海水淡化技术介绍

海水淡化技术及建设投资运行成本介绍

1.海水淡化技术发展现状

海水淡化又被称为海水脱盐，也就是从海水中获取淡水的技术和过程。从海水中取出淡水或者除去海水中的盐分，都可以达到淡化的目的。从这两条路线出发，海水淡化分为两类。采用从海水中分离出淡水的方法又可以细分为蒸馏法、冷冻法、反渗透法、水合物法和溶剂萃取法；而第二类则包括电渗析法和离子交换法。其中目前得到大规模商业应用是反渗透法和蒸馏法。

（1）反渗透海水淡化技术

对透过的物质具有选择性的薄膜称为半透膜，一般将只能透过溶剂而不能透过溶液的薄膜称之为理想的半透膜。当半透膜把不同浓度的溶液隔开后，在自然情况下，水流是从低浓度盐水侧往高浓度盐水侧流动；当在高浓度盐水侧加上一个适当的压力后，也会将水从高浓度侧压到低浓度侧，见图1。反渗透海水淡化就是利用该原理，用高压泵将海水增压后，借助半透膜的选择截留作用来除去水中的无机离子得到淡水。由于反渗透膜的截留粒度小于10×10-10 m，所以反渗透海水淡化同时能滤除各种细菌、病毒，获得高质量的纯水。

图1. 反渗透海水淡化技术原理

一般说来，反渗透海水淡化工艺包括四部分：预处理、反渗透、后处理及清洗系统，图2是一种反渗透海水淡化系统的典型工艺流程。

图2. 反渗透系统典型工艺流程图

预处理系统的目的是为了充分发挥反渗透淡化系统的技术优越性，保障良好的设计性能和长时间的安全运行，特别是为了保证膜的使用寿命（一般情况下，自来水和苦咸水反渗透膜的使用寿命为5年，而海水膜的使用寿命为3年）而设置。由于供给的源水不同，其水质组成与杂质成分千差万别，预处理系统也有很大的区别，在决定预处理系统时需要丰富的基础理论知识和工程实际经验。

反渗透装置的主体由反渗透膜堆和高压泵两部分组成，反渗透组件是整个系统的心脏部分，而高压泵是系统的关键部件。高压泵把进水升压至不同的压力进入膜堆，透过膜的水作为产品水，而未透过膜的作为浓盐水排放。其设计的核心在于根据不同的原水水质安排不同的回收率，以及通过流程及设备的选用使系统尽可能的节能。一般情况下自来水及苦咸水回收率可以做到45%∼75%，有些系

统的回收率甚至做到90%以上，而对于海水反渗透系统，大中型装置可以做到30%∼50%。

后处理系统的目的是调节产品淡水的水质，使之符合使用的要求。当需要产品水进入自来水管道时，一般也要增加后处理工艺。通常，反渗透的产品水呈弱酸性，不是最佳的饮用水，直接进入供水管网时会对铁制的管网系统产生腐蚀，产生红水现象等。后处理的常用方法是投加石灰、苏打或火碱以提高碱度或硬度，另外，也需要投加少量的次氯酸钠以防止细菌的滋生。

（2）蒸馏海水淡化技术

蒸馏法海水淡化技术有：多级闪蒸、多效蒸馏和压汽蒸馏等。其中，多级闪蒸主要采用给原料水加热升温、然后分多级分步降压的方法使海水中的水份逐渐蒸发，然后冷却其水蒸汽达到收集水的方法；多效蒸馏采用较高温度的水，随着其水份的蒸发和水温的降低，不断供应其热能的办法。压汽蒸馏法和多效蒸馏的原理相似，只是其热源是电能通过压缩机（机械能）压缩蒸发出来的蒸汽冷凝所释放出来的热（水的蒸汽-液体水的相变产生的热）。

图3. 低温多效海水淡化原理图

低温多效蒸馏的热源为70 ℃的蒸汽，操作温度低，大大改善了海水对传热管及设备本体的腐蚀状况，降低了装置的材料成本，水泵的动力消耗也大幅度下降，图3是低温多效海水淡化流程示意图，其特征是将一系列的水平管喷淋降膜蒸发器串联起来，用一定量蒸汽输入通过多次的蒸发和冷凝，后面一效的蒸发温度均低于前面一效，从而得到多倍于蒸汽量的蒸馏水。

经过多年发展，海水淡化应用地区和范围日益广泛，已成为部分沿海国家和地区的主要水源。据国际脱盐协会统计，截止到2008年底，全球共有14100个淡化工程，总产量约6348万立方米/日，为2亿多人供水。海水淡化技术不断进步，发展速度提升，产水成本已接近常规水源的供水价格；单厂和单机规模不断扩大，新建工程产量接近百万吨/日，可一次性解决百万人口的供水问题，受到国际社会日益广泛的重视。

2.典型规模的海水淡化设备造价

由于采用的工艺不同，海水淡化设备的造价有较大差异。一般来说，反渗透法海水淡化项目的投资在7000~10000元/吨水；低温多效蒸馏法海水淡化项目的投资在8000~12000元/吨水。

目前海水淡化所用的设备除了部分关键设备未实现国产化外，大多已有国产，而国产和进口设备的价格差别较大，同时工程建设、安装、管理水平的差异，实际工程的投资差别也会较大。

下面列举若干我国已有海水淡化工程的总投资，以便对海水淡化工程项目的造价有个直观的了解:

表1. 我国部分建设完工的海水淡化工程总投资

项目名称工艺特点总投资

嵊山500吨/天反渗透海水淡化工程

建设时间：1997年工艺：反渗透法

淡化水产量：500吨/天（25℃）

回收率：＞35%

淡水水质：符合标准《生活饮用

水卫生标准》（GB5749-85）

单位电耗：＜5.5kWh/t

616万元

天津1000吨/天反渗透海水淡化试验平台建设时间：2003年工艺：反渗透法

淡化水产量：1000吨/天（25℃）

淡水水质：符合标准《生活饮用

水卫生标准》（GB5749-85）

单位电耗：平均5.76kWh/t

1100万元

荣成万吨级反渗透海水淡化示范工程

建设时间：2003年工艺：反渗透法

淡化水产量：10000吨/天（25℃）

淡水水质：符合标准《生活饮用

水卫生标准》（GB5749-85）

8900万元

单位电耗：2.4元/吨水

黄岛电厂3000吨/日低温多效海水淡化工程

建设时间：2006年工艺：低温多效

淡化水产量：3000吨/天

淡水水质：达到锅炉补给水水质

要求

造水比：10

热力成本：1.6元/吨水

2400万元

对于典型海水淡化工程规模的造价可以参考下表：

表2. 典型规模的海水淡化工程建设投资

工程规模反渗透法建设投资低温多效法建设投资

100吨/日90~120万100~150万

500吨/日400~550万450~650万

1000吨/日700~900万900~1200万

10000吨/日7000~8000万8000~11000万

3.淡化水的品质以及与自来水管网的连接问题

海水淡化的工艺特点决定了淡化水具有良好的品质。不管是反渗透法海水淡化还是热法海水淡化，其产品水均能满足我国《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006），其中使用一级反渗透海水淡化的产水总含盐量（TDS）不大于300mg/L，二级反渗透海水淡化的产水总含盐量不大于30mg/L，低温多效蒸馏海水淡化的产水总含盐量不大于5mg/L。

目前，国内外有很多关于淡化水进入自来水管网的研究正在进行中，但一般认为，在充分考虑淡化水对管网腐蚀及结垢的影响，并进行适当预处理后可以进入自来水管网。

4.淡化水的制水成本

反渗透法海水淡化和低温多效法海水淡化的制水成本有较大差异。下面分别对两种海水淡化方法的制水成本进行叙述。

（1）反渗透法海水淡化成本