以色列的咸水海水淡化

1、1.以色列咸水海水淡化概況以色列是一個水資源十分缺乏的國家，而且其水資源尤其是地下水普遍存在鹽度高的問題。一個有趣的現(xiàn)象是雖然以色列國土面積不大，但其境內(nèi)分布著不同濃度的咸水資源。鹽度最高的是死海水(Brine)，是一般海水濃度的近十倍。其次是海水，并且南部埃拉特所在的紅海海水鹽度又高于西部的地中海海水。濃度低于海水，高于淡水的咸水稱為Brackishwater，類似于國內(nèi)水資源界中常用的微咸水概念，但以色列水資源委員會(IsraelWaterCommission)對Brackishwater的定義是指溶解總固體(TDS，totaldissolvedsolids)大于lOOOppm而小于lOO

2、OOppm的咸水，比我們所用的微咸水范圍和濃度都大一些，這也是以色列南部阿亞拉山谷的地下水鹽度范圍。其沿海地下含水層的由于海水入侵也導(dǎo)致了一部分地下水鹽度增加，而北部地區(qū)的部分地下含水層包括加利利湖(theSeaofGalilee)由于所在地區(qū)巖層的化學(xué)成分不同，雖然沒有達(dá)到Brackish的范圍，但氯化物濃度也高于飲用水標(biāo)準(zhǔn)。由于水資源缺乏而且咸水比例較大的自然狀況，促使以色列加大了對非常規(guī)水源的利用，并在這方面走在了世界前列，所以對咸水和海水不同方式利用的研究一直就沒有停止過。雖然在工業(yè)和農(nóng)業(yè)方面利用海水和咸水已經(jīng)取得了很大成就，但以色列水資源委員會認(rèn)為解決以色列乃至整個中東地區(qū)水資源問題

3、的根本出路只能靠淡化海水。所以自60年代起以色列的科技人員就一直致力于咸水淡化技術(shù)的研究，實(shí)際生產(chǎn)量也逐年增加。尤其最近幾年由于技術(shù)成熟和成本降低，海水淡化生產(chǎn)量增長非常快。根據(jù)以色列水資源委員會的“以色列水資源供需預(yù)測(1998-2020)”(表1),到2020年以色列的咸水和海水淡化都要有顯著增加，其中海水淡化量相對1998年水平更是增加20倍，達(dá)到年產(chǎn)淡水2億噸的水平，占總供水能力的近8%1。按照以色列學(xué)者NessimMoatty對1995和1998年以色列的水資源總體規(guī)劃結(jié)果的分析，在加大廢水利用、進(jìn)口水資源和海水淡化三種解決水資源短缺的主要措施中，海水淡化是消除未來用水“赤字”的唯一

4、途徑2。表1以色列水資源供需預(yù)測(1998-2020)單位：百萬m3供水預(yù)測1水資源年份人口(百萬)地表水地下水地下咸水污水處理再利用海水淡化合計(jì)119986.06401050140260102100120107.464510501654701002430120208.666010751805652002680來源:以色列水資源委員會,1998按照以色列水資源委員會的定義，淡化水的范圍不僅包括天然咸水和海水的淡化，同時(shí)也包括部分人為污染了的地下水凈化。所以該委員會將以色列的咸水淡化分為三類。1第一類是針對污染了的地下水井的治理，其主要目的是去除其中的硝酸鹽以及重金屬和有機(jī)物。其去除硝酸鹽技術(shù)主

5、要是電透析，去除重金屬和有機(jī)物采用活性炭和離子交換，處理后的水重新不用作飲用水。按照水資源委員會的計(jì)劃，該類淡化水到2010年需要達(dá)到5000萬m3。該類井水的治理每m3投資大約為1.2-1.3新謝克爾（NIS）。第二類是地下咸水（指屬于Brackishwater范圍內(nèi)的咸水）的淡化。目前以色列的Brackishwater年開采量約為1.6億m3左右，其中約35%用于工業(yè)用水（主要是作為冷卻用水），余下部分主要用于農(nóng)業(yè)，包括魚塘用水和灌溉?，F(xiàn)有的Brackishwater淡化主要位于埃拉特和阿亞拉地區(qū)，每年使用1000萬m3，生產(chǎn)淡水700萬m3。按照以色列水資源委員會的計(jì)劃，對Brackis

6、hwater的利用應(yīng)擴(kuò)大脫鹽淡化的比例，遠(yuǎn)期達(dá)到年產(chǎn)達(dá)到飲用標(biāo)準(zhǔn)的淡水5000萬m3。目前以色列Brackishwater的大規(guī)模淡化基本上采用比較先進(jìn)的反透析技術(shù)（RO，ReverseOsmosis），成本為每m31.5新謝克爾（NIS）左右。BrackishWater的淡化還有一種小規(guī)模進(jìn)行的方式，主要集中在在阿亞拉地區(qū)的吉布茲和莫沙夫，這些沙漠農(nóng)業(yè)目前是以色列農(nóng)業(yè)產(chǎn)出的重要支柱之一。這些集體農(nóng)莊都廣泛使用本地的BrackishWater用作灌溉，而飲用水則多采用小規(guī)模的太陽能或電能裝置獲取淡化水，每個農(nóng)莊每天一般只生產(chǎn)幾十方淡水。第三類是海水淡化，也是未來以色列新增水資源最大的行業(yè)。與一

7、般的海水淡化標(biāo)準(zhǔn)不同，以色列水資源委員會要求淡化所生產(chǎn)的水必須高于飲用水的標(biāo)準(zhǔn)，尤其是氯化物濃度。其原因是以色列天然水資源的氯化物濃度偏高這樣淡化水可以使整個供水系統(tǒng)的氯化物以及硼離子濃度降低。并且使廢水中的鹽度降低，有利于農(nóng)業(yè)灌溉。目前以色列采用反透析技術(shù)淡化海水，大規(guī)模生產(chǎn)前提下其成本在0.5美元左右。2002年，以色列政府批準(zhǔn)興建的海水淡化廠總產(chǎn)量到達(dá)了4億m3,所有的工程都是以國際招標(biāo)的方式進(jìn)行。這個數(shù)量甚至超過了水資源委員會1998年提供的供水預(yù)測中2020年的海水淡化總量，可見對海水重視的程度。以色列政府及水資源委員會對于以上三種淡化水工程的興建都給予支持，并且充當(dāng)發(fā)起者的角色。值

8、得注意的是，以色列政府對于這些淡化工程的興建多數(shù)采用BOOT(Build,Own,OperateandTransfer,建造-運(yùn)營-擁有-轉(zhuǎn)讓)或BOO(Build,Own,Operate,建造-運(yùn)營-擁有)模式，承包商往往是私人企業(yè)家。政府對初期投資給予支持并在合同中確定工廠生產(chǎn)后由政府保證的最低購買量，以降低投資者的風(fēng)險(xiǎn)。雖然以色列研究海水咸水淡化的歷史較長，但相對沙特等海灣國家而言過去幾十年其海水淡化的投資力度并不算大，反倒是技術(shù)和設(shè)備出口作的比較好，比如其IDE海水淡化技術(shù)公司知名度就很高，在世界范圍內(nèi)承建了300多家海水淡化廠。其海水淡化主要集中于缺水的南部地區(qū)。但現(xiàn)在由于反透析技術(shù)

9、(RO,ReverseOsmosis)的出現(xiàn)和發(fā)展使得成本大為降低，也促使以色列政府加大了對海水淡化的考慮。從圖1可以看出以色列海水咸水淡化的發(fā)展趨勢。50C3州CW-(1983)50CM/M”Em&okkMCM/diy(IPS動50匚MTdJMCM/divgift0O0CWdayGrM(137a)50(WdjyYtnjrtj1*73)SOCM/dWjrfilOiPlant$KillDJiMI(IQS)50CWdayF話咋如冉?jīng)_f門口妙憐Im口神耳十LotlRV*MI(lOTfl)MjjiI*ShAdaruiE(105)50CM/dy叨勺a/Emp*QN蘭i低謂NjihTihiniffiiCI

10、W?)BifddirrthLiFfJiM*彳電h磯1的8jA4曾g總也托1fi訂JHi呈里竺創(chuàng)1就帕TOGMfdj.yRD杠外BW-Su&hjjtMZSi筋jpQQCMbWBW一別W0i941QWMJCM*!*臺LMj1(197)250CiMAi砂仙蟲禍頁丫亦藥阪Ki)MJUQMdh-PWt(1W4)1.3DO圖1.Mekorot公司下屬的海水咸水淡化廠分布(1999)32.埃拉特海水咸水淡化廠而開發(fā)南部地區(qū)是以色列的一項(xiàng)基本國策，而在該地區(qū)極端干旱的條件下，最突出的問題是水資源缺乏。整個以色列南部幾乎就沒有地表水資源，因?yàn)闃O低的降雨量和極強(qiáng)的蒸散發(fā)能力地下水也都是程度不同的咸水。所以有效利用

11、咸水以及海水就成為該地區(qū)的水資源開發(fā)利用的重要方向。在埃拉特(Eilat)的野外考察期間，我們參觀了位于該地的一家咸水海水混合凈化廠，對其海水咸水混合淡化有了一些了解。埃拉特位于以色列的最南端，紅海亞喀巴灣北部，東西分別緊臨約旦和埃及，也是以色列通向紅海的唯一一個港口。埃拉特有居民4萬多人，是以色列南部最重要的城市，也是以色列的旅游勝地。埃拉特是以色列南部沙漠地區(qū)唯一的中心城市，正是由于該地特殊的地理環(huán)境和自然條件，所以海水淡化歷史較長。最早在1965年就建立了海水淡化廠，并且生產(chǎn)量也逐年增大，從最初不足5000m3/天增加到目前總產(chǎn)量近70000m3/天。技術(shù)也逐步發(fā)展，最早是多級閃蒸(MS

12、F),1974年引入多效蒸餾法(MED),78年開始反滲透法淡化Brackishwater(BWRO)，并在80年代初完全取代了前兩種工藝，隨著反滲透技術(shù)的發(fā)展和需水量增加,97年開始使用反滲透法淡化海水(SWR0)4。我們所參觀的海水淡化廠位于亞喀巴灣的最北端，隸屬于以色列國家水公司(MEKOROT)，靠近約旦邊境。在該廠的運(yùn)行控制室，工作人員向我們介紹了該廠的基本情況。雖然以色列的全國輸水工程(NationalWaterCarrier)有兩條支線經(jīng)內(nèi)格夫沙漠抵達(dá)埃拉特，但由于水量的限制，基本上沒有水能抵達(dá)埃拉特。所以埃拉特的用水主要由海水和阿亞拉(ARAVA)谷地的地下水提供。整個阿亞拉谷

13、地每年開采的地下咸水約20%提供給埃拉特的咸水淡化廠處理。整個運(yùn)行過程的自動化程度相當(dāng)高，一般中控室只有一個工作人員，可以監(jiān)控全廠各處的運(yùn)行狀況。目前該處理廠平均日生產(chǎn)淡水4.5萬m3,主要給埃拉特的4萬多居民提供生活用水。其中夏季日生產(chǎn)量為5.4萬m3,冬季為3.5萬m3。該廠創(chuàng)建于1978年，一直從事于地下咸水淡化和海水淡化試驗(yàn)運(yùn)行，從1997年起正式進(jìn)行海水淡化生產(chǎn)。與一般的海水淡化廠所不同，該廠最大的特點(diǎn)是咸水淡化和海水淡化的聯(lián)合運(yùn)行，即BrackishWater淡化處理后的余留咸水(Rejectbrine)與海水混合后再淡化。除了本廠的BrackishWater淡化余水外，該廠還負(fù)責(zé)

14、從另外兩家只淡化BrackishWater的廠家收集淡化余水。實(shí)際上BWRO和SWRO所采用的主要工藝流程完全一樣，都是在高壓使咸水穿過多層特制的滲透膜，使大部分離子化合物不能透過該滲透膜從而分離出低濃度溶解鹽的淡水。但由于BrackishWater和海水的濃度不同，所以分離過程所需的壓力不同，消耗的電能和最后的生產(chǎn)成本不同。在該廠中，BWRO流程采用的壓力是17個大氣壓，分離出淡水的比例大約為是70%,即1m3BrackishWater能生產(chǎn)0.7m3淡水，余留咸水的TDS濃度為16000ppm，成本為0.2-0.3USD/m3。而SWRO流程中采用的壓力是75個大氣壓，分離淡水的比例為50

15、%左右，其剩余高濃度咸水輸送至制鹽廠。由于消耗能量更大以，所以海水淡化的成本比BrackishWater淡化高一倍以上。埃拉特所在的紅海是世界上鹽度最高的海水,濃度達(dá)41000ppmTDS。而BWRO流程的剩余咸水濃度為16000ppmTDS，但CaSO4和SiO2等濃度非常高。所以二者的混合咸水濃度仍小于純海水而一些有害離子濃度又小于BWRO的剩余咸水，所以以色列的科技人員設(shè)計(jì)了使用BWRO和海水混合作為SWRO淡化的供水，這樣就提高了海水淡化的淡水產(chǎn)出比同時(shí)降低了成本。通過該廠所作的大量試驗(yàn)證明BWRO剩余咸水和海水的混合比例為6:4時(shí)，能取得較好的綜合效果4。目前該廠即是采用該比例混合B

16、WRO剩余咸水和海水生產(chǎn)淡水，混合后的咸水濃度為31600ppmTDS。該廠BWRO流程每日生產(chǎn)淡水36000m3左右，連同其余兩家BWRO廠生產(chǎn)的剩余咸水一起和海水混合通過SWRO流程每日生產(chǎn)淡水10000m3。BRWO和SWRO生產(chǎn)的淡水均高于以色列的飲用水標(biāo)準(zhǔn)，在參觀中我們品嘗了生產(chǎn)出的淡水，感覺不到任何咸味。自該廠投產(chǎn)以來，其工藝流程不斷改進(jìn)，生產(chǎn)效率逐年提高而成本不斷降低。其中BRWO的能量消耗從最初的4.2KWH/m3降到了目前的不到2KWH/m3，而轉(zhuǎn)化比卻從不足50%提高到了目前的70%。SWRO的能耗也從最初的4.19KWH/m3降低到3.9KWH/m3，產(chǎn)量也從8000m3

17、/天提高到了現(xiàn)在的10000m3/天。參觀結(jié)束時(shí)，我們問到BWRO的轉(zhuǎn)化率和成本都大大由于SWRO，為什么不加大BrackishWater的淡化量滿足用水需求，而引入成本高很多的海水淡化工藝時(shí)。得到的回答是阿亞拉谷地中的BrackishWater也是有限的，而且很大一部分是不可恢復(fù)的古生水循環(huán)形成的地下水，所以必須限制使用，同時(shí)加大海水淡化是未來所必須的，該廠的運(yùn)行很大程度上能做到改進(jìn)工藝的試驗(yàn)，從而做到生產(chǎn)和試驗(yàn)的兩重效果。由此可見以色列人未雨綢繆的精神，實(shí)際上很多方面都能體現(xiàn)出以色列人的這種精神，也許這正是他們能不斷成功取得奇跡的重要因素。參考文獻(xiàn)及資料來源：1IsraelsWaterEc

18、onomy,MinistryofNationalInfrastructuresTheWaterCommission, HYPERLINK .il/mfa/go.asp?MFAH0mb00 .il/mfa/go.asp?MFAH0mb00.2NessimMoatty,WatermanagementanddesalinationinIsrael,ConferenceonDesalinationStrategiesinSouthMediterraneanCountries,CooperationbetweenMediterraneanCountriesofEuropeandtheSouthernRimoftheMediterranean,sponsoredbytheEuropeanDesalinationSocietyandEcoleNationaledIngenieursdeTunis,September11-13,2000,Jerba,Tunisia.3PinhasGlueckstern,Desalination:CurrentSituationandFutureProspects, HYPERLINK http:/www.biu.ac.il/SOC/besa/waterarticle1.html