全球范围内海水淡化集成技术的最新技术和应用进展

1、海水淡化是解决淡水短缺的有效方式，但其高能耗的特性，限制了该工艺的推广与运用。对此主要开展了两方面的工作，一方面是不断改进海水淡化工艺，包括淡化技术、设备结构及能量回收装置等；另一方面是采用海水淡化集成技术。两者相比，后者的改造空间相对较大。海水淡化集成技术有利于充分发挥各工艺的特长从而提高能量的利用率，实现资源的优化配置，提高系统的能量利用率。海水淡化集成技术主要分为两种形式：一是不同海水淡化工艺的集成，二是能源和海水淡化的集成。1 海水淡化工艺的集成海水淡化，就是利用海水脱盐生产淡水的技术和过程。目前，海水淡化技术超过20余种，主流工艺包括多级闪蒸技术（MSF）、多效蒸播（MED）、压汽蒸

2、福（VC）、反渗透技术（RO）、电渗析法（ED）等，根据其原理可以归纳为热法、膜法两大类。海水淡化方法间的集成主要分为四种情况：一是热法与热法集成,如MSF+MED组合；二是膜法与膜法集成,如RO+ED组合；三是膜法与热法的集成，如RO+MSF、RO+MED等组合；四是预处理技术与海水淡化工艺的集成。其中，研究最多的是热法和膜法集成技术，已经运用到实际生产中；近年来，预处理方法与海水淡化的集成已经引起了行业广泛的关注，剩余两种集成方案研究较少。1.1 膜法与热法的集成热法海水淡化工艺，产水水质好、淡化水温度高、设备易结构、产水效率低等，而膜法海水淡化，产水水质低、依赖预处理、停启方便、产水效率

3、高，故两者在某种程度上事互补的。膜法和热法的集成，如RO+MSF组合。两者相耦合的思路：根据产品水标准，混合两种工艺的产品水，部分排热段的海水作为RO工艺的进料水，将两种工艺的浓盐水循环相结合。热法和膜法相集成的优点，可以归纳为如下：一是混合两者的产品水，可以满足不同的水质需求，降低生产费用；二是可以降低膜的更换率和MSF工艺设备的结垢性，降低系统的维修费用；三是，两者可共用取水和排放设备，降低投资费用；四是降低前处理和后处理工艺的操作费用和化学药品的投资费用。沙特阿拉伯的SWCC公司，在相同的操作压力和进料海水下，将NF+SWRO集成技术和SWRO工艺进行了试验对比，集成工艺的回收率为70%

4、,远远高于传统工艺的30%。世界上最大的多级闪蒸海水淡化厂是沙特的RAZZOUR海水淡化厂，同时也是世界上最大的热膜耦合（MSF+RO）工艺海水淡化厂，日产淡水量为1025000m3,其中MSF系统产水为769000m3。相比MSF工艺，低温多效蒸播（LT-MED）在设备投资和能耗方面更具优势，但是膜法与热法的集成只要集中在RO+MSF组合，RO+LT-MED工艺的研究较少。1.2 热法与热法的集成热法与热法的集成技术，主要指VC+MED工艺耦合，又可分为热力蒸汽压缩多效蒸播工艺（MED+TVC）和机械压缩多效蒸播工艺（MED+MVC）。前者是通过蒸汽热压缩器把低品位的蒸汽进行压缩，使之升压升

5、温，然后再作为热源加热海水蒸发，整个过程利用了低压蒸汽，达到节约热源和增加产水的目的；后者靠机械能转变为热能，不需要外部提供加热蒸汽，但压缩机造价高，易腐蚀，故难以大型化。目前，国内也开发出了MED+VC的工程实例，如国华(北京)电力研究院有限公司，自主研发出TVC-MED装置；首钢京唐公司采用MED+TVC海水淡化运行模式，实现了热、电、水的联产。1.3 预处理方法与海水淡化的集成超滤(UF)主要适用于溶液中大分子的分离与浓缩，微滤(MF)主要用于细菌和微粒的去除，纳滤(NF)不仅对有机物有较高的截留率，而且对无机离子进行选择性分离，适合海水的脱盐处理。UF用于海水的预处理，节约设备的占地面

6、积，减少化学药品的添加，延长反渗透膜的运行周期，主要归纳三类。一是NF+RO集成工艺，如沙特SWCC公司建立了该示范工程，在一定的运行条件下，相比传统工艺33%的回收率，集成工艺的回收率达到了70%;10年前，美国和日本国家的NF膜在水体利用率就已经达到了80%90%，采用NF-RO工艺，回收率可以达99%;山东长岛140t/d纳滤法制备饮用水示范工程于1997年建成，运行成功。二是NF+蒸播法集成工艺，降低进料海水大硬度，减少蒸播法的结构问题，如SWCC公司对该工艺进行了试验研究，产水能力为20m3/d的海水淡化装置，采用NF+MSF组合工艺，无任何防垢干预下，连续运行1200h,无任何结垢

7、现象。三是NF+膜法+蒸播法的深度集成工艺，如将NF+RO工艺产生的浓盐水作为MSF的补充水进料。此外，未来的膜工艺趋势，是将UF+NF+RO工艺集成，形成全膜法预处理工艺。1.4 膜法与膜法的集成膜法与膜法的集成，主要是指RO工艺与ED工艺相耦合。相比RO膜，ED膜适应更高的操作温度，不易结垢，无需预处理，常用于小规模的苦咸水处理。所以RO+ED工艺的的集成思路是，将RO工艺产生的浓盐水作为ED工艺的进料水，可以获取高品质的食盐，不仅可以减少浓盐水对环境的污染，还可以获得经济成本的补偿。近年来，正渗透（FO）和压力阻尼渗透（PRO）工艺成为渗透工艺的研究热点，前者用于浓缩废水，后者用于河流污

8、水产能，收集渗透能量，两者都具有高抗污染的性能。FO+RO工艺集成思路是可以将FO工艺预处理RO的进料海水，降低渗透压和淡化耗能。“FO+RO+PRO艺集成思路是，FO工艺处理进料海水，PROT艺用于处理RQS程产生的浓盐水，将其高渗透压能将其转化为机械能2 能源与海水淡化的集成技术能源与海水淡化集成技术，主要是指可再生能源和工业余热驱动海水淡化工艺。利用可再生能源驱动海水淡化，可以保护环境，避免传统能源带来的污染，是真正可持续的解决方案。利用工业余热驱动海水淡化装置，可以提高热能的利用效率，提高综合效益。2.1 风能海水淡化风能海水淡化按驱动方式，可分为两类，图1所示相应工艺的工程实例如表1

9、所示ROMVCED图1风能与海水淡化集成途径由于风能不稳定，相比MVC和ED技术，RO技术操作灵活，适应性高，能适应风电的波动性，故RO技术与风能结合在技术上更好。2.2 太阳能海水淡化太阳能在海水淡化工艺中的能量利用有两种方式：一是将太阳能转化为热能使海水2是太阳能与海水淡化技术耦合的形式，相发生相变，即太阳能蒸播海水淡化技术；二是将太阳能转化为电能，驱动海水淡化。目前太阳能海水淡化以蒸播法为主，图应的代表工程实例如下表2所7K风能得台工艺工程地点工槿视懊（mVd）雷注R0现讶LgMoriscosTt200uerteventura鸟64风电装机容量225kW,霜邮1更为俅OkWBStUtsi

10、raS1440德国HTgulcfiiJ与23040中国堰建东山县10000中国江苏大丰书10000非并网风静褥水淡化示范项目ED中国，漂出苣24MVC德国日otkum鸟7.2-48可应用于展近地区及孤立海岛德国Ru强门H岛120-300图2太阳能与海水淡化技术的耦合形式表2部分太阳能海水淡化代表工程太阳能耦合工艺地点产水规模（m3/d）MSF德国Berken市10意大利Bari市5MED意大利IUniversityofAncona30RO意大利Lipari岛2巴西Ceara市6埃及AlexandriaUniversity30中国大鱼山岛5MD（膜蒸储）葡萄牙PortoSanto岛300ED日本

11、Fukue市200综上分析，目前世界各地都在大力推动太阳能海水淡化技术，太阳能海水淡化技术,已经成为海水淡化的主流技术之一。核能是一种高效、清洁的能源。目前核能的利用包括通过建立核电站发电和利用低温核反应堆供热，相应的核能海水淡化厂也有两种形式，“一种是以海水淡化为单一目的的核能淡化厂，一种是发电、供热和制淡多目的的核能淡化厂。1973年，苏联在哈萨克斯坦建立一座集多目的一体的BN-350核能反应堆海水淡化厂，成功运行26年，证明了核能海水淡化的可靠性。1994年，加拿大为了提高CANDU-6型核电站的安全性和经济性，对核电站进行了改进，使CANDU-6型重水反应堆与反渗透海水淡化装置相耦合。

12、1997年，韩国启动核能海水淡化研究计划，开发了制淡和发电双目的的SMART反应堆，采用热力蒸汽压缩多效蒸播淡化工艺。俄罗斯开展了耦合核能浮动发电厂与MED工艺的研究工作，并与加拿大合作，研究了核能浮动发电厂与RO工艺的耦合方案。阿根廷开展了CAREM反应堆与海水淡化耦合研究方案，反应堆热功率为100MW,电功率27MW,淡水产量为1000mWd。目前，印度正在实施的HPWR反应堆核能海水淡化项目，将改造的两座170WM的压水型重水核反应堆与多级闪蒸海水淡化厂和反渗透海水淡化厂相耦合，其中多级闪蒸的能力为4500m3/d,反渗透的能力为1800m3/d。我国核能海水淡化的研究，主要围绕在安全性

13、较高的中小型核反应堆。2003年，我国开展山东核能海水淡化示范工程研究工作，整体采用NHR-200核能供热反应堆与高温竖直蒸发管多效蒸播海水淡化系统耦合。始建于2010的红沿河核电海水淡化工程，完全由我国自主设计建造，海水淡化系统采用了超滤预处理和反渗透双膜法（UF-SWRO）工艺，日产淡水10080m3。福建宁德核电厂海水淡化工程，采用传统预处理和RO工艺，日均产淡为11000m3。综述分析，若选择RO工艺，最经济的核能海水淡化方法是反应堆耦合预热给水系统；若选择MED单目的的核能海水淡化系统，则海水淡化系统更适合与中小型反应堆相耦合。在过去的几十年，核能技术和海水淡化技术已经被世界上许多国

14、家大规模的利用，并且都已发展为成熟的商业技术，两者结合起来，将会将会越来越有前途和市场。3 集成技术的优化分析海水淡化集成技术的优化是一个非常复杂的工程问题，涉及到系统的投资费用和操作费用。前者包括淡化厂位置的选择、工艺设备的选着、输送网络的选着及供能系统的选择等，后者能源消耗费用、化学试剂的消耗费用、操作和维护费用等。优化的目的是降低海水淡化的经济成本和环境影响，提高整体的综合效益。海水淡化的优化策略，应该遵循以下原则：一是最大限度的使用现有资源，分析现有的生产状态，找出系统的优缺点和约束条件，结合相应的工艺，提高资源的利用率；二是确定代替方案的选定，可根据系统的需求，确定相应的配置比例，并且对不同的方案进行经济评价和综合评价。海水淡化的优化方法一一建立优化模型，并且对模型求解。例如离网型风光发电驱动海水淡化系统，优化模型以最小发电成本为优化目标，