我国海水淡化的实践及展望.pdf
电- 4 t , 学2 0 0 9 学术年会暨中田电厂化学网2 0 0 9 高峰论坛会议论文集2 0 0 9 1 0 武汉我国海水淡化的实践及展望冯逸仙深圳能源滨海电厂筹建办( 广东深圳5 1 8 0 3 1 )1 总述水是生命的源泉，是社会经济发展的命脉，是人类宝贵的、不可替代的自然资源。水问题困扰全球! 淡水资源的日趋紧缺是一个世界性的问题，利用海水淡化的现代技术大规模地开辟新的水源，已经成为全 世界的必然趋势。所以，海水淡化是人类生命的第二水源。我国是一个严重缺水的国家，淡水资源人均拥有量仅为世界平均水平的1 4 ，被联合国列为1 3 个严重 缺水国家之一，且时空分布不均，水资源短缺已严重制约我国经济社会的发展。党中央、国务院高度重视 制约我国经济社会可持续发展的水资源短缺问题。2 0 0 5 年，国务院颁布了国务院关于做好节约型社会近期重点：工作的通知( 国发 2 0 0 5 1 2 1 号) 文件，明确提出要推进沿海缺水城市海水淡化和海水直接利用。 2 0 0 5 年8 月1 8 日，国家发展改革委、国家海洋局和财政部联合发布了海水利用专项规划。沿海各地 相继编制海水淡化和海水利用的产业发展规划，目前各地的该项工作的实施、发展不平衡。但均在积极地开展。我国已建和在建海水淡化厂主要分布在海岛、沿海电厂和沿海城市，用途为饮用水、电厂自用水等。 海水淡化水作为电厂自用时，由于淡化海水需要的电、蒸汽由电厂自供，而电蒸汽在海水淡化的运行成本 中几乎占一半，海水淡化的成本由电厂自我消化，内部核算。因此，沿海电厂新建配套的海水淡化厂毫无 疑问的被接受。当海水淡化水注入市政管网时，海水淡化水的价格引起关注。我国各个城市的自来水价格有差异，对 海水淡化饮用水的价格的承受能力和政府补贴的价格也有不同。举几个城市自来水价格为例说明：( 1 )天津居民综合水价3 9 元m 3 ，工业综合水价6 7 元m 3 ，特种用水2 1 1 0 元m 3 ，2 0 0 9 年4 月1 日起执行。 ( 2 ) 北京居民综合水价3 7 元m 3 ，工商业综合水价5 6 元m 3 ，洗浴用水6 1 5 0 元m 3 。据报道，北京的 加权综合水价为5 0 4 元m 3 。( 3 ) 青岛居民综合水价2 5 元m 3 ，其它水价3 4 1 元m ，洗浴、洗车用 水6 2 0 元m 3 ，2 0 0 5 年6 月1 日起执行。( 4 ) 深圳居民综合水价2 8 元I n 3 ( 实行阶梯水价，最高4 9 元m 3 ) ，：亡业水价3 3 元m 3 ，洗浴、洗车用水9 5 0 元m 3 ，2 0 0 5 年7 月1 日起执行。据2 0 0 9 7 1 7 第一财 经日报报道，根据最新统计，全国- 3 6 个大中城市平均供水综合水价为3 7 7 元m 5 。 目前，海水淡化厂的运行成本( 一般概念4 - - 6 元t 水) 均高于上述居民综合水价，耍使市政海水淡化 厂正常微利运营，需要当地政府的财政补贴。譬如，两班牙B E F E S A 公司以9 2 的股份在青岛合资正在建 设1 0 万们的大型海水淡化厂，海水淡化水以不高于元t 的价格注入市政自来水管网，为城市和居民提供 用水。差价需要当地政府的财政补贴。又如，新加坡H Y F L U X 公司在天津以D B O O 方式( 即设计、建设、 运营、拥有) 建设1 0 万抛的大型海水淡化厂，该厂生产的海水淡化水以略高于运行成本的元t 的价格主 要卖给大港石化产业园区内的企业和中石化在大港投资建设的百万吨乙烯炼化一体化项目，确保该海水淡 化厂能够微利运营。在我国北方的自来水含盐量一般在1 0 0 0 m g L 以上，海水淡化水含盐量在3 0 0 5 0 0 m g L ， 明显优于当地自来水水质。 国际上，海水淡化的主要方法有热法( 如低温多效蒸发法) 和膜法( 如反渗透膜处理法) 。海水淡化 水作为电厂自用水时，上述两种方法都有使用，因为电厂本身可以供应蒸汽( 热法) 和电力( 膜法) 。但 是，当海水淡化水作为市政自来水使用时，因为涉及敏感的供水价格问题，一次投资成本和运行成本均占 优的膜法更有竞争力，我国权威的海水淡化专家对此是有共识的。特别是，在比较温暖的南方，膜法的优 势更为突出。也就是说，膜法是市政海水淡化饮用水的发展方向。以销售海水淡化水为单纯目的的青岛l O 万似的新建大型市政海水淡化厂和天津大港新泉l O 万t d ( 将扩建至1 6 万t d ) 的新建大型海水淡化厂采 用膜法就是明证。2 我国大型海水淡化厂的实践我国已实施和在建的大型海水淡化厂既有热法，也有膜法。热法既有进口，也有国产。膜法则主要部件为进口，大多在国内组装成套完成。当然，热法的进口装置也有在国内制造加j 【：完成的，如以色列I D E 公司为天津北疆电厂提供的蒸发器。下面列举几个海水淡化厂的具体事例，说明目前我国海水淡化的应用。 2 1 华能玉环电厂 ( 1 ) 简介 ( 2 ) 新建海水淡化厂的原因2 4 8电厂化学2 0 0 9 学术年会暨中国电厂化学网2 0 ( 挎高峰论坛会议论文集2 0 0 9 1 0 武汉( 3 ) 海水淡化方案的确定 ( 4 ) 海水淡化厂的使用情况 ( 5 ) 海水淡化厂工艺特点1 ) 海水取水及海水预处理 2 ) 反渗透预处理3 ) 能量回收装置和电解海水 2 2 大唐黄岛电厂 ( 1 ) 简介 ( 2 ) 海水淡化装置使用情况 ( 3 ) 海水淡化厂工艺特点 2 3 天津国投津能北疆电厂 ( 1 ) 简介 ( 2 ) 海水淡化厂工艺特点 1 ) 低温多效蒸发器 2 ) 海水预处理采用微沙沉淀池 3 ) 海水预处理采用离子阱和排气系统 4 ) 浓海水用于制盐 2 4 浙能乐清电厂 ( 1 ) 简介 ( 2 ) 海水淡化厂工艺特点 1 ) 采用盘式过滤器 2 ) 采用微滤装置 3 ) 海水淡化原料海水的提取 4 ) 材质的选用 2 5 天津新泉大港海水淡化厂 ( 1 ) 简介 ( 2 ) 海水淡化厂丁艺特点2 6 首钢京唐钢铁联合有限责任公司钢铁厂 ( 1 ) 简介 ( 2 ) 海水淡化厂工艺特点 1 ) 水质条件 2 ) 选用低温多效蒸发器的考虑因素 3 ) 选用高效沉淀池+ 低温多效蒸发器的方案3 海水淡化展望3 1 总体技术趋势评价 ( 1 ) 观感 本人近期参观考察了上述列举的海水淡化厂中的5 个，与两个国外水务公司进行座谈，收获感触良多。 现谈点看法，以供参考。 观感一：海水淡化预处理的第一关是海水进入沉淀池。海水经过接触絮凝斜板，斜管沉淀池，去除大部 分悬浮颗粒以及有机物、胶体硅等，减轻后续流程中设备处理杂质的负担，减少污堵。选用的反应沉淀池 一般是市政标准图。至多作些改进。大唐黄岛电厂、华能玉环电厂、浙能乐清电厂、天津新泉大港海水淡 化厂都选用反应沉淀池( 即接触絮凝斜板，斜管沉淀池) 。天津国投津能北疆电厂则选用微沙循环沉淀池， 由V E O L I A 公司提供设计图纸，与1 0 万们的海水淡化厂匹配的微沙循环沉淀池的占地面积比反应沉淀池 的要少很多。值得一提的是，大唐黄岛电厂、华能玉环电厂、浙能乐清电厂、天津新泉大港海水淡化厂使 用同一类型的沉淀池，但是，它们使用的效果有很大的不同。华能玉环电厂、浙能乐清电厂两厂相望，都 取自乐清湾的海水，它们的反应沉淀池的出水质量有区别。浙能乐清电厂对反应沉淀池的： 况调节得较好， 出水质量自然就好，其微滤、反渗透设备的清洗间隔相应较长，整套系统的运行效果也较好，该厂技术主 管对海水淡化厂也有自豪感。设备一旦选定，设备运行好坏的关键在于人，或者说人的素质。有个别海水 淡化厂的反应沉淀池运行状态很差，以致后续膜设备清洗频繁，甚至不到2 3 个月就得停机清洗。该厂对 此原因找不到，却直批膜法海水淡化工艺有问题，这使人不得不怀疑究竟是工艺系统有问题，还是人有问 题? 观感二：有的海水淡化厂对于超滤和反渗透膜元件的选择存在问题，这类问题出在提供海水淡化系统2 4 9电厂化学2 0 0 9 学术年会暨中国电厂化学网2 0 0 9 高峰论坛会议论文集2 0 0 9 1 0 武汉交钥匙：r 程的水处理工程公司，原因就是水处理：E 程公司为了谋取更大利润而减料。这样加速膜的污堵和 清洗，从而加速膜的更换速度，造成用户的巨大损失。海水淡化厂规模越大，这种损失就越人。 观感三：从海水淡化厂的布置和设备外观来看，有的海水淡化厂整体布置美观些、流畅些，有的则乱 些：有的海水淡化厂的不锈钢管道锈迹斑斑。有的T 艺系统布置缺乏人性化。不少水处理一J 二程公司的技术 人员缺少设计院的专业训练，缺乏海水淡化厂的宏观整体布局，用户需要对海水淡化厂整体布置和材料选 择提出明确的要求，强调系统布置也要符合科学发展观的第一要素：以人为本。 观感四：大型海水淡化厂应对系统和设备控制提出更高要求。例如，所有控制及状态显示均可以在远 方控制室实现，并与辅控系统实现双向通讯。控制系统采用P L C 进行数据采集和设备控制。系统的操作采 用程控、远控、就地控制相结合方式。程序有步进操作、成组操作或单独操作等手段，并有跳步、中断等 操作功能，还应设必要的步序时间和状态指示、选择和闭锁功能。由设在集控的化学辅控网控制，化学辅 控网除实现对设备功能控制外，还具备报警、报表打印等功能，当现场设备故障，影响程控进行时，在满 足相关条件下，操作人员可干预进行跳步操作。设备处于就地操作方式时，上位机操作无效。在系统调试 阶段，应该探索出不同运行状态下的系统和设备的优化参数，为自控程序的设置提供有力的依据。提高自 控水平，可有效减少人为操作的故障。 ( 2 ) 技术趋势的看法 第一，海水淡化技术的发展方向。 先对水处理技术做简单回顾，再来论述海水淡化技术的发展方向。对水处理行业来说，离子交换脱盐 技术统治了上百年。在上世纪八十年代，发生了水处理技术发展方向的争论，焦点是：预脱盐技术电渗析、 反渗透、蒸馏法，哪一个是发展方向。华北院分别为北京石景山电厂引进了倒极电渗析设备( 倒极电渗析 是传统电渗析的技术改进) 、为天津大港电厂引进了多级闪蒸设备( 多级闪蒸是传统蒸馏法的技术改进) 、 为天津军粮城电厂引进了反渗透设备。到了上世纪九十年代中，在实践中结论自然出来了：反渗透脱盐技 术是苦咸水预脱盐技术的发展方向。方向只有一个。发展方向有了，研究方向也就有了，研究重点也就有 了。反渗透膜材料、膜制造技术、应用技术获得巨大进步，反渗透脱盐技术的发展方向更加清晰、无可争 辩。方向偏了，投入的人力物力可能浪费了，成就也就小了。反渗透脱盐技术成了主流渠道，并不意味着电渗析、蒸馏法技术的消失，马上完全退出市场，在某些地方还可使用。生产电渗析器、蒸馏器的厂家也 与时俱进，不断改进技术，但是电渗析器、蒸馏器的应用不断式微却是不可改变。 反渗透水处理技术与其它高科技技术一样，具有显著的特点：关键部件制作工艺复杂，应用起来却十 分方便、简单。正如电视机，用户只要轻轻一按，就可使用，而不用管其复杂的电路结构。反渗透装置的模块化，使得反渗透装置的制造、安装、运输、维护更加方便，使得反渗透技术的改进更加迅速，用户收 益也就更大。现代先进的水处理脱盐技术就是以反渗透预脱盐技术为中心，选择与反渗透预脱盐技术配套 的原水预处理技术和根据用户对水质的最终要求，选择与反渗透预脱盐技术配套的后处理技术。也就是“一 个中心，两个基本点”，“一个中心”即以反渗透预脱盐技术为中心，“两个基本点”即原水预处理技术和后处 理技术。当今原水预处理和后处理的各种技术层出不穷，使得反渗透预脱盐技术的应用更加完美。 大型的海水淡化技术主要有：膜法( 主要指反渗透脱盐法) 和热法( 目前多指低温多效蒸发法) 。目 前，我国引进的多套低温多效蒸发技术是对多级闪蒸的改进。虽然膜法和热法可用于不同的场合、不同的 情况，但是，占主导地位的海水淡化技术只有一个。也就是，用户绝人多数采用一种海水淡化技术，在特 殊情况下采用另一种技术。我国权威海水淡化技术专家对此有过深入地讨论和共识的。 前面第一部分谈过，当海水淡化水作为市政自来水使用时，因为涉及敏感的供水价格问题，一次投资 成本和运行成本均占优的膜法更有竞争力，我国权威的海水淡化专家对此是有共识的。特别是，在比较温 暖的南方，膜法的优势更为突出。也就是说，膜法是市政海水淡化饮用水的发展方向。 实际上，不管是电厂，还是其它单位，只要是企业，就要考虑成本，就要考虑利润。采用热法海水淡 化的天津国投津能北疆电厂和首钢京唐钢铁联合有限责任公司钢铁厂均考虑了在不同：亡况下的运行，即在 蒸汽为低压( 如0 3 M P a ) 或低低压( 0 0 3 M P a ) 下的运行。首钢京唐钢铁联合有限责任公司钢铁厂已考虑 余热再利用，如利用钢铁厂生产过程中产生的低低压蒸汽作为海水淡化的热源。也就是说，有余热或废热 可利用的企业，采用热法制备海水淡化水会更经济，国外大多情况也是如此。 再谈一个观点。对于标准海水来说，海水渗透压约为2 4 5 M P a ，理论上只要克服渗透压，即可利用膜 法反渗透脱盐技术淡化海水。目前，利用反渗透脱盐技术淡化海水运行压力一般为6 5 - 7 0M P a 之间· 随着膜材料和膜制造的科技进步，如果能够把淡化海水运行压力将至为4 5 - 5 0M P a 之间，运行成本将进 一步大幅度降低，这一状况的出现应在不久的将来。倘若如此，反渗透海水脱盐技术的应用必将更加广泛， 其优势更加突出。第二。谈“两个基本点”即海水预处理技术和后处理技术。 现代先进的水处理脱盐技术就是以反渗透预脱盐技术为中心，一是根据原水海水水质，选择能满足反 渗透预脱盐技术对进水水质要求的原水海水预处理技术：二二是根据用户对最终朋水水质的要求，选择能适2 5 0, g r - 4 t ：学2 0 0 9 学术年会暨中国电厂化学网2 0 0 9 高峰论坛会议论文集2 0 0 9 1 0 武汉应反渗透出水水质( 包括对该出水水质作一定的适应性处理) 的后处理技术。因此，有多种多样的先进的 预处理技术和后处理技术的层出不穷，应当是顺理成章。 当采用反渗透法淡化海水时，在海水预处理中采用超滤或微滤取代传统的砂滤，逐步体现出其优越性， 并获得认可。目前，采用的超滤或微滤基本都是有机膜，我想指出，目前在国内无机超滤或微滤的使用量 正在逐步增多，在国外销售额以3 0 以上的速度增长。虽然目前无机超滤或微滤的价格比有机超滤或微滤 贵不少，但由于无机超滤或微滤的使用寿命更长、对原水水质的适应性更强，无机超滤或微滤使用量大了 ( 有规模了) ，价格自然降下来，它作为反渗透水技术的预处理应该引起关注。 采用一级反渗透处理的海水淡化产水含盐量一般在3 0 0 5 0 0 m g L ，它要满足用户的用水要求( 如作为 超高压锅炉用水) ，需要作反渗透的二级处理。下面简单谈一一F 后处理技术中的E D I 。一是E D I 的类型有 板式和桶式，虽然各有利弊，但必然有一种形式更优，为重点研究、应用的对象。二是为同时满足用户对 水质中电导率和二氧化硅的含量要求( 如大容量、高参数的锅炉补给水) ，需要对E D I 的进水水质作适应 性的调节，这是必要的。 3 2 落实科学发展观，实现节能减排 ( 1 ) 反渗透海水淡化系统的节能技术 1 ) 能量同收技术 在反渗透海水淡化的综合制水成本中，电费占4 4 ，投资成本3 7 ，膜更换费5 ，劳动力费用4 ， 维修费7 ，消耗品费用3 。电费和投资成本两项就l - h 综合制水成本的8 0 以上，因此，要降低制水成本， 关键是降低工程投资和能耗。 目前，没有采用能量回收装置的反渗透海水淡化工程的能耗( 包括海水取水、海水预处理、海水淡化 和产水供水的全部能耗) 在8k w h m 3 左右。透平式能量同收装置的能量回收效率一般在3 5 0 旷7 6 之间。 采用透平式能量同收装置的反渗透海水淡化T 程的能耗可降到5 5k w h m 3 以下。压力交换型( P X 型) 能 量同收装置的能量同收效率一般在9 1 , , - 9 6 之间。采用P X 型能量回收装置的反渗透海水淡化工程的能耗 可降到4k w h m 3 以下。采用透平式能量同收装置的反渗透海水淡化系统可降低3 5 - - 4 5 的过程能耗，采 用P X 型能量回收装置的反渗透海水淡化系统可降低5 0 0 0 6 0 的过程能耗。 ，2 ) 变频技术 海水含盐量和水温是反渗透海水淡化系统运行的重要参数，对产水量影响极大。采用变频控制技术来 控制高压泵的运行，不仅可以在开机、关机过程通过逐步改变频率来达到高压泵的软操作，以防止由于水 锤或由于突然停机卸压所形成的渗透反压力而损伤膜元件，而且可根据各个季度水温不同、海水含盐量变 化，通过改变高压泵电机运转频率来自动调节海水淡化系统的操作压力。采用变频控制技术平均可节省1 5 的能耗。 ( 2 ) 海水淡化系统的减排措施及循环经济 1 ) 浓海水的再利用 海水淡化的浓盐水可以作为电解海水制取次氯酸钠的原料水，由于这部分浓水是被浓缩了1 8 也倍的 海水，提高了电解海水装置的效率。如华能玉环电厂、浙能乐清电厂利用海水淡化的浓盐水制取次氯酸钠。在电解制氯过程中会产生大量的氢气。也可考虑将这些氢气收集起来，并加以净化、干燥、压缩、装 瓶，就可以作为氢冷发电机组的氢源。 海水淡化的浓盐水还可排放到附近的盐池，晒干水分制盐。实现浓盐水的零排放，达到循环经济的目 的。如天津国投津能北疆电厂就是这样做。 海水淡化的浓海水还可考虑用于海水脱硫，提高海水脱硫的效率，把海水淡化产生的浓海水进一步利用。 2 ) 电厂循环冷却排水的再利用 把经过凝汽器、循环冷却温度升高后的海水，提取作为海水淡化厂的原料进水，可提高海水淡化厂的 产水，节约能源消耗。 电厂反渗透的排水和循环水同排放，可以降低循环排放水的温升，还可稀释反渗透浓水的含盐量，降 低对生态环境的影响。 3 3 海水淡化的展望 在我国。越来越多沿海城市的电厂和海岛使用海水淡化技术获取淡化水，海水淡化水用于沿海城市市 政用水( 即作为自来水) 也已起步，可以说，向取之不竭的大海要淡水，已成为一种趋势，海水淡化事业 方兴未艾。下面对市政海水淡化谈点看法： 市政海水淡化厂的建设，将大大改进沿海城市的供水安全性，确保社会稳定。电厂本身可供电力和蒸 汽以及循环冷却排放水可作为海水淡化厂进料海水，市政海水淡化厂结合电厂建设，可达成多赢局面： ( 1 ) 既可：箝省初期投资费用，又可降低市政海水淡化厂的运营成本。2 5 1电厂化学2 0 0 9 学术年会暨中国电厂化学网2 0 0 9 高峰论坛会议论文榘2 0 0 9 1 0 武汉( 2 ) 利用海水淡化解决电厂自用水，开辟了另一个水源渠道，符合国家关丁二沿海地区积极利用海水 淡化的产业政策。 ( 3 ) 对于我国严重缺水的北方沿海地区，建设市政海水淡化厂是一个必然的选项，解决当地淡水资 源匮乏的快捷之举、可行之法。对于我国南方沿海地区，建设市政海水淡化厂可为当地储备淡水资源，紧 急时候保证当地居民和工业用户的淡水需求，确保社会经济的可持续发展。 海水淡化是2 l 世纪的新兴产业。我国沿海城市规划海洋产业，发展海洋产业( 包括海水淡化产业) 的潜力巨大。参考文献【l 】l ：反渗透水处理系统工程( 冯逸仙) 2 0 0 5 中国电力出版社【2 】2 0 0 7 海水淡化与水再利用西湖论坛大会报告文集【3 】2 0 0 8 亚太海水淡化与水再利用会议论文集【4 】水处理技术及工程实例( 王鼎臣) 2 0 0 8 化学工业出版社f 5 】0 0 9 亚太脱盐大会论文集
