海水淡化技術

1、DTRO膜用于海水淡化利用技術為應對全球淡水資源短缺的問題，許多沿海國家及地區(qū)積極開展 海水淡化和綜合利用的技術研發(fā)工作。以色列70%的飲用水來自海 水淡化水；澳大利亞的海水利用主要用于市政，占總裝機規(guī)模的96%； 美國的海水利用主要用于市政，占89.5%；沙特阿拉伯是目前全球 最大的海水淡化生產(chǎn)國，2010年其產(chǎn)量達到11億m3。中國淡水資源缺乏，人均淡水資源量僅為世界人均占有量的1/4， 沿海地區(qū)人口稠密，淡水供需矛盾尤為突出。煙臺金正環(huán)?？萍加?限公司生產(chǎn)的XDTR O膜用于海水淡化技術，可以增加水資源總量， 有效緩解我國沿海地區(qū)淡水短缺的矛盾。在海水資源方面，我國擁 有渤海、黃海、東海

2、、南海四大海域，海岸線超過1.8萬km，海水 資源相當豐富。但海水淡化發(fā)展速度相對其他國家緩慢，直至十 一五期間海水淡化產(chǎn)業(yè)才開始較為迅速地增長。據(jù)統(tǒng)計，至2011 年底我國海水淡化能力為66萬m3/d。目前，影響海水淡化的因素有 政策、技術和價格等。其中海水水質(zhì)是影響淡化技術正常應用及成 本的重要因素。有研究發(fā)現(xiàn)，海水中的有機物污染、SDI （淤泥密 度指數(shù)）、溫度、濁度和鹽度是影響反滲透膜運行的重要指標，進 而影響淡化水品質(zhì)。因此對中國海域的海水理化性質(zhì)、海水利用現(xiàn) 狀、研究進展進行探討，對于優(yōu)化沿海水資源結構、保障國家用水 安全和促進沿海經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展具有戰(zhàn)略意義?；诖耍P者 首次

3、將海水水質(zhì)和海水利用狀況相結合，介紹中國渤海、黃海、東 海、南海4個海域海水淡化的相關水質(zhì)情況，歸納各地區(qū)海水利用 的工藝技術條件和發(fā)展現(xiàn)狀，分析形成原因和經(jīng)驗教訓，旨對海水 利用發(fā)展落后的沿岸地帶提供幫助，對海水淡化利用較好地區(qū)的發(fā) 展和轉型方向提供參考，并為中國海水利用的發(fā)展提供新的思考途 徑。1渤海海域渤海是一個近封閉的內(nèi)海，水溫受北方大陸性氣候影響顯著，2月 份平均水溫在0C左右，8月份達21C。受大陸淡水注入的影響，鹽 度僅為30%。，是中國近海中最低的。1978-2010年歷年8月的觀測資 料結果表明渤海夏季海水pH年際變化范圍為7.868.30,渤海水溫 年際變化、降水量(酸雨)

4、和月均黃河口徑流量年際變化是影響海 水pH變化的主要因素。研究發(fā)現(xiàn)2012年4-7月渤海灣海水溫度為12.730.8C、pH為 7.308.55、海水CODMn為0.983.36mg/L、溶解性總固體(TDS)為 30.732.1g/L、濁度為2.96136NTU、Cl-為 16.917.8g/L、電導率 為4480049800霰/cm。整體而言渤海水質(zhì)的濁度變化范圍較寬，主 要受渤海灣海水泥沙含量的影響，特別在有潮汐和風浪時會大幅升 高。此外還發(fā)現(xiàn)海水溫度升高會使操作壓力和脫鹽率下降，主要是 因為水溫上升導致水的黏度降低，膜材料的滲透性能提高，從而透 過的鹽分增加。郭興芳等發(fā)現(xiàn)天津渤海灣海水

5、溶解性有機物所占比 例較大，m (SCOD)： m (COD)為57.3%97.1%，絕大多數(shù)65%， 反滲透海水淡化預處理宜選擇能有效去除相對分子質(zhì)量低的溶解 性有機物的工藝技術。整體而言，渤海灣水質(zhì)在溫度、濁度方面變 化較大，有機物、SDI較高，鹽度較低。1.2渤海海水淡化現(xiàn)狀針對渤海的水質(zhì)特點，張大群等采用強化混凝-O3/UV消毒作為海水 淡化蒸餾法的預處理工藝，使得原水濁度、CODMn、UV254、細菌的 去除率分別達到96%、40%、19%、99.9%。馬敬環(huán)等通過混凝-斜板 沉淀池-砂濾新工藝處理渤海海水，可使出水濁度降至1NTU以下， 鐵降至0.1mg/L，該工藝適合處理水質(zhì)變化

6、范圍廣的渤海海水。渤海灣中，天津是我國較早開展海水淡化研究的地區(qū)之一，目前該 區(qū)域的海水淡化技術在國內(nèi)居領先水平。至2011年，天津市已建成 海水淡化工程4個，分別是天津北疆電廠、天津大港新泉海水淡化 有限公司、天津開發(fā)區(qū)萬噸級海水淡化示范工程和天津大港電廠， 海水淡化總處理能力為21.6萬m3/d，海水淡化水利用量10萬m3/d。 其中天津北疆電廠是國內(nèi)首個海水淡化水大規(guī)模進入市政管網(wǎng)的 項目，它的海水淡化水日均供水量為6000m3左右，90%以上向社會 供應。技術上，該項目采用低溫多效海水淡化技術，針對渤海灣水 質(zhì)較差的特點，其預處理工藝為高潮位取水-二沉池-微砂加速絮凝 沉降池-清水池。

7、天津大港新泉海水淡化有限公司總處理規(guī)模為15 萬m3/d，采用反滲透海水淡化技術。山東是全國海水淡化應用最廣泛的省份之一，其淡化技術主要以反 滲透和低溫多效蒸餾為主。截至2006年底山東省海水直接利用量超 過20億m3，建成海水淡化工程17處，日淡化海水3.5萬m3，占全國 淡化水量的25%。目前，該省大型海水淡化項目主要分布在青島、 煙臺和威海3個城市。華能威海電廠是威海市主要的海水淡化企業(yè)， 年淡化海水237萬m3，針對渤海海水特點，該電廠采取的預處理工 藝如下：海水取水f加NaClO系統(tǒng)一加PAC、PAM系統(tǒng)一多介質(zhì)過濾 器f活性炭過濾器，此外為了克服冬季水源低溫的影響，水源主要 來自循

8、環(huán)水和凝汽器排水。煙臺市在長島縣建立了 5座海水淡化站， 每日產(chǎn)水量達到1850m3，直接受益人口達3.6萬人。此外，煙臺核 能海水淡化示范工程已獲批準，進入可行性研究階段，工程建成后 可日產(chǎn)淡化海水14.5萬m3,將大大緩解煙臺的水資源緊張狀況。遼寧省內(nèi)海域遼闊，海水資源利用具有極大的優(yōu)越條件。目前該省 已建成并能有效運行的海水淡化設施有華能營口電廠、紅沿河核電 廠、葫蘆島海水淡化工程等。其中華能營口電廠產(chǎn)水量達10000m3/d， 針對渤海水質(zhì)濁度高、溫度低等特點，以海水直流冷卻水作為原水， 其具體工藝流程如下：海水冷卻水-反應沉降池-雙室介質(zhì)過濾器- 雙室細砂過濾器。2010年大連市海水

9、淡化量為339萬m3，海水直接 利用量為11.2億m3。其中大連長?？h自來水公司的海水淡化項目產(chǎn) 水量為1200m3/d，主要用于島上居民飲用；大連莊河電廠采用海水 反滲透技術，產(chǎn)水量達29000m3/d，主要用作冷卻水或鍋爐補給水。2黃海海域2.1黃海水質(zhì)理化特征 黃海海水的溫度和鹽度隨地區(qū)差異顯著，季節(jié)和日變化較大，具有 明顯的陸緣海特性。海區(qū)東南部表層年平均溫度為17C，鹽度通常 32.0%。；北部鴨綠江口表層年平均溫度V12C，鹽度一般V 28.0%。整體而言黃海的水溫年變化小于渤海，平均為1524C， 海水鹽度為32%。，呈現(xiàn)由南向北、由海區(qū)中央向近岸，溫度和鹽度 都幾乎均勻降低的特

10、征。黃海的水溫主要受冬季氣溫、黑潮現(xiàn)象等 影響；鹽度主要受黃海暖流、渤海熱通量、海域冬季大風以及黃河 徑流量變化的影響。春季南、北黃海中部表層pH稍高，沿岸較低； 夏季表層pH東西兩側偏低；秋冬季黃海表層pH相當均勻，僅朝鮮半 島近岸有低值區(qū)。黃海海域的濁度分布具有明顯的區(qū)域差異，在北 部成山頭的近海域出現(xiàn)高值，中部與南部離岸水域為低值區(qū)。劉宗 麗在膠州灣表層海水中監(jiān)測到3種典型的低分子質(zhì)量有機酸：乳酸、 乙酸、甲酸，并發(fā)現(xiàn)4月份膠州灣表層海水中三者總量的平均值比 較大，為24.06青色ol/L周斌等發(fā)現(xiàn)膠州灣灣口部分站點pH、DO、COD、 Cu、Zn、油類、PO43-P等指標均符合二類海水

11、水質(zhì)標準，SS、TDS 含量較低，該區(qū)海水可作為淡化取水水源，但預處理工藝中應關注 鈣、鎂、鐵和錳的影響。整體而言黃海海水具有鹽度、溫度年變化 小，近岸有機物高的特點。2.2黃海海水淡化現(xiàn)狀徐佳采用膠州灣海水直接進入系統(tǒng)和海水添加絮凝劑后再進入系 統(tǒng)兩種工藝，初步驗證了50nm管式陶瓷膜作為海水淡化預處理工藝 的可行性。蘇保衛(wèi)等發(fā)現(xiàn)采用砂濾-超濾-納濾等預處理工藝可以有 效軟化膠州灣原水，提高RO的水回收率。青島市淡水資源貧乏，目前引黃濟青工程、南水北調(diào)工程、海水淡 化相關企業(yè)等都是利用海水淡化技術來供應飲用水。其中大唐黃島 電廠海水淡化日均量為16000m3,采用的預處理流程為：黃海原水 調(diào)

12、節(jié)池-斜管沉淀池-盤濾-SVF超濾工藝，為解決冬季進水溫度過低 問題，將凝汽器冷卻海水引入海水淡化系統(tǒng)。山東青島電廠海水淡 化量為20000m3/d，采用海水反滲透淡化技術，其預處理工藝為海 水-平流式反應沉淀池-海水清水池-自清洗過濾器-超濾膜組件-超 濾產(chǎn)水箱。江蘇省海岸線長，但多為淤泥質(zhì)海岸，利用難度大。2006 年來有多個項目建成投產(chǎn)，鹽城射陽港電廠二、三期擴建工程采用 海水冷卻，年利用海水3.5億m3。2007年連云港田灣核電站正式投 入運營，一期工程的海水冷卻利用量為25億m3/a。這為江蘇省海水 利用的進一步發(fā)展積累了經(jīng)驗，并為全面進行海水直接利用起到工 程示范作用。3東海海域3

13、.1東海水質(zhì)理化特征東海是中國島嶼最多的海域，瀕臨中國的滬、浙、閩、臺4省市。 東海海域水體平均鹽度為31%。32%0，東部較高為34%。，水溫度平 均9.2C，冬季南部水溫在20C以上。邵和賓研究了東海北部冬、 夏季懸浮物濃度的分布特征和運輸規(guī)律，發(fā)現(xiàn)東海北部懸浮物運輸 季節(jié)變化特征明顯，冬季陸架上懸浮物濃度明顯高于夏季。邊昌偉 發(fā)現(xiàn)東海水體的懸浮物濃度自近岸向外海降低，等值線走向基本與 岸線平行，濃度最大區(qū)域位于長江口及閩浙沿岸，濃度最低區(qū)域位 于100m等深線以深的外海。東海沿岸海水溫度SST主要取決于太陽 輻射，呈南高北低分布，但也不同程度地受地理環(huán)境、氣候環(huán)境、 水文環(huán)境的影響，同時

14、東海沿岸表層海水溫度（SST）總體呈上升 趨勢，暖冬是SST總體呈上升趨勢的重要因素。整體而言，東海海 水水質(zhì)具有鹽度高、溫度高、近岸懸浮物和SDI高的特點。3.2東海海水淡化現(xiàn)狀海水淡化產(chǎn)業(yè)在上海剛剛起步，發(fā)展相對滯后，但上海卻擁有較為 先進的海水淡化技術，如上海電氣的低溫多效海水蒸發(fā)技術，該技 術日產(chǎn)淡水量達12000m3。上海704所與711所擁有較先進的多級閃 蒸技術，華東理工大學擁有海水淡化濃鹽水處理技術、低溫多效蒸 發(fā)器生產(chǎn)的關鍵設備一燒結型表面多孔管高通量換熱器的生產(chǎn)技 術。目前，上海決定通過政策來推動海水淡化產(chǎn)業(yè)，這是快速提升 海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要途徑。浙江是國內(nèi)最早開展海水

15、淡化應用 的省份。截至2011年底，浙江已建成海水淡化裝置設計產(chǎn)能達11萬 m3/d，占全國總產(chǎn)能的1/6,以市政供水為目的和與電廠配套的各 占產(chǎn)能50%，淡化水已成為浙江主要海島和沿海部分缺水地區(qū)淡水 資源的重要補充。目前已有的大型海水淡化工程有華能玉環(huán)電廠、 大唐烏沙山電廠、舟山六橫電廠、嵊山島海水淡化工程等。華能玉 環(huán)電廠海水淡化工程于2006年調(diào)試至今，一直運行穩(wěn)定、安全，目 前日產(chǎn)淡水量3.5萬m3,預處理工藝流程為海水-微渦旋板折式反應 沉淀池-浸沒式超濾膜池-反滲透，為保證進水溫度維持在25C左右， 淡化系統(tǒng)采用兩路進水，夏天采用未經(jīng)交換的海水，冬天采用循環(huán) 水。海島地區(qū)舟山市是

16、我國最早建設海水淡化工程的地區(qū)，截至 2011年9月底，舟山總共建成海水淡化裝置近20套，規(guī)模達 54000m3/d，海水直接利用量7X108m3/a。其中六橫電廠10萬m3/d 海水淡化工程是我國最大的海水淡化項目之一，其預處理工藝流程 為海水-絮凝反應池-斜板沉淀池-多介質(zhì)機械過濾器-保安過濾器- 反滲透系統(tǒng)。針對東海水域受風浪和長江入海水影響、濁度變化大 等情況，舟山各淡化企業(yè)采用濁度變化環(huán)境下調(diào)節(jié)藥劑投加量及配 比的方法，穩(wěn)定前處理海水水質(zhì)，降低制水成本。4南海海域4.1南海水質(zhì)理化特征南海被中國大陸、臺灣島、菲律賓群島、大巽他群島及中南半島所 環(huán)繞。南海海域面積為356萬平方公里，其

17、中有超過200個無人居住 的島嶼和巖礁，通稱為南海諸島。溫度上，由于接近赤道，南海表 層水溫較高，年平均水溫為2528C，年溫差變化小。鹽度上，受 沿岸淡水注入的影響，近岸海域鹽度較低，中、南部海域鹽度分布 較均勻，為32.0%。33.6%0,最高鹽度值出現(xiàn)在次表層，可達35%。 郭敬等發(fā)現(xiàn)南?；旌蠈欲}度的年際變異與ENS O現(xiàn)象之間存在較強 的關系，厄爾尼諾期間南海北部鹽度上升，南海中部和南部鹽度下 降，呈現(xiàn)“北強南弱”的空間形態(tài)，其中南海北部冬季最高鹽度可達 33.8%34.4%，南海南部秋季最低鹽度為32.8%33.0%。楊海麗 等發(fā)現(xiàn)海南西部近海海域表層水體濁度與懸浮顆粒物濃度由近岸

18、向外海方向逐漸降低，底部水體濁度與懸浮顆粒物的體積濃度高值 區(qū)呈斑狀分布，水體濁度和懸浮顆粒物體積濃度隨著水深增加而增 大。整體而言，南海海域具有溫度高、鹽度高、近岸SDI高的特點。4.2南海海水淡化現(xiàn)狀南海區(qū)中，香港的海水利用技術位于世界前列，其海水沖廁規(guī)模居 世界之最。截至2006年底，香港擁有海水抽水站29個，裝機容量173 萬m3/d，在港總人口694萬中獲取海水供應的人數(shù)為555萬人，占總 人口的80%。據(jù)統(tǒng)計，沖廁用水約70L/ （人 d），沖廁用海水最高 能減少40%的住宅用水，全港平均耗用海水量80萬m3/d。在海水淡 化研究方面，目前香港已建立鴨捌洲和屯門的小型海水淡化試驗工

19、 程，正在興建軍澳海水淡化廠，建成后預計供水量為5000萬m3/a。 在廣東省，火電廠和核電廠直接利用海水作為工業(yè)冷卻水已有一定 規(guī)模，2009年淡化技術應用工程公司有80多家，從事反滲透、電滲 析淡化設備配套生產(chǎn)的單位有23家，己初步形成以反滲透技術為主 體的海水淡化技術產(chǎn)業(yè)群。至2012年底，廣東省日產(chǎn)淡化水量為 3.08萬m3,居全國第6位，已有的海水淡化工程有平海電廠、國華 臺山電廠、惠來電廠、惠州平海電廠等。其中惠州平海電廠于2009 年開始運行，目前海水淡化量為16704m3/d，其預處理工藝為海水- 斜板沉淀池-清水池-AMIAD濾網(wǎng)式自清洗過濾器-超濾裝置。深圳市 毗鄰南海，2

20、005年全市電廠使用冷卻水的海水用量達73億m3，海水 經(jīng)淡化后主要用作居民的生活飲用水和沖廁用水，海水淡化技術大 大緩解了深圳市淡水資源短缺的局面。5我國海水淡化的發(fā)展前景和建議整體而言，我國海水淡化技術日趨成熟，海水淡化設備的自我研發(fā)、 設計和制造已具有一定基礎，海水淡化工程設計、建設和運營管理 已具備一定的能力和經(jīng)驗。此外在國家層面上，中央政府和各級地 方政府開始重視海水淡化，通過規(guī)劃、政策積極引導規(guī)范海水淡化 市場，沿海各地及社會各界積極推動海水淡化工作開展，至2012年 底全國已建成海水淡化工程95個，日產(chǎn)淡化水總規(guī)模77.4萬m3。其 中，天津、河北、浙江、遼寧、山東省日均淡水產(chǎn)量

21、居全國領先。 因此作為新興產(chǎn)業(yè)，海水淡化產(chǎn)業(yè)前景廣闊，但是從近10a的發(fā)展 力度來看，我國海水淡化仍存在一定問題，根據(jù)中國海水利用專 項規(guī)劃：2010年海水淡化裝置產(chǎn)水量為80110萬m3/d，因此目前 全國海水淡化裝置產(chǎn)水值（77.4萬m3/d，2012年）與規(guī)劃值仍存在 一定距離，此外海水淡化工程技術方面也存在一些顯著問題，如海 水淡化裝置核心設備和技術依舊掌握在美國、德國等國家；海水源 水和淡化水衛(wèi)生標準未規(guī)范化；濃縮海水的排放問題等。針對這些 問題，筆者提出以下建議和意見。5.1海水源水和淡化水水質(zhì)標準的制定海水源水水質(zhì)不僅對海水淡化預處理工藝、后步脫鹽淡化工藝及運 營成本影響巨大，對

22、于飲用主體的心理接受度也產(chǎn)生重大影響。目 前，淡水源水水質(zhì)評價主要依據(jù)CJ3020-1993生活飲用水水源水 質(zhì)標準，該標準適用于城鄉(xiāng)集中式生活飲用水的水源水質(zhì)，對于 淡化水的海水源水則沒有相應標準。中國國家海洋局發(fā)布的2012 年中國海洋環(huán)境狀況公報顯示：我國海洋環(huán)境質(zhì)量狀況總體較好， 但近岸海域水體污染、生態(tài)受損等環(huán)境問題依然突出，其中未達到 第一類海水水質(zhì)標準的海域面積為17萬km2，水質(zhì)為劣四類的近岸 海域面積約為6.8萬km2。因此，為推進海水淡化工作的開展，海水 水源水質(zhì)標準的制定已迫在眉睫。此外，當前飲用水的衛(wèi)生評價主 要是依據(jù)GB5749-2006生活飲用水衛(wèi)生標準進行，具體參

23、見 更多相關技術文檔該標準以飲水安全為基點， 以水源水是地表水和地下水為前提，以有害、有毒的污染物最大限 量值指標為主。對于淡化水，產(chǎn)水呈弱酸性且缺乏有益的礦物鹽， 因此一般需要對淡化海水進行后續(xù)的礦化處理，以提高礦物質(zhì)含量 和堿度。但目前生活飲用水標準中缺少有益于人體健康指標的最低 限量值，難以全面地評估海水淡化水的水質(zhì)。因此建議針對海水淡 化水的水質(zhì)特征制定相應的海水淡化水水質(zhì)衛(wèi)生標準。5.2能耗和成本方面 在海水淡化成本中，能耗是決定性因素。目前，海水淡化主流技術 有低溫多效蒸餾、多級閃蒸和反滲透法，反滲透法又分為常規(guī)反滲 透和XDTRO碟管反滲透膜。3種技術的能耗在2.55kWh/m3

24、，從成 本考慮日產(chǎn)淡水20000m3的設備中低溫多效蒸餾法運行成本最低， 約為0.56美元/m3,反滲透工藝成本居中，為0.63美元/m3,而多級 閃蒸成本最高，為0.89美元/m3。這些價格相對國內(nèi)淡水價格而言 仍然偏高，因此在大型海水淡化企業(yè)中，開發(fā)自主創(chuàng)新技術以降低 淡化能耗和成本仍是首要任務。而對于淡水實際需求緊迫、日產(chǎn)淡 水量需求為幾十到上千噸的海島而言，反滲透法由于適用范圍廣、 維護簡易等優(yōu)點，推廣率更高。但其缺點在于隨著日產(chǎn)淡水量的降 低，能耗和成本也顯著增加。因此，開發(fā)低成本國產(chǎn)小型高壓泵和 國產(chǎn)XDTR O裝置等技術，降低小型海島海水淡化規(guī)模小、電價昂貴 的淡化水成本，解決缺水中小型海島的飲用水問題，是影響近岸海 島和邊遠海島開發(fā)、發(fā)展的決定性因素，也符合我國海洋經(jīng)濟發(fā)展 的需求。5.3政策管理方面對于海水利用業(yè)，中國海洋經(jīng)濟發(fā)展“十二五”規(guī)劃提出：需提高海 水淡化技術自主化水平，實施海水淡化科技產(chǎn)業(yè)化工程，開展產(chǎn)業(yè) 化技術和政