第 五 期
青島水務(wù)集團(tuán)有限公司科技中心
淡化海水?？?/span>
1、海水淡化用于飲用水的現(xiàn)狀探討
前言
目前，世界上許多地區(qū)面臨著淡水資源短缺問題，我國(guó)也不例外，人均淡水 擁有量?jī)H為世界平均水平的1／4。世界上常用的淡水來(lái)源除河流外，主要有地下水、遠(yuǎn)程調(diào)水和海水(苦咸水)淡化三種。其中，海水淡化作為水資源供給的一種重要途徑得到廣泛認(rèn)可。
一、國(guó)內(nèi)外海水淡化現(xiàn)狀
據(jù)國(guó)際脫鹽協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，近5年海水淡化合同容量超過(guò) 0.2×10m3/d，接近過(guò)去30年的總和，預(yù)計(jì)未來(lái)10年還將在此基礎(chǔ)上翻一番。截至2009年，全世界淡化水產(chǎn)量已經(jīng)突破5.9×107m3/d，其中80％用作飲用水，解決了近2億人的生活用水問題[1]。淡化廠 的規(guī)模也在不斷增大，沙特Shuaiba海水淡化廠的設(shè)計(jì)規(guī)模已達(dá)88×104m3/d?！逗Ｋ脤ｍ?xiàng)規(guī)劃》指出，到2020年我國(guó)海水淡化能力要達(dá)到 (250～300)×104m3/d。
海水淡化水主要用于沿海電力、化工等企業(yè)的鍋爐、生產(chǎn)工藝用水及沿海城市和海島居民飲用水 [2]。 大規(guī)模海水淡化項(xiàng)目的建成投產(chǎn) ，使淡化水進(jìn)入城市市政供水系統(tǒng)成為可能。 淡化水作為市政用水和居民飲用水尚有許多問題需要探討，淡化水的安全性及水質(zhì)指標(biāo)，已成為人們普遍關(guān)注的熱點(diǎn)問題。
二、海水淡化產(chǎn)品水的水質(zhì)
2.1影響淡化產(chǎn)品水水質(zhì)的因素
世界上海水淡化技術(shù)雖然很多，但達(dá)到商業(yè)規(guī)模的主要有蒸餾法和反滲透法。蒸餾法是將原水加熱汽化，再使蒸汽冷凝而得淡化水，其影響產(chǎn)品水水質(zhì)的因素主要包括原水取水、預(yù)處理、設(shè)備腐蝕等。原水如果取自含有厭氧生物的地下含水層或水源中直接含有硫化氫，則會(huì)還原水中的硫酸鹽產(chǎn)生單質(zhì)硫，單質(zhì)硫容易進(jìn)入產(chǎn)品水，對(duì)水的色、味產(chǎn)生不良影響。預(yù)處理過(guò)程需要加入阻垢劑、消泡劑、殺生劑等化學(xué)藥劑，若使用不當(dāng)會(huì)對(duì)產(chǎn)品水水質(zhì)產(chǎn)生影響。蒸餾法海水淡化設(shè)備有些部件的腐蝕會(huì)直接造成腐蝕產(chǎn)物進(jìn)入產(chǎn)品水，使用耐海水腐蝕金屬、添加緩蝕劑、犧牲陽(yáng)極等方法能有效減少腐蝕。
反滲透海水淡化是一種壓力驅(qū)動(dòng)的膜分離過(guò)程，影響其產(chǎn)品水水質(zhì)的因素主要有預(yù)處理和特殊化學(xué)物質(zhì)。預(yù)處理首先是去除懸浮固體和濁度，預(yù)處理過(guò)程不當(dāng)會(huì)損壞反滲透膜組件從而影響產(chǎn)品水的水質(zhì)。反滲透膜對(duì)一些特殊的化學(xué)物質(zhì)不能完全截留，如對(duì)分子態(tài)二氧化碳和硼的去除率不高。
2.2淡化水水質(zhì)指標(biāo)分析
蒸餾法海水淡化由于采用蒸汽加熱冷凝工藝得到淡水，因此生產(chǎn)的淡水純度很高，含鹽量通常為5～10mg/L；產(chǎn)品水中不含細(xì)菌和有害元素，是優(yōu)質(zhì)純凈水。對(duì)大港電廠的2×3000m3/d多級(jí)閃蒸淡化裝置和國(guó)華滄東電廠的2×10000m3/d低溫多效淡化裝置產(chǎn)品水的106項(xiàng)指標(biāo)的全面檢測(cè)結(jié)果表明，其各項(xiàng)指標(biāo)均符合國(guó)家飲用水標(biāo)準(zhǔn)，其中TDS<10mg/L，遠(yuǎn)低于l000mg/L的標(biāo)準(zhǔn)。
反滲透淡化由于反滲透膜的脫鹽率可達(dá)99.3％，并且反滲透膜能夠截留糖類、氨基酸、細(xì)菌、病毒等物質(zhì)，因此其產(chǎn)品水安全可靠，水質(zhì)純凈，TDS僅為20～500m/L。嵊泗縣的1000m3/d反滲透海水淡化裝置和天津科委的1000m3/d反滲透海水淡化裝置產(chǎn)品水部分指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果見表1，其中嵊泗縣海水淡化裝置產(chǎn)水的硼含量達(dá)到0.72mg/L，超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；天津科委海水淡化試驗(yàn)裝置產(chǎn)品水硼含量平均達(dá)到0.46mg/L，低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)水中硼含量的差異主要與原水水質(zhì)、制水工藝等因素有關(guān)。
表1. 海水淡化產(chǎn)品水部分水質(zhì)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果
2.3與國(guó)內(nèi)外飲用水標(biāo)準(zhǔn)主要指標(biāo)的比較
從蒸餾法、反滲透法海水淡化產(chǎn)品水與國(guó)內(nèi)外飲用水標(biāo)準(zhǔn)(GB 5749-2006、世衛(wèi)組織飲用水準(zhǔn)則、歐盟飲用水水質(zhì)指令[2]及EPA 822-R-04-005)的比較可以看出，淡化產(chǎn)品水除硼外，其他指標(biāo)均達(dá)到國(guó)內(nèi)外生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)限值，其中熱法淡化產(chǎn)水含鹽量等指標(biāo)要低于反滲透淡化產(chǎn)水。
對(duì)于海水淡化產(chǎn)品水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，目前還沒有現(xiàn)有的明確的建議和標(biāo)準(zhǔn)。典型的反滲透法海水淡化后處理主要涉及到pH值調(diào)節(jié)，再次減小礦化度，消毒和脫硼。最低限度地處理應(yīng)該達(dá)到或超過(guò)飲用水標(biāo)準(zhǔn)。下表顯示的是美國(guó)加州市政水中心海水淡化系統(tǒng)的后處理水質(zhì)目標(biāo)。
經(jīng)典的膜法海水淡化水后處理總結(jié)如下：
再次減小水質(zhì)礦化度和調(diào)節(jié)pH值：在并網(wǎng)進(jìn)入市政飲用水之前，為再次減小礦化度，先注加二氧化碳，然后撒石灰；pH值調(diào)節(jié)到6.8-8.1之間，以達(dá)到飲用水說(shuō)明指標(biāo)。
消毒：采用紫外輻射殺死產(chǎn)水中的細(xì)菌和有機(jī)生物體。
消毒副產(chǎn)品處理：包含有溴離子和碘離子
硼的脫除：在后處理中硼的脫除比較昂貴，把濃度去除接近零濃度。選用硼離子交換樹脂是最適宜的去除方法之一，該方法不受溫度，pH值和鹽度的影響。
最新的海水淡化中，RO膜能有效脫除硼離子92%-94%。
高的pH值條件能提高硼離子的脫除率，當(dāng)pH值小于9.5時(shí)，硼離子的脫除率大約為50%，而當(dāng)pH值到10.5時(shí)，硼離子的脫除率為100%。
當(dāng)pH值小于9.5時(shí)，聚酰胺類膜顯示了較好的硼離子的脫除率[10]。
表2. 美國(guó)加州市政水中心海水淡化系統(tǒng)的后處理水質(zhì)目標(biāo)
2.4淡化產(chǎn)品水水質(zhì)特性
一般來(lái)講，不論是蒸餾法還是反滲透法所產(chǎn)淡化水，均具有礦物質(zhì)含量少、輕微腐蝕性和偏酸性(pH值為6.5～7.5)的特點(diǎn)。
海水淡化產(chǎn)品水具有輕微腐蝕性，如不處理，傾向于溶解接觸到的金屬以達(dá)到自身的穩(wěn)定，容易造成管道和設(shè)備腐蝕。淡化水中的鈣、鎂離子濃度較低，蒸餾法產(chǎn)品水中的鈣、鎂含量更低，其含量幾乎接近于零。確定淡化水的化學(xué)穩(wěn)定性控制指標(biāo)為 pH、堿度、Langelier飽和指數(shù)和Ryznar指數(shù)[8]。
三、淡化水的后處理方法
淡化水是軟水，硬度、堿度、pH都較低，基本不具有緩沖能力，有溶解管道內(nèi)壁的保護(hù)性垢層的傾向。我國(guó)給水管網(wǎng)多為鑄鐵管和鋼管，進(jìn)入管網(wǎng)前需對(duì)淡化水進(jìn)行水質(zhì)穩(wěn)定處理，以控制水的腐蝕性，使之與管網(wǎng)兼容。不過(guò)，腐蝕性并非淡化水所獨(dú)有，由于給水腐蝕管網(wǎng)而導(dǎo)致供水水質(zhì)污染，色度、鐵含量增加的現(xiàn)象在自來(lái)水中也較常見。
對(duì)淡化水的進(jìn)一步處理通常稱之為海水淡化后處理。國(guó)外的研究認(rèn)為：經(jīng)過(guò)處理后的淡化水水質(zhì)，當(dāng)堿度>80 mg/L、80 mg/L<Ca2+<120 mg/L、3 mg/L<CCPP<10 mg/L、pH<8.5、Larson比例>5時(shí)，能夠保證管網(wǎng)不受腐蝕，滿足進(jìn)入市政管網(wǎng)的要求。
通常的后處理包括下列過(guò)程：
①礦化。
穩(wěn)定淡化水水質(zhì)可以通過(guò)調(diào)節(jié)pH和提高堿度、硬度達(dá)到，淡化中稱此為再礦化。再礦化可增加水的緩沖能力，改善碳酸鹽平衡，增大保護(hù)性碳酸鈣垢層在管道內(nèi)壁沉積和壓縮的傾向，有效降低水的腐蝕性，減小鐵等金屬離子的釋放，達(dá)到穩(wěn)定水質(zhì)的目的。堿度和硬度一般至少都要控制在40mg/L (以碳酸鈣計(jì)) 以上。
再礦化有四種方法,具體如下：
a.與其他源水摻混將淡化水與富含礦物質(zhì)的源水混合，增加水中礦物質(zhì)含量。 淡化水與來(lái)自石灰石或白堊紀(jì)地質(zhì)區(qū)的水源進(jìn)行摻混最佳。水源在摻混前應(yīng)經(jīng)過(guò)消毒和預(yù)處理。當(dāng)海水作為摻混水源時(shí)，由于海水中溴化物的存在，可能會(huì)在淡化水中引入有機(jī)鹵素消毒副產(chǎn)物(DBPs)和溴酸鹽，而且考慮到終水的味道，摻混量至多只能達(dá)1％，此時(shí)鈣增加4～5mg/L，鎂增加12～17mg/L。摻混效果與源水關(guān)系密切，一般僅能滿足終水部分水質(zhì)要求，還需與其他方法相結(jié)合。摻混常用于熱法淡化和苦咸水淡化。
b.投加化學(xué)藥劑
直接投加所需化學(xué)藥劑，以達(dá)到穩(wěn)定水質(zhì)的目的。常用的化學(xué)添加劑主要有 NaOH、NaHCO3、Na2CO3、CaO、CaC12等部分反應(yīng)方程式如下：
Ca(OH)2+Na2CO3= CaCO3+2NaOH
CaC12+2NaHCO3=Ca(HCO3)2+2NaC1
CaC12+2Na2CO3+H2O=Ca(HCO3)2+2NaC1
c.石灰法
通常在輔助通人CO2的情況下，向淡化水中加石灰(生石灰或熟石灰)進(jìn)行水質(zhì)穩(wěn)定。反應(yīng)方程式：Ca(OH)2 +2CO2 = Ca(HCO3)2。
d.石灰石溶解法
輔以二氧化碳 (也有用強(qiáng)酸，如硫酸)，將淡化水送入裝有石灰石的反應(yīng)器，可增加水的堿度和硬度，同時(shí)提高pH值。反應(yīng)方程式為：
CaCO + CO2+ H2O = Ca(HCO3)2；
2CaCO3 + H2SO4 = Ca(HCO3)2 + CaSO4。
目前大型海水淡化工程淡化水的后處理，最常用的再礦化方法是石灰法或石灰石溶解法。
②防腐蝕。可添加磷酸鹽、硅酸鹽、碳酸鹽等控制水質(zhì)腐蝕指數(shù)或給管道或蓄水池涂敷涂層和保護(hù)材料。
水質(zhì)化學(xué)穩(wěn)定性主要表現(xiàn)在腐蝕性和結(jié)垢性兩方面。當(dāng)水中碳酸鈣含量超過(guò)其飽和值時(shí),會(huì)引起碳酸鈣沉淀結(jié)垢,輕微的結(jié)垢可以在管路內(nèi)壁形成一定的保護(hù)膜,使金屬表面不與水中的溶解氧直接接觸,從而抑制電化學(xué)腐蝕。相反,當(dāng)水中碳酸鈣含量低于飽和值時(shí),已經(jīng)沉淀的碳酸鈣能重新溶解于水,加速管路腐蝕。管路的腐蝕可能會(huì)引發(fā)“紅水”問題,并增加鉛和鎘等重金屬元素析出的風(fēng)險(xiǎn),影響供水水質(zhì),危害飲用者健康[9]。
③消毒。與自來(lái)水消毒類似，通常使用各種形式的氯(次氯酸鈉、氯氣)對(duì)產(chǎn)品水進(jìn)行消毒，其他的消毒劑(臭氧、紫外線殺菌、二氧化氯或氯胺)可作為二級(jí)消毒劑；當(dāng)后處理攙混了其他水源水時(shí)，消毒應(yīng)該調(diào)節(jié)到與用于混合的進(jìn)料水中微生物濃度相當(dāng)?shù)乃健?span>
④強(qiáng)化脫出特定化學(xué)成分。在脫鹽過(guò)程中硼、硅等物質(zhì)有可能進(jìn)入產(chǎn)品水，根據(jù)化合物情況，針對(duì)性的處理技術(shù)可包括離子交換、活性炭粒過(guò)濾、多級(jí)／多類型膜法處理或幾種技術(shù)相結(jié)合。
一般情況下后處理過(guò)程只采取上述一種或幾種措施就能滿足要求。例如，與原水混合或添加必要的礦物質(zhì)(如鈣、鎂)能同時(shí)穩(wěn)定產(chǎn)品水水質(zhì)并保護(hù)供水系統(tǒng)免于腐蝕。再如，通常添加次氯酸鈣是為了殺菌消毒，同時(shí)也能增加一些礦物質(zhì)鈣。通常淡化廠的產(chǎn)品水與原水混合并加入次氯酸鈣消毒后，可達(dá)到衛(wèi)生安全和管網(wǎng)防腐蝕的目的。
四、海水淡化存在問題及解決方法
4.1海水淡化進(jìn)入市政管網(wǎng)需考慮和解決的安全問題
進(jìn)管網(wǎng)前亟待解決的問題是海水淡化水作為飲用水的安全性和對(duì)市政供水管網(wǎng)的影響，只有針對(duì)這兩個(gè)問題對(duì)海水淡化水進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮筇幚?，才能有的放矢，保證與管網(wǎng)良好地兼容。蒸餾法海水淡化產(chǎn)品水的硬度、氟化物和硼三項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)含量都很低，反滲透法海水淡化產(chǎn)品水的硬度、氟化物含量較低，硼含量較高。
① 硬度
世界上有些國(guó)家和地區(qū)研究認(rèn)為，鈣、鎂的最低限值分別應(yīng)為20～30mg/L 和10mg/L。另外，飲用水硬度過(guò)高 (>400～500mg/L，以碳酸鈣計(jì))的水會(huì)增加患膽囊炎、結(jié)石和關(guān)節(jié)等方面疾病的幾率。近年來(lái)，隨著我國(guó)地下水位的下降，某些地區(qū)地下水總硬度呈上升趨勢(shì)。海水淡化水如果用于飲用，宜適當(dāng)增加硬度。增加硬度有多種途徑，最簡(jiǎn)單的是條件允許時(shí)與當(dāng)?shù)赜捕绕叩乃畵交欤谠黾拥捕鹊耐瑫r(shí)適當(dāng)降低當(dāng)?shù)厮挠捕取?span>
② 氟化物
WHO研究表明，氟含量過(guò)低會(huì)增加患齲齒病的幾率，WHO規(guī)定飲用水中氟的下限為0.5mg/L，當(dāng)氟的濃度為0.9～1.2mg/L則可能引起中度牙齒氟中毒。 WHO和歐盟規(guī)定氟含量的上限值為1.5mg/L。中國(guó)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》沒有給出下限值，只規(guī)定氟的上限值為1.0mg/L。對(duì)中國(guó)主要城市的自來(lái)水氟含量調(diào)查顯示，其中75％的氟含量<0.3mg/L, 15％的為0.3-0.5mg/L，這說(shuō)明我國(guó)很多城市的自來(lái)水氟含量偏低。在無(wú)特殊要求時(shí)，海水淡化水用于飲用時(shí)可適當(dāng)增加氟含量，與當(dāng)?shù)刈詠?lái)水情況持平。
③ 硼
中國(guó)和WHO對(duì)飲用水中硼的限值均規(guī)定為0.5mg/L，歐盟和日本為1.0mg/L。以色列以種植柑橘為主，因而對(duì)硼含量要求較嚴(yán)格，規(guī)定反滲透海水淡化產(chǎn)水的硼含量最高為0.4mg/L。目前除硼的方法有絮凝、氧化物吸附、陰離子交換樹脂、萃取、二級(jí)反滲透、硼選擇性樹脂、開發(fā)高脫硼海水膜等。其中，前四種比較適用于去除硼濃度較高的溶液，后三種適用于硼含量較低的溶液。
最近，美國(guó)環(huán)保署(EPA)發(fā)布《飲用水健康指導(dǎo)：硼》，提出硼的成人終生健康指導(dǎo)值為5mg/L，WHO也有可能將硼的限值提高到2.4mg/L。因此，如果海水淡化水不作灌溉用，可能不再需要除硼，但這還有賴于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的修改和完善[4]。
4.2海水淡化濃水排放鹽度的影響
鹽度是海洋環(huán)境中最重要的生態(tài)因子之一，每種生物各有其適宜生長(zhǎng)鹽度 要求，當(dāng)環(huán)境鹽度超過(guò)該范圍時(shí)，生物體的生長(zhǎng)、發(fā)育、生殖、行為和分布都會(huì)受到影響。反滲透海水淡化排放的高鹽廢水鹽度是自然海水的兩倍；而蒸餾法淡化海水時(shí)，濃鹽水與冷卻海水混合后排放，其排放的高鹽廢水鹽度較普通海水約高10～15%。海水淡化廠排放的高鹽廢水對(duì)海洋生態(tài)的潛在威脅，濃鹽水的排放使一些經(jīng)濟(jì)水產(chǎn)種類產(chǎn)量減少，給漁業(yè)資源和海洋經(jīng)濟(jì)帶來(lái)?yè)p失。不同地域環(huán)境對(duì)海水淡化廠排放水的敏感程度不同，且潮流、海流和水團(tuán)等水文因素以及海水淡化廠的日處理量和規(guī)模等因子決定了排放的高鹽廢水對(duì)海域生態(tài)影響的程度。
為減少排放的高鹽廢水對(duì)出水口附近海域的影響，提出了海水淡化工程合 理規(guī)劃和布局的可行措施，要選擇水體交換良好的海域作為海水淡化工程所在地，對(duì)排水口要進(jìn)行因地制宜地設(shè)計(jì)，做好高鹽廢水的再利用工作，以最大限度 地減少排放的高鹽廢水對(duì)海區(qū)環(huán)境的負(fù)面影響[3]。
4.3海水淡化廢棄物的影響
據(jù)《2006年中國(guó)海洋環(huán)境質(zhì)量公報(bào)》顯示,渤海灣水體為重度污染,尤其是鉛、汞、砷等重金屬嚴(yán)重超標(biāo)。 海水淡化、制鹽和鹽化工產(chǎn)品提取生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的固體廢棄物含有大量重金屬, 目前固廢物主要用作圍海造陸的吹填土。這將對(duì)近海海域造成很大的污染。同時(shí), 海水中過(guò)量重金屬除直接對(duì)海洋生物造成毒害外, 還由生物體富集和食物鏈傳遞, 通過(guò)海產(chǎn)品進(jìn)入人體并造成危害。
4.4海水淡化排放廢水水溫的影響
利用電廠余熱進(jìn)行淡化、制鹽及鹽化工產(chǎn)品的提取,具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值,但廢海水中的熱能會(huì)使局部海域水溫升高, 導(dǎo)致某些浮游生物急劇繁殖和高度密集, 從而產(chǎn)生赤潮, 造成海洋生物大量死亡。海水水溫的升高還會(huì)使海水中溶解氧的含量降低,影響生物的新陳代謝,甚至使生物群落發(fā)生改變,破壞海洋生物的棲息環(huán)境[7]。
4.5石油類污染物對(duì)海水淡化的影響
石油類污染物是我國(guó)渤海和東海近海海域主要污染因子之一。石油類污染物的主要成分是脂肪烴、芳香烴和一些含硫含氮雜環(huán)化合物等物質(zhì),分子量一般在100~300Da,此類物質(zhì)在水中的毒性比天然有機(jī)物大。大部分脂肪烴在劑量較高時(shí)是神經(jīng)毒素。芳香烴中的苯可以引起白血病,苯并芘可以導(dǎo)致皮膚癌等疾病。硫化物中的硫化氫是劇毒性物質(zhì)并有惡臭。在SWRO系統(tǒng)中,分子量較小石油類污染物質(zhì)能透過(guò)RO膜進(jìn)入淡化水中。在蒸餾法海水淡化系統(tǒng)中,沸點(diǎn)比水低的物質(zhì)將和淡水一同被蒸餾出。因此,對(duì)于石油類污染物含量較高的海水原水,通常需要進(jìn)行預(yù)處理,如采用活性炭吸附等方法[9]。
五、淡化水用途分析及應(yīng)用實(shí)例
5.1淡化水用途分析
海水淡化水具有潔凈、高純度和供給穩(wěn)定的特點(diǎn)，是安全可靠的高品位水源。淡化產(chǎn)品水首先可進(jìn)入自來(lái)水管網(wǎng)，作為城鎮(zhèn)居民生產(chǎn)、生活的重要水源，也可作為海島、船舶、海上平臺(tái)等主要水源；其次淡化產(chǎn)品水可作為企業(yè)生產(chǎn)和生活用水，也可作為以發(fā)電等鍋爐補(bǔ)水為代表的工業(yè)用高純水和工藝用水。
表3. 海灣國(guó)家已建成的脫鹽裝置人均水量
在海灣國(guó)家，由于傳統(tǒng)的水資源幾近枯竭，海水淡化發(fā)展已有較長(zhǎng)歷史，并取得了成功經(jīng)驗(yàn)。在過(guò)去的25年里，海灣國(guó)家已投入約400億美元用于海水淡化廠和配套供水管網(wǎng)的建設(shè)。在經(jīng)歷了20世紀(jì)80年代后期和90年代中期兩個(gè)平臺(tái)期后，2003年總裝機(jī)容量已達(dá)到約0.15×108m3/d，淡化水在海灣國(guó)家水資源結(jié)構(gòu)中占據(jù)重要份額。沙特阿拉伯是世界淡化水產(chǎn)量最大的國(guó)家，2000年約為10×108m3/a，占總水量的40％。阿聯(lián)酋通過(guò)加快發(fā)展大型淡化裝置以滿足不斷增長(zhǎng)的城市用水需要，已成為世界上人均淡化水擁有量最多的國(guó)家。而卡塔爾和科威特幾乎全部用淡化水作為飲用水。所有的海灣國(guó)家都制定政策，用海水淡化水作為市政和工業(yè)部門供水，其中2000年約930×104m3/a用于市政部門，占其產(chǎn)量的84％，專供大型工廠使用份額占12％，具體見下表和下圖。
表4. 海灣國(guó)家1990年和2000年淡化水供應(yīng)情況
圖1. 海灣國(guó)家淡化水使用情況
在以色列，自20世紀(jì)60年代起就致力于海水淡化技術(shù)的研究，目前已擁有先進(jìn)的海水淡化技術(shù)和設(shè)備，淡化水在供水結(jié)構(gòu)中所占份額不斷增大。由于以色列南部及半干旱地區(qū)水資源短缺，需要建立集中水輸送系統(tǒng)，由北方的水源地集中輸送。因此以色列幾乎所有水資源都相互連接，然后進(jìn)入國(guó)家管網(wǎng)。
表5. 以色列1998年-2020年供水情況及預(yù)測(cè)
5.2淡化水應(yīng)用實(shí)例
①新加坡新泉海水淡化工程
新加坡的新泉海水淡化廠是第一個(gè)公用事業(yè)與私營(yíng)企業(yè)的合作項(xiàng)目，是新加坡乃至亞洲目前最大的淡化項(xiàng)目。新泉海水淡化廠可供應(yīng)136380 m3/d淡化海水，能夠滿足國(guó)內(nèi)10％的用水需求。所生產(chǎn)的淡化水由輸水管引入最近的公用事業(yè)局儲(chǔ)水池，按1：2的比例與普通淡水混合，直接進(jìn)入城市供水，輸送給西部居民飲用。
②摩洛哥Laayoune的7000m3/d海水淡化工程
Laayoune的7000 m3/d反滲透海水淡化工程，將產(chǎn)品水與地下水(含鹽量為1600mg/L，規(guī)模為5616m3/d)混合后輸送到供水管網(wǎng)，同時(shí)采用NaOH調(diào)節(jié)pH以減小對(duì)輸送管路的腐蝕，最后用氯進(jìn)行消毒，達(dá)到了12600m3/d的飲用水供應(yīng)量。
③西班牙巴塞羅那的20×104m3/d海水淡化工程
巴塞羅那在建的20×104m3／d反滲透海水淡化工程預(yù)計(jì)于2009年建成，將成為歐洲最大的海水淡化廠。其反滲透淡化水經(jīng)過(guò)礦化和氯化處理后泵送到11km外弗恩桑塔的各大主要儲(chǔ)水池，直接進(jìn)入巴塞羅那的飲用水管網(wǎng)。工程建成后將為巴塞羅那地區(qū)100多個(gè)市的450萬(wàn)居民提供飲用水，滿足約15％～20％的飲用水需求。
④澳大利亞黃金海岸的125000m3/d海水淡化工程
該工程為澳大利亞昆士蘭州東南地區(qū)供水，其供水量達(dá)到了該地區(qū)總供水量的20％。為提高淡化水的品質(zhì)，首先在二級(jí)反滲透前提高pH值到10.2左右以提高硼的脫除率，然后通過(guò)添加熟石灰和二氧化碳進(jìn)行礦化實(shí)現(xiàn)水質(zhì)的穩(wěn)定，最后采用次氯酸鈉進(jìn)行消毒進(jìn)入城市供水系統(tǒng)。
⑤國(guó)內(nèi)海水淡化水作為飲用水的工程實(shí)例
我國(guó)淡化水作為飲用水，大多數(shù)是在海島地區(qū)。大連長(zhǎng)?？h大長(zhǎng)山島的1000 m3/d反滲透海水淡化裝置于1999年建成并投入運(yùn)行，淡化水含鹽量為220～370 mg/L，淡化水利用重力流入自來(lái)水廠凈水池內(nèi)，進(jìn)入該地區(qū)的供水系統(tǒng)。浙江省嵊泗海島從1997年開始建立反滲透海水淡化系統(tǒng)，目前海水淡化水已經(jīng)進(jìn)入該地區(qū)的供水系統(tǒng)，成為島嶼居民重要的生活飲用水來(lái)源之一。2006年3月國(guó)華滄東電廠利用引進(jìn)的2×10000m3/d低溫多效海水淡化設(shè)備投產(chǎn)，除供電廠發(fā)電機(jī)組用水外，還處理成符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的飲用水，通過(guò)管道輸送到居民區(qū)，供居民飲用?，F(xiàn)在國(guó)華滄電公司職工駐地的10棟共5×104m2住宅樓所需的200m3/d的淡水全部改用海水淡化水。
浙江省某城鎮(zhèn)地處海島，采用海水淡化技術(shù)，日供水量為幾千噸，出廠水質(zhì)優(yōu)于國(guó)家《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》，特別是在供水中產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物的有機(jī)物和“三致 ”物質(zhì) (如砷、氟化物硝酸鹽、氰化物等 )的濃度極低 ,可以作為優(yōu)質(zhì)的市政供水水源。工藝流程如下圖，
圖2. 海水淡化廠處理工藝流程
2007年水質(zhì)變差，除發(fā)黃、發(fā)黑外，還有許多絮體。究其原因是海水淡化廠出廠水質(zhì)腐蝕性較強(qiáng)，水的穩(wěn)定指數(shù) =11.7(出廠水溫以22-27、pH以7.2計(jì))，淡化水屬于極嚴(yán)重腐蝕類型(穩(wěn)定指數(shù)>9.0)；供水管的材質(zhì)差，采用的鍍鋅管、鑄鐵管中鐵溶出，水泥管中水泥砂漿(一些以硅酸鹽為主的堿性成分)遭到腐蝕破壞；間斷性供水使沉淀于管壁的鐵質(zhì)等雜質(zhì)浮起，隨水流流出取水龍頭；二氧化氯投量較高，使金屬材質(zhì)表面的氧化保護(hù)膜產(chǎn)生破壞，另外也使管網(wǎng)中溶解態(tài)的低價(jià)鐵發(fā)生氧化反應(yīng)，形成高價(jià)位的鐵而沉淀。當(dāng)水力狀態(tài)發(fā)生比較大的波動(dòng)時(shí)，這些沉淀物就會(huì)形成黃水。
最終解決方法為：通過(guò)用PE管代替鍍鋅管、水泥管及鑄鐵管；采取一些適當(dāng)?shù)拇胧┨岣呖傆捕?、總堿度及pH；反滲透出水后直接投加熟石灰水，減小中和過(guò)濾器中石灰石濾料粒徑，使顆粒與水接觸面積增加，或適當(dāng)增加Na2CO3投量，從而提高pH至8.0左右；適當(dāng)減少二氧化氯投量；盡量采用連續(xù)供水方式[6]。
⑥海水淡化產(chǎn)品水作為純凈水的實(shí)例
天津大港電廠引進(jìn)的2×3000 m3/d多級(jí)閃蒸海水淡化裝置，是我國(guó)最早建成的蒸餾法工業(yè)化海水淡化設(shè)備，其產(chǎn)品水主要作為鍋爐補(bǔ)充水，該廠還用于生產(chǎn)飲用瓶裝純凈水，并進(jìn)入市場(chǎng)銷售。
青島黃島電廠與淡化所合作完成的3000m3/d低溫多效海水淡化示范工程，其產(chǎn)品水水質(zhì)優(yōu)于國(guó)家飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。除作為電廠鍋爐補(bǔ)水外，還用于生產(chǎn)純凈水，產(chǎn)品除供職工自己飲用外還對(duì)外銷售。
⑦反滲透海水淡化飲水裝置的研究實(shí)例
由軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院衛(wèi)生裝備研究所于2008年研制的反滲透海水淡化機(jī)，包括預(yù)過(guò)濾單元、RO脫鹽單元及終端消毒單元。在累計(jì)運(yùn)行100h內(nèi)，該裝置運(yùn)行穩(wěn)定，脫鹽率大于95.3%，產(chǎn)水流量大于22L/h。RO淡化機(jī)對(duì)色度、濁度和微生物都有較好的去除效果，去除率可達(dá)99%，產(chǎn)水的pH值、TDS及總硬度等指標(biāo)都符合國(guó)家生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，適用于遠(yuǎn)離陸地的海島及小型艦船應(yīng)急使用[5]。
六、結(jié)語(yǔ)
在世界范圍內(nèi)，海水淡化產(chǎn)品水作為飲用水的歷史雖然不長(zhǎng)，但正在呈逐年遞增的趨勢(shì)，淡化水已成為缺水國(guó)家生活、生產(chǎn)用水的一個(gè)重要組成部分，海水淡化產(chǎn)品水作為飲用水已經(jīng)得到普遍認(rèn)可和接受。我國(guó)海水淡化尚未進(jìn)入城市供水系統(tǒng)，作為飲用水還大多用于缺水海島地區(qū)，其他大多為電廠鍋爐補(bǔ)水。
海水淡化的生產(chǎn)工藝決定了其產(chǎn)品水含鹽量少，品質(zhì)優(yōu)于一般自來(lái)水，其產(chǎn)品水可作為優(yōu)質(zhì)的飲用水和生產(chǎn)用水滿足沿海城鎮(zhèn)需要。對(duì)影響海水淡化產(chǎn)品水品質(zhì)的各個(gè)因素，都可采取適宜的措施加以處理和控制，保證產(chǎn)品水的水質(zhì)。
為了保護(hù)市政供水管網(wǎng)和飲用水的安全，通過(guò)設(shè)計(jì)合理的后處理工藝，進(jìn)一步提高了淡化水的品質(zhì)，使其完全符合市政用水各項(xiàng)指標(biāo)。海水淡化是新興產(chǎn)業(yè), 相關(guān)法律法規(guī)尚未制訂。應(yīng)盡快制訂相關(guān)標(biāo)準(zhǔn), 特別是在海水淡化、制鹽和鹽化工產(chǎn)品提取生產(chǎn)過(guò)程中三廢的排放標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)地區(qū)的水資源需求量, 結(jié)合陸域淡水資源分布情況, 合理安排區(qū)域海水淡化工程布局。結(jié)合國(guó)家 863 計(jì)劃,盡快組織有關(guān)專家開展針對(duì)海水淡化過(guò)程中三廢治理問題的技術(shù)研發(fā)工作,針對(duì)不同 廢棄物采取科學(xué)、合理的治理措施。 研究并推廣對(duì)生態(tài)環(huán)境影響最小的添加劑,
采用循環(huán)經(jīng)濟(jì)的方式進(jìn)行海水淡化中的濃鹽水綜合利用, 開展海水利用規(guī)劃工程環(huán)境影響評(píng)價(jià)研究。對(duì)于治理三廢過(guò)程中產(chǎn)生的費(fèi)用, 可將環(huán)境污染治理費(fèi)用按比例分?jǐn)傊梁Ｋ昂ＫC合利用的各生產(chǎn)環(huán)節(jié)中。
國(guó)內(nèi)外海水淡化產(chǎn)品水應(yīng)用的實(shí)例說(shuō)明，海水淡化產(chǎn)品水生產(chǎn)工藝越來(lái)越成熟，后處理方法不斷完善，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單處理的淡化產(chǎn)品水已成為缺水國(guó)家尤其是海灣國(guó)家市政用水的一個(gè)重要組成部分，除滿足生活飲用的需求外，還可像普通自來(lái)水一樣，應(yīng)用于各個(gè)用水領(lǐng)域。在我國(guó)，隨著海水淡化項(xiàng)目不斷發(fā)展和淡化廠規(guī)模的大型化，其進(jìn)入城市供水系統(tǒng)也將成為必然。
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2、技術(shù)升級(jí)助海水淡化產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展
技術(shù)的創(chuàng)新和升級(jí)是推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的有效“武器”。近年來(lái)，我國(guó)在海水淡化技術(shù)創(chuàng)新與實(shí)踐過(guò)程中取得了實(shí)質(zhì)性的突破，從過(guò)去的引進(jìn)關(guān)鍵設(shè)備、集成共性技術(shù)，發(fā)展成為擁有多項(xiàng)核心技術(shù)、能夠自主生產(chǎn)關(guān)鍵設(shè)備的國(guó)家。但在關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備方面，我國(guó)與國(guó)際先進(jìn)水平還是存在明顯的差距，在技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用方面有很大的提升空間。
兩大主流技術(shù)提升 促進(jìn)成本降低
“十一五”期間，反滲透和低溫多效蒸餾兩大主流海水淡化技術(shù)得到較快發(fā)展，隨著海水淡化關(guān)鍵技術(shù)的不斷創(chuàng)新與升級(jí)，成本不斷降低，從而拓展海水淡化市場(chǎng)空間，推動(dòng)海水淡化產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。
反滲透技術(shù)目前應(yīng)用的較為廣泛，我國(guó)已先后建成了日產(chǎn)百噸級(jí)、千噸級(jí)和萬(wàn)噸級(jí)反滲透海水淡化示范工程。曹妃甸海水淡化項(xiàng)目、溫州洞頭縣鹿西鄉(xiāng)海水淡化工程以及浙江舟山群島新區(qū)海水淡化工程等都是采用反滲透技術(shù)。據(jù)了解，舟山市普陀區(qū)六橫鎮(zhèn)過(guò)去從臨近鎮(zhèn)運(yùn)淡水，每噸成本超過(guò)10元，而舟山反滲透海水淡化工程每噸海水淡化處理的成本在5元左右，并有望進(jìn)一步下降。
低溫多效蒸餾技術(shù)主要應(yīng)用于需提供鍋爐補(bǔ)給水和工藝純水，且有蒸汽或余熱可利用的電力、石化、鋼鐵等企業(yè)，國(guó)華滄東電廠海水淡化工程和國(guó)投北疆電廠海水淡化工程都是采用該技術(shù)。據(jù)了解，國(guó)華滄電走國(guó)產(chǎn)化和技術(shù)創(chuàng)新之路，并通過(guò)“電水聯(lián)產(chǎn)”和優(yōu)化運(yùn)行方式，著力降低淡化水成本，滄電的海水淡化成本已降低至5.45元，售價(jià)達(dá)到5.95元。
海水淡化新工藝和新技術(shù)蓬勃發(fā)展
近年來(lái)，超濾膜－反滲透膜耦合、蒸餾法－反滲透膜法耦合等多種耦合工藝技術(shù)應(yīng)用日益普遍，濃海水綜合利用工藝也備受關(guān)注，曹妃甸海水淡化項(xiàng)目就是采用了超濾膜與反滲透膜耦合工藝，以提高出水水質(zhì)和增加系統(tǒng)穩(wěn)定性，同時(shí)，采用管道將濃鹽水輸送至三友化工直接用于鹽化工生產(chǎn)，以提高海水淡化綜合效益并減少濃海水直接排放。
另外，利用太陽(yáng)能、風(fēng)能等新能源海水淡化技術(shù)發(fā)展迅速。《海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十二五”規(guī)劃》也指出，要堅(jiān)持海水淡化與資源綜合利用相結(jié)合，加大余熱余壓蒸汽和可再生能源及核能在海水淡化中的利用，優(yōu)化海水淡化工藝、合理利用熱膜耦合和電水聯(lián)產(chǎn)等工藝。河北省專家獻(xiàn)策服務(wù)團(tuán)顧問組副組長(zhǎng)、資深水利專家魏智敏表示，海水淡化用電量較大，如果能用太陽(yáng)能、風(fēng)能等自然能發(fā)電，淡化海水的價(jià)格就會(huì)降到3~5元/立方米，接近南水北調(diào)的水價(jià)，提高淡化海水的利用空間。此外，膜蒸餾、正滲透等海水淡化新技術(shù)也是各國(guó)科學(xué)家研究的熱點(diǎn)。
3、麻省研究員開發(fā)出海水淡化新方法
美國(guó)麻省理工學(xué)院網(wǎng)站發(fā)布文章稱，該校研究人員借助石墨烯開發(fā)出了一種海水淡化的新方法。該方法簡(jiǎn)單有效，在成本上也遠(yuǎn)低于現(xiàn)有的其他技術(shù)，讓人們?cè)诤Ｋ嫌侄嗔艘环N選擇。相關(guān)論文最新一期的《納米快報(bào)》雜志上。
在世界上許多地方，淡水的供應(yīng)正在日趨減少，隨著人口的增長(zhǎng)，這一問題還將持續(xù)嚴(yán)峻。因此，有不少人都將目光轉(zhuǎn)向了幾乎是無(wú)限供應(yīng)的海水，各種海水淡化技術(shù)也應(yīng)運(yùn)而生，但到目前為止，它們還都過(guò)于昂貴，無(wú)法大范圍、低成本推廣。
領(lǐng)導(dǎo)該項(xiàng)目的麻省理工學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院副教授杰弗里?格羅斯曼說(shuō)，許多人都在關(guān)注海水淡化技術(shù)，并做出不少成績(jī)，但從材料科學(xué)角度研究脫鹽的卻并不是很多。
新研究中格羅斯曼和研究生大衛(wèi)?科恩?達(dá)努奇通過(guò)精確控制多孔石墨烯的孔徑并向其中添加其他材料的方法，改變石墨烯小孔邊緣的性質(zhì)，使其能夠排斥或吸引水分子。這樣這種特制的石墨烯就如同篩子一樣能快速地濾掉海水中的鹽，而只留下水分子。新工藝的關(guān)鍵是非常精確地控制石墨烯孔洞的大小。研究人員稱，最理想的大小是1納米，不能太大也不能太小，如果太大了鹽便會(huì)和水分子一起通過(guò)篩子，起不到過(guò)濾的作用；如果太小水分子就無(wú)法通過(guò)這些小孔。計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果顯示，這種石墨烯篩子的性能非常優(yōu)秀，能夠快速地完成海水淡化過(guò)程。
科恩?達(dá)努奇說(shuō)，此前也有不少研究小組開發(fā)過(guò)類似的石墨烯篩子，但在尺寸和用途上區(qū)別很大。例如，用多孔石墨烯來(lái)過(guò)濾DNA（脫氧核糖核酸）或分離不同類型的氣體等。但在這些研究中對(duì)石墨烯孔洞的精度要求較低，技術(shù)較為簡(jiǎn)單，無(wú)法適用于海水淡化。
目前海水脫鹽最常用的是反滲透技術(shù)。其工作原理是用一種特制的膜來(lái)過(guò)濾海水中的鹽。但由于這些薄膜上的小孔極為致密（比新技術(shù)中所采用的多孔石墨烯密1000倍），需要非常大的壓力迫使海水通過(guò)薄膜，因此，在淡化海水的同時(shí)還需要消耗不少的能源。相比之下，在相同的壓力下，新技術(shù)在過(guò)濾速度上可比反滲透薄膜技術(shù)快數(shù)百倍，或者它能在同樣過(guò)濾速度下，節(jié)約更多的能源。
研究人員稱，目前他們正通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)整個(gè)過(guò)程進(jìn)行最后的模擬和調(diào)試，以確定其最佳參數(shù)。今年夏天首批采用該技術(shù)的石墨烯濾網(wǎng)原型就將問世。
格羅斯曼說(shuō)，由于石墨烯的原材料廉價(jià)且易于獲取，這使該技術(shù)在成本上具備了天然優(yōu)勢(shì)。另外，它又是已知最硬的材料，與目前所使用的反滲透膜相比更結(jié)實(shí)耐用。
哈佛大學(xué)化學(xué)系副教授約書亞?施耐爾說(shuō)，先前就有人開發(fā)出了類似的多孔石墨烯結(jié)構(gòu)，但卻沒有人將其與海水淡化結(jié)合起來(lái)。新技術(shù)為海水淡化提供了一個(gè)可供選擇的新方法。
【名詞解釋】
石墨烯（Graphene）是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個(gè)碳原子厚度的二維材料。石墨烯一直被認(rèn)為是假設(shè)性的結(jié)構(gòu)，無(wú)法單獨(dú)穩(wěn)定存在，直至2004年，英國(guó)曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈?海姆和康斯坦丁?諾沃肖洛夫，成功地在實(shí)驗(yàn)中從石墨中分離出石墨烯，而證實(shí)它可以單獨(dú)存在，兩人也因“在二維石墨烯材料的開創(chuàng)性實(shí)驗(yàn)”為由，共同獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
4、海水淡化廢水利用途徑
海水通過(guò)淡化生成淡水供人飲用，這在舟山早已不是新鮮事，而用海水淡化后的濃縮水成規(guī)模制鹽，在全省則尚無(wú)先例。日前，記者從岱山縣鹽業(yè)局獲悉，浙江省首個(gè)海水淡化濃縮水制鹽技術(shù)開發(fā)與示范工程在該縣正式開工。按照設(shè)計(jì)，岱山綠源海水淡化有限公司將對(duì)海水淡化剩下的濃縮水進(jìn)行一定處理，然后通過(guò)輸鹵管道輸送到茶前山鹽場(chǎng)進(jìn)行曬鹽。工程計(jì)劃于5月底完工。
沉淀、過(guò)濾、加藥、反滲透、消毒……在位于岱山縣浪激渚的綠源公司廠區(qū)里，工作人員正按照程序有條不紊地進(jìn)行海水淡化?！昂＠镉贮S又咸的海水通過(guò)這個(gè)廠區(qū)就會(huì)變成甘甜的自來(lái)水了?！本G源公司負(fù)責(zé)人告訴記者，這里的海水淡化采用的是反滲透技術(shù)，日生產(chǎn)淡化水能力達(dá)到5000噸。
但是海水淡化的過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的廢水。該負(fù)責(zé)人介紹道，采用反滲透技術(shù)進(jìn)行海水淡化產(chǎn)生的廢水被稱為海水淡化濃縮水，公司正常運(yùn)作時(shí)日產(chǎn)濃縮水為4000立方米～5000立方米?！斑@些濃縮水對(duì)海水淡化廠來(lái)說(shuō)是廢水，但直接排入大海會(huì)對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境造成一定的影響，因而需要花錢花精力去處理。不過(guò)對(duì)鹽民來(lái)說(shuō)它們可就是寶貝了?！贬飞娇h鹽業(yè)局副局長(zhǎng)余國(guó)定說(shuō)。在他看來(lái)，用海水淡化濃縮水來(lái)制鹽，鹽產(chǎn)量可得到大幅提升，鹽產(chǎn)品質(zhì)量也將得到極大保證，對(duì)傳統(tǒng)的制鹽業(yè)來(lái)說(shuō)，這無(wú)異于一場(chǎng)技術(shù)革命。
據(jù)了解，傳統(tǒng)曬鹽從鹵水到制鹽大致分7個(gè)階段，提鹵、提溴、儲(chǔ)鹵、蒸發(fā)、結(jié)晶、撈鹽和集坨，整個(gè)生產(chǎn)周期需要一個(gè)多月?！澳壳胞}民制鹽的原料為濃度1.7波美度的普通海水，而海水淡化濃縮水的濃度在3.8波美度。用濃縮水代替普通海水，濃度高了一倍多，不但可以減輕鹽民勞動(dòng)強(qiáng)度、縮短曬鹽周期，而且理論上計(jì)算，畝產(chǎn)也將增加50%以上。這還不算縮短曬鹽時(shí)間所帶來(lái)的增效?！睅讉€(gè)月后將要“接收”海水淡化濃縮水的茶前山鹽場(chǎng)場(chǎng)長(zhǎng)劉和琪對(duì)此很是期待。
劉和琪向記者算了一筆賬，綠源公司正常運(yùn)作每天產(chǎn)生的濃縮水為4000立方米～5000立方米，剛好可以滿足茶前山鹽場(chǎng)1000畝鹽田的生產(chǎn)用水。茶前山鹽場(chǎng)以往年產(chǎn)鹽約5000噸，如用濃縮水代替普通海水來(lái)制鹽，在正常條件下，年產(chǎn)鹽可以增加2500噸左右，鹽區(qū)將增收125萬(wàn)元。“海水淡化廠排出來(lái)的濃縮水已經(jīng)過(guò)多道工序處理，過(guò)濾掉了很多的泥沙、微生物等，水也由泛黃變得無(wú)色透明，用它作原料曬鹽，對(duì)保護(hù)鹽場(chǎng)灘田也有好處?！?span>
5、沙特利用太陽(yáng)能進(jìn)行海水淡化
沙特水電部長(zhǎng)阿卜杜拉?哈辛表示，沙特正致力于利用太陽(yáng)能進(jìn)行海水淡化，從而達(dá)到節(jié)約能源、降低成本的目的。目前，沙特正在東部城市哈夫基建設(shè)一座日產(chǎn)3萬(wàn)立方米的太陽(yáng)能海水淡化廠，預(yù)計(jì)建成后每立方米淡化海水成本將降至1.5里亞爾左右。
目前沙特生產(chǎn)世界上約18%的淡化海水，產(chǎn)量年增長(zhǎng)率約7%。
6、低溫多效海水淡化工程
隨著人口的不斷增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，淡水資源的匱乏日趨嚴(yán)重。海水淡化作為一種開辟新水源的相對(duì)成熟的技術(shù)，已經(jīng)成為世界上公認(rèn)的解決淡水短缺問題的最佳方案。據(jù)報(bào)道，當(dāng)前全球海水淡化容量約為4200萬(wàn)t/d，預(yù)計(jì)在今后5~10a內(nèi)還將增加2400萬(wàn)t/d。天津是我國(guó)的嚴(yán)重缺水地區(qū)，且毗鄰渤海，擁有豐富的海水資源，建設(shè)海水淡化工程具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。
2002年天津經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)（以下簡(jiǎn)稱天津開發(fā)區(qū)，縮寫TEDA）海水淡化項(xiàng)目正式啟動(dòng)。經(jīng)過(guò)近2 a的前期可行性研究，在對(duì)國(guó)內(nèi)外海水淡化技術(shù)和項(xiàng)目進(jìn)行大量調(diào)研的基礎(chǔ)上，結(jié)合本區(qū)域的具體條件（原水水質(zhì)差，區(qū)內(nèi)有合適的熱源），最終確定采用目前國(guó)際上較先進(jìn)的熱壓蒸餾低溫多效技術(shù)。該技術(shù)具有對(duì)原水水質(zhì)要求低（SS＜20 mg/L）、出水水質(zhì)好（TDS＜5 mg/L）、運(yùn)行管理簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。其設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)。
天津開發(fā)區(qū)萬(wàn)噸級(jí)低溫多效海水淡化工程日產(chǎn)淡水2萬(wàn)t，分兩期建設(shè)，其中一期規(guī)模為1萬(wàn)t/d，總投資額1.6 億元，已于2006 年底舉行了通水儀式。該工程利用開發(fā)區(qū)熱源五廠的低品位蒸汽，采用低溫多效的工藝生產(chǎn)TDS＜5mg/L的優(yōu)質(zhì)淡化水，生產(chǎn)1t淡化水消耗0.1t低壓蒸汽及2kW·h電。
天津開發(fā)區(qū)海水淡化工程可分為海水預(yù)處理廠和海水淡化廠兩個(gè)場(chǎng)站。海水預(yù)處理廠主要是去除海水中的泥沙；海水淡化廠包括海水提升泵房（從預(yù)處理廠提取海水到主設(shè)備）、中和池泵房（將主設(shè)備中的濃鹽水排出）、冷卻水泵房（為主設(shè)備提供冷卻水）、淡化水出水泵房（將淡化水排出送至輸水管網(wǎng)）、海水淡化主車間等。其中海水淡化主車間是海水淡化工程的核心，其作用是將海水蒸發(fā)成蒸餾水，該車間的設(shè)備全部從法國(guó)ENTROPIE公司進(jìn)口，設(shè)備投資約890 萬(wàn)美元。其中熱壓蒸餾脫鹽TCD裝置主要設(shè)備包括：6 個(gè)蒸發(fā)室、2 臺(tái)主要的冷凝器、4臺(tái)加熱器、1 臺(tái)熱壓縮機(jī)、1 套真空系統(tǒng)（包含蒸汽噴射器和噴射冷凝器）、2 臺(tái)板式熱交換器、1 個(gè)手動(dòng)海水過(guò)濾器、1 臺(tái)濃鹽水泵、1 臺(tái)蒸餾水泵、1 套海水處理裝置（除沫劑、阻垢劑和除氯劑注入）、1 套減溫系統(tǒng)。
為保證海水的連續(xù)供應(yīng)和改善進(jìn)水水質(zhì)，海水在預(yù)處理后經(jīng)提升泵站送到海水淡化廠。在海水淡化廠，來(lái)水經(jīng)加壓泵站加壓、濾網(wǎng)過(guò)濾并加入阻垢劑后，進(jìn)入海水淡化裝置；海水淡化裝置的產(chǎn)品水經(jīng)后處理進(jìn)入產(chǎn)品水貯存罐，并通過(guò)產(chǎn)品水泵加壓供給熱源廠等用戶，其水質(zhì)可達(dá)到TDS≤5 mg/L，余下的濃鹽水排?；蚓C合利用。所用熱壓蒸餾低溫多效海水淡化設(shè)備為6 效，處理能力為1 萬(wàn)t/d，造水比（GOR）為9.69，出水水質(zhì)TDS＜5 mg/L。
該工程利用開發(fā)區(qū)污水處理廠二級(jí)出水作為淡化裝置的冷卻水源，可大大節(jié)約取水設(shè)施和排水設(shè)施的建設(shè)費(fèi)用，每日最大需約5 萬(wàn)t 冷卻水；而冷卻水升溫后可繼續(xù)作為新水源一廠（即再生水水廠，以開發(fā)區(qū)污水處理廠二級(jí)出水作為原水，經(jīng)雙膜法處理后產(chǎn)水主要供應(yīng)開發(fā)區(qū)內(nèi)綠化及大型熱電廠）原水，恰恰滿足了該工藝希望提高原水溫度（尤其在冬季）的要求，有效地提高其雙膜法的產(chǎn)水效率。這樣就將污水處理、污水再生利用和海水淡化項(xiàng)目的資源整合在一起，形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、資源共享的特點(diǎn)。
蒸餾裝置是由多效降溫蒸發(fā)單元組成。在第一效蒸發(fā)單元內(nèi)產(chǎn)生的蒸汽在換熱管中被冷凝，換熱管為外部噴淋海水集束管。蒸汽冷凝釋放的熱量使換熱管外的部分海水在相對(duì)低的溫度和壓力下蒸發(fā)，由這部分海水產(chǎn)生的蒸汽在第二效蒸發(fā)單元中冷凝。同樣原理，第二效蒸發(fā)單元的換熱管外的部分海水會(huì)在更低的溫度和壓力下蒸發(fā)。同樣的蒸發(fā)工藝會(huì)在一效接一效的蒸發(fā)單元中傳遞下去。最后一效蒸發(fā)單元產(chǎn)生的蒸汽在冷凝器中冷凝。每一效蒸發(fā)單元中產(chǎn)生的冷凝水通過(guò)U 型管流入下一效蒸發(fā)單元，最后都流入冷凝器中。最終冷凝水由蒸餾水泵收集到淡化水儲(chǔ)罐中。
海水和大部分苦咸水均含有腐蝕和結(jié)垢成分：當(dāng)操作溫度超過(guò)75 ℃，腐蝕和結(jié)垢現(xiàn)象會(huì)迅速產(chǎn)生，同時(shí)鹽濃度會(huì)迅速升高，因此TCD 蒸發(fā)器適用于：（1）低溫操作，即原水和濃鹽水的溫度始終低于70 ℃；（2）原水的濃縮率總是≤35%。
為使海水在低溫下蒸發(fā)，設(shè)備運(yùn)行前要運(yùn)行真空系統(tǒng)，使設(shè)備內(nèi)壓力低于-93 kPa。經(jīng)過(guò)多效蒸餾和蒸汽的循環(huán)利用使得蒸發(fā)海水的能耗大大降低，1 kg熱源蒸汽能生產(chǎn)9.69 kg的蒸餾水，即GRO=9.69。因海水淡化濃縮率總是控制在35%，也就是說(shuō)日產(chǎn)1 萬(wàn)t 的海水淡化工程，每天所需海水3 萬(wàn)t，消耗蒸汽0.1 萬(wàn)t。
天津開發(fā)區(qū)實(shí)施的萬(wàn)噸級(jí)低溫多效海水淡化項(xiàng)目，其產(chǎn)品水作為區(qū)內(nèi)熱源廠的鍋爐補(bǔ)充用水以及其他用途純水，取代傳統(tǒng)的自來(lái)水深度處理工藝流程，每年節(jié)約淡水近850 萬(wàn)t，具有顯著的環(huán)境效益和社會(huì)效益。另外，該項(xiàng)目中一部分的淡化水作為高品質(zhì)飲用水通過(guò)分質(zhì)供水，進(jìn)入高校園區(qū)、住宅小區(qū)，為海水淡化水進(jìn)入城市管網(wǎng)進(jìn)行了有意義的探索。天津市位于嚴(yán)重污染的渤海地區(qū)，其海岸帶坡度較緩，海水泥沙含量很高，且溫度和鹽度隨潮流的往復(fù)運(yùn)動(dòng)變化較大，該工程的成功實(shí)施將積累自然條件惡劣地區(qū)海水淡化的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于在華北沿海地區(qū)推廣具有重大的示范意義。也必將帶動(dòng)本區(qū)域的相關(guān)加工制造業(yè)的持續(xù)發(fā)展，為我國(guó)的海水淡化產(chǎn)業(yè)走向國(guó)際市場(chǎng)創(chuàng)造示范條件。
7、長(zhǎng)春應(yīng)化所成功研制海水淡化反滲透復(fù)合膜制備
由中科院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所張所波研究員主持的中科院科研裝備研制項(xiàng)目“海水淡化反滲透復(fù)合膜制備設(shè)備”通過(guò)了專家驗(yàn)收。
反滲透海水淡化是解決水資源短缺問題的重要戰(zhàn)略手段。反滲透復(fù)合膜是膜法海水淡化的關(guān)鍵材料，它可以將海水、苦咸水、污水轉(zhuǎn)化為純凈的淡水，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮重要作用。但目前我國(guó)絕大多數(shù)的反滲透膜依賴進(jìn)口，主要原因是缺乏先進(jìn)的膜材料及精密的生產(chǎn)設(shè)備。反滲透膜制備設(shè)備是研究和生產(chǎn)反滲透膜的核心技術(shù)裝備，裝備的缺乏嚴(yán)重限制了我國(guó)膜材料的研究應(yīng)用進(jìn)程。因此，研究發(fā)展具有國(guó)際先進(jìn)水平的膜材料及制備設(shè)備具有重要意義。
在中國(guó)科學(xué)院科研裝備專項(xiàng)的支持下，中科院長(zhǎng)春應(yīng)化所成立了由反滲透復(fù)合膜材料制備及設(shè)備制造的科研人員和工程技術(shù)人員組成的復(fù)合膜制備設(shè)備研究小組，于2009年開始了“海水淡化反滲透復(fù)合膜制備設(shè)備”的研究開發(fā)。經(jīng)過(guò)兩年多的研發(fā)，他們解決了設(shè)備的溫度控制、張力控制、糾偏控制等關(guān)鍵技術(shù)問題，利用PCL實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的協(xié)調(diào)優(yōu)化，制備出集聚合、熱交聯(lián)、成膜、后處理等多種功能為一體的反滲透復(fù)合膜制備設(shè)備，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。目前，該設(shè)備已在相關(guān)單位進(jìn)行了反滲透復(fù)合膜配方及工藝的研究，試用效果良好。
該設(shè)備的成功研制不僅可以系統(tǒng)研究各種制備條件對(duì)膜性能的影響規(guī)律，深入了解成膜原理及關(guān)鍵影響因素，更有助于打破壟斷，提升我國(guó)在膜材料制備方面的研究水平，為反滲透膜的規(guī)?；a(chǎn)提供技術(shù)支撐。
該項(xiàng)目研制期間申請(qǐng)發(fā)明專利3項(xiàng)，2項(xiàng)已獲授權(quán)，培養(yǎng)博士研究生2名，碩士研究生2名。
8、海水淡化新技術(shù)：新型膜濃縮裝置通過(guò)驗(yàn)收
中科院過(guò)程工程所萬(wàn)印華研究員主持的新型膜濃縮裝置的研制項(xiàng)目順利通過(guò)了中科院組織的科技成果鑒定和現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收。
據(jù)了解，項(xiàng)目組研制的基于膜過(guò)濾—汲取集成技術(shù)的膜中試裝置集產(chǎn)物分離、高效濃縮、在線分析、原位清洗和多參數(shù)可視化自動(dòng)控制等諸多功能于一體，是一個(gè)典型的功能強(qiáng)化多技術(shù)集成系統(tǒng)。同時(shí)建立的基于膜過(guò)濾—汲取集成技術(shù)的生物大分子超濾濃縮新技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)生物大分子連續(xù)高倍濃縮。
鑒于該技術(shù)的應(yīng)用潛力，項(xiàng)目承擔(dān)單位同廣東中科保生物技術(shù)有限公司合作，共同開發(fā)了用于海水淡化的反滲透—汲取集成技術(shù)與裝備，并進(jìn)行了為期近一年的中試研究，結(jié)果表明采用該技術(shù)進(jìn)行海水淡化，噸水電耗僅為2.33千瓦時(shí)，濃水鹽濃度可達(dá)12%，水回收率可達(dá)80%，為海水資源的經(jīng)濟(jì)利用提供了一種新的技術(shù)途徑。
