海水淡化技术在我国南海海岛开发中的应用

海水淡化技术在我国南海海岛开发中的应用

随着海岛开发项目的增多，解决海岛淡水资源的稀有性变得越来越重要。尤其是在远海岛地区，淡水短缺已成为遏制海岛发展的重要因素。而解决淡水匮乏问题主要有两条途径：传统的通过运输船转运淡水；在海岛上建设海水淡化工程。海水淡化技术作为淡水资源增量的一种新型技术，具有水源丰富、水质安全、占地小、供给稳定等优势。而反渗透作为海水淡化中的一项重要技术，具有成本低、能耗小、效率高等特点。1美国海水淡化工厂海水淡化即将海水脱盐生产淡水。最早的海水淡化想法出现在250年前的英国王室，而直到1954年，第一座海水淡化工厂才诞生于美国。到目前为止，全球海水淡化技术超过20余种。1.1中国海水淡化产业的发展现状中国海水淡化技术研究始于1958年，但受限于技术匮乏等多方面原因，中国海水淡化发展较为缓慢，但随着中国政府对海水淡化越来越重视，“十一五”期间海水淡化得到飞速发展；在发改委出台的《“十二五”海水淡化产业发展规划》形势背景下，最近五年中国的海水淡化产业迎来发展黄金期。截至2015年底，中国海水淡化产量已达到1085940t/d。中国海水淡化工程工程生产的淡水主要有两个用途：北京、天津、山东等北方地区，主要用于钢铁、电力等工业用水；浙江、广东等南方地区，主要用于沿海及海岛的生活用水。1.2海岛海水淡化技术应用海岛海水淡化技术与一般海水淡化技术其实并没有太大不同，但是由于海岛所处地理环境的特殊性，并不是任何一种海水淡化技术都适用于海岛建设。而目前海岛海水淡化中应用最广泛的是反渗透技术。初步统计，截至2014年底，中国建成投产的海岛海水淡化工程总产水量约125000t/d，这一数据只占全国总量的13%左右，说明海岛海水淡化的发展前景还非常广阔。2解决用水标准在海岛建设过程中，需要的淡水量是庞大的，混凝土搅拌用水、植被修复浇灌用水、施工人员的生活用水等；海岛建设完成后，海岛运营同样需要大量的淡水资源，建设一座满足需求的海水淡化工程显得格外重要。2.1成本低2.1.1本细胞细胞表以笔者所在的海岛建设项目为例，运输船一趟可载水38t，成本明细如表1所示。每吨水成本约为47.07元，考虑到海岛建设过程中在船运输水的同时，运输船也运输其他建筑材料等，所以运水成本采取折半计算的方法，即每吨水的成本为23.54元。2.1.2每斤水的成本以笔者所在的海岛建设项目中的海水淡化工程为例，每天可生产200t淡水，每吨水的成本明细如表2所示。笔者统计的2种海岛淡水增量方式的成本虽然不是十分精确的数据，但是也能够客观反映海水淡化技术相较于传统的船舶运输淡水在成本上的巨大优势。2.2件件的天气影响相对于传统的船运输淡水的方式，海水淡化工程建立在海岛上，对于环境要求小，能源供给方式灵活，不会因为客观原因而导致中断产水。同时由于机械的稳定性，产水量稳定，不会出现时有时无时多时少的情况。即使偶尔出现机械故障，也可很快安排维修人员维修，不会造成长时间的缺水问题。而船运输淡水受天气影响较大，一旦遇到恶劣天气，船舶无法航行，直接导致海岛供水暂停，而且有时海域上的恶劣天气持续时间较长，可能直接导致海岛上长时间缺水。以笔者所在的海岛项目为例，在2017年冬季的某段时间，受冬季大风的影响，海洋环境恶劣，运输船不得不到避风港抛锚3d，由于海岛储备淡水有限，到第3d时，剩余淡水仅能保障岛上人员的生活用水，无法满足生产用水要求，直接导致海岛建设进度滞后。3海水处理技术的选择海水淡化技术可概括为两大类，即化学方法和物理方法。其中物理方法是目前应用最为广泛的，而物理方法中应用最广泛的则是反渗透膜法和热方法。3.1反渗透复合膜脱盐率高反渗透技术也称为RO技术，是目前最有效最节能的膜法液体分离技术，它可以阻挡所有溶解性盐及分子量大于100的有机物，但允许水分子透过，反渗透复合膜脱盐率一般大于98%。3.1.1反渗透浓溶液反渗透的原理是在进水（浓溶液）侧施加压力以克服自然渗透压，当高于自然渗透压的操作压力施加于浓溶液侧时，水分子自然渗透的流动方向就会逆转，进水（浓溶液）中的水分子部分通过膜成为稀溶液侧的净化产水。3.1.2反渗透水处理技术以笔者所在的海岛项目的海水淡化工程为例，海水一共需要经过5道淡化工序才能淡化为符合国家生活水水质标准的淡水，而反渗透作为最后一环，起到至关重要的作用。某海岛反渗透海水淡化工艺流程如图1所示。3.1.3透技术的特点反渗透的优势如下：(1)成本低。(2)可结合多种能源供给方式。(3)节能环保。在应用反渗透技术淡化海水过程中，无有害气体排放，无噪音污染，可使用清洁能源，相比于化学方法来说，节能环保符合国家建设生态海岛的目标要求。(4)工艺简单。反渗透技术原理简单，工艺流程清晰，且可实现自动化生产，大大节约了劳动力成本，一般一个海水淡化工程只需要1～2个操作人员即可。3.2从热法点火的原理，原理热方法即蒸馏法，利用盐的沸点远高于水的沸点的原理，把海水加热至100℃（沸点），水分子蒸发为水蒸气，冷却后收集即为淡水，达到海水脱盐变淡的目的。3.2.1煤炭燃烧的热热方法一般通过建造锅炉来将海水加热，而加热锅炉需要用到煤炭，对于海岛项目来说，需要通过运输船将煤炭转运至海岛。这不但加大了海水淡化的成本，煤炭燃烧造成的大气污染也有悖于国家建设生态海岛的初衷。由于海水的腐蚀性，导致锅炉的使用寿命不长，同时由于长时间加热，导致锅炉内极易产生水垢，此两点作为热方法的难点，长时间抑制了热方法的发展。一般来说，热方法适用于沿海陆地上，对于海岛建设中的海水淡化工程，热方法显然不是最佳选择。3.2.2热方法在海岛的应用近年来，热方法技术有所发展，但无重大突破，主要进展是单机容量增加，可以达到10万t/d。通过软件开发，优化系统配置，以及阻垢剂和抗腐蚀性金属的加入，每天产水量也十分稳定，热方法的优势也逐渐显现出来。而通过电厂配套的模式，可以达到产水+产电的效果。通过电厂产电的余热来将海水蒸发，可以将能源再利用。以天津大港电厂为例，在发电厂中引入海水淡化装置，每天可产淡水约5500t，淡水成本约为7元/t。很显然，热方法并不适用于海岛，仅在沿海陆地上优势明显。受限于海岛条件，最适合于海岛建设海水淡化的技术为反渗透。4海岛海水淡化技术的选择解