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            海水與苦咸水資源利用的技術方向

            來源:環保新聞網|上海市環境保護產業協會(滬環協)官方網 作者:環保新聞網|上海市環境保護產業協會(滬環協)官方網 發布時間:2012-01-03 查看次數:1423

            海水淡化是指將3500mg/L的海水淡化至500mg/L以下的飲用水。目前,世界上裝機應用的海水淡化方法主要有反滲透法(RO)和多級閃蒸(MSF)、多效蒸發(MED)?嘞趟擕}是將高含鹽量的地表、地下苦咸水脫鹽至生活用水或工業用初級純水,主要采用反滲透法(RO)、納濾法(NF)和電滲析法(ED)。

            據國際脫鹽協會統計,截至1995年底,全球日產水量在100m3以上的裝置有11066臺,每天生產淡水2030萬m3。截至1997年底,裝置總數12451臺,日產水2273萬m3,其中海水淡化為日產1337萬m3,苦咸水淡化為日產5840萬m3,且以年10~30%的速度增長。就海水淡化而言,裝機容量以MSF為主,但近年來RO發展很快。MSF除極大型裝置外,1995年以來合同額極少。MSF從1989年的84.4%降為1997年的76.04%。而RO從1989年的5.6%上升為1997年的14%。MED1989年占6.7%,至1997年僅占5.47%。

            對苦咸水脫鹽RO占絕對優勢,占76.23%,投資和造水成本更低。對廢水和水凈化RO也分別占到約65%和94%。1995年后,新增海水淡化和苦咸水淡化容量RO為90%。最大RO海水淡化廠建在沙特阿拉伯,日產淡水12.8萬m3。最大地表水RO苦咸水淡化裝置建在美國,日產水38萬m3。

            目前海水淡化裝置的年銷售額達到100億美元,且以20%左右的年增長速度持續發展,供應商主要是美國和日本,應用地區主要是中東地區、地中海地區和加勒比海地區,其次是東南亞和北非地區。

            我國海水淡化技術應用從上世紀七十年代初推廣用水型ED海水淡化器開始,“九五”期間相繼建成了RO淡化裝置,多為小型或示范工程。

            電滲析是我國開發研究最早的膜技術,起始于1958年。十多年來,離子交換膜的年產量在40萬m2以上,占世界水脫鹽用膜的30%。我國是世界上使用電滲析裝置進行苦咸水脫最多的國家。工藝技術精湛、裝置價格低廉,外商無法與我國競爭。目前有140余套日產量在1000~5000m3的苦咸水ED脫鹽裝置在運轉,多將含量在1500~3000mg/L的苦咸水脫鹽至生活用水。低濃度苦咸水脫鹽的最大裝置建于河南鞏縣電廠,日產水量7200m3。工藝用水的最大ED裝置建于金山石化公司,日產水6600m3。

            中、小型苦咸水脫鹽裝置分布在華北、東化、西北各地,約3000余套。

            膜技術為脫鹽、凈化的主流技術RO、NF、ED等具脫鹽功能的膜技術將成為新世紀海水淡化、苦咸水脫鹽的主流技術,工程穩定可靠與造水成本低廉是吸引用戶的主要原因。

            脫鹽膜組件已十分成熟,世界各生產膜組件的公司仍十分重視RO膜與組件的技術創新,目的在于開發抗氧化、耐細菌侵蝕的新膜,提高膜與組件的產水量、脫鹽率等。如美國DOW公司推出FILMTECBW30—440膜元件,在約1.05MPa壓力下,產水量43.5m3/d,脫鹽率大于99%。FluidSystems公司推出PremiumTFC新元件,其苦咸水和海水膜元件的脫鹽率分別高達99.7%和99.8%。日本的東麗公司和日東電工公司已開發出可耐的9.0Mpa的海水淡化膜,已在西班牙建造了水回收率高達60%的兩段RO海水淡化裝置。

            1990年反滲透膜組件價格,按消費價格指數折算僅為1973年的40%。

            1990年之后又有明顯的下降。按從標準海水生產淡水計,目前工程投資為MSF在1800~2000$/m3.d,低溫MED在1100~1600$/m3.d,RO在700~900$/m3.d。

            采用功能交換器(WorkExchangeEnergyRecovtry),將從RO組件排出的高壓濃水的壓力回收并傳遞給組件進水,其轉換效率可高達89%~96%。ScottAShumway報導,一種新型的能量回收裝置已成功應用到13600m3/d和5000m3/d的反滲透海水淡化裝置上,過程能耗為2.6kwh/m3,GoodF.Leitner指出加上預處理能耗,總能耗為2.83kwh/m3。這是近幾年在工藝方面的突出進展。

            StevenJ.Duranceau等報道,1996年佛里達水服務公司在Marco島對現有15000m3/d苦咸水淡化進行改造,通過使用段之間的能量回收透平,使系統的產水量增加3780m3/d,增幅達25%。段之間能量回收透平適用于苦咸水反滲透淡化,含鹽量7500~10500mg/L,淡化能耗降到0.82kwh/m3。

            在反滲透每水淡化流程中,采用納濾(NF)作為預處理,即MF—RO系統,NF脫除部分硬度和TDS,從而提高RO的水回收率,可進一步降低能耗在25%,造水成本可降低30%。

            目前各種淡化方法在能耗方面都無法與RO競爭。RO為4~5kwh/m3、ED為14~16kwh/m3、MED為9~10kwh/m3、MFS為12~14kwh/m3。

            我國已建成的RO脫鹽裝置經濟技術指標達到國際先進水平。山東長島日產1000m3RO海水淡化裝置,耗電為4.5kwh/m3。滄州集團日產18000m3RO裝置,地下水含鹽量約13000mg/L,淡水低于500mg/L,耗電為3.1kwh/m3。國家計委“十一”甘肅定西10000m3苦咸水脫鹽RO示范項目,原水3500mg/L,淡水150mg/L,水回收率大于70%,估算成本為0.77元/m3。

            納濾技術的開發與應用比反滲透膜大約晚二十年。目前,國內外都很活躍。納濾膜介于反滲透和超濾膜之間,其膜表面分離皮層具有納米納微孔結構。相對于反滲透膜對NaCL的脫除率均在95%以上,一般將NaCL脫除率在90%以下的膜稱之為納濾膜。反滲透膜幾乎對所在溶質都有很高的脫除率,而納濾膜只對特定的溶質具有脫除率。納濾膜主要去除一個納米左右的溶質粒子,截留分子量一般為100~2000。納濾膜主要用于脫除三鹵甲烷中間體(THM),異味、色度、農藥、合成洗滌劑、可溶有機物等致病因子,以及苦咸水脫除Ca、Mg等硬度成分。目前國外城市飲用水已有日產水5萬m3級的大型裝置。納濾將是新世紀飲水市場的優選技術。

            脫鹽、濃縮在廢水資源化中的應用

            海水淡化為高含鹽水的脫鹽技術,以淡水為成品水則為脫鹽,以濃水為成品水則為濃縮。海水淡化與高濃度廢水處理,特別是無機系廢水處理具有同類裝置與較多共性工藝技術。

            反滲透處理電鍍廢水、放射性廢水已很成熟,上世紀七十年代開始用于鍍鎳漂洗廢水處理,爾后又用于鍍鉻、鍍銅、鍍鋅、鍍鎘等廢水處理。美國芝加哥API工藝公司采用B—9芳香族聚酰胺中空纖維膜組件處理WattNi漂洗水,廢水含Ni2-650mg/L,經RO濃縮20倍達到13000mg/L、Ni2-的分離率為92%。北京廣播器材廠用醋酸纖維素膜處理亮鎳和暗鎳的漂洗廢水,廢水中Ni2-為1510~2400mg/L,系統Ni2-的回收率>99%。

            由于ED海水淡化的耗電為RO的3倍。在海水淡化中的應用愈來愈少,其在苦咸水脫鹽中仍有較大競爭優勢。日本全部應用ED濃縮海水制鹽。

            離子交換膜具有很強的耐酸、堿性,耐氧化性,在含酸、堿、鹽高的廢水處理中應用十分廣泛。如Al2O3生產零排放工程。將Al2O3生產廢渣赤泥上的結合堿和附液堿,通過加石灰乳和通入蒸氣,從固相轉移到液相,形成約含8g/LNaOH的復雜溶液,微孔過濾后進入電滲析,制取含堿<500mg/L的生產用水和工藝用2NNaOH。

            我國ED、RO用于廢水處理,以膜集成技術發展零排放工程為開發方向,不僅回收有效成分,其回收的淡水可做工藝或生活用水。

            我國西部石油天然氣開支中,從深井涌出的含鹽量在10000~30000mg/L的鹵水,用ED———蒸發法制鹽工藝已經開發,電滲析將鹵水脫鹽至2000mg/L以下,供灌溉,濃縮至140g/L,提取Br、I后,濃縮制鹽。另外,用RO———ED———三效蒸發(浸沒燃燒)的工藝正計劃開發。RO將鹵水脫鹽后400mg/L以下,成為優質飲用水,濃縮到50~60g/L,可回灌井中,或再用ED濃縮到120g/L,蒸發———噴霧干燥,制成固體鹽。

            大力發展膜水處理技術產業

            就水處理行業來說,至上世紀末,國產和進口膜產品及膜法水處理工程年銷售額達20億人民幣。預計20065年,可達到40億人民幣左右。據統計,進口膜元件和裝置約5.5億人民幣、成套進口裝置承擔工程約5億人民幣,外商占中國膜技術市場的50%。中國大小近200個企業,產值約11億人民幣。中國膜技術市場多年來一直呈現為國際競爭市場。國內企業比較小,市場競爭能力較差。

            我國膜技術與世界先進國家相比差距約10年左右,主要是膜的品種少、性能差。我國膜法水處理工程技術接近世界先進水平,因市場急需,招致大量膜元件進口。增加投入,引進國外先進技術、設備、人才,高起點的發展膜產品制造業,生產具有自主知識產權的高性能膜組器是提高市場競爭能力的關鍵。這需要膜技術產業進行資源整合,形成資金、技術、人才優勢,組建現代企業,使具有強有力的市場開拓能力和持續創新能力。海水淡化工程的配套設置如耐腐蝕高壓泵、能量回收裝置等也靠進口,還需要發展配套產業。

            海水、苦咸水資源的開發利用需要國家政策支持。國家、省、市都應引導海水、苦咸水的開發利用,對多種開發淡水資源方案進行科驗論證。美國海水淡化專家Gordon指出,從250公里調用可飲用水,其能耗與海水淡化相當。我國沿海工業發達城市可供鑒國外經驗發展海水淡化。

            世界干旱地區地下水利用率一般達60~70%。我國西北地區地下水開發利用程度低。目前地下水開采僅104億m3,為地下水可開采量370億m3的28%。西北僅局部地區和城市地下水超采,可利用該地區的苦咸水為經濟和社會發展提供一定的水源保證。

            為促進膜技術產業發展,可在沿;騼汝懙貐^建立海水、苦咸水資源開發示范工程,使工程規模和經濟技術都達到國際水平?山⒉煌夹g發展模式的示范工程,如RO、NF、ED等,也可建立不同管理和運營模式的示范工程,在廣大牧區和海島可建立小型太陽能、風能海水或苦咸水脫鹽裝置。積極開展技術培訓和技術交流活動。

             

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