海水淡化技术国内进展及其在循环经济中的应用vrp.docx

海水淡化技术国国内进展及其其在循环经济济中的应用阮国岭，尹建华华，赵河立、吕吕庆春、于开开录（国家海洋局天天津海水淡化化与综合利用用研究所，天天津，3000192）摘 要：淡水水资源短缺以以及水污染是是人类在新世世纪面临的主主要资源和环环境问题，其其解决办法包包括开源、节节流和治污。在在众多措施中中，海水淡化化不仅可以生生产大量的优优质淡水，其其技术还可以以用于工业废废水的处理，在在实现水资源源回用的同时时，还有望回回收有用物质质，从而减少少和避免废水水的排放。本本文主要介绍绍了海水淡化化技术研究在在国内开展的的情况，并简简要介绍了该该技术在氯化化铵废水处理理方面的一个个实例。关键词：海水淡淡化，工业废废水，进展，循循环经济The Advvancemment oof Seaawaterr Desaalinattion iin Chiina annd itss Appllicatiion inn Cyclling EEconommyAbstracct: Thhe shoortagee of ffreshwwater and wwater polluution are tthe twwo maiin envvironmmentall probblems in thhe neww centtury, whichh coulld be resollved wwith ssuch wways aas expploitaating new wwater resouurces, conttrolliing thhe exhhaustiion off wateer andd elimminatiing thhe watter poollutiions. Amongg themm, seaawaterr desaalinattion ttechnoology has ddrawn much attenntion. Besiides pproduccing hhigh qqualitty freeshwatter, iit alsso cann be uused iin treeatingg convventioonal wwastewwater. Duriing thhis prrocesss, nott onlyy the waterr resoourcess are recyccled aagain, but the uusefull subsstancees aree obtaained from the wwastewwater. So tthe emmissioon of wasteewaterr can be deecreassed orr avoiided. This paperr willl pressent tthe deeveloppment of seeawateer dessalinaation in Chhina. In addditioon, thhe appplicattion oof it in deealingg withh NH4Cl-coontainning wwastewwater will be inntroduuced.Key worrds: Seawaater ddesaliinatioon, Inndustrrial wwastewwater, Advaancemeent, ccyclinng ecoonomy1前言中国是水资源大大国，同时也也是人均水资资源贫国，其其人均水资源源量为22220立方米，居世世界第1000位之后。近近20年来中国国沿海地区经经济发展迅速速，在国民经经济中占有举举足轻重的地地位。但是沿沿海城市的缺缺水形势极为为严峻，沿海海工业城市的的人均水资源源量大部分低低于500立方米米，处于极度度缺水境况。中国一方面淡水水资源不足，而而另一方面水水污染非常严严重。一般的的城市污水可可通过传统的的生化处理达达标排放，或或进行深度处处理之后实现现资源回用，这这方面国内外外都有众多的的工程实例，且且研发活跃。而而对于工业废废水特别是无无机工业废水水，由于其无无法生物降解解，处理的难难度较大，实实现回用的实实例更少，是是废（污）水水处理的老大大难问题。海水淡化是解决决沿海城市和和地区淡水不不足的有效措措施之一，截截止到20003年12月31日，全球范围围的淡化水产产量已经达到到3775万立立方米/日，解决了了1亿多人的用用水问题。历历经50余年的发发展，海水淡淡化成本大幅幅度降低，技技术成熟程度度显著提高，不不仅是沿海地地区淡水供应应的有效选择择，而且利用用海水淡化集集成技术，还还可以处理工工业废水，一一方面从工业业废水中得到到优质的淡水水，实现水资资源的高用途途回用，同时时对过程的浓浓缩水进一步步处理，还可可提取有用的的物质，实现现环境与资源源的双赢。其其产业化推广广不仅有望缓缓解我国沿海海的淡水不足足问题，在内内陆地区用于于工业废水处处理，还可促促进循环经济济的发展。2中国海水淡化化技术的发展展历程中国海水淡化技技术是在政府府支持和国家家重点攻关项项目驱动下发发展起来的，电电渗析、反渗渗透和蒸馏法法（多级闪蒸蒸、压气蒸馏馏和低温多效效蒸馏）等海海水淡化技术术的研究开发发，都取得相相当大的进展展。19588年首先开展展电渗析海水水淡化的研究究，196771969年国国家科委和国国家海洋局共共同组织了全全国海水淡化化会战，同时时开展电渗析析、反渗透、蒸蒸馏法等多种种海水淡化方方法的研究，为为海水淡化事事业的发展奠奠定了基础。1965年，山山东海洋学院院化学系在国国内最先进行行反渗透CAA不对称膜的的研究；上世世纪70年代进行行了中空纤维维和卷式ROO膜及元件的的研究，并初初步工业化。“七五”以来，反渗透海水淡化技术的开发研究一直列入国家重点攻关项目，“七五”期间完成了中、低盐度反渗透膜和组件的研制，建立了海岛苦咸水淡化示范工程；“八五”期间，在中盐度反渗透膜的研制方面取得了很大进展；“九五”攻关使新型的聚酰胺复合膜中试放大成功，结合关键技术和设备引进，现已生产聚酰胺复合膜产品。1997年在浙江舟山市嵊山镇建造了500立方米/日反渗透海水淡化示范工程，吨水耗电5.5度以下，技术经济指标具有同等容量的世界先进水平。目前我国已建和在建的海水淡化装置10多个, 以反渗透法为主，已建成最大反渗透海水淡化工程为5000 m3/d。另外，还开展了NF-RO集成海水淡化的研究。浙江玉环电厂的30000吨/日双膜法海水淡化工程已完成招标合同，建成后将成为国内最大的海水淡化同类工程。上世纪60年代代原船舶工业业部上海7004研究所开开发了5 mm3/d级的压汽汽蒸馏淡化装装置和利用柴柴油机缸套水水余热的闪蒸蒸淡化装置装装备舰船使用用。70年代-80年代初初，天津市科科委支持了日日产淡水百吨吨级的多级闪闪蒸中试研究究，取得一定定的设计参数数和经验。880年代以后后，国家海洋洋局天津海水水淡化与综合合利用研究所所进行了300 m3/d规模的压压汽蒸馏装置置开发工作，其其研究内容包包括30 mm3/d竖管常压压压汽蒸馏装装置和30mm3/d水平管负负压压汽蒸馏馏装置（操作作温度72）以及30mm3/dOTEE/VC淡化化装置。以上上研究工作取取得的成果和和过程中遇到到的问题为后后期研究积累累了丰富的经经验，对于我我国蒸馏法海海水淡化技术术的发展起到到了重要的推推进作用。1987年大港港电厂从美国国ESCO公司司引进两套33000 mm3/dMSFF海水淡化装装置，与离子子交换法结合合，解决锅炉炉补给水的供供应，运转至至今取得了显显著的经济和和社会效益，自自1994年开开始参照引进进的多级闪蒸蒸海水淡化装装置，开发生生产出日产11200 mm3淡水的多级级闪蒸系统原原型中间试验验装置。19998年完成成安装，此设设备出水电导导率在2.777s/ccm之间,产水量最大大约45 mm3/h，尚需进进一步进行改改进工作。国家海洋局天津津海水淡化与与综合利用研研究所研制的的60 m3/d低温双效效压汽蒸馏工工业试验装置置于20033年3月投入运行行，并装瓶销销售。此举不不仅解决了海海水淡化装置置从单效变多多效的效间接接口问题，而而且在工业规规模上验证了了蒸发/冷凝的传热热系数和污垢垢系数2，3，为工业业规模的多效效蒸馏装置的的设计和制造造奠定了技术术基础。2004年6月月由国家海洋洋局天津海水水淡化与综合合利用研究所所设计的30000 m33/d的低温多多效蒸馏海水水淡化工程在在山东黄岛发发电厂一次试试车成功并通通过9个多月的运运行考验。该该装置系国内内第一台完全全自主知识产产权的多效蒸蒸馏海水淡化化装置，装置置的国产化率率达99%。该装装置的建设完完成表明我国国已初步掌握握大型低温多多效蒸馏海水水淡化的成套套技术。另外外，100000 m3/d的多效蒸蒸馏示范工程程已完成设计计，近期将开开工建设。除了自主设计建建造的蒸馏淡淡化工程外，2003年河北黄骅发电厂签约从法国Sidem公司引进2×10000 m3/d热压缩多效蒸馏海水淡化装置，将于2006年下半年投入运行。2004年，天津经济技术开发区签约从美国WEIR热能公司引进10000 m3/d低温多效装置，计划于2005年底投入运行。3海水淡化典型型案例3.1 长海县县海水淡化工工程长海县10000 m3/d反渗透海海水淡化工程程于19988年8月开始设计计，同年100月底开始建建设，于19999年6月正式运行行，11月举行了了竣工典礼。具具体的运行数数据如下：2001年县政政府决定对第第一期工程进进行扩容改造造，使淡化水水的总产量达达到15000m3/d。在没没有增加厂房房的前提下对对首期工程进进行了扩容，改改造后的能量量回收系统采采用国际最先先进的压力交交换回收装置置，高压泵由由过去的柱塞塞式变成离心心式，使得淡淡化装置的运运行噪音从1110分贝降降表1长海县大长长山岛10000 m3/d海水淡淡化工程运行行数据项目指标 （元/mm3）絮凝剂0.034NaHSO30.020阻垢剂0.059Na2CO30.009清洗药剂0.098主机电耗2.94附属设备电耗0.70工资福利费0.105维修费用0.267管理费用0.025膜更换费用(每每三年更换一一次)0.679冬季加热费用0.70运行成本合计5.636固定资产折旧(综合折旧率率5%，残值4%)1.650造水总成本7.286低到80分贝以以下，改善了了操作环境，工工程改造和扩扩容的总投资资470万元元，改造后系系统的运行成成本见下表：表2 改造后后的海水淡化化造水成本项目指标（元/m33）絮凝剂0.034NaHSO30.020阻垢剂0.059Na2CO30.009清洗药剂0.098主机电耗2.10附属设备电耗0.70工资福利费0.105维修费用0.267管理费用0.025膜更换费用(每每三年更换一一次)0.679冬季加热费用0.70运行成本合计4.796固定资产折旧(综合折旧率率5%，残值值4%)1.500造水总成本6.2963.2 沧州化化学工业股份份公司高浓度度苦咸水淡化化工程该项目包括：44套反渗透淡淡化系统，每每一套系统的的日产水量为为4500mm3，系统总产产水量180000m3/d。预处理理采用单级的的细砂多介质质过滤，每一一套系统由66个直径3.22米的过滤器组组成,运行中采用用5用1备的模式。工工程于20000年10月试运行行，20011年3月举行竣工工典礼。有关关该工程的投投资和运行数数据见下表。表3 沧化苦咸咸水淡化工程程运行情况项 目指 标额定产水量(mm3/d)4×4500实际产水量(mm3/d)4×3840原料水TDS(mg/l)15000产品水TDS(mg/l)300药剂消耗(元/ m3)0.320电力消耗(吨水水电耗3.44度, 元/ m3)1.292工资福利费(元元/ m3)0.124维修费用(元/ m3)0.148管理费用(元/ m3)0.022膜更换费用(每每三年更换一一次) (元/ m3)0.410运行成本合计(元/ m3)2.316固定资产折旧(综合折旧率率5%，残值4%)、贷款利息息 (元/ m3)0.788造水总成本(元元/ m3)3.1043.3 天津市市1000mm3/d海水淡淡化示范工程程该示范工程由天天津市科委主主导，国家海海洋局天津海海水淡化研究究所进行技术术集成，20003年底建建成投产，有有关技术指标标为：吨水动动力消耗4kkWh，运行行成本（含加加热费用）低低于5元。除了为为天津港散货货物流码头提提供用水外，示示范工程还优优化高污染寒寒冷地区海水水反渗透的工工程技术，在在此基础上搭搭建技术平台台，为环渤海海地区海水反反渗透海水淡淡化提供标准准工艺流程。有有关工程的投投资和运行数数据见下表。表4 天津市11000m33/d海水淡淡化示范工程程项目指标原料水TDS(mg/L)36500产品水TDS(mg/L)3004000药剂消耗（元/m3）0.450电力消耗（吨水水电耗4.00度，（元/mm3）2.000工资福利费（元元/m3）0.438维修费用（元/m3）0.457管理费用（元/m3）0.088膜更换费用（含含微滤及反渗渗透膜）（元元/m3）0.752冬季加热费用（元元/m3）0.800运行成本合计（元元/m3）4.985固定资产折旧（综综合折旧率55%，残值4%）（元/m3）1.462造水总成本（元元/m3）6.4463.4 黄岛发发电厂30000m3/dMEDD淡化工程黄岛发电厂30000m3/dMEDD海水淡化工工程由国家海海洋局天津海海水淡化所提提供施工图设设计，华欧电电力工程公司司负责设备加加工和安装，工工程总投资22400万元元。该工程于于2003年5月开始开工工建设，20004年6月竣工并开开始试运行，2004年9月投入正式运行，电厂的锅炉补水已全部由该淡化装置的产品水所取代。该装置由九效蒸蒸发/冷凝器及一一效冷凝器（不不含蒸发）组组成，成一字字形排列，装装置总长度667米，蒸发器直直径4米，装置基础础占地64.6米×7米。日产淡水水3000 m3，产品水含含盐量5mgg/l,造水水比约为100，吨水动力力消耗1.665kWh(含取水耗电电)，主要用于于电厂锅炉补补水。该工程程的有关技术术参数和运行行成本见表66和表7。4海水淡化技术术的综合应用用4.1 在氯化化铵废水处理理中的应用兖矿鲁南化肥厂厂的氯化铵废废水治理工程程采用反渗透透和MED结结合的海水淡淡化技术，由由国家海洋局局天津海水淡淡化研究所提提供施工图设设计，天津市市海跃水处理理高科技有限限公司负责设设备加工和安安装，20003年9月开开始设计，22003年111月开始设设备加工，22004年33月正式投入入生产。该装装置处理两种种浓度的氯化化铵废水，一一种氯化铵含含量为0.11%,一种氯氯化铵含量为为2.5%；装置的低浓浓度废水处理理能力1000m3/h，高浓浓度废水处理理能力为400 m3/h，回收收淡水1200 m3/h，淡水水的水质为TDS<15mmg/L，回回收农业级氯氯化铵1.11t/h，氯氯化铵废水膜膜浓缩工段的的吨水耗电为为2.5 kkWh（包括括表5黄岛发电厂厂3000mm3/d MEED海水淡化化装置主要技技术参数及特特性项 目指 标额定进料量（mm3/h）275海水总需求量（m3/h）583 进料海水盐含量量（mg/LL）35500 进料温度（°C）平均20加热蒸汽温度（°C）152加热蒸汽流量（t/h）12.5产品水及浓盐水水的排放温度度（°C）40 浓盐水排放量（m3/h）137.5最高操作温度（°C）71.5电力供应3相，380VV，50Hz浓盐水盐含量（mg/L）71000 单效重量（t）26-32表6黄岛发电厂厂3000mm3/d MEED海水淡化化装置的成本本项 目指 标(元元/ m3)药剂消耗 0.36电力消耗 (吨吨水电耗1.65度)0.61工资福利费 0.45维修费用 0.41管理费用 0.12蒸汽消耗 (造造水比10)1.6运行成本合计 3.55固定资产折旧(综合折旧率率5%，残值值4%)、贷贷款利息 1.18造水总成本4.73产品水输送），蒸蒸发工段的电电耗为每吨氯氯化铵耗电1100 kWWh。该工程程的运行成本本见表7-88。该项目受到全国人人大环境执法法小组专家和和国家环保总总局领导的高高度称赞，004年6月国国家环保总局局领导考察鲁鲁化废水治理理工程后表示示要在鲁化举举行一个全国国性的现场经经验交流会，推推广应用该项项技术。4.2 在氯碱碱行业的应用用某碱厂位于北方方沿海缺水城城市，自备有有热电厂，拟拟建设低温多多效蒸馏海水水淡化工程。海海水淡化工程程的首期造水水能力为1万吨/天，产品水水供碱厂及自自备电厂自用用，浓盐水供供碱厂制碱化化盐使用。拟使用自备电厂厂的25MWW机组的末端端排汽作为为为1万吨/天低温多效效装置的加热热蒸汽。目前前，汽轮机末末端排汽的温温度约为70080，压力约为为0.0077MPa。由由于蒸汽品质质较低，无法法直接作为低温多效效装置的加热热蒸汽，需要要对汽轮机的的运行工况进进行调整。据据测算，将汽汽轮机的末表7 氯化铵生生产成本统计计表（所有费费用均按每吨吨氯化铵计）项目单位成本 (元元/ t)蒸汽250.00编制袋31.5动力电50折旧82.47维修费29.79工人工资14.00职工福利费1.96生产成本459.72表8 纯水生产产成本统计表表（所有费用用均按每吨纯纯水计）项目单位成本 (元元/ m3)动力电消耗1.25设备折旧0.34维修费0.12膜更换费用0.40化学药品消耗0.2工人工资0.09职工福利费0.01生产成本2.41端排汽温度调整整为76的饱和蒸汽汽，汽轮机的的排汽量为552t/h，可可以满足1万吨/天低温多效效蒸馏海水淡淡化装置的用用汽需要，发发电机组的发发电能力将降降低915kkW，相当于于海水淡化使使用的76的饱和蒸汽汽的成本为117.6kWWh（以0.4元/kWh计，相相当于7.004元）。25MMW机组的冷冷却系统为淡淡水循环冷却却，使用两台台160kWW的循环水泵泵，由于上马马海水淡化工工程，由低温温多效海水淡淡化装置充当当汽轮机的冷冷凝器，可节节约电力消耗耗320kWW。另外由于于海水淡化装装置替代了淡淡水循环冷却却系统，从而而节约了200t/h的淡淡水补水消耗耗，和相应的的药剂消耗。综合上述各种因因素，低温多多效装置所使使用的蒸汽基基本不为发电电机组增加额额外费用。以以蒸汽费用88元/吨，装置造造水比8计算，1万吨/天低温多效效蒸馏海水淡淡化工程的造造水成本如下下表所示：如上表所示，11万吨/天低低温多效蒸馏馏海水淡化工工程的造水总总成本为4.172元/吨，远低于于此碱厂目前前78元的的锅炉补水成成本。海水中含有多种种离子，而海海水淡化的浓浓盐水同原海海水相比有明明显的升高。浓浓盐水中的主主要盐类为氯氯化钠，而制制碱工艺的主主要原料就是是氯化钠，使使用浓盐水代代替淡水作为为化盐水有可可能节约化盐盐成本。虽然然去除浓盐水水中的硫酸根根、钙、镁等等离子需要一一定的费用，但但综合计算，使使用1吨浓盐盐水可为制碱碱工艺带来558元的额额外收益。表9 某碱厂110000mm3/d MEED海水淡化化装置的成本本项 目指 标(元元/ m3)药剂消耗 0.450电力消耗 (吨吨水电耗1.6度)0.640工资福利费 0.087维修费用 0.387管理费用 0.017蒸汽消耗 (造造水比8)1.000运行成本合计 2.581固定资产折旧(综合折旧率率5%，残值4%) 1.239贷款利息0.352造水总成本4.1724.3 在电厂厂循环经济中中的应用正在筹建的某滨滨海发电厂，一一期工程装机机容量为20000MW，厂厂址附近为某某大型盐场。电电厂配套建设设20万吨/天低温多效效蒸馏海水淡淡化工程，为为电厂自身和和周边地区供供水。同时，电电厂使用海水水循环冷却。其中低温多效蒸蒸馏海水淡化化工程的造水水成本如下表表所示：表10 某电厂厂200,0000m3/d MEED海水淡化化装置的成本本项 目指 标(元元/ m3)药剂消耗 0.35电力消耗 (吨吨水电耗1.264度)0.379工资福利费 0.021维修费用 0.564管理费用 0.004蒸汽消耗 (造造水比8)1.54运行成本合计 2.858固定资产折旧(综合折旧率率5%，残值4%) 1.786贷款利息0.858造水总成本5.502海水淡化过程中中排出的浓盐盐水和发电厂厂排出的浓缩缩冷却海水全全部引入盐场场，利用太阳阳能，把浓海海水制成中度度卤水，中度度卤水采用空空气吹溴法提提取溴素，提提溴后的卤水水再进入蒸发发池继续蒸发发为饱和卤水水，饱和卤水水分别进入结结晶池和真空空制盐厂，生生产原盐和精精制盐。剩下下的制盐母液液进入盐化工工生产工序，把把其中所有无无机盐全部分分离，生产出出氯化钾、氯氯化镁、硫酸酸镁等化工产产品。至此，全全部海水被“吃干榨净”，无废液排排入大海，实实现了“零排放”。同时，由于海水水淡化后排出出的浓盐水比比一般海水高高出近一倍，大大大提高了盐盐的产出效率率，在增加盐盐产量的同时时可节约现有有盐场用地222.5平方方公里，如果果维持原盐产产量不变，则则可以节约556平方公里里的盐场用地地。电厂所产生的粉粉煤灰、石膏膏等传统意义义上的废弃物物，被用来开开发生产出新新型建材产品品，可把电厂厂自身的粉煤煤灰、石膏全全部消化利用用，同时省却却了灰场用地地。5结语1、21世纪中中国面临缺水水和水污染的的双重压力，开开发水资源和和治理污染任任重道远。2、海水淡化技技术可以为沿沿海地区解决决优质淡水，中中国的海水淡淡化已经起步步，发展前景景广阔。3、海水淡化技技术的发展为为工业废水的的治理和回用用提供了新的的选择，需要要推广应用以以减轻废水对对环境的污染染。4、以海水淡化化为龙头，走走造水和资源源综合利用的的循环经济之之路，在中国国具有广阔的的前景。参考文献1 Ruaan Guooling, The Proceeedinggs of the CChina-ASEANN Workkshop on Maarine Sciennce annd Tecchnoloogy, OOctobeer, 20003, BBeijinng, Chinna2 解利昕昕、阮国岭等等，水处理技技术，20000.2： p90-923 尹建华华、吕庆春、阮阮国岭，海洋洋技术，20002.4：p22-225