)模商業(yè)化生產淡水已有 30多年，技術成熟，運行安全性高。LT-MED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儲水?？勺鳛殄仩t的補充用水、生產過程的工藝用水或者大規(guī)模的市政飲用水供水。RO主要應用領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。2 .主要淡化方法的比較及發(fā)展方向MSFMSF具有工藝成熟，維護量較小，運行可靠，對原水預處理要求低和使用壽命長，出水品質好等優(yōu)點。MSF存在的最大問題

3、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LT-MED成本高。MSF海水淡化技術體現(xiàn)如下的發(fā)展方向：1）提高最高操作溫度，尋找改進熱量交換的新方法。通過薄管壁材料的選制，逐滴冷凝過程的改進盡可能減少熱交換面積，提高熱交換量等。2）成功實現(xiàn)大型 MSF裝置。根據(jù)Leon Awerbuch報道，位于阿布扎比（Abu Dhabi）的蘇威 哈特廠（Shuwaihat）,其單套裝置的設計規(guī)模為 76000m3/d。3）采用新材料和管路優(yōu)化設計提高效率。WDI公司采用效率高達95%的蒸汽壓縮設備、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

4、成本。LT-MEDLT-MED是20世紀80年代開發(fā)出來的新技術。它的特點是對原料海水的預處理要求不高、過程循環(huán)動力消耗小、生產的淡水水質高 （鹽度5mg/L）。另外，該技術減少制水成本的潛力很大， 其造水比高，可超過15。LT-MED海水淡化技術發(fā)展方向如下：1）裝置規(guī)模的大型化和超大型化。美國的南加州正在計劃建設日產淡水 28400m3的LT-MED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。2）采用新工藝和新材料提高性能。對熱過程的改進（即新工藝）采用NF技術。新材料包括光滑鋁合金管或鋁合金波紋管制成的傳熱管材和特種混凝土等殼體材料。3）與核能等新能源的結合

5、。LT-MED能夠使用反應堆提供的清潔低品位熱能。4）若能解決結垢問題，LT-MED可向高溫多效蒸儲邁進，以獲得更高的造水比，達30。RO具有投資低、能耗低、建設周期短等優(yōu)點，適用于建造各種規(guī)模的海水淡化工程。其突出優(yōu)點就是成本較低，大約在美元/m3淡化之間，這還取決于能源成本。RO膜容易受到污染和結垢的影響（CaCO3, CaSO4, BaSO,），易被氧化劑（CL HClO ）氧化 而造成損害，因此對進入 RO裝置的水質要求較高，預處理較為嚴格。RO海水淡化技術最新研究動態(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的研究。PX或Aqualyng等新型高效能量回收器可使RO淡化

6、過程本體電耗大約在 h/m3淡水。2）新型RO膜的研究。方向分為低壓 RO膜和高壓RO膜。由于能量回收器效率不斷提高， 高壓膜在海水淡化過程中的應用相對較多，而低壓膜主要用于苦咸水淡化過程。3）全膜法預處理工藝的研究。全膜法預處理較好地結合了MF、UF和NF預處理方法的優(yōu)點，有效減少化學品添加量和RO膜組件的清洗次數(shù)，使操作過程更加環(huán)境友好。4）高回收率工藝的研究。BCS（brine conversion system）系統(tǒng)采用SWRO-級濃縮水作進料（含鹽質量分數(shù)。/。%）,在操作壓力下，回收率可以達到60%。3 .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?shù)丨h(huán)境特征和運行目標，因地

7、制宜，評估這種淡化方法是 否最適合當?shù)亟洕l(fā)展。一般選擇海水淡化方法的依據(jù)主要包括以下要素：環(huán)境要素、經濟要 素、需求要素、技術要素等。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。3.1.1海水因素每種淡化方法對海水溫度的適應性不同。如RO適宜溫度為1525C；蒸儲法適宜溫度為。35 Co對于RO過程，膜的透水量隨水溫的升高而增高。低溫海水粘度增大使膜孔收縮，產水 量大幅度下降；而水溫過高則加快膜的水解速度，使有機膜變軟，易于壓實。水溫季節(jié)性節(jié)變化大的海域（如渤海中部，冬、春季均溫為5c以下，夏季均溫為25 C,顯然不利于RO過程，而 選擇蒸儲法比較適合。由于冬季水溫過低，

8、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。圖1反映了進料海水鹽濃度對 RO、MSF的影響?？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料海水。RO法適用最大鹽濃度是多少這個問題很少人研究，據(jù)Karelin報道，最大鹽濃度不應超過 100g/L。海水水質的污染程度對蒸儲法不敏感；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方案。中東地區(qū)的海灣水有 四高”，即：高溫（夏天高達40C）、高菌藻、高石油污染和高鹽度（總含鹽量高達4

9、0000mg/L）,對RO是不利的，所以中東地區(qū)海水淡化多以 MSF為主。目前也建立了大型的海水 RO淡化廠，他們的預處理經驗是值得借鑒的。3.1.2 地理位置因素在沒有充足汽源火電廠的海島區(qū)，一般采用RO;如存在發(fā)電廠，則 RO用發(fā)電廠的冷卻海水作為其供水。在汽源充足的沿?；痣姀S，鑒于歷史原因一般采用大型蒸儲淡化廠。3.1.3 能源儲備因素MSF或MED需要汽和電作為能源；RO只需要電作為能源。蒸儲淡化廠利用汽輪機低壓抽汽作為熱源，或者與低溫核能供熱站直接連接。如有足夠的可利用電源，而無需自身發(fā)電，那么選擇RO是具有吸引力的，因為其初始成本低、容易維護且運行方法簡單。如有豐富的天然資源（天

10、然氣、石油等），能源費用很低，則使蒸儲法的運行成本降低，具有出口電能的優(yōu)勢。這也是中東地區(qū)對MSF尤其熱衷的原因之一。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)，但在今后相當長的時期，仍會以MSF為主。除天然氣、液體燃料和化石燃料外，海水淡化的替代型能源主要包括核能、太陽能、風能、地 熱能、海洋能以及生物能等。其中核能淡化最有競爭力：中小型反應堆耦合大規(guī)模淡化裝置。反應堆的熱量經多回路隔離，在 MSF鹽水加熱器中加熱鹽水，或為 MED提供首效加熱蒸汽， 即可實現(xiàn)與MSF或ME的耦合；利用核能發(fā)電為 RO提供電能，即可實現(xiàn)與 RO的成功耦合。經濟要素影響海水淡化經濟的因素很多，其中能耗

11、問題是論證經濟可行性最重要的指標之一。海水淡化技術工藝的不同，需消耗不同形式的能量。下面以總體情況對主要海水淡化方法能耗與投資進行比較，見表1。通過表1可以得到以下結論：1） MSF和MED系統(tǒng)主要消耗熱能，此外還需要少量電能，而 RO系統(tǒng)只消耗電能。由于 熱、電的不等價性使常規(guī)性能評價指標之間缺乏可比性。為此建立了以電量為基準的統(tǒng)一的性能評價指標體系，它將脫鹽系統(tǒng)所消耗的熱能按實際技術水平折算等價的電量（當量電耗量），以單位淡水產量的（當量）電耗率指標進行性能評價， 如表1所示。由（當量）電耗率和總電耗率得出耗 能大?。篗SF >MED >RO 。2）從主設備投資來看 RO最低。

12、但RO膜的產水率受海水溫度影響，當水溫較低時必須設 置海水加熱裝置或者利用熱量，這將大大增加其能量消耗。實際運行中，膜的反清洗也需消耗一定電量。因此，RO裝置實際運行能量消耗要大于表 1所示的數(shù)值。表1主要海水淡化方法能耗與投資比較海水淡化方法 MEDMSF /RO主設備投資成本（M美元/MIGD ）蒸汽消耗（m3/MIGD ）電能損失量（MW/MIGD ）能量消耗（kW?h/m3）45海水淡化方法MEDMSFRO（當量）電耗率（kW?h/m3）總電耗率（kW?h/m3）化學品成本（美元/yMIGD ）/400004000050000勞力（美元/yMIGD ）/400004000050000需

13、求要素需求要素主要指生產規(guī)模，也就是所需的水量?？芍^是確定最佳淡化方法的重要因素之一：制成飲用水的量（這種飲用水是建成后白工廠要生產的水）。蒸儲法海水淡化的技術指標與其裝置規(guī)模密切相關，裝置容量越大，其經濟性就越強。MSF主要適合于大型和超大型淡化裝置，目前 MSF的最大單機容量高達50000m3/d。一般日產幾千 m3的海水淡化規(guī)模，對其所選甚少。LT-MED的規(guī)模較小，一般在日產1萬m3以下，單機生產力在3000m3/d左右。RO法無論大型、中型或小型都適用。雖然我國目前淡化水的接受程度，需求量和裝置規(guī)模都很小，但建設大型海水淡化裝置和淡化廠勢在必行。因此在自然水資源極度短缺的地區(qū)，無論建

14、設海水淡化廠的資金如何，首先選用的是超大規(guī)模淡化工廠（鑒于歷史原因大多數(shù)采用MSF）來源源不斷地制造淡水供人們生存、社會發(fā)展。技術要素RO法為了持續(xù)可靠地進行水生產，需要為大量的耗用品（膜）和化學品制訂大額的運行預算。歐美日等國家和地區(qū)是膜和膜組件的生產大國，如美國DuPont、Filmtec、日本東洋紡、東麗公司、日東電工等膜制造商，使膜分離的海水淡化容量占有較高的比重，處理能力較大，所以這些國家和地區(qū)可以優(yōu)先考慮 RO法。另外，海水淡化迫切需要采用新技術、新工藝來進一步降低淡化成本、使能量和水符合匹配要求。因此集成技術應運而生。能源裝置、蒸儲裝置和膜法RO裝置相結合的集成技術在不斷優(yōu)化，淡

15、化與發(fā)電、制鹽、產水和提取海洋元素相結合的過程，甚至核能淡化，都已得到高度重視。4 .低溫多效蒸發(fā)器與反滲透裝置的綜合技術經濟比較在汽源充足的沿海火力發(fā)電廠，采用低溫多效蒸發(fā)器與反滲透裝置相比，其主要優(yōu)點是：1）進料海水過濾加藥預處理簡單，從而可簡化過濾和加藥系統(tǒng)；2）出水水質比一級反滲透方式提高了 30倍，若作為電廠的鍋爐補給水可直接進入凝結水精 處理裝置；3）由于低溫減壓蒸儲海水濃縮倍率為左右，仍不會發(fā)生硫酸鈣結垢及海水先通過離子陷井的良好犧牲陽極保護作用，設備可 5年清洗一次，檢修周期長達 20年；4）負荷從110%到20%變化，可實現(xiàn)自動調節(jié)而無須操作人員介入，可靠性好；5）運行費用低

16、，其制水成本比反滲透每噸水低1元。5 .展望在我國，無論是沿海地區(qū)還是島嶼，限時限量供水的困境經?？梢姟?jù)預測，在不遠的將來沿 海城市將相繼進入嚴重缺水狀態(tài)。隨著水資源的日趨短缺和經濟發(fā)展，海水淡化將成為未來海 島淡水資源開發(fā)的首選，成為沿海地區(qū)解決供水不足的重要途徑之一。表2給出了 2005年我國主要沿海城市居民自來水價、工業(yè)自來水價和海水淡化綜合成本的測算數(shù)據(jù)，以及2010年的預測數(shù)據(jù)。測算依據(jù)為，2005年前沿海各大城市自來水的年漲價率平均約為%,而20052010年沿海各大城市自來水的年漲價率按計。與此同時，隨著海水淡化技術的日益提高，能耗及投資的不斷下降，以及國家對發(fā)展海水淡化產業(yè)優(yōu)惠政策的出臺，20052010年海水淡化綜合成本按年降低計。表2海水淡化綜合成本與沿海主要城市自來水價的比較（元/m3）水價項目2005年2010 年居民自來水價工業(yè)自來水價海水淡化綜合成本 /由表2可看出，2005年海水淡化綜合成本明顯