摘要:本文概述了沿海地區和城鎮缺水情況,介紹了國內外海水利用的沿海狀況,針對住區建設的具體情況,對海水淡化提供飲用水以及海水直接利用作為空調冷卻用水和沖廁用水等的技術和經濟性方面進行了闡述。對別無水源、缺水嚴重缺水的城市海島和海濱地區的發展,海水利用是住區解決水資源匱乏的可選擇的重要途徑之一。
關鍵詞:沿海地區 海水淡化 海水直接利
前言
沿海地區是海水我國人口最多、經濟最發達的利用地區,是技術我國對外開放的前沿和窗口。由于經濟的沿海持續發展和人民生活水平的提高,對水的缺水需求量越來越大,對水質的城市要求越來越高,而水資源的住區嚴重污染,使本來緊張的海水水資源的供需矛盾更加尖銳化。濱海地區14個開放城市,利用有9個淡水供應不足,技術年缺水量60多億立方米,沿海特別是長江以北地區為資源性缺水,水資源嚴重短缺,其中青島、煙臺、天津、大連等沿海城市的水資源短缺問題嚴重制約了地區經濟和社會的發展。一些島嶼,如舟山和長島等的進一步開發,也受到水資源短缺的限制……
面對水資源的日趨緊缺,向占水總儲量96.5%的海水要水,是勢在必行的。海水利用技術包括海水中提取淡水和利用海水代替淡水等技術,即通常所講的海水淡化和海水直接利用等,是解決沿海地區淡水資源短缺的重要措施。
1.海水淡化與飲用水供應
1.1 國內外概況
從海水中提取淡水的技術和過程稱為海水淡化。海水淡化在國際上是40年代研究開發的,開始以蒸餾法為主,60年代又研究開發了反滲透技術,逐步形成了以蒸餾法和反滲透法(SWRO)為主的海水淡化產業。蒸餾法以多級閃蒸(MSF)為主,另外有低溫多效蒸餾(LT-MED)和低溫壓汽蒸餾(VC)等。
海水淡化已成為中東和北非地區、加勒比海和地中海中諸多島嶼等經濟發展的生命線。目前世界海水淡化產量為16.4×106m3/d(2000年),雖然MSF占海水淡化量的70%以上,但呈下降趨勢,SWRO占14%,呈迅速上升趨勢。基于的進步和能量回收技術的高效,SWRO能耗已降到3kWh/m3,所以具有極強的競爭力。近幾年國際海水淡化招標中,RO法以投資省、成本低、占地少、投產快等優勢而屢屢奪標。
我國于1958年開展電滲析(ED)海水淡化的研究,1967-1969年組織了全國海水淡化會戰,奠定了膜法和蒸餾法海水淡化的基礎。經科技攻關,使海水淡化技術(反滲透和低溫多效)取得長足的進步。1987年大港電廠從美國引進二套3000m3/d MSF海水淡化裝置,與離子交換法結合,解決鍋爐補給水的供應。近年來,相繼建成數座500-2500 m3/d 反滲透海水淡化廠,對我國沿海地區,特別是發電廠、缺水城鎮和島嶼的經濟發展,已開始發揮其獨特的作用。
1.2海水淡化技術簡介
RO主要以高脫鹽率的中空纖維膜組件和卷式膜組件為關鍵部件在壓力下進行淡化。RO海水淡化廠最大規模達20萬m3/d,由海水提取系統、系統、反滲透系統、后處理系統、能量回收系統、供電系統和控制監測系統等構成,這可解決城市用水問題。反滲透中型淡化廠200-2000m3/d很適于島嶼用水的供應。日產1-20m3的小型RO器適于艦船、漁船、海上鉆井平臺和島嶼上的個體用戶的需求。由于膜脫鹽率高,通量大,以及先進的能量回收裝置,單級即可高效地將海水淡化為飲用水。
多級閃蒸廠最大規模達30多萬m3/d,由、鹽水加熱、熱回收和排熱四單元組成。適用于大型海水淡化,解決城市用水問題。但設備動力耗電高,易腐蝕和結垢。難以適應我國國情。
現代的低溫多效蒸發通常在低溫段操作(700C以下),腐蝕和結垢較輕,設備壽命長,可利用廉價的鋁合金傳熱管,可利用廢熱造水以降低成本,是蒸餾法中最具競爭力的。
1.3 海水淡化的經濟性
經濟性通常據投資費用和操作費用轉化為單位脫鹽水的成本來衡量。目前,最經濟的SWRO的成本約為0.5$/m3淡水,若海水淡化與發電、供熱和供汽以及海水綜合利用相結合,再加上淡化技術本身的發展,其成本會進一步降低。下面是國內的長島1000m3/d SWRO示范工程的例子:
長島1000m3/d SWRO示范工程的總投資732.6(萬元),包括取水設備,設備, 高壓泵,反滲透裝置,產品水后處理設備,中央監控設備,儀表、閥門和藥劑,土建廠房、 設備運輸、設計、安裝和調試等。制水成本5.13(元/m3淡水),包括膜更換費,維修費,試劑費用,電費(用電5.0kWh/m3),折舊費 和勞力等。
1.4住區海水淡化的考慮
1.4.1 以城鎮為基礎的供水 作為城鎮供水或部分城鎮供水, 大、中型的海水淡化廠(每天數萬至數十萬噸)的淡化水經一定的后處理之后,并入原有的城鎮供水系統中。如中東、北非、沖繩和美國南部等。
1.4.2 以住區為基礎的供水 對無飲用水源的海島或靠海的住區,可據實際需求情況,建造中小型海水淡化廠(每天數百至上萬噸),也是可考慮的。如國內的長島、嵊泗和長海等。
1.4.3 以個別住地為基礎的供水 對遠離城鎮供水的個別海邊住地,可直接選用小型海水淡化器(每天數噸至上百噸)來解決。