海水淡化方法比較和發(fā)展方向

1、百度文庫-讓每個(gè)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(chǔ)（LT-MED ）開發(fā)后在世界范圍內(nèi)迅速得到了較廣泛的應(yīng)用，與RO和MSF 一起成為最具發(fā)展前景的海水淡化技術(shù)。究竟哪種方法最適合當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展不是絕對的。本文將世界主要三種淡化方法進(jìn)行比較并結(jié)合實(shí)踐對選擇海水淡化方法的依據(jù)進(jìn)行探討。1 .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、LT-MED、RO更成為適

2、用于大型化海水淡化技術(shù)的主流。MSF方法大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)淡水已有 30多年，技術(shù)成熟，運(yùn)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(chǔ)水。可作為鍋爐的補(bǔ)充用水、生產(chǎn)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(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。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(hù)量較小，運(yùn)行可靠，對原水預(yù)處理要求低和使用壽命長，出水品質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)。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(shù)體現(xiàn)如下的發(fā)展方向：1）提高最高操作溫度，尋找改進(jìn)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(jìn)盡可能減少熱交換面積，提高熱交換量等。2）成功實(shí)現(xiàn)大型 MSF裝置。根據(jù)Leon Awerbuch報(bào)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。3）采用新材料和管路優(yōu)化設(shè)計(jì)提高效率。WDI公司采用效率高達(dá)95%的蒸汽壓縮設(shè)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(jì)80年代開發(fā)出來的新技術(shù)。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(dòng)力消耗小、生產(chǎn)的淡水水質(zhì)高 （鹽度5mg/L）。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。LT-MED海水淡化技術(shù)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(jì)劃建設(shè)日產(chǎn)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(gè)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(jìn)（即新工藝）采用NF技術(shù)。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(jié)合

5、。LT-MED能夠使用反應(yīng)堆提供的清潔低品位熱能。4）若能解決結(jié)垢問題，LT-MED可向高溫多效蒸儲(chǔ)邁進(jìn)，以獲得更高的造水比，達(dá)30。RO具有投資低、能耗低、建設(shè)周期短等優(yōu)點(diǎn)，適用于建造各種規(guī)模的海水淡化工程。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。RO膜容易受到污染和結(jié)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(jìn)入 RO裝置的水質(zhì)要求較高，預(yù)處理較為嚴(yán)格。RO海水淡化技術(shù)最新研究動(dòng)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。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(yīng)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(yù)處理工藝的研究。全膜法預(yù)處理較好地結(jié)合了MF、UF和NF預(yù)處理方法的優(yōu)點(diǎn)，有效減少化學(xué)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(jìn)料（含鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)。/。%）,在操作壓力下，回收率可以達(dá)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(dāng)?shù)丨h(huán)境特征和運(yùn)行目標(biāo)，因地

7、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。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(jīng)濟(jì)要 素、需求要素、技術(shù)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(chǔ)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(yīng)性不同。如RO適宜溫度為1525C；蒸儲(chǔ)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(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)。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(chǔ)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(jìn)料海水鹽濃度對 RO、MSF的影響。可以看出，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。RO法適用最大鹽濃度是多少這個(gè)問題很少人研究，據(jù)Karelin報(bào)道，最大鹽濃度不應(yīng)超過 100g/L。海水水質(zhì)的污染程度對蒸儲(chǔ)法不敏感；但對RO而言，會(huì)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。中東地區(qū)的海灣水有 四高”，即：高溫（夏天高達(dá)40C）、高菌藻、高石油污染和高鹽度（總含鹽量高達(dá)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(yù)處理經(jīng)驗(yàn)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。在汽源充足的沿海火電廠，鑒于歷史原因一般采用大型蒸儲(chǔ)淡化廠。3.1.3 能源儲(chǔ)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(chǔ)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。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?yàn)槠涑跏汲杀镜汀⑷菀拙S護(hù)且運(yùn)行方法簡單。如有豐富的天然資源（天

10、然氣、石油等），能源費(fèi)用很低，則使蒸儲(chǔ)法的運(yùn)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(dāng)長的時(shí)期，仍會(huì)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(fēng)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(yīng)堆耦合大規(guī)模淡化裝置。反應(yīng)堆的熱量經(jīng)多回路隔離，在 MSF鹽水加熱器中加熱鹽水，或?yàn)?MED提供首效加熱蒸汽， 即可實(shí)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(shí)現(xiàn)與 RO的成功耦合。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

11、問題是論證經(jīng)濟(jì)可行性最重要的指標(biāo)之一。海水淡化技術(shù)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(jìn)行比較，見表1。通過表1可以得到以下結(jié)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(jià)性使常規(guī)性能評價(jià)指標(biāo)之間缺乏可比性。為此建立了以電量為基準(zhǔn)的統(tǒng)一的性能評價(jià)指標(biāo)體系，它將脫鹽系統(tǒng)所消耗的熱能按實(shí)際技術(shù)水平折算等價(jià)的電量（當(dāng)量電耗量），以單位淡水產(chǎn)量的（當(dāng)量）電耗率指標(biāo)進(jìn)行性能評價(jià)， 如表1所示。由（當(dāng)量）電耗率和總電耗率得出耗 能大?。篗SF >MED >RO 。2）從主設(shè)備投資來看 RO最低。

12、但RO膜的產(chǎn)水率受海水溫度影響，當(dāng)水溫較低時(shí)必須設(shè) 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(shí)際運(yùn)行中，膜的反清洗也需消耗一定電量。因此，RO裝置實(shí)際運(yùn)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(shè)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(dāng)量）電耗率（kW?h/m3）總電耗率（kW?h/m3）化學(xué)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(chǎn)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(chǎn)的水）。蒸儲(chǔ)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)。MSF主要適合于大型和超大型淡化裝置，目前 MSF的最大單機(jī)容量高達(dá)50000m3/d。一般日產(chǎn)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(chǎn)1萬m3以下，單機(jī)生產(chǎn)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(shè)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(shè)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(huì)發(fā)展。技術(shù)要素RO法為了持續(xù)可靠地進(jìn)行水生產(chǎn)，需要為大量的耗用品（膜）和化學(xué)品制訂大額的運(yùn)行預(yù)算。歐美日等國家和地區(qū)是膜和膜組件的生產(chǎn)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(shù)、新工藝來進(jìn)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(shù)應(yīng)運(yùn)而生。能源裝置、蒸儲(chǔ)裝置和膜法RO裝置相結(jié)合的集成技術(shù)在不斷優(yōu)化，淡

15、化與發(fā)電、制鹽、產(chǎn)水和提取海洋元素相結(jié)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(shù)經(jīng)濟(jì)比較在汽源充足的沿?；鹆Πl(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(diǎn)是：1）進(jìn)料海水過濾加藥預(yù)處理簡單，從而可簡化過濾和加藥系統(tǒng)；2）出水水質(zhì)比一級反滲透方式提高了 30倍，若作為電廠的鍋爐補(bǔ)給水可直接進(jìn)入凝結(jié)水精 處理裝置；3）由于低溫減壓蒸儲(chǔ)海水濃縮倍率為左右，仍不會(huì)發(fā)生硫酸鈣結(jié)垢及海水先通過離子陷井的良好犧牲陽極保護(hù)作用，設(shè)備可 5年清洗一次，檢修周期長達(dá) 20年；4）負(fù)荷從110%到20%變化，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)而無須操作人員介入，可靠性好；5）運(yùn)行費(fèi)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(shí)限量供水的困境經(jīng)?？梢?。據(jù)預(yù)測，在不遠(yuǎn)的將來沿 海城市將相繼進(jìn)入嚴(yán)重缺水狀態(tài)。隨著水資源的日趨短缺和經(jīng)濟(jì)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(jià)、工業(yè)自來水價(jià)和海水淡化綜合成本的測算數(shù)據(jù)，以及2010年的預(yù)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(jià)率平均約為%,而20052010年沿海各大城市自來水的年漲價(jià)率按計(jì)。與此同時(shí)，隨著海水淡化技術(shù)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(chǎn)業(yè)優(yōu)惠政策的出臺(tái)，20052010年海水淡化綜合成本按年降低計(jì)。表2海水淡化綜合成本與沿海主要城市自來水價(jià)的比較（元/m3）水價(jià)項(xiàng)目2005年2010 年居民自來水價(jià)工業(yè)自來水價(jià)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