海水淡化技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

海水淡化技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

水資源的缺乏已成為一個(gè)全球問(wèn)題。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口的增加，供需矛盾日益突出。據(jù)聯(lián)合國(guó)估計(jì)，目前全球約有40億人至少有一個(gè)月面臨資源性缺水問(wèn)題，到2050年，全球?qū)⒂?70個(gè)城市淡水供給量減少10%，6.85億人受到影響海水淡化是一種重要的水資源開(kāi)源增量手段，在解決全球水資源危機(jī)方面發(fā)揮著重要作用1計(jì)和全球使用的智庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)國(guó)際海水淡化產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)際脫鹽協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)（IDAInventory）和全球水務(wù)智庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)（GlobalWaterIntelligenceDatabase）2海水淡化技術(shù)2.1海水淡化技術(shù)如表1所示，海水淡化主要可以通過(guò)多級(jí)閃蒸(MSF)、多效蒸餾(MED)、反滲透（RO）、電滲析(ED)、膜蒸餾（MD）、正滲透(FO)等方法實(shí)現(xiàn)。其中RO、MSF、MED是目前主要的商業(yè)化技術(shù)，其他方法多處于實(shí)驗(yàn)室或中試驗(yàn)證階段，幾乎沒(méi)有商業(yè)化的工程應(yīng)用。MSF技術(shù)中，海水在閃蒸室內(nèi)被逐級(jí)加熱，閃蒸室通常串聯(lián)排列，溫度和壓力隨著級(jí)數(shù)逐漸遞減，蒸汽經(jīng)由剩余的濃海水冷卻后形成淡水。海水通常需要被加熱到90～115℃RO技術(shù)是通過(guò)在海水一側(cè)人為施加壓力來(lái)對(duì)抗自然滲透過(guò)程，從而使水通過(guò)反滲透膜從海水測(cè)遷移到淡水一側(cè)。ED技術(shù)的原理是在外加直流電場(chǎng)的作用下，利用離子交換膜的選擇透過(guò)性，使溶液中的電解質(zhì)離子定向遷移實(shí)現(xiàn)鹽水分離，其優(yōu)勢(shì)在于回收率高，對(duì)進(jìn)水水質(zhì)要求低，耐酸堿等，常用于苦咸水淡化和工業(yè)廢水處理，用于大規(guī)模海水淡化時(shí)不具有優(yōu)勢(shì)。MD和FO是近年來(lái)興起的海水淡化技術(shù)。MD技術(shù)是一種通過(guò)熱(溫度)梯度驅(qū)動(dòng)的膜分離工藝，在非常低的操作壓力和較低的溫度下，使水蒸氣通過(guò)疏水微孔膜并在膜的另一側(cè)冷凝，實(shí)現(xiàn)鹽水分離。MD技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于產(chǎn)水通量和水質(zhì)受原水性質(zhì)影響小，有研究報(bào)道指出在原水鹽度達(dá)到100g/L左右時(shí),MD技術(shù)產(chǎn)水含鹽量可以控制在10mg/L以?xún)?nèi)。2.2不同技術(shù)的組合在具體工藝設(shè)計(jì)時(shí)，各種技術(shù)會(huì)耦合使用。RO與MSF集成已商品化，如在阿聯(lián)酋的Fujeirah水電聯(lián)產(chǎn)廠中，MSF產(chǎn)淡水2.84×102.3海水淡化主要成本分析RO技術(shù)應(yīng)用于市政供水具有較大優(yōu)勢(shì)。然而對(duì)于要求提供鍋爐補(bǔ)給水和工藝純水，且有低品位蒸汽或余熱可利用的電力、石化等企業(yè)，MED仍具有一定的競(jìng)爭(zhēng)性。ED過(guò)程操作便捷、污染小，預(yù)處理要求低，具備一定的抗污染能力，適用于一些小型海水淡化裝置和苦咸水脫鹽，但是在大型海水淡化工程中不具有很好地經(jīng)濟(jì)性。MSF技術(shù)是最早商業(yè)化應(yīng)用的海水淡化技術(shù)，主要位于海灣國(guó)家，這是由于這些國(guó)家能源成本較低，且對(duì)海水淡化的需求量較高。前已述及，MED在能耗、腐蝕、結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)等方面都低于MSF，隨著能源成本提高，MED海水淡化在海灣國(guó)家的使用規(guī)模也在逐漸增多海水淡化成本方面，海水淡化產(chǎn)水成本主要由投資成本、運(yùn)行維護(hù)成本和能源消耗成本構(gòu)成，其中能源成本通常占產(chǎn)水成本的50%以上，同時(shí)海水淡化產(chǎn)水成本與水廠投融資成本、人力成本、地區(qū)財(cái)稅政策、工藝選擇等關(guān)系密切。通常而言23,000～528,000m3.海水淡化的處理3.1隨著時(shí)間的推移，海水淡化的產(chǎn)量也發(fā)生了變化國(guó)際海水淡化產(chǎn)能變化如圖2所示，到2018年，全球海水淡化產(chǎn)能為6.2×10我國(guó)海水淡化研究始于上世紀(jì)六十年代3.2我國(guó)海水淡化技術(shù)類(lèi)型分布情況圖3給出了國(guó)際海水淡化產(chǎn)能域分布情況?？傮w而言，海水淡化產(chǎn)能主要分布在中東和北非區(qū)域，占全球總產(chǎn)能的65.24%，其次為東亞和太平洋區(qū)域、西歐、南美和加勒比海地區(qū)、南亞、東歐和中亞、撒哈拉以南的非洲、北美。從使用技術(shù)類(lèi)型上，中東和北非地區(qū)熱法海水淡化占總產(chǎn)能的一半以上，且主要以MSF為主，主要是因?yàn)檫@一區(qū)域能源成本較低。除這一區(qū)域外，其他地區(qū)的海水淡化技術(shù)主要以RO為主。表2給出了我國(guó)海水淡化工程在我國(guó)沿海省市的分布情況，天津、山東、浙江是我國(guó)海水淡化產(chǎn)能保有量最高的三個(gè)省份。北方海水淡化產(chǎn)能總體上高于南方，與水資源的分布趨勢(shì)基本相反。4海水淡化水的處理方式可以將海水淡化的用途分為工業(yè)用水和市政用水兩種。膜法海水淡化廠產(chǎn)水TDS在10ppm～500ppm范圍內(nèi)熱法海水淡化出水水質(zhì)接近蒸餾水，TDS通常在1～50ppm，含鹽量非常低熱法海水淡化后處理的方式根據(jù)依淡化廠規(guī)模而有所不同。對(duì)于大型淡化廠，常建有CO圖4是不同區(qū)域海水淡化用戶(hù)類(lèi)型的分布情況，全球而言，約有74%的海水淡化水用于市政飲用，其余24%用于工業(yè)用途。其中中東和北非地區(qū)由于極度干旱的自然環(huán)境，87%的海水淡化水都用于市政飲用。由于這一區(qū)域海水淡化產(chǎn)能保有量占全球的一半以上，也推高了全球海水淡化水用于飲用的比例。除這一區(qū)域以外的區(qū)域外，全球其他區(qū)域海水淡化水用于飲用和工業(yè)用途的比例基本持平。就我國(guó)而言，我國(guó)的海水淡化水主要用于工業(yè)用途，約占總產(chǎn)能的67%，且呈現(xiàn)出明顯的南北差異，北方地區(qū)海水淡化主要用于工業(yè)，南方地區(qū)主要用于海島地區(qū)居民生活用水。5海水淡化水的應(yīng)用從產(chǎn)業(yè)規(guī)模上，我國(guó)目前的海水淡化產(chǎn)能保有量約為全球產(chǎn)能的2%左右，產(chǎn)能規(guī)模較低。我國(guó)海水淡化規(guī)?；瘧?yīng)用起步較晚，此時(shí)RO技術(shù)在成本和工藝上已經(jīng)表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)，所以我國(guó)海水淡化工程主要以膜法為主，熱法淡化技術(shù)方面也主要是采用能源利用效率更高的MED技術(shù)，這一情況也與全球除中東地區(qū)以外的其他區(qū)域情況類(lèi)似。從用途上，我國(guó)海水淡化水用于市政飲用的比例較低。隨著我國(guó)海洋強(qiáng)國(guó)建設(shè)推進(jìn)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，未來(lái)我國(guó)海水淡化產(chǎn)業(yè)將進(jìn)一步增長(zhǎng)?！度窆?jié)水行動(dòng)計(jì)劃》明確提出要強(qiáng)化海水淡化水對(duì)常規(guī)水資源的補(bǔ)充和替代，加快推進(jìn)海水淡化水作為生活用水補(bǔ)充水源。《海島海水淡化工程實(shí)施方案》提出要將海水淡化與海島生態(tài)島礁建設(shè)相結(jié)合，強(qiáng)化海