海水与苦咸水资源利用的技术方向(一)

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摘要：海水、苦咸水资源的开发利用需要国家政策支持。国家、省、市都应引导海水、苦咸水的开发利用，对多种开发淡水资源方案进行科验论证。美国海水淡化专家Gordon指出，从250公里调用可饮用水，其能耗与海水淡化相当。我国沿海工业发达城市可供鉴国外经验发展海水淡化。

关键词：海水苦咸水资源利用技术方向

　　海水淡化是指将3500mg/L的海水淡化至500mg/L以下的饮用水。目前，世界上装机应用的海水淡化方法主要有反渗透法(RO)和多级闪蒸(MSF)、多效蒸发(MED)。苦咸水脱盐是将高含盐量的地表、地下苦咸水脱盐至生活用水或工业用初级纯水，主要采用反渗透法(RO)、纳滤法(NF)和电渗析法(ED)。
　　据国际脱盐协会统计，截至1995年底，全球日产水量在100m3以上的装置有11066台，每天生产淡水2030万m3。截至1997年底，装置总数12451台，日产水2273万m3，其中海水淡化为日产1337万m3，苦咸水淡化为日产5840万m3，且以年10～30%的速度增长。就海水淡化而言，装机容量以MSF为主，但近年来RO发展很快。MSF除极大型装置外，1995年以来合同额极少。MSF从1989年的84.4%降为1997年的76.04%。而RO从1989年的5.6%上升为1997年的14%。MED1989年占6.7%，至1997年仅占5.47%。
　　对苦咸水脱盐RO占绝对优势，占76.23%，投资和造水成本更低。对废水和水净化RO也分别占到约65%和94%。1995年后，新增海水淡化和苦咸水淡化容量RO为90%。最大RO海水淡化厂建在沙特阿拉伯，日产淡水12.8万m3。最大地表水RO苦咸水淡化装置建在美国，日产水38万m3。
　　目前海水淡化装置的年销售额达到100亿美元，且以20%左右的年增长速度持续发展，供应商主要是美国和日本，应用地区主要是中东地区、地中海地区和加勒比海地区，其次是东南亚和北非地区。
　　我国海水淡化技术应用从上世纪七十年代初推广用水型ED海水淡化器开始，“九五”期间相继建成了RO淡化装置，多为小型或示范工程。
　　电渗析是我国开发研究最早的膜技术，起始于1958年。十多年来，离子交换膜的年产量在40万m2以上，占世界水脱盐用膜的30%。我国是世界上使用电渗析装置进行苦咸水脱最多的国家。工艺技术精湛、装置价格低廉，外商无法与我国竞争。目前有140余套日产量在1000～5000m3的苦咸水ED脱盐装置在运转，多将含量在1500～3000mg/L的苦咸水脱盐至生活用水。低浓度苦咸水脱盐的最大装置建于河南巩县电厂，日产水量7200m3。工艺用水的最大ED装置建于金山石化公司，日产水6600m3。
　　中、小型苦咸水脱盐装置分布在华北、东化、西北各地，约3000余套。
　　膜技术为脱盐、净化的主流技术RO、NF、ED等具脱盐功能的膜技术将成为新世纪海水淡化、苦咸水脱盐的主流技术，工程稳定可靠与造水成本低廉是吸引用户的主要原因。
　　脱盐膜组件已十分成熟，世界各生产膜组件的公司仍十分重视RO膜与组件的技术创新，目的在于开发抗氧化、耐细菌侵蚀的新膜，提高膜与组件的产水量、脱盐率等。如美国DOW公司推出FILMTECBW30―440膜元件，在约1.05MPa压力下，产水量43.5m3/d，脱盐率大于99%。FluidSystems公司推出PremiumTFC新元件，其苦咸水和海水膜元件的脱盐率分别高达99.7%和99.8%。日本的东丽公司和日东电工公司已开发出可耐的9.0Mpa的海水淡化膜，已在西班牙建造了水回收率高达60%的两段RO海水淡化装置。
　　1990年反渗透膜组件价格，按消费价格指数折算仅为1973年的40%。
　　1990年之后又有明显的下降。按从标准海水生产淡水计，目前工程投资为MSF在1800～2000＄/m3.d，低温MED在1100～1600＄/m3.d，RO在700～900＄/m3.d。
　　采用功能交换器(WorkExchangeEnergyRecovtry)，将从RO组件排出的高压浓水的压力回收并传递给组件进水，其转换效率可高达89%～96%。ScottAShumway报导，一种新型的能量回收装置已成功应用到13600m3/d和5000m3/d的反渗透海水淡化装置上，过程能耗为2.6kwh/m3，GoodF.Leitner指出加上预处理能耗，总能耗为2.83kwh/m3。这是近几年在工
　　艺方面的突出进展。
　　StevenJ.Duranceau等报道，1996年佛里达水服务公司在Marco岛对现有15000m3/d苦咸水淡化进行改造，通过使用段之间的能量回收透平，使系统的产水量增加3780m3/d，增幅达25%。段之间能量回收透平适用于苦咸水反渗透淡化，含盐量7500～10500mg/L，淡化能耗降到0.82kwh/m3。
　　在反渗透每水淡化流程中，采用纳滤(NF)作为预处理，即MF―RO系统，NF脱除部分硬度和TDS，从而提高RO的水回收率，可进一步降低能耗在25%，造水成本可降低30%。
　　目前各种淡化方法在能耗方面都无法与RO竞争。RO为4～5kwh/m3、ED为14～16kwh/m3、MED为9～10kwh/m3、MFS为12～14kwh/m3。
　　我国已建成的RO脱盐装置经济技术指标达到国际先进水平。山东长岛日产1000m3RO海水淡化装置，耗电为4.5kwh/m3。沧州集团日产18000m3RO装置，地下水含盐量约13000mg/L，淡水低于500mg/L，耗电为3.1kwh/m3。国家计委“十一”甘肃定西10000m3苦咸水脱盐RO示范项目，原水3500mg/L，淡水150mg/L，水回收率大于70%，估算成本为0.77元/m3。
　　纳滤技术的开发与应用比反渗透膜大约晚二十年。目前，国内外都很活跃。纳滤膜介于反渗透和超滤膜之间，其膜表面分离皮层具有纳米纳微孔结构。相对于反渗透膜对NaCL的脱除率均在95%以上，一般将NaCL脱除率在90%以下的膜称之为纳滤膜。反渗透膜几乎对所在溶质都有很高的脱除率，而纳滤膜只对特定的溶质具有脱除率。纳滤膜主要去除一个纳米左右的溶质粒子，截留分子量一般为100～2000。纳滤膜主要用于脱除三卤甲烷中间体(THM)，异味、色度、农药、合成洗涤剂、可溶有机物等致病因子，以及苦咸水脱除Ca、Mg等硬度成分。目前国外城市饮用水已有日产水5万m3级的大型装置。纳滤将是新世纪饮水市场的优选技术。