用海水淡化法解决海岛用水

收稿日期： ２００５－０６－２５ 作者简介： 陈益棠 （ １９４５－） ， 男， 研究员， 主要从事膜法水处理开发和应用； 联系电话： ０５７１－８８９３５３６９。
６６ 海水提取成本费包括提取管道系统或者沟渠、 筛滤装置， 海水池和海水泵等辅助设备。 反渗透装置 的海水提取量是淡化水产量的 ２!３ 倍。 海水提取费 用是海水淡化成本高的原因之一。在海水淡化设计 中， 应对工厂的位置， 取水口位置和提取的方式进行 仔细论证。 为了避免吸入藻类， 海水提取口最好在海 平面 １５ｍ 以下， 离岸 ２ｋｍ 处。海水提取是淡化厂的 重要组成部分， 设计时要留有备用量。 如果场地和位 置允许， 采用沙滩深井取水优于露天海水提取。
６７ 差。 这里以我国岱山县为例， 对海底管道引水与海水 淡化方案作比较。 海底管道引水数据取自相关单位的可行性报告。 海水淡化有关数据采用 Ｒｏｄｅｒｉｃｋ Ｊ Ｒａｙ 估算方法计算。 海水淡化投资费用见表 ２ 和表 ３， 综合比较见表 ４。 据表 ４ 数据对管道引水投资估算， 引水工程投资 回收期 １５ 年， 年利率 １２％， 停运时间 １５％计， 从舟山 岛水库引水至岱山岛投资费 １９７８７ 万元， 投资回收费 １．０９ 元 ／ｍ３， 调水运行成本 ０．２２ 元 ／ ｍ３， 制水成本 １．３１ ３ 元 ／ｍ 。若舟山岛水库水源不足， 需要邻近大陆引水， 则需增加投资 ３１６００ 万元，投资回收费 １．７４ 元 ／ｍ３， 总投资为 ５１３８７ 万元。调水运行成本假设仍为 ０．２２ 元 ／ ｍ３，则从大陆至舟山岛的落地水价为 １．７４ 元 ／ｍ３＋０．２２ 元 ／ ｍ３＝１．９６ 元 ／ｍ３， 所以， 从大陆向岱山岛 引水的总水价 ＝１．９６ 元 ／ｍ３＋１．３１ 元／ｍ３＝３．２７ 元 ／ ｍ３。 该海岛县由多个互不相连的海岛组成，不同岛
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陈益棠等， 用海水淡化法解决海岛用水
Ｔａｂｌｅ ２ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ ｅｘｐｅｎｓｅｓ ｆｏｒ ＲＯ ｓｅａｗｔｅｒ ｄｅｓａｌｉｎａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ
０．５ 工厂容量 （ 万 ｍ３／ｄ） ２１６．１３ 场地开发比投资 ３ （ 元 ／ｍ・ ｄ） １９６．６８ 取水比投资 ３ （ 元 ／ｍ・ ｄ） ３４３９ 脱盐装置比投资 ３ （ 元 ／ｍ・ ｄ） 间接比投资费 １８５ ３ （ 元 ／ｍ・ ｄ） 总投资费 （ 万元） ２０１６ 投资回收费用 １．６４ （ 元／ｍ３ ） １．０ ２０８．７７ １８８．０５ ３３２２ １７９ ３８９２ １．５９ ２．０ ２０１．６６ １８１．６４ ３２０９ １７２ ７５２８ １．５３ ４．０ １９４．７９ １７１．９０ ３０９９ １６６ １４５２８ １．４８ ６．０ １９０．８８ １７１．９４ ３０３７ １６３ ２１３７８ １．４５ ８．６ １８８．１６ １６９．４８ ２９８３ １６０ ３０１０９ １．４３
配套设施
１．引水地需建较大型水库（舟山黄金湾）一座 ２．岱山岛需建平地水库一座 ３．配套水厂扩建（对输送来水进行净化杀菌处理）
设备运行管理 占地面积 应用范围 供水质量
１．取水泵站管理 ２．水库管理及水厂净化杀菌处理 ３．设备布置涉及两岛间 ２５．４８ｋｍ 距离的管理， 涉及范围广 占地面积大（永久占地 ６１．７ 亩） 本投资只解决岱山本岛缺水问题， 其他岛屿缺水需另行投资
人工降雨因受海岛自然地里条件的限止，收效
Ｔａｂｌｅ ４ Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ 项目 供水规模 ８．６ （ 万 ｍ ／ｄ）
３
管道引水 ８．６ （ 万 ｍ ／ｄ）
３
海水淡化
主要设备
１．取水泵站一座 ２．输水通隧道 ７３００ｍ（直径 １．８ｍ） ３．输水管道 ２４７５０ｍ 直径 １ｍ 其中陆地管道长 ６７５０ｍ， 跨海管道长 １８０００ｍ ４．跨河管桥一座
我国有漫长的海岸线， 沿海岛屿星罗棋布， 但多 数海岛属于资源性缺水， 淡水总量有限。 由于提高降 水利用率要靠 “ 天” 恩赐， 遇到干旱， 则无雨水可利 用， 加上岛屿面积较小， 水利设施蓄水量有限， 因此 解决海岛用水困难的根本出路只有海水淡化和管道 调水两种方式， 以增加海岛的水资源总量。 本文以我 国某海岛县为例，对海水淡化和海底管道调水两种 方案的可靠性， 安全性， 经济性进行综合比较， 分析 利弊， 提出解决海岛水资源不足的可行途径。
Ｔａｂｌｅ ３ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ ｅｘｐｅｎｓｅｓ ｆｏｒ ｓｅａｗａｔｅｒ ｄｅｓａｌｉｎａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｂｙ ｃｏｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｗａｔｅｒ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ 工厂容量 （ 万 ｍ３／ｄ） ３ 投资费 （ 元 ／ｍ・ ｄ） 总投资费 （ 万元） 投资回收费 （ 元 ／ ｍ３） ０．５ ３６０４ １８０２ １．５２ １．０ ３４８１ ３４８１ １．４７ ４．０ ３２４８ １２９９１ １．３７ ６．０ ３１８２ １９０９７ １．３４ ８．６ ３１２６ ２６８８５ １．３２
水质要求、 设计的选材、 开工率、 安全容量、 使用年 限、 投资来源、 利率、 税收等因素。 对于淡化和发电共 建厂来讲， 还包括公用的基础设施投资、 管理、 运行 费用的分摊、 内部蒸汽和电力调用的成本核算等。 投资回收费和能耗费是海水淡化成本的两大主 要影响因素。 投资回收费与海水淡化厂的规模， 地理 位置和工艺类型等有关。能源费与海水淡化厂的设 计和电价有关。 操作维修费与淡化厂的规模有关， 规 模越大， 操作维修费就越低。 苦咸水脱盐容量 １２０００ｍ３／ｄ 以下，海水反渗透 淡化容量 ２００００ｍ３／ｄ 以下规模的工厂，随装置脱盐 容量的增加， 装置的投资费和产水成本明显下降； 装 置容量大于以上容量界限时， 装置容量的增加， 对产 水费用的下降影响很小。 原水水源和水质是影响产水成本的重要因素。 与水源有关的投资费用取决于取水方式、储水槽和 产水回收率， 与淡化厂的位置和规模有关。 如果淡化 厂不需要另外建造取水系统 （ 例如与电厂共用海水 取水系统） ， 产水成本会明显下降。此外， 海水淡化 厂与取水口之间的距离和海拔标高对产水成本的影 响也非常敏感。这主要是涉及取水口到海水淡化厂 之间泵送海水的能源成本。
性与合适的操作和好的设计相关。合适的操作与操 作者的经验和训练有关。好的设计可以补偿或者阻 止操作失误。运行控制自动化可以增加大型淡化厂 的运行可靠性， 使工厂的开机率达到 ９０％以上。 反渗透海水淡化厂的设计中，预处理是很重要 的一个方面。预处理设备费占总投资费的 ３１％， 反 渗透装置占 ５３％， 取排水设备费占 １５％。预处理设 备包括过滤器， 化学品注入设备， 澄清池、 活性炭过 滤和其他设备。预处理方式与原水的水质和化学性 质有关。 反渗透海水淡化装置的服务寿命定义为 “ 完成 给定设计产水水质和水量的装置生产年限” 。反渗 透大型海水淡化厂的设计服务寿命一般为 ２０ "３０ 年， 而小型反渗透海水淡化装置 （ 移动式） 是 １０ 年。 材料的选择和设备的规格对投资有很大的影响， 同 样， 装置寿命对投资回收费也有很大的影响。 操作和维修费用， 诸如人工、 膜、 化学品、 备件和消 耗品通常占产水成本的 １５％#３０％， 随工厂大小， 工艺 类型和设计等而变化。对小型装置， 人工费占 ２０％以 上。 装置自动化操作可以降低人工费。 年备件费用通常 是装置投资的 １％$２％， 不包括膜的更换。 多数膜生产 商提供的膜寿命为 ５ 年， 对设计和运转好的工厂来说， 膜的平均期望寿命是 ７ 年以上。 对大型海水 ＲＯ 装置， 膜费用占投资费的 １５％%２０％，膜更换占产水成本的 １０％。化学品也占产水成本的 １０％。 在反渗透海水淡化中，脱盐膜组件的价格只略 高于苦咸水脱盐膜组件， 但是， 海水淡化的吨水成本 明显高于苦咸水脱盐。 原因有以下几点： &海水提取 设备的成本高， 需采用耐海水腐蚀的贵重合金钢； ’
１．无阀滤池 ２．配套水泵 ３．机械滤器 ４．反渗透主机 １．解决海边引海水设施 ２．建海水澄清池及淡化水池 ３．建造淡化厂房 １．海水提取、 加药及反洗操作 ２．反渗透运行管理及膜更换 ３．设备涉及范围小， 管理人员有一定技术要求 占地面积小 可以在几个岛屿分别建淡化厂 （ 站） 解决岛屿的缺水问题
第 ３２ 卷 第 ６ 期 ２００６ 年 ６ 月
Ｖｏｌ．３２ Ｎｏ．６ Ｊｕｎ．，２００６
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陈益棠 １，胡兆银 ２
（ １．国家海洋局杭州水处理技术开发中心， 浙江 杭州 ３１００１２； ２．国家海洋局第二研究所， 浙江 杭州 ３１００１２） 我国多数海岛属于资源性缺水， 解决用水困难的途径有两条， 海底管道从大陆调水和海水淡化就地制水。文 章详细分析了影响反渗透海水淡化成本的诸因素，对不同生产容量反渗透海水淡化工厂的投资及生产成本进行了 预测。 针对舟山某岛群的地理条件对海底管道引水和就地海水淡化制水进行了综合比较。 最后提出解决该岛用水短 缺的可行方案。 海岛； 水资源； 反渗透海水淡化； 管道引水； 水成本 ： Ｐ７４７ Ａ １０００－３７７０（２００６）０６－００６５－０５
海水淡化是从海水中获取淡水的技术过程。海 水淡化技术主要是蒸馏法和膜法。 到 ２００２ 年世界上 ３ １００ｍ ／ｄ 以上规模的淡化厂有 １５２３３ 座，脱盐水的 产 量 ３２５０ 万 ｍ３／ｄ， 其 中 海 水 淡 化 的 产 水 量 为 ３９０．８２ 万 ｍ３／ｄ， 淡水主要供饮用。在海水淡化产水 量中， 多级闪蒸法占 ４３．５％ ， 反渗透法占 ４３．５％ ， 后 者呈迅速上升的趋势。反渗透海水淡化的吨水电耗 ３．５!５．５ｋＷｈ， 具有较强的应用潜力。 海水淡化的产水成本主要由投资回收费、能耗 费和操作维修费组成。 影响制水成本的因素有淡化方法、 装置规模、 当 地水质、 水温、 地理、 地质、 气候、 能源价格、 淡化水的
Ｔａｂｌｅ １ Ｂａｓｉｃ ｖａｌｕｅｓ ｏｆ ｃｏｓｔ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｆｏｒ ＲＯ ｓｅａｗａｔｅｒ ｄｅｓａｌｉｎａｔｉｏｎ 代表性系统产量 （ ｍ３／ｄ） ２０００ 投资费用 系统规格修正因子 ０．９５ 膜更换费 单支元件产水 （ ｍ３／ｄ） 膜元件寿命 （ 年） 操作压力 （ ＭＰａ） 电费 （ 元 ／ｋＷｈ） 能源操作费 产水回收率 （ ％） 泵和电机效率 （ ％） 能量回收效率 （ ％） 人工费 （ 元 ／ｈ） 每天班数 人工费和杂费 每班人数 劳力杂费 （ ％） 化学品和滤器费 （ 元 ／ ｍ３） 装置寿命 （ 年） 投资回收费 年利率 （ ％） 停机时间 （ ％） １５ ５ ６．９ ０．５０ ４０ ８５ ４０ ２．５１ ３ ２ ３０ ０．４１５ ２０ １２ １０
按两种海水淡化方式进行分别测算，一是单一 目的的海水淡化厂，另一种是与电厂共建的双目的 海水淡化厂。前者需考虑取水、 排水、 场地开发等费 用， 后者这部份费用在测算时暂不考虑。 反渗透海水 淡化厂的投资费用见表 ２。水、 电共建厂的海水淡化 投资费用见表 ３。
增加海岛淡水资源总量可以有以下三种途径： 从岛外水资源丰富地区调水，采用船运或铺设海底 管道引水； 就地建造海水淡化工厂， 进行海水淡化； 采用人工降雨。
第 ３２ 卷 第 ６ 期 回收率低， 预处理量大， 设备费用高。对设备投资和 操作费用影响最大的工艺参数是产水回收率。 反渗透海水淡化过程中所有设备大小随产水回 收率的增加而下降。如海水取水系统的大小和取水 泵的能耗， 所有预处理设备、 贮水槽、 增压泵， 过滤设 备、 化学品注入设备的大小， 浓缩海水排放管的粗细 及排放设施的大小，反渗透膜组件的数量和压力管 的数目， 膜橇的大小等均与产水回收率有关。 采用 Ｒｏｄｅｒｉｃｋ Ｊ Ｒａｙ 提出的反渗透投资成本的 工厂运行可靠性直接影响产水成本。运行可靠 估算方法，对不同生产容量的海水反渗透工厂投资 进行估算。表 １ 是本文反渗透海水淡化成本估算中 采用的基本值。