第一篇：華能玉環電廠海水淡化工程設計概述

華能玉環電廠海水淡化工程設計概述

劉金生，龐勝林（華能浙江分公司，浙江玉環，317600）

摘要:華能玉環電廠的淡水系統全部采用了世界先進的“雙膜法”海水淡化技術,工程投資約2億元,計劃2006年4月30日制出合格的淡水。本文以華能玉環電廠海水淡化工程實例為基礎,根據國內外海水淡化發展的新技術以及經驗,分析對比了高壓泵的選型、能量回收裝置的特點,以及回收率確定的幾項因素,并根據工程情況分析了制水成本。對缺乏淡水的沿海電廠來說采用海水淡化無疑是一種非常好的選擇方案。

華能玉環電廠海水淡化工程自2003年3月開始采用“雙膜法”方案。為了充分驗證方案選擇的可行性，該廠于2004年4月至8月在現場進行了超濾裝置的中試運行（現仍在運行），鑒于國內工程公司尚未有如此大規模的海水淡化項目，為了確保工程的先進性與安全性，該廠在承擔玉環工程的概念

設計、技術方案及實施方面做了大量工作。1系統設計 1.1設計參數

海水含鹽量：34000mg/L；水溫：15～32℃；水量：總制水量1440m3/h，單套出力240m3/h。（34560m3/d）分為6套，1.2系統流程

海水→混凝澄清→超濾→一級反滲透→二級反滲透 1.3總平面布置

玉環海水淡化工程的總平面布置充分利用了循環水系統的取排水系統的布置，緊靠防浪大堤一側，自取水、混凝澄清、超濾過濾、反滲透制水、濃水排放，形成了完整流暢的布局。2主要系統介紹 2.1海水取水系統

華能玉環電廠海水淡化系統充分利用了電廠的循環水系統，以降低造價，同時可以利用發電廠余熱使循環排放水溫升高9～16℃的有利條件，降低海水淡化工程的能耗。海水取水口位于電廠海域-15.6m等深線附近的海域，排水口設置在-5m等深線附近的海域。循環水系統工藝流程為：取水口→自流引水隧道→循環水泵→供水管道→凝汽器→排水管道→虹吸井→排水溝→排水工作井→排水管→排水口。海水經過循環冷卻之后，冬季工況有16℃左右的溫升，夏季工況有9℃左右的溫升，因此，玉環電廠的海水淡化系統采用了兩路進水，一路取自循環水泵出口（未經熱交換的海水），一路取自虹吸井，根據原海水的水溫變化采用不同的進水方式，基本保證水溫在20～30℃，調整后維持25℃左右。2.2海水預處理系統

海水反滲透（SWRO）給水預處理技術包括消毒、凝聚/絮凝、澄清、過濾等傳統水處理工藝及膜法等新的水處理工藝，膜法預處理主要包括微濾（MF）、超濾（UF）和納濾（NF）等。預處理的目的：除去懸浮固體，降低濁度；控制微生物的生長；抑制與控制微溶鹽的沉積；進水溫度和pH的調整；有機物的去除；金屬氧化物和含硅化合物沉淀控制。2.2.1混凝澄清沉淀系統

為了降低海水中的含砂量以及海水中有機物、膠體的含量，必須進行混凝沉淀處理。混凝沉淀系統設有四座微渦折板式1000m3/h的混凝澄清沉淀池，為鋼筋混凝土結構，設備內部沒有轉動部件，可有效地減少防腐成本。經混凝沉淀處理后海水濁度小于5NTU，運行參數為：混合時間：3s；絮凝時間：10min；沉淀池上升流速小于2.4mm/s。混凝沉淀處理后水質見表1。

表1預沉池處理效果 參數

預沉池出水最大值 預沉池出水最小值 預沉池出水80時間內的值 濁度(NTU)20 1 <5 TSS(mg/L)20 5 <10 COD(mg/L)20 3 <5 2.2.2過濾系統

該廠過濾系統采用了加拿大澤能（ZENON）公司浸入式ZeeWeed1000型超濾膜系統，膜元件主要的技術參數為：膜材料：聚偏乙烯（PVDF）；膜通量：50～100L/m2·h；運行壓力：0.007～0.08MPa；最大操作溫度：40℃；pH范圍：2～13；化學清洗間隔期：60～90d。2.3高壓泵

高壓泵是SWRO系統的重要部件，正確選擇高壓泵性能對系統安全性影響很大，它是運轉部件，出現故障的概率高。對于大型的海水淡化裝置，一般采用的高壓泵是離心泵。常用離心泵的結構形式有水平中開式和多級串式。兩者相比在結構上應是水平中開式占較大的優勢，據稱可以達到6年不開缸維修，缺點是其設備價格昂貴。2.4能量回收裝置

由于PX系列的能量回收裝置具有回收效率高，噪音低等特點，逐漸受到用戶的青睞。由于設計中它僅有一個轉動部件，沒有機械密封和表面磨損，因而維護工作量很低。2.5海水淡化系統

海水經過超濾后，經海水提升泵進入保安過濾器，然后進入一級海水淡化系統。一級海水淡化系統共設6組，每組設有壓力容器58個，每個壓力容器內裝有7支膜元件，設計出力240m3/h（5760m3/d）。系統總出力為34560m3/d。3玉環電廠海水淡化五個技術關鍵點 3.1高效混凝沉淀系列凈水技術

該技術是在哈爾濱建筑大學承擔的國家建設部“八五”攻關課題“高效除濁與安全消毒”的科研成果中“渦旋混凝低脈動沉淀給水處理技術”的基礎上發展而來的。其中涉及了水處理工程中預處理的混合、絮凝反應、沉淀三大主要工藝，特點是上升流速比較快，占地面積比較少；沒有類似機械攪拌澄清池中的轉動設備，也沒有類似于水力加速澄清池中的大量金屬構件，這對于防止海水中突出的腐蝕問題是一個比較好的解決方案。3.2超濾作為海水淡化預處理系統

為了驗證超濾在工藝系統中設置的安全可靠性，以及尋找最適合的工藝參數，以最大限度地優化系統的配置。該廠組織了有六家公司參與的中試。試驗結果表明高效混凝澄清技術、超濾系統用于該海水淡化工程是可行的。3.2.1超濾出水SDI 試驗結果顯示，產水SDI總體上穩定在2.5左右，從整體趨勢來看，隨著時間的推移，超濾產水SDI有略微上升的趨勢，這可能是由于在試驗過程中超濾膜沒有得到有效的維護，如化學清洗等；進水消毒不徹底；進水混凝澄清效果不理想等，造成了海水中的微粒、膠體、有機物和微生物等和膜發生了物理化學反應，改變了膜的分離能力。試驗顯示客觀上雖然存在這種膜污染導致的分離能力下降，但這種表現為SDI的上升的下降趨勢極為緩慢，并不明顯。水溫升高，超濾出水的SDI隨之升高；進水pH值升高，超濾出水的SDI也高，反之亦然。鐵離子的影響：水中可溶解性的過渡金屬離子，如Fe2 因氧化而形成沉淀使SDI升高；氧化劑的影響：試驗過程中發現，如果加入次氯酸鈉，超濾出水的SDI升高。3.2.2超濾出水濁度

樂清灣海水濁度一般在100NTU以上，但是由于潮汐及天氣的影響，濁度變化幅度非常大，實測最高達到2456NTU，經過混凝澄清之后，一般在15～20NTU，個別值達到50NTU。從超濾產水來看，產水濁度相對比較穩定，基本上在0.10NTU左右，雖有個別值達到了0.20NTU，但沒有出現大的波動，基本上控制在0.15NTU以下。3.2.3超濾出水中的鐵

超濾進水鐵的濃度變化范圍在25.5～1451μg/L，去除率在80～90。3.2.4超濾出水中的硅

超濾進水的膠體硅含量變化范圍在1.081～10.74mg/L，出水的膠體硅含量是比較穩定的，一般小于2mg/L，去除率最低時只有10，最高達到98，大部分去除率在70～90之間。3.2.5超濾出水中的COD 玉環海水中CODMn不超過10mg/L，經過超濾之后，產水CODMn最高不超過5.0mg/L，也就是說超濾對CODMn去除率比較低。相對進水CODMn的波動，產水CODMn比較穩定，但還是呈現比較緩慢的上升趨勢。

3.2.6超濾出水細菌總數超濾對細菌的去除率達到100。3.3系統回收率的確定

目前的海水淡化工程，回收率一般在38～50之間。決定回收率高低的因素主要有原海水水質、預處理系統出水水質、膜的性能要求、運行壓力、綜合投資和制水成本等。由于玉環項目采用超濾作為反滲透的預處理，原海水的含鹽量通常在28000～32000mg/L之間，而最低水溫高于15℃，因此在反滲透允許的設計條件下，回收率越高，系統的經濟性越好。按照回收率40，45，50，進行了技術經濟比較（表2）。經分析比較，我們確定的回收率為45。表2不同回收率下的性能 40的回收率 45的回收率 50的回收率

一年運行壓力(MPa)三年運行壓力(MPa)一年內脫鹽率()三年內脫鹽率()設計通量(L/m2h)要求預處理的出力(m3/h)與45投資比較()系統運行安全性結垢可能性 5.395.6299.4899.38***高較低 5.675.9099.4499.33***高低 6.046.2699.3999.2815.4288080低高 3.4新材料的應用

海水淡化系統中另一個重要問題就是設備及管道腐蝕，根據工藝流程中接觸介質種類及壓力的不同，分別采用了雙相不銹鋼2205、2507以及奧氏體不銹鋼254Mo，低壓系統大量的采用襯里、塑料及玻璃鋼管道。3.5濃水排放綜合利用

海水淡化系統中濃水排放是全球業內要解決的問題，由于發電廠循環水中一般采用氧化性殺菌劑來抑制循環水系統中藻類、貝類的生長，在海濱電廠大都設有電解海水制氯系統，反滲透濃水相當于在原海水的基礎上濃縮了1.6倍，因此將一部分直接用于電解海水制氯，可以簡化制取次氯酸鈉系統設置，又可提高電解制氯系統的效率。4制水成本分析

海水淡化的運行成本是大家比較關注的問題，也是評價系統方案可行性的重要依據。根據玉環工程投標商的報價情況、性能指標、使用保證壽命，綜合考慮設備折舊、人工、藥品、檢修維護等各方面的因素，以上網電價為基礎，噸水的制水成本在4元左右（表3）。表3華能玉環電廠海水淡化工程成本測算 項目 金額

單項成本(元/m3)以年運行 以年運行

7000h計

6000h計

工程動態投資(萬元)19244

其中貸款(萬元)14433 利率()6.12

15年經營期利息 0.11 0.13(萬元，假設15年平均還貸)110.41

化學藥品消耗(元/m3)0.3184 0.32 0.23 電力消耗(元/m3，1.2 電價0.30元/kW·h)1.20 1.20 大修及檢修維護費(萬元/年)193 0.19 0.22 反滲透膜更換費用(萬元/年)980 0.73 0.88 人員工資(萬元/年)60 0.06 0.07 固定資產折舊費用(萬元/年)1282.9 1.24 1.48 單位運行成本(元/m3)2.49 2.69 單位制水成本(元/m3)3.84 4.30

5結論及建議

沿海電廠采用海水淡化方案無論經濟上還是技術上是可行的。沿海電廠采用海水淡化技術可以充分利用電廠的取排水系統，而不必單設，可節省很大的初投資費用，并且電廠循環排放水的溫升可使海水淡化的水溫得到保障，有利于淡化能耗的降低。目前沿海城市淡水資源相對比較緊張，水價也在逐步上升，玉環工程海水淡化制水成本4元/噸左右的水平對于工業用水水價，二者已經基本持平，甚至低于工業用水的價格，因此沿海電廠選用海水淡化，不僅社會意義重大，經濟技術上也是可行的。

采用超濾作為海水淡化的預處理系統雖然是膜法處理的發展方向，但是畢竟成熟的經驗還少，有待于進一步的分析研究。玉環工程自招標前期即開始超濾中試工作，到現在還在繼續進行，目的也是在進一步探索超濾作為海水淡化系統預處理的經驗。

海水淡化雖然不是一門新的技術，但是畢竟我國目前大型的海水淡化工程經驗還少，項目也不多，與國際上一些著名的公司相比，采購成本及技術合作上我們還處于劣勢，這對我們的技術進步和海水淡化產業的發展是不利的。

該工程于2003年2月動工，2003年12月建成并試運行，2004年3月通過環保驗收。整套設施自運行以來至今一直高效穩定。其處理效果見表2。表2數據表明，廢水經處理后，出水各項指標均達到要求。從表2可知，廢水經“水解酸化 混凝氣浮 接觸氧化法”處理后，其COD、懸浮物、石油類和磷酸鹽總去除率分別為92.1、96.4、88.36和93.3。表2廢水處理效果表 項目 COD(mg/L)SS(mg/L)石油類(mg/L)磷酸鹽(mg/L)調節兼水解酸化池氣浮池出口好氧池出口過濾器出口 258.50185.6842.1320.18 117.6041.626.104.20 15.906.374.301.85 15.1010.712.81.0 4經濟分析

該工程總投資143.78萬元，其中設備費為88.2萬元，土建47.83萬元，其它費用7.75萬元。該工程每m3產水總運行費用1.13元，其中電費0.23元，藥劑費用0.70元，人工費0.2元。5工程實例經驗

（1）生產廢水中的石油類污染物都是來自金屬件表面保護性油膜，容易發生乳化反應，并被混凝成

“礬花”，含有一定的油質，有粘性，易結成團，浮于水面。根據這種特性，采用混凝氣浮法具有較好的泥水分離效果。可見，氣浮工藝對該廢水不僅可高效去除石油類污染物，而且還可對廢水進行預充氧，從而提高了廢水的可生化性，更有利于后續的生化處理。（2）生產過程中要對金屬件用工業洗滌劑反復清洗，故所排廢水富含工業洗滌劑成分，經曝氣攪拌，會產生大量泡沫，在好氧池之前使用消泡劑，改變洗滌劑的表面活性，否則好氧池由于鼓氣產生大量泡沫，無法正常運行。

（3）生產過程中所用到的工業洗滌劑及少量染色劑，都是一些難以生物降解的高分子化合物，因此在設計時先用水解酸化工序使一些復雜的大分子物質、不溶性有機物水解成小分子物質、溶解性有機物，然后再用接觸氧化法對小分子物質和溶解性有機物進行氧化分解，才能取得較好的生化處理效果。

（4）水解酸化池中采用機械攪拌器進行攪拌，以增強廢水與污泥之間的接觸，消除池內的梯度，避免產生分層，提高效率。

（5）好氧處理段采用接觸氧化法。池內填料比表面積大，池內曝氣裝置設在填料之下，供氧充足，池內生物活性高，生物膜更新速度快，可以承受的濃度負荷是其它生物法的幾倍，因此可以減少占地，節省能耗。（6）混凝沉淀池出水經過過濾器，保證懸浮物的水質指標達到排放要求20mg/L以下。6結論

采用混凝氣浮-二級生化-過濾法處理金屬件表面處理廠生產廢水，該方法具有處理效率高、操作簡便、耐沖擊、日常維護方便等優點，出水水質穩定。

本工藝COD、懸浮物、石油類和磷酸鹽總去除率分別為92.1、96.4、88.36和93.3。

第二篇：華能玉環電廠海水淡化項目五年運營小結

華能玉環電廠海水淡化項目五年運營小結

更新時間：2013-01-16 11:10 來源： 作者: 龐勝林 曹士海 何高祥 閱讀：140 網友評論0條

[摘 要] 華能玉環電廠35000t/d“雙膜法”海水淡化系統自2006年3月投入運營，至今已安全、穩定運行了5年，現對此項目進行總結，證明在火力發電廠中，使用海水淡化作為唯一的水源是可靠的、經濟的。前言

華能玉環電廠位于浙江省玉環縣大麥嶼經濟開發區，地處浙東南沿海的樂清灣東岸，玉環島西側，三面環山，一面臨海，是典型的沿海電廠。由于玉環有著得天獨厚的港口自然條件，同時又處于浙南電力負荷中心，早在上世紀七八十年代，國家就曾考慮過在玉環建設大型燃煤電廠，來緩解地區電力供應緊張局面，但受當時的技術和經濟條件限制，工程項目一直未能實施，缺水就是其中的制約要素之一。玉環島的陸地面積約為180平方公里，淡水來源主要為天然降水，由于海島面積小，加上島上丘陵小山地貌，集水面積不足，沒有修建大型水庫的條件。雖然天然降水豐富，淡水資源還是極其緊張。人均水資源占有率僅為656m3，不僅遠低于浙江省(2400m3/人)和全國(2700m3/人)的平均水平，甚至低于國際公認的1000m3/人嚴重缺水標準①。為了實現既不與當地居民“爭水”，又能保障機組安全運行，海水淡化成了解決華能玉環電廠生產用水的唯一途徑。

華能玉環電廠全廠的生產、生活用淡水全部來源于采用了世界先進的“雙膜法”工藝的海水淡化系統，全部工程投資不到2億元(含地基處理、土建及安裝調試費用)，是目前中國最大的膜法海水淡化項目之一。該系統于2006年3月24日制出合格的淡水，有力的保證了華能玉環電廠4×1000MW超超臨界機組的安全穩定運行。項目情況華能玉環電廠海水淡化項目建設在電廠廠區西側，按工藝流程沿海堤布置，2005年10月份開始設備安裝，2006年3月調試完畢投入運行。海水淡化車間建筑面積3200m2，系統設計壽命為30年。

2.1 項目建設的主要內容

華能玉環電廠安裝的是國產首臺百萬千瓦超超臨界燃煤火力發電機組，是國家 863 計劃“超超臨界燃煤發電技術”研究課題組成部分，是研究項目。現場沒有“熱法”海水淡化所需的蒸汽來源;同時由于是在南方新建廠，也沒有外來蒸汽;所以“膜法”海水淡化工藝成了華能玉環電廠唯一選擇。

華能玉環電廠膜法海水淡化工藝為反應沉淀池+超濾+反滲透，反應沉淀池設兩組四座，單座出力為1000噸/小時。反應沉淀池產水通過管道和超濾配水槽相連，超濾設置六套，共用配水槽配水，配水裝置布置在配水槽底部，超濾產水進入超濾水箱，再進入6套反滲透共用的進水母管。

一級反滲透設置6套，每套產能為240噸/小時。二級反滲透設置3套，每套產能130噸/小時。華能玉環電廠海水淡化系統一級反滲透共設6 組，每組設壓力容器58 只，每個壓力容器內裝有7支膜元件，系統回收率為45%，設計出力240 噸/小時(5760 噸/天)，總出力為34560 噸/天。

2.2 項目的關鍵技術及創新技術

華能玉環電廠海水淡化項目關鍵及創新技術主要包括：與發電工藝相結合的創新取水系統;包括在海水中首次應用的―微渦旋‖混凝澄清技術和創新的大規模使用超濾工藝，組成了高效、節地的預處理系統;一級反滲透系統配置了高效能量回收裝置，極大的降低了噸水能耗;電廠充分利用海水淡化的濃水作為制取次氯酸鈉的原料，進一步節約能耗，實現循環經濟等。

2.2.1 與發電工藝相結合的創新的取水系統

華能玉環電廠凝汽器采用海水直流冷卻，取水口位于樂清灣-15.6米等深線附近的海域，排水口設置在-5米等深線附近的海域。海水淡化系統充分利用了電廠的取水系統，以降低造價;同時利用發電廠余熱使排放水溫升高的有利條件，降低海水淡化的運行能耗。因此，華能玉環電廠的海水淡化系統采用了兩路進水，一路取自循環水泵出口(凝汽器入口側)，一路取自虹吸井(凝汽器出口側)。2.2.2 高效、節地的預處理系統

樂清灣是一個開口向南的南北向海灣，灣內海水受沿海南下洋流攜帶、流入灣內河流及潮汐沖刷的多重影響，為高含沙區，含砂屬極細粉砂和粗粘土。根據實測資料，電廠取水口附近垂線平均含沙量大潮為0.214kg/m3，中潮為0.260 kg/m3，小潮為0.041 kg/m3。

為了降低海水中的含砂量以及海水中有機物、膠體的含量，以滿足膜法脫鹽進水水質的要求。項目設置了混凝澄清和超濾組成的預處理系統。混凝澄清的主設備為四座國內首次在海水中應用的―微渦旋‖折板式反應沉淀池，鋼筋混凝土結構，內部沒有轉動部件，可有效地減少防腐成本。混凝澄清沉淀處理后的海水濁度小于5NTU，進入后續的超濾系統。華能玉環電廠超濾系統采用了浸入式超濾，共設6個膜池，總計1800只膜元件。超濾系統配套的轉動設備有透過液泵、反洗水泵、清洗水泵、真空泵、羅茨風機等。超濾產水已完全滿足反滲透的進水要求。預處理系統投加的藥劑有混凝劑，三氯化鐵;助凝劑，陰離子聚丙烯酰胺;連續殺菌劑，次氯酸鈉;沖擊殺菌劑：DBNPA(戊二醛)等。

華能玉環電廠膜法海水淡化預處理系統總占地面積約為2400 m2，據計算，和機械攪拌加速澄清池及兩級過濾的常規工藝相比，占地面積僅是其三分之一。

2.2.3 節能的反滲透脫鹽系統

反滲透系統技術主要集中在回收率的確定、能量回收的確定及反滲透的布置。系統可以簡單的分為三個部分，動力部分、脫鹽部分及加藥部分。

動力部分的高壓泵是脫鹽系統的心臟，它提供了克服海水滲透壓的動力，是噸水能耗的主要組成部分。正確選擇高壓泵及其控制方式是系統安全、經濟運行的關鍵。華能玉環電廠的高壓泵采用變頻控制，密切配合不同溫度、不同含鹽量的海水及不同階段反滲透上的能耗，既節約電能，又提升反滲透膜的安全性。高壓海水流經反滲透膜元件，除產水外，55%的濃水只是損失了反滲透膜的水阻(段間壓差)，還蘊含著巨大的能量，所以“膜法”海水淡化設置能量回收裝置的類型是降低系統能耗的關鍵。華能玉環電廠采用的是壓力轉換器，是液-液直接傳遞壓力的一種能量回收裝置，能量回收效率可達94%，確保了華能玉環電廠的較低的噸水電耗。

2.2.4 循環利用海淡濃水，降低運營成本

將反滲透的部分濃水作為電廠3×90kg/h 電解海水制取次氯酸鈉的原料，充分利用其中2 倍濃縮的氯化鈉，既節約了電解裝置的能耗，又實現了循環經濟。

2.2.5 運行現場無人值守

華能玉環電廠海水淡化項目由于較高的自動化水平，真正實現了除正常巡檢外，運行現場無人值守。項目運行情況 3.1 項目產能

2006 年3 月24 日，海水淡化項目投入運行。到2010 年底華能玉環電廠海水淡化共產淡水約2600萬噸。這相當于每年9 萬城鎮居民生活用水總量，或是一座中型水庫的總庫存量②。

3.2 單位能耗

在2009 年7 月，華能玉環電廠組織有關單位對海水淡化系統進行了性能測試，主要參數如下：

備注：海水淡化理論耗能量，1.41kWh/t。項目設計能耗, 3.7kWh/t。3.3 單位藥耗

海水淡化除了電力消耗外，還有的日常的藥品消耗，對2009 年及2010 年海水淡化的藥品實際消耗進行統計，單位藥耗為0.86 元/噸。其中阻垢劑、混凝劑及還原劑等運行用藥品，0.72 元/噸，占84.24%;檸檬酸、戊二醛等維護用藥品，0.14 元/噸，占15.76%。不同的藥品所占的比例如下：

3.4 項目投資及折舊

華能玉環電廠海水淡化設備靜態總投資為18800萬元(含建筑、安裝、設備，不含征地),去掉其中的材料部分，形成資產的為15020萬元，若以15年折舊計，年折舊成本1001.33萬元。

3.5 維護成本 統計2009年及2010實際發生的維護費用，運行維護材料費約為150萬元/年。3.6 人工成本

華能玉環電廠沒有為海水淡化設置專門的人員，全廠和其相關的人員配置如下： ⑴運行部門(OP)： 全廠5個值，和海水淡化相關的約1.2人;化學專業運行工程師1名，海水淡化約占其25%的工作量。⑵.維護部門(MP)維護工程師，2名，海水淡化約占其30%的工作量。現場工人，14名，和海水淡化相關的約4人;因此，按6人計算人工成本。

3.7 制水成本及說明

基于2009年及2010年的實際數據計算，華能玉環電廠海水淡化的噸水成本為5.52元。制水成本較高的原因是根據火力發電廠設計規范的要求，海水淡化的產能是由電廠峰值用水量確定的。華能玉環電廠自投產以來，不懈的追求節能減排降耗，海水淡化脫鹽部分年利用率較低，在相同的背景下，單位產水需分攤的設備折舊費用較高。因此若按設計負荷常態供水,成本可大為降低。詳細見下表：

設備年利用用率在75%左右(6600小時)時，華能玉環電廠海水淡化項目噸水成本在4元人民幣以下。項目意義

4.1 華能玉環電廠海水淡化項目成功的示范作用 4.1.1 海水淡化是安全、可靠的 華能玉環電廠采用國際先進技術，在國內第一個采用―雙膜法‖海水淡化工藝，建成國內特大容量的海水淡化水工程，制水量為1440立方米/小時，電廠使用的發電用水、脫硫用水和生活用水等全部由海水淡化獲得，海水淡化雖然是華能玉環電廠整個生產過程的一個輔助系統，但在玉環縣這個缺水的地區，海水淡化作為華能玉環電廠的唯一水源，其安全、可靠有力的保證了華能玉環電廠4×1000MW超超臨界機組的建設、調試及運行，創造了國內電力發展史上的奇跡，翻開了沿海電廠設計及運營新的一頁。

4.1.2 海水淡化是經濟的

華能玉環電廠成功實現通過海水淡化解決全廠生產、生活用水，充分證明了海水淡化使用于沿海火力發電廠無論在經濟上還是技術上都是可行的。目前沿海區域淡水資源相對比較緊張，水價也在逐步上升。玉環工程海水淡化的制水成本對于當地工業用水水價已基本持平。

隨著科技的進步，海水淡化的成本還在不斷下降。這樣，對于我國沿海、島嶼上大型工業或居民生活供水，采用海水淡化在經濟上更加可行。從水質方面考慮，由于海水淡化水質較好遠遠優于天然水，工業應用海水淡化產水的成本應低于自來水，特別是如電廠等對水質要求較高的工業企業選用海水淡化，更加經濟。

4.1.3 海水淡化是環境友好的

華能玉環電廠將可研中及環評批復中要列為電廠專用的里墩水庫仍留給地方居民使用，出資建設了國內最大規模的海水淡化裝置解決電廠的生產、生活用水問題，電廠同時建設了供應當地自來水公司的飲水管線，在地方急用時提供居民生活用水。華能玉環電廠每年可為當地節約淡水資源1000萬立方米，并且不向環境排放廢水，淡水重復利用率64%，廢水重復利用率達100%。對構建和諧社會也起到了良好的示范作用。

華能玉環電廠還委托寧波市海洋環境監測中心對附近海域進行了海洋環境影響后評估，評估結論為：總體來說，華能玉環電廠建設前和運營后廠址附近海域海水水質和海洋沉積物環境質量狀況變化不大。增溫對海域浮游生物的影響不大，是有限的。

4.2 華能玉環電廠海水淡化項目成功揭示了海水淡化的優勢 4.2.1 海水淡化作為水源的優勢

對于淡水缺乏的沿海地區，海水淡化還有如下優勢：海水淡化不依賴天然降水，不受旱澇影響;占地面積小，不像修建水庫那樣需要大面積土地;對環境影響小，不影響小流域的水利條件及環境條件;產水水質好，不含重金屬及病毒等。

4.2.2 發展海水淡化促進循環經濟 發展海水淡化，可以促進其它海化工業的發展;沿海工業圈發展海水淡化產業，后續產業鏈可以考慮投入鹵水化工或氯堿化工以充分消化海水淡化的濃水，以實現循環經濟。項目存在的問題及下一步計劃

華能玉環電廠海水淡化項目作為中國第一個大型的膜法海水淡化工程，思考其設計、安裝及運營維護，還是充分體現出了我國在海水淡化技術方面儲備不足。這主要表現在：對膜法海水淡化預處理重視程度不夠;在海水淡化技術細節上積累不足等。

對于華能玉環電廠海水淡化項目，我們將進一步優化海水淡化系統，以降低藥耗，提高其經濟性。在可能的條件下，進一步匹配系統產能，提升其安全性。

對于我國的海水淡化事業，應著力培養相關人才，大力發展相關產業，以安全、經濟的海水淡化來解決沿海地區的缺水問題，為和諧社會建設貢獻力量。

參考文獻：

[1] 《玉環縣水利局2004年工作總結》

[2] 《水庫、病險水庫及水庫等級劃分》，《城市居民生活用水量標準》

第三篇：華能玉環電廠燃料管理年活動先

華能玉環電廠燃料管理年活動先進事跡材料

2010年，華能玉環電廠在公司的統一領導下，在浙江分公司的具體指導下，堅持科學發展觀，按照“燃料管理年”活動要求，緊緊圍繞“保供、控價、優結構、控庫存”的總體思路，攻堅克難，奮發有為，結合“燃料管理年”活動各個階段的要求，扎實地做好自查、對標、整改、完善、提高等工作，使燃料管理水平更上新臺階，不但確保了機組發電用煤的可靠保障，特別是在“迎峰度夏”、“防臺度汛”和“保世博、保亞運”的特殊時期，措施得當，成績顯著，為全面完成全年的各項任務打下了堅實的基礎。現將該廠開展“燃料管理年”活動的取得的主要成績總結如下：

1、年卸煤量創歷史新高，位居華能首位。

2010年前10個月玉環電廠煤炭采購量766萬噸，超出2009年全年采購量13萬噸；截至11月22日，玉環電廠年累計進煤134艘次，進煤總量達823萬噸，預計今年全年的煤炭采購量將超過900萬噸，創投產以來歷史新高，成為華能系統最大耗煤用戶。

2010年，玉環電廠安全生產態勢空前良好，輸出線路限額不斷增大，機組發電量屢創新高，耗煤量和供應采購量相應大幅增加，日均耗煤超過3萬噸，平均兩天耗掉一艘七萬

共 9 頁 第 1 頁噸船舶載量。特別是今年國內、國際相繼出現的一輪又一輪的燃料供應緊張局勢，使燃料保供的擔子力堪千鈞，玉環電廠積極按照“燃料管理年”活動 “保供第一”的要求，按照公司統一部署，千方百計尋找資源和運力，攻堅克難購運電煤，成功應對了幾次燃料供應風險，出色地完成了供應任務。

2、進口煤種類、總量大幅度提高，列華能第一位，全年進口煤國家已經達到5個，進口煤總量已達676萬噸。

2010年玉環電廠進口煤炭種類有印尼、澳大利亞、南非、哥倫比亞和俄羅斯煤，通過不斷努力和摸索，玉環電廠已可以100%燃用進口煤，為兄弟電廠摻燒進口煤提供了寶貴的經驗。截至11月22日，玉環電廠進口煤炭年累計676萬噸，占全年煤炭采購量的84%，進口煤比例超過2009年全年21%，進口煤的總量在華能首屈一指。

2010年，國內北方港口相繼出現了冰凍、大風、大霧等惡劣天氣多次數日封航，同時由于鐵路大秦線檢修及煤礦限產等因素的影響，北方港口壓船現象日顯嚴重，排隊等候裝港時間延長，為燃料的及時供應增添了巨大困難。

玉環電廠積極響應公司的號召，堅定不移地走進口煤供應道路，拓寬了來煤渠道，提高了供應的靈活性和多樣性，成功降低了燃料供應風險，不但確保了機組發電用煤的需

共 9 頁 第 2 頁求，而且價格上的優勢大大降低了玉環電廠燃料成本，增強了企業的贏利能力。

玉環電廠地處臺州港大麥嶼港區，是國家二類口岸，依照國家有關規定，國際航行船舶不能直接進靠二類口岸，只有報請交通部批準同意后方可臨時進靠。玉環電廠在浙江分公司積極協調下，調集各方力量，創造性地開展工作，相繼完成了海關監管場所驗收、碼頭保安設施符合證書年檢、港口經營許可取證及防治海洋污染措施落實等大量工作，積極配合做好大麥嶼港的永久對外開放驗收準備工作，先后成功辦理了八次臨時進靠審批手續，使國際電煤航行船舶持續不斷靠泊玉環電廠煤碼頭。

3、印尼褐煤摻燒比例逐年升高，在華能系統中居前列，全年已采購10艘次53萬噸。

截至11月22日，今年玉環電廠共采購印尼褐煤10艘次共53萬噸，通過合理的配煤摻燒，未發生因水分大、熱值低而產生的不安全事件，為機組的安全穩定發電做出了貢獻，也為兄弟電廠摻燒印尼褐煤做出了榜樣。

2010年，隨著公司直供配送電廠數量的增多，燃料公司營口分公司的扎煤和褐煤用戶逐漸增加，特別是設計煤種為褐煤的新機的投產，更加使國內褐煤的供應日趨緊張。在此情況下，公司深謀遠慮，重點將褐煤供應給北方的電廠以提

共 9 頁 第 3 頁高調運效率。

玉環電廠由于煤炭采購數量大，在進口煤為主體的前提下，單一礦點、單一品種的進口煤不能滿足玉環電廠的數量需求，為此公司為玉環電廠成功引進印尼褐煤，一方面增強了采購的可選擇性，另一方面也降低了燃料成本。

4、承擔兄弟電廠大型船舶減載任務，降低公司燃料成本，全年已經完成減載電煤船舶12艘次。

目前在玉環電廠進行減載的單位有南通、太倉和石洞口二廠。玉環電廠克服了人員少、費用增加、接卸設備無法停用定期檢修和海事、港航部門工作量大、壓力大等諸多困難，截至目前完成了安全、優先為兄弟電廠減載12艘煤船任務，成為華能系統唯一一家為兄弟電廠減載的單位，為實現公司利益最大化做出了積極貢獻。

近幾年，國內煤炭行業巨變，煤炭市場跌宕起伏，更多電力企業將眼光瞄向國外。由于進口煤運輸距離遠，使用小船運輸顯然是不經濟的，但大型船舶由于吃水深，無法抵達淺水域煤碼頭。

因玉環電廠積累了燃用進口煤的豐富經驗，實現了電煤船舶在煤碼頭兩艘7萬噸級同靠和10萬噸級單靠常態化。公司因地制宜，制定了大型進口電煤船舶在玉環電廠減載后再供應其它廠的策略。通過減載，不但確保了兄弟電廠機組

共 9 頁 第 4 頁發電用煤的需求，降低了燃料供應風險，而且價格上大大降低了燃料成本。

5、主動讓出質優價廉計內煤指標，為公司整理利益最大化做貢獻，全年共讓出計內煤量156萬噸，增加玉環電廠燃料成本2.8億元。

玉環電廠積極響應公司的號召，主管領導帶隊依次走訪各重點煤礦和供應商，參加各種與礦方的座談會，通過交流增進了彼此的了解和友誼，使礦方理解了百萬千瓦機組高效環保的特殊作用，取得了供貨方的大力支持。

但由于四大礦全年供應給公司的總量供不應求，玉環電廠舍小家顧大家，以公司利益至上的全局觀為統領，從局部看全部，為公司的共同發展貢獻力量。2010年，針對玉環電廠以進口煤為主的策略，玉環電廠將部分計內煤指標讓給了南京等兄弟電廠，同時在今年現有的計劃量和長興電廠關停后轉移給玉環電廠的計劃量中，玉環電廠堅決服從公司的計劃采購策略和安排及計內煤在公司內部的分配，不爭不搶，默默無聞為公司的更大發展努力耕耘。

6、在大麥嶼港區對外開放尚未經過國家驗收的情況下，采取辦理“國際航行船舶臨時進靠”和“一船一議”的方法，實現了13.6萬噸級CAPE型靠泊，全年共實現10萬噸以上船舶接卸39艘次，有效的降低了燃料成本。

共 9 頁 第 5 頁玉環電廠煤碼頭自開港首航至2010年11月22日，共完成464艘次船舶的安全靠離泊。碼頭各項安全措施不斷完善，靠泊能力不斷提高，由最初5-7萬噸級船舶單靠，到兩艘5萬噸級船舶同靠、兩艘7萬噸級船舶同靠后，又在“一船一議”的基礎上完成了10萬噸級靠泊常態化。2010年7月15日，玉環電廠通過努力，在當地港航、海事、交通規劃設計院等單位的大力支持下，充分考慮了航道水深、航標設置、碼頭強度的情況，認真分析了靠泊的可行性，不斷完善了靠離泊、接卸安全技術措施和應急預案，成功首次實現了CAPE型船舶“MATRIX”輪安全靠離泊和電煤接卸，使華能電廠自用碼頭靠泊CAPE型船舶成為現實。同時今年11月14日，按照公司的總體部署，再次成功完成了上海時代航運公司CAPE型船舶“時代20”輪首航玉環電廠煤碼頭靠卸的任務。

7、采取兩船“同靠”、獎懲機制等提高接卸效率，速遣獎勵額度位列公司首位。單日接卸量達到8.2萬噸創歷史新高，實現周接卸5.5艘次創歷史紀錄。

開展“燃料管理年“活動以來，玉環電廠高度重視基礎工作的開展，從細微處著手，完善各種管理制度，使各個環節銜接有序，形成閉環。

玉環電廠繼續貫徹執行公司燃料直供配送模式的計劃調運精神，正確定位燃料保供、控價責任主體，積極溝通、共 9 頁 第 6 頁協調供應商和運輸方，千方百計保供控價。同時，根據玉環電廠燃料管理實際情況，不斷完善了燃料調度、接卸、煤場管理體系，進一步強化了責任制和考核機制。此外，由廠人力資源部門牽頭，加強了燃料管理的體制機制建設，理順了相關部門職責分工，明確了燃料采購、運輸、接卸、采、制、化、存、燒、盤點等環節的管理規范，確定了燃料閉環管理的責任部門，實現了燃料管理的專業化、技術化、標準化。

在接卸管理上，為了將電煤安全、高效接卸至場地，保證生產需求，同時避免堵港控制滯期費的發生，玉環電廠克服了進煤量大、船期密集等困難，狠抓燃料接卸管理，與“本質安全年”、“輸煤設備整治月”、“防止皮帶機膠帶撕裂專項檢查”等活動相結合，科學有序地進行輸煤設備的各項檢修計劃，確保了輸煤設備健康穩定運行，為接卸效率的提高提供了可靠的保障。同時組織開展各種形式的技能競賽和比武活動，促進接卸人員技術水平的不斷提高。船舶調度科學有序，卸煤場地安排合理，堆取料有效銜接，確保了電煤船舶安全高效地靠離和接卸，電煤接卸速度屢創佳績，10月3日至12日，更是創造了9天安全接卸7艘煤船的紀錄，最高日卸煤達到82407噸，不但贏得了速譴降低了燃料成本，更是受到了供應商和航運公司的好評。

在配煤摻燒和煤場管理上，玉環電廠始終堅持“優劣搭

共 9 頁 第 7 頁配”、“燒舊存新”和“定期置換”的原則，“配煤摻燒小組”每周組織召開“接卸配煤摻燒工作小組”會議，充分發揮協調功能，使到廠船舶動態、機組運行情況、設備檢修計劃等信息通暢及時，將電煤接卸、煤場管理、鍋爐上倉安排、設備檢修維護等工作有機地結合起來，使得燃料管理各相關部門工作協調有序。同時不斷完善煤場管理機制和配套設施，加強推耙機、推煤機等設施的維護和管理，成立了煤場監管巡視小組，24小時監控煤場動態，有效控制了高揮發分印尼煤的自燃現象和熱值損失，達到了控制損耗降低燃料成本的目的。

8、克服臺風、海浪、大霧等惡劣天氣，確保了船舶和碼頭安全，全年沒有發生因船舶引航、靠卸等不安全事件，為生產安全奠定基礎。

玉環電廠地處浙江沿海，臺風多，強度大，每年的夏季都是臺風登陸的首選之地。玉環電廠在原有的基礎上，不斷完善《臺風應急預案》，除必要的船舶和碼頭防護措施外，玉環電廠在臺風來臨期間積極與海事、港航、輪駁公司等單位密切合作，防范危險船只靠近碼頭。經過努力，玉環電廠今年成功抗擊了多個臺風的影響，確保了燃料的可靠供應和碼頭、設備的安全。

由于玉環電廠地處浙南沿海特殊的地理位置，在每年的4月和10月都是陰雨連綿，玉環電廠在冒雨接卸、輸煤線防

共 9 頁 第 8 頁堵、干煤棚儲煤和合理上倉等方面做了大量堅實的工作，確保了雨季電煤的順利接卸和鍋爐用煤的需求。此外，每年不期而遇的大風、大霧也對船舶靠離和接卸造成了極大威脅，玉環電廠建立了《惡劣天氣應急預案》機制，每日獲取當地部門的氣象信息及早防范，同時海事、港航部門也采取手機信息通報的方式提前預警。正是采取了超前防范的準備，才在條件許可的情況下采取海事艇領航、拖輪護航和護泊等措施，多次克服了大麥嶼港區大風、大霧等不可抗力的影響，確保了電煤船舶的安全靠離和燃料的可靠供應。

2010年歲尾已經臨近，玉環電廠將在公司的正確領導下，按計劃部署全面完成“燃料管理年”收關分解計劃，詳細總結取得的成績和不足，落實改進措施，為進一步提高燃料管理水平努力奮斗，為使玉環電廠燃料管理工作樹標桿、做窗口不遺余力，進一步做好燃料保供、提質、控價和降耗工作，為全面完成各項工作目標努力奮斗！

共 9 頁 第 9 頁

第四篇：河北大唐王灘電廠海水淡化先進技術介紹

王灘發電公司海水淡化系統情況介紹

河北大唐國際王灘發電有限責任公司位于唐山市海港開發區境內。海水淡化系統為王灘發電廠配套項目，利用發電廠廠用電以及海水取排水設施生產淡水。生產的淡水用來供應電廠鍋爐補給水和煙氣濕法脫硫等工業用水。

海水淡化方案采用海水反滲透（SWRO）系統，預處理方案采用自清洗過濾和超濾處理系統。海水反滲透（SWRO）系統的出水一部分進二級反滲透系統處理，滿足鍋爐補給水系統用水需求，其余部分作為電廠工業用水。海水淡化系統現安裝400噸/小時自清洗過濾器3套，120噸/小時超濾裝置7套，150噸/小時海水反滲透裝置2套，105噸/小時淡水反滲透裝置2套，以及配套的清洗、加藥裝置和程序控制系統。海水淡化系統總投資6000萬元，從2005年5月開始土建施工，2005年11月投入生產。王灘發電公司海水淡化工藝在國內首次采用了雙膜法，突破了初步設計中的傳統工藝方法，達到了一流水平。

通過5年的運行實踐來看，超濾膜跨膜壓差最高到0.5bar,產水濁度小于1NTU,膜組件產水量滿足設計要求,各項性能指標良好。海水淡化超濾系統每套產水量能夠滿足生產要求，當進水濁度出現波動時，經UF處理的原水水質非常穩定，產水濁度小于1NTU,SDI＜3。海水反滲透系統每套產水量能滿足生產要求，系統回收率＞40%，系統脫鹽率≥99.2%。二級反滲透系統產水量每套≥105m3/h，系統回收率＞85%，系統脫鹽率≥98%。超濾膜、反滲透膜未發生重大缺陷，運行正常，產水量、脫鹽率均符合要求。

王灘發電公司海水淡化系統的投入，有效節約了當地緊張的地下水資源，取得了良好的社會效益。隨著水資源的日益緊張，水價格必然進一步上漲。應用海水淡化系統在取得社會效益的同時，未來也擁有潛在的巨大經濟效益。

第五篇：海水淡化調研報告

海水淡化的概念和意義

海水脫鹽生產淡水。是指將水中的多余鹽分和礦物質去除得到淡水的工序。是實現水資源利用的開源增量技海水淡化即利用術，可以增加淡水總量，且不受時空和氣候影響，水質好、價格漸趨合理，可以保障沿海居民飲用水、農業用水和工業鍋爐補水等穩定供水。有時食用鹽也會作為副產品被生產出來。

地球表面雖然 2/3被水覆蓋，但是97％為無法飲用的海水，只有不到3％是淡水，其中又有2％封存于極地冰川之中。在僅有的1％淡水中，25％為工業用水，70％為農業用水，只有很少的一部分可供飲用和其它生活用途。然而，在這樣一個缺水的世界里，水卻被大量濫用、浪費和污染。加之，區域分布不均勻，致使世界上缺水現象十分普遍，全球淡水危機日趨嚴重。目前世界上100多個國家和地區缺水，其中28個國家被列為嚴重缺水的國家和地區。預測再過20～30年，嚴重缺水的國家和地區將達46～52 個，缺水人口將達 28～33億人。我國廣大的北方和沿海地區水資源嚴重不足，據統計我國北方缺水區總面積達58萬平方公里。全國500多座城市中，有300多座城市缺水，每年缺水量達58億立方米，這些缺水城市主要集中在華北、沿海和省會城市、工業型城市。

隨著地球上人口的激增，生產迅速發展，淡水已經變得比以往任何時候都要珍貴。淡水資源緊張是全世界面臨的嚴重問題之一，海水淡化是解決這一問題的根本途徑。

二、將海水進行淡化處理的原理

海洋水占全球水總儲量的97 % ,而人類有近七成居住在距大海不到120公里的地方,因此海水淡化成為新水源開發的必然趨勢。海水淡化就是將海水脫除鹽分變為淡水的過程。

海水水質的主要特點是:

(1)含鹽量高,一般在35g/ L左右

(2)腐蝕性大

(3)海水中動、植物多

(4)海水中各種離子組成比例比較穩定

(5)

pH變化小,海水表層pH在811～813范圍內,而在深層pH則為718左右。

圖表 1海水中主要離子成分

海水淡化方法分類及其原理

根據分離過程,海水淡化主要包括蒸餾法、膜法、冷凍法和溶劑萃取法等。蒸餾法海水淡化是將海水加熱蒸發,再使蒸氣冷凝得到淡水的過程,又可分為多級閃蒸、多效蒸發和壓氣蒸餾。膜法海水淡化是以外界能量或化學勢差為推動力,利用天然或人工合成的高分子薄膜將海水溶液中鹽分和水分離的方法,由推動力的來源可分為電滲析法、反滲透法等。冷凍法海水淡化是將海水冷卻結晶,再使不含鹽的碎冰晶體分離出并融化得到淡水的過程。溶劑萃取法海水淡化是指利用一種只溶解水而不溶解鹽的溶劑從海水中把水溶解出來,然后把水和溶劑分開從而得到淡水的過程。

海水淡化的歷史可以追溯到公元3世紀,當時的水手用海綿吸收海水蒸發出的水蒸氣,然后將凝結的淡水擠出以供旅途之需。海水淡化真正實現裝機應用是在18世紀后期。最早的海水淡化處理廠于1881年在地中海馬耳他島上建成,島上的飲用水大部分來源于海水淡化處理。現代海水淡化方法的早期研究開發中,蒸餾法特別是多級閃蒸法應用最為廣泛。近二十年來反滲透技術發展速度很快,在海水淡化領域的總容量已經接近多級閃蒸的容量份額。

第二節 海水淡化工藝分析

一、海水淡化的方法 多級閃蒸(MSF)

多級閃蒸是多級閃急蒸餾法的簡稱。其原理是將原料海水加熱到一定溫度后引入閃蒸室 ,由于閃蒸室中的壓強控制為低于熱鹽水溫度所對應的飽和蒸氣壓,所以熱鹽水進入閃蒸室后即成為過熱水而急速地部分汽化,所產生的蒸氣在冷卻水管外壁冷凝為所需淡水,同時熱鹽水自身的溫度降低。原料海水在進入加熱器前作為冷卻水冷凝閃蒸室中的蒸氣,換熱后溫度上升,可以節約大量能源。多級閃蒸的整個設備由多個閃蒸室構成,每一級閃蒸室里面可以完成一個完整凈化過程。熱鹽水依次流經若干個壓強逐漸降低的閃蒸室逐級蒸發降溫,濃度逐級增大,直到溫度接近(但高于)天然海水溫度。

多級閃蒸技術利用熱能和電能 ,適合于可以利用熱源的場合,通常與火力發電站聯合建設與運行。由于其技術最為成熟,海水結垢傾向小、設備簡單可靠、易于大型化、操作彈性大、運行安全性高以及可利用低位熱能和廢熱等優點 領域仍屬第一。

圖表 2 多級閃蒸原理示意圖 ,目前多級閃蒸的總裝機容量在海水淡化

反滲透(RO)

用膜將含鹽濃度不同的2種水分開,在含鹽的一側外加一個壓力,使之大于膜兩側的滲透壓力差,迫使水從高濃度溶液中析出并透過膜進入低鹽濃度溶液,這就是反滲透原理。反滲透海水淡化系統如下圖所示,由4個主要部分構成:(1)預處理;(2)高壓泵;(3)膜組件;(4)后處理。其中,預處理是對進料海水進行處理,通常包括去除懸浮固體,調節pH,添加臨界隱蔽劑以控制碳酸鈣和硫酸鈣結垢等 ,目的都是為了保護膜。高壓泵用于對進料海水加壓,使之達到適合于所用膜和進料海水所需要的壓力。膜組件的核心是半透膜,它截留溶解的鹽類,而允許幾乎所有不含鹽的水通過。后處理主要是進行穩定處理,包括p H調節和脫氣處理等。

圖表 3 反滲透系統流程圖

作為膜組件的核心,半透膜的材料不斷更新以更好地適應工業應用。最早使用的膜材料是醋酸纖維素,后來逐漸被其他的醋酸纖維素、聚酰胺和其他聚合物等各種配料或衍生物取代。20世紀50年代末,勞伯和索里拉金開發了不對稱醋酸纖維素膜,將膜材料的發展引入了新的階段。不對稱膜(也稱作薄膜復合膜)有2 個連貫的部分:第一部分是與鹽水溶液接觸的表層(截留層),決定膜的性能;另一部分是多孔支撐層,支撐上述表層,同時允許水通過。現在生產中使用的膜絕大部分是不對稱膜 ,它允許被復合的材料具有最佳的表層截留特性,同時背稱材料具有防壓實的特性。不對稱膜可分為固態膜和動態膜2種,前者有4種基本構型:板框 式、管式、卷式和中空纖維式。

反滲透工藝中,通過改變膜組件的數量和組合方式可以達到不同的效果。目前的工藝主要有單級、并聯、截留級和產品級。單級是最簡單的組合,只有一個適當容量的膜組件;并聯是指多個膜組件并聯以提高產量,系統的脫鹽率和回收率不改變;截流級也稱多級或串聯,從1級截留的濃縮鹽水作為第2級的進料水,可以提高系統的回收率;產品級非常適合海水脫鹽,從第1級出來的淡水作為第2級的進料液,可以提高脫鹽率,同時從第2級出來的截留水還可與原料海水混合進行再處理,提高回收率。反滲透技術只利用電能,適合于有電源的各種場合。由于具有無相變、節省能源、適用于海水和苦咸水淡化等特點,近二十年來反滲透

技術發展速度最快,淡化成本也降得最快,其在海水淡化領域的總容量已經接近多級閃蒸的容量份額。

冷凍法 冷凍法，即冷凍海水使之結冰，在液態淡水變成固態冰的同時鹽被分離出去。冷凍法與 蒸餾法都有難以克服的弊端，其中蒸餾法會消耗大量的能源并在儀器里產生大量的鍋垢，而 所得到的淡水卻并不多；而冷凍法同樣要消耗許多能源，但得到的淡水味道卻不佳，難以使用。

太陽能法

人類早期利用太陽能進行海水淡化，主要是利用太陽能進行蒸餾，所以早期的太陽能海 水淡化裝置一般都稱為太陽能蒸餾器。餾系統被動式太陽能蒸餾系統的例子就是盤式太陽能蒸餾器，人們對它的應用有了近150 年的歷史。由于它結構簡單、取材方便，至今仍被廣泛采用。目前對盤式太陽能蒸餾器的研究主要集中于材料的選取、各種熱性能的改善以及將它 與各類太陽能集熱器配合使用上。與傳統動力源和熱源相比，太陽能具有安全、環保等優點，將太陽能采集與脫鹽工藝兩個系統結合是一種可持續發展的海水淡化技術。太陽能海水淡化 技術由于不消耗常規能源、無污染、所得淡水純度高等優點而逐漸受到人們重視。

低溫多效

多效蒸發是讓加熱后的海水在多個串聯的蒸發器中蒸發，前一個蒸發器蒸發出來的蒸汽 作為下一蒸發器的熱源，并冷凝成為淡水。其中低溫多效蒸餾是蒸餾法中最節能的方法之一。低溫多效蒸餾技術由于節能的因素，近年發展迅速，裝置的規模日益擴大，成本日益降低，主要發展趨勢為提高裝置單機造水能力，采用廉價材料降低工程造價，提高操作溫度，提高傳熱效率等。

電滲析法

該法的技術關鍵是新型離子交換膜的研制。離子交換膜是0.5-1.0mm

厚度的功能性膜片，按其選擇透過性區分為正離子交換膜（陽膜）與負離子交換膜（陰膜）。電滲析法是將 具有選擇透過性的陽膜與陰膜交替排列，組成多個相互獨立的隔室海水被淡化，而相鄰隔室 海水濃縮，淡水與濃縮水得以分離。電滲析法不僅可以淡化海水，也可以作為水質處理的手 段，為污水再利用作出貢獻。此外，這種方法也越來越多地應用于化工、醫藥、食品等行業的濃縮、分離與提純。

壓汽蒸餾

壓汽蒸餾海水淡化技術，是海水預熱后，進入蒸發器并在蒸發器內部分蒸發。所產生的 二次蒸汽經壓縮機壓縮提高壓力后引入到蒸發器的加熱側。蒸汽冷凝后作為產品水引出，如此實現熱能的循環利用。

露點蒸發法 露點蒸發淡化技術是一種新的苦咸水和海水淡化方法。它基于載氣增濕和去濕的原理，同時回收冷凝去濕的熱量，傳熱效率受混合氣側的傳熱控制。

水電聯產

水電聯產主要是指海水淡化水和電力聯產聯供。由于海水淡化成本在很大程度上取決于 消耗電力和蒸汽的成本，水電聯產可以利用電廠的蒸汽和電力為海水淡化裝置提供動力，從 而實現能源高效利用和降低海水淡化成本。國外大部分海水淡化廠都是和發電廠建在一起的，這是當前大型海水淡化工程的主要建設模式。

蒸餾法

蒸餾法雖然是一種古老的方法，但由于技術不斷地改進與發展，該法至今仍占統治地位。蒸餾淡化過程的實質就是水蒸氣的形成過程，其原理如同海水受熱蒸發形成云，云在一定條 件下遇冷形成雨，而雨是不帶咸味的。根據所用能源、設備、流程不同主要可分設備蒸餾法、蒸汽壓縮蒸餾法、多級閃急蒸餾法等。

圖表 4 海水淡化方法的分類

圖表 5 三種海水淡化工藝關鍵技術參數對比表

二、影響海水淡化工藝選擇的因素

海水淡化方法比較及其發展方向海水淡化的方法有十余種。目前主要方法有多效蒸發（MED）、反滲透（RO）和多級閃蒸（MSF）等，而適用于大型的海水淡化的方法只有MED、MSF和RO。MED方法中低溫多效蒸餾（LT-MED）開發后在世界范圍內迅速得到了較廣泛的應用，與RO和MSF一起成為最具發展前景的海水淡化技術。究竟哪種方法最適合當地經濟、社會發展不是絕對的。本文將世界主要三種淡化方法進行比較并結合實踐對選擇海水淡化方法的依據進行探討。

目前主要淡化方法的技術原理及應用

近年來世界上海水淡化正向高效化、低能化和規模化的目標發展，MSF、LT-MED、RO更成為適用于大型化海水淡化技術的主流。

MSF方法大規模商業化生產淡水已有30多年，技術成熟，運行安全性高。

LT-MED其特征是將一系列的水平管降膜蒸發器串聯起來并被分成若干效組，用一定量的蒸汽輸入通過多次的蒸發和冷凝，從而得到多倍于加熱蒸汽量的蒸餾水。可作為鍋爐的補充用水、生產過程的工藝用水或者大規模的市政飲用水供水。

RO 主要應用領域有海水和苦咸水淡化，純水和超純水制備，工業用水處理，飲用水凈化，醫藥、化工和食品等工業料液處理和濃縮，以及廢水處理等。

主要淡化方法的比較及發展方向

2.1 MSF

MSF具有工藝成熟，維護量較小，運行可靠，對原水預處理要求低和使用壽命長，出水品質好等優點。MSF存在的最大問題就是性能比低，一般限制在11 左右，造成更大的能量消耗，即耗電能較大，使得MSF比LT-MED成本高。

MSF海水淡化技術體現如下的發展方向：

1）提高最高操作溫度，尋找改進熱量交換的新方法。通過薄管壁材料的選制，逐滴冷凝過程的改進盡可能減少熱交換面積，提高熱交換量等。2）成功實現大型MSF裝置。根據Leon Awerbuch 報道，位于阿布扎比 的蘇威哈特廠(Shuwaihat)，其單套裝置的設計規模為76000m3/d。

(Abu Dhabi)3）采用新材料和管路優化設計提高效率。WDI公司采用效率高達 95%的蒸汽壓縮設備、帶溝槽的薄鈦管作為傳熱材料、特種混凝土作為蒸發器的殼體，顯著地降低造水成本。

2.2 LT-MED

LT-MED是 20世紀80 年代開發出來的新技術。它的特點是對原料海水的預處理要求不高、過程循環動力消耗小、生產的淡水水質高(鹽度<5mg/L)。另外，該技術減少制水成本的潛力很大，其造水比高，可超過15。

LT-MED海水淡化技術發展方向如下：

1）裝置規模的大型化和超大型化。美國的南加州正在計劃建設日產淡水28400m3的LT-MED淡化工程，其淡化裝置的總效數為30，造水比 22，共有535個相同的管束。

2）采用新工藝和新材料提高性能。對熱過程的改進(即新工藝)采用 NF技術。新材料包括光滑鋁合金管或鋁合金波紋管制成的傳熱管材和特種混凝土等殼體材料。

3）與核能等新能源的結合。LT-MED能夠使用反應堆提供的清潔低品位熱能。

4）若能解決結垢問題，LT-MED可向高溫多效蒸餾邁進，以獲得更高的造水比，達30。

2.3 RO

具有投資低、能耗低、建設周期短等優點，適用于建造各種規模的海水淡化工程。其突出優點就是成本較低，大約在0.50～0.70美元/m3淡化之間，這還取決于能源成本。

RO膜容易受到污染和結垢的影響（CaCO3，CaSO4，BaSO4），易被氧化劑（Cl2，HClO）氧化而造成損害，因此對進入 RO 裝置的水質要求較高，預處理較為嚴格。

RO 海水淡化技術最新研究動態包括以下幾方面：

1）功或壓力交換器和段間能量回收集成技術的研究。PX或Aqualyng等新型高效能量回收器可使RO 淡化過程本體電耗大約在2.6kWh/m3淡水。

2）新型RO膜的研究。方向分為低壓RO膜和高壓 RO 膜。由于能量回收器效率不斷提高，高壓膜在海水淡化過程中的應用相對較多，而低壓膜主要用于苦咸水淡化過程。

3）全膜法預處理工藝的研究。全膜法預處理較好地結合了MF、UF 和NF預處理方法的優點，有效減少化學品添加量和RO膜組件的清洗次數，使操作過程更加環境友好。

4）高回收率工藝的研究。BCS(brine conversion system)系統采用SWRO-級濃縮水作進(含鹽質量分數5.8%～8.7%)，在8.0～10.0MPa操作壓力下，回收率可以達到60%。

最佳淡化方法的選擇 究竟選擇哪種淡化方法，還要根據當地環境特征和運行目標，因地制宜，評估這種淡化方法是否最適合當地經濟發展。一般選擇海水淡化方法的依據主要包括以下要素：環境要素、經濟要素、需求要素、技術要素等。

3.1 環境要素

環境要素主要包括海水因素、地理位置因素、能源儲備因素等。

3.1.1 海水因素

每種淡化方法對海水溫度的適應性不同。如RO適宜溫度為15～25℃；蒸餾法適宜溫度為0～35℃。對于RO過程，膜的透水量隨水溫的升高而增高。低溫海水粘度增大使膜孔收縮，產水量大幅度下降；而水溫過高則加快膜的水解速度，使有機膜變軟，易于壓實。水溫季節性節變化大的海域(如渤海中部，冬、春季均溫為5℃以下，夏季均溫為25℃，顯然不利于RO過程，而選擇蒸餾法比較適合。由于冬季水溫過低，將RO站建造在中國北方的最佳選擇是用發電廠的冷卻海水作為其供水。

下圖譜反映了進料海水鹽濃度對RO MSF的影響。可以看出，與MSF相比，鹽濃度RO的影響較大，MSF幾乎適用于任何鹽濃度的進料海水。RO法適用最大鹽濃度是多少這個問題很少人研究，據Karelin報道，最大鹽濃度不應超過100g/L。

圖表 6

反滲透操作壓力、多極閃蒸氣壓與進料海水鹽濃度的關系

海水水質的污染程度對蒸餾法不敏感；但對RO 而言，會使 RO壓力和單位電耗率增大，因此大大增加了RO的海水預處理難度和成本；對于較小的規模一般也容易處理，而對大型淡化廠則有可能影響到總體的技術方案。中東地區的海灣水有“四高”，即：高溫(夏天高達40℃)、高菌藻、高石油污染和高鹽度(總含鹽量高達40000mg/L)，對 RO 是不利的，所以中東地區海水淡化多以MSF為主。目前也建立了大型的海水RO淡化廠，他們的預處理經驗是值得借鑒的。

3.1.2 地理位置因素

在沒有充足汽源火電廠的海島區，一般采用RO；如存在發電廠，則RO用發電廠的冷卻海水作為其供水。在汽源充足的沿海火電廠，鑒于歷史原因一般采用大型蒸餾淡化廠。

3.1.3 能源儲備因素

MSF或MED需要汽和電作為能源；RO只需要電作為能源。蒸餾淡化廠利用汽輪機低壓抽汽作為熱源，或者與低溫核能供熱站直接連接。如有足夠的可利用電源，而無需自身發電，那么選擇RO是具有吸引力的，因為其初始成本低、容易維護且運行方法簡單。如有豐富的天然資源(天然氣、石油等)，能源費用很低，則使蒸餾法的運行成本降低，具有出口電能的優勢。這也是中東地區對MSF尤其熱衷的原因之一。值得一提的是，中東地區也是較早試用大型海水 RO 的地區，但在今后相當長的時期，仍會以MSF為主。除天然氣、液體燃料和化石燃料外，海水淡化的替代型能源主要包括核能、太陽能、風 能、地熱能、海洋能以及生物能等。其中核能淡化最有競爭力：中小型反應堆耦合大規模淡化裝置。反應堆的熱量經多回路隔離，在MSF鹽水加熱器中加熱鹽水，或為 MED提供首效加熱蒸汽，即可實現與 MSF或 ME 的耦合；利用核能發電為RO提供電能，即可實現與RO的成功耦合。

3.2 經濟要素

影響海水淡化經濟的因素很多，其中能耗問題是論證經濟可行性最重要的指標之一。海 水淡化技術工藝的不同，需消耗不同形式的能量。下面以總體情況對主要海

水淡化方法能耗

與投資進行比較，見下表。通過下表可以得到以下結論：

圖表 7

主要海水淡化方法能耗與投資比較

1）MSF 和 MED 系統主要消耗熱能，此外還需要少量電能，而 RO 系統只消耗電能。由于熱、電的不等價性使常規性能評價指標之間缺乏可比性。為此建立

了以電量為基準的統一的性能評價指標體系，它將脫鹽系統所消耗的熱能按實際技術水平折算等價的電量 電耗量)，以單位淡水產量的 如表 1

(當量

(當量)電耗率指標進行性能評價，所示。由(當量)電耗率

和總電耗率得出耗能大小

2）從主設備投資來看RO 最低。但 RO 膜的產水率受海水溫度影響，當水溫較低時必 須設置海水加熱裝置或者利用熱量，這將大大增加其能量消耗。實際運行中，膜的反清洗也

需消耗一定電量。因此，RO 裝置實際運行能量消耗要大于表所示的數值。

3.3

需求要素

需求要素主要指生產規模，也就是所需的水量。可謂是確定最佳淡化方法的重要因素之 一：制成飲用水的量(這種飲用水是建成后的工廠要生產的水)。

蒸餾法海水淡化的技術指標與其裝置規模密切相關，裝置容量越大，其經濟性就越強。

主要適合于大型和超大型淡化裝置，目前 MSF

50000m3/d。一般

m3 的海水淡化規模，的規模較小，一般在日產 1 萬 m3

3000m3/d 左右。RO 法無論大型、中型或小型都適用。雖然我國目MSF 的最大單機容量高達

日產幾千

對其所選甚少。LT-MED 以下，單機生產力在 前

淡化水的接受程度，需求量和裝置規模都很小，但建設大型海水淡化裝置和淡化廠勢在必行。因此在自然水資源極度短缺的地區，無論建設海水淡化廠的資金如何，首先選用的是超大規

模淡化工廠(鑒于歷史原因大多數采用 源不斷地制造淡水供人們生存、社會發展。

MSF)來源

3.4 技術要素

RO 法為了持續可靠地進行水生產，需要為大量的耗用品（膜）和化學品制訂大額的運 行預算。歐美日等國家和地區是膜和膜組件的生產大國，如美國 DuPont、Filmtec、日本東 洋紡、東麗公司、日東電工等膜制造商，使膜分離的海水淡化容量占有較高的比重，處理能 力較大，所以這些國家和地區可以優先考慮 RO 法。

另外，海水淡化迫切需要采用新技術、新工藝來進一步降低淡化成本、使能量和水符合 匹配要求。因此集成技術應運而生。能源裝置、蒸餾裝置和膜法 RO 裝置相結合的集成技術 在不斷優化，淡化與發電、制鹽、產水和提取海洋元素相結合的過程，甚至核能淡化，都已 得到高度重視。

低溫多效蒸發器與反滲透裝置的綜合技術經濟比較

在汽源充足的沿海火力發電廠，采用低溫多效蒸發器與反滲透裝置相比，其主要優點是：）進料海水過濾加藥預處理簡單，從而可簡化過濾和加藥系統；）出水水質比一級反滲透方式提高了30 倍，若作為電廠的鍋爐補給水可直接進入凝結 水精處理裝置；）由于低溫減壓蒸餾海水濃縮倍率為1.7 左右，仍不會發生硫酸鈣結垢及海水先通過

年清洗一次，檢修周期

離子陷井的良好犧牲陽極保護作用，設備可 1.5～5 長達 20 年；）負荷從110%到 20%變化，可實現自動調節而無須操作人員介入，可靠性好；）運行費用低，其制水成本比反滲透每噸水低1～1.5 元。

三、海水淡化的預處理及后處理工藝

海水淡化預處理示范工程實際運行情況，在原有工藝的基礎上加以改進，采用“混凝+ 澄清+砂濾 + 微濾”的預處理工藝。來自自然沉降池的海水經海水提升泵提升，與來自加藥

系統的經計量泵計量的絮凝劑在射流器中混合后進入機械反應混合絮凝池，絮凝后海水靠液 位差自然流人斜板沉淀池，沉淀后上清液流人中間儲水罐，中間儲水罐海水經泵打人一體化

膜過濾裝置，出水進產品水罐。該一體化膜過濾裝置中砂濾出水經 濾，再 0．21xm 的中空纖維膜。

1Ixm 的平板膜過

圖表 8 渤海海水預處理工藝流程

一個大型的海水淡化項目往往是一個非常復雜的系統工程。就主要工藝過程來說，包括 海水預處理、淡化（脫鹽）、淡化水后處理等。其中預處理是指在海水進入起淡化功能的裝 置之前對其所作的必要處理，如殺除海生物，降低濁度、除掉懸浮物（對反滲透法），或脫 氣（對蒸餾法），添加必要的藥劑等；脫鹽則是通過上列的某一種方法除掉海水中的鹽分，是整個淡化系統的核心部分，這一過程除要求高效脫鹽外，往往需要解決設備的防腐與防垢 問題，有些工藝中還要求有相應的能量回收措施；后處理則是對不同淡化方法的產品水針 對不同的用戶要求所進行的水質調控和貯運等處理。海水淡化過程無論采用哪種淡化方法，都存在著能量的優化利用與回收，設備防垢和防腐，以及濃鹽水的正確排放等問題。

第三章

國內外海水淡化技術及進展情況分析

第一節

一、海水淡化技術的主要進展

中國海水淡化技術是在政府支持和國家重點攻關項目驅動下發展起來的，電滲析、反滲 透和蒸餾法（多級閃蒸、壓氣蒸餾和低溫多效蒸餾）等海水淡化技術的研究

國際海水淡化技術概況

開發，都取得相

當大的進展。1958 究，1967－1969 年國家科委和國家海洋

研究，為海水淡化事業的發展奠定了基礎。

1965 反滲透

年代進行了中空纖維和卷式

年，山東海洋學院化學系在國內最先進行CA 不對稱膜的研究；上世紀 70

RO 膜及元件的研究，并初步工業化。“七五”以來，反滲透海

年首先開展電滲析海水淡化的研局共同組織了全國海水淡化會戰，同時開展電滲析、反滲透、蒸餾法等多種海水淡化方法的

水淡化技術的開發研究一直列入國家重點攻關項目，“七五”期間完成了中、低鹽度反滲透 膜和組件的研制，建立了海島苦咸水淡化示范工程；“八五”期間，在中鹽度反滲透膜的研 制方面取得了很大進展；“九五”攻關使新型的聚酰胺復合膜中試放大成功，結合關鍵技術

和設備引進，現已生產聚酰胺復合膜產品。1997 鎮建造了 500 水平。目前我國已建和在建的海水淡化裝置 滲透

海水淡化工程為 浙江玉環電廠

類工程。

上世紀 60 年代原船舶工業部上海 704 研究所開發了 級的壓汽蒸餾淡化裝置和利

m3/d

5000 m3/d

年在浙江舟山市嵊山立方米/

多個, 以反滲透法為主，已建成最大反

NF-RO 集成海水淡化的研究。日反滲透海水淡化示范工程，噸水耗電 5.5 度以下，技術經濟指標具有同等容量的世界先進

。另外，還開展了

30000噸/日雙膜法海水淡化工程已完成招標合同，建成后將成為國內最大的海水淡化同

用柴油機缸套水余熱的閃蒸淡化裝置裝備艦船使用。持了

洋局天津海水淡化與綜合利用研究所進行了 30 m3/d 究

內容包括 30 m3/d豎管常壓壓汽蒸餾裝置和 管負壓壓汽蒸餾裝置（操作溫度 72 ℃）以及 題為后期

年代-80 年代初，天津市科委支

年代以后，國家海 日產淡水百噸級的多級閃蒸中試研究，取得一定的設計參數和經驗。80

規模的壓汽蒸餾裝置開發工作，其研

30m3/d 水平

30m3/dOTE/VC 淡化裝置。以上研究工作取得的成果和過程中遇到的問研究積累了豐富的經驗，對于我國蒸餾法海水淡化技術的發展起到了重要的推進作用。

1987 年大港電廠從美國 ESCO 公司引進兩套 3000 m3/dMSF 海水淡化裝置，與離子交

1994換法結合，解決鍋爐補給水的供應，運轉至今取得了顯著的經濟和社會效益，自

年開

始參照引進的多級閃蒸海水淡化裝置，開發生產出日產 1200 m3 淡水的多級閃蒸系統原型中 間試驗裝置。1998 s/cm 之間,產水量最大約

年完成安裝，此設備出水電導率在 2.7～7μ

m3/h，尚需進一步進行改進工作。

國家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所研制的 試

m3/d

低溫雙效壓汽蒸餾工業驗裝置于 2003 年 3 多效

月投入運行，并裝瓶銷售。此舉不僅解決了海水淡化裝置從單效變

/冷凝的傳熱系數和污的效間接口問題，而且在工業規模上驗證了蒸發 垢系數[2，3]，為工業

規模的多效蒸餾裝置的設計和制造奠定了技術基礎。

2004 年

津海水淡化與綜合利用研究所設計的 月由國家海洋局天3000 m3/d 的低溫多

個多月的運行考驗。該裝置

99%。該裝置

10000 效蒸餾海水淡化工程在山東黃島發電廠一次試車成功并通過 9 系

國內第一臺完全自主知識產權的多效蒸餾海水淡化裝置，裝置的國產化率達 的建設完成表明我國已初步掌握大型低溫多效蒸餾海水淡化的成套技術。另外，m3/d

的多效蒸餾示范工程已完成設計，近期將開工建設。

除了自主設計建造的蒸餾淡化工程外，2003 約從法國 Sidem

年河北黃驊發電廠簽

公司

熱壓縮多效蒸餾海水淡化裝置，將于2004 年，10000

m3/d引進 2 10000 m3/d 2006 年下半年投入運行。天津經濟技術開發區簽約從美國 WEIR 熱能公司引進

低溫多效裝置，計劃于 2005

年底投入運行。

二、美國研制薄膜蒸餾法淡化海水技術

美國新澤西理工學院薄膜分離技術領域的一位化學工程師兼杰出教授研發出一種突破 性的海水淡化的方法。這位化學工程師在薄膜分離領域已經擁有了 務局提供資金支持的。

研究人員表示，目前利用反滲透技術能夠處理海水的含鹽濃度最高為 5.5%，這種淡化 海水新技術能出色地處理含鹽濃度超過 5.5%的海水，而且這種新方法只需廉價的低等燃料 提供熱能，并且效能極高。多項專利，他表示，利用這種海水淡化新技術，可以將含鹽濃度高的海水進行淡化。這項研究是由美國內政部墾

這種淡化海水新技術利用的是薄膜蒸餾法，處理過程也很簡單，即利用廉價的燃料對鹽 水溶液加熱，迫使水從鹽溶液中蒸發，純凈的水蒸氣從薄膜上一個納米級的小孔中穿過，然 后在薄膜另一側的冷卻中凝結。研究人員表示，薄膜分離技術的基本原理已經是眾所周知。人和動物體內的腸道就可以被視為半滲透的薄膜，科學家對薄膜分離技術的早期研究就是利

用動物的這些組織來進行的。

薄膜分離技術大多應用在生物醫學、生物工藝學、化學、食品、石化、制藥和水處理工 業領域，來進行分離、凈化和濃縮液體溶液或是氣體。目前的薄膜分離技術主要依賴于對薄 膜和薄膜組件的設計能力。其中薄膜上小孔的尺寸是重點考慮的因素，它將決定液體或氣體 中的哪種分子能夠穿過薄膜，特別是在分子從一個高濃度的環境流向一個低濃度的環境時。

薄膜兩邊壓力和濃度的不同就會引起分離現象的發生，而且當薄膜上小孔的尺寸縮小時，薄

膜的有效性和選擇性都會增加，如這種海水淡化技術中分離薄膜小孔的尺寸還不足幾納米。

研究人員表示，這種淡化海水的新技術在未來有廣闊的應用前景，如通過淡化海水來凈 化出適合飲用的水有廣大的用戶，并刺激經濟發展。

三、日本積極研發合成纖維膜海水淡化技術

日本《FujiSankeiBusinessi.》2008 年 5 外海

月 23 日報道，化學纖維生產廠家致力于海水淡化和排水處理等水處理業務。在經濟持續增長的新興國家，許多因為水資源不足而苦惱，加上生活水平的提高和環境意識的高漲，預測相關市場急劇擴大。日本廠家的優勢是以合成 纖維等開發培育的“膜”技術應用。跳出“只有水”意識留傳的日本，在世界尋求業務機會。

在位于地中海沿岸另一方的內陸部幾乎沒有水資源的阿爾及利亞，非洲最大的海水淡水 月開始運轉。制造能力高達每天 20 萬立方米。在中東的萬立方米 化裝置 沙特阿拉伯，的裝置也將從來年開始運行。

兩個裝置訂貨了東麗從使用的海水除去鹽分和雜質的“反滲透（中精力使“水處理事業的銷售額從 2007 的

1000 億日

RO）膜”。該公司正集

420 億日元，在 2015 增長到

元以上”。

在所謂“水比油貴”的中東各國，迄今，是燃燒豐富的石油使海水蒸發分離鹽分的“蒸 發法”為主流，但是，由于原油價格的高漲等費用上升，RO 法在急劇擴大。在沙特阿拉伯，2005 RO 微小到

年的造水量中，已增長到占 15％。

膜以將類似于尼龍的合成物質可以伸展到0.2 微米薄度的超微細孔除去離子

等分子級的雜質。與滌綸非織造布等粘貼使用，以提高強度，是對將膜在內部卷成傘狀的管 子用高壓通水，分離成超純水和含雜質水的結構。是比由將膜重疊過濾器的“過濾法”進展

最高度的水處理技術。而且，設備費用是蒸發法的大約一半，而淡水化率為4 倍，能源消費 量為五分之一。每單位的淡水化費用便宜 2 日本廠家自豪在 份額。原來，RO 膜的開發在

RO

成左右，由于原油貴，其差正在擴大。

膜的世界市場占約 7 年代

成的壓倒

美國作為國策先行，杜邦公司等一直在進行。受水資源恩惠的日本雖然開始晚了，但在 80

年代使用超純水的半導體制造用的需求擴大，使生產正式化，積蓄了技術。

在海外，不僅是海水，處理生活排水確保飲用水的動向活躍化。除去比海水鹽分更大的

病毒和雜菌的“納米過濾（NF）膜”和“限外過濾（UF）膜”等的需求也正在擴大，日本 產品很受歡迎。

進而，在日本生產廠家之間，以合作的相乘效果對技術精益求精，增強優

勢的動向活躍

化。

可樂麗

野村 microscience 月與親手培育工業用超純水設備的合作，開始組合可樂麗膜

年銷技術和野村設備技術的排水回收再生事業。可樂麗的伊藤文大社長期待“預定 2015 售

額從 150 億日元提高到

200 億日元，以最快的增長實現”。

三菱人造絲與日東電工也在去年攜手，以“膜”合作的互相補充等尋求競爭力的強化。

三菱將水處理事業置于與采用碳纖維的汽車相關事業等并駕齊驅的下一代核心事

業，鐮原正

直社長稱，努力“推進合作，擴大向亞洲和歐洲等的事業展開”。

支撐日本制造業的生產廠家的高技術能力隨著貢獻消除水不足，正在席卷世界市場。

世界嚴重的水不足正在進行，2007 年

個國家和地區的代 月，亞洲太平洋地區約 40表集中在日本大分縣別府市，在首次召開的“亞洲太平洋水首腦會議”上，提出了在該地區

得不到安全水的人超過 7 億以上的嚴重問題。

億人中，以赤道為中24 億人，得 億人。據世界衛生組織（進而，全世界人口

心沒有下排水等衛生設備的人為

不到含生活用水在內的飲料水的人超過 11

WTO）等介紹，為了得

1天必要的 20 水的疾病而死亡

升水，11 億人要強行 30 分鐘以上的徒步跋涉。因為關于

340

萬人，其幾乎都是兒童。

97％是海水，淡水只有3％。而且其多數以冰河

0.01％。海水淡水化是消除水

的人數每年達

另一方面，地球上的水約 等形式存在，人類能夠使用的淡水僅僅是 不足的王牌。

聯合國提出了到 2015 飲料水的人的比例控制在半數的方針。橫濱市召開的第 4 的飲料水將成為主要議題，政府表明了技術合作援助的方針。

年將不能利用安全28 日在

屆非洲開發會議（TICADIV）上也預測，確保為提高貧困階層生活水平

所謂受水恩惠國家的日本，但由于澳洲的干旱陷入了飼料用谷物不足，世界的乳制品的 價格高漲。國內也產生了黃油缺乏等，世界的水不足對于日本人的生活來說也不是沒有關系。

要求日本在技術和資金方面做出進一步的貢獻。

四、德國海水淡化技術取得新成就

世界著名的泵閥制造商德國 KSB

集團，最近推出了一種用于逆滲透海水淡化過程的新

”的新技術

技術。這一被稱為“ SalTec 解決方案，能夠有效降低海水淡化過程中的能源消耗。

在海水淡化工程方面，使用純機械脫鹽方式、無需依賴發電廠及其廢熱資源的逆滲透加工廠，在全世界正變得越來越重要。KSB 研制的新技術，能夠使濃縮鹽水的能量直接轉移

到尚未處理的海水那里，而不需要再經過機械變換，由此避免了損耗，達到降低每立方米淡

化海水的單位能源消耗目的。

德國 KSB 三大泵閥制造公司之一，目前在我國上海和大連也建有生產基地

集團是全球，已成為中國泵閥市場的一個主要廠家。在海水淡化方面，它是世界上第一家為逆滲透海水淡

化處理提供這種全套解決方案的廠商，并已在埃及和馬耳他等國安裝使用，有著極佳的表現。

第二節

一、關于滲透、反滲透的相關概念、滲透(osmosis)

反滲透膜法海水淡化技術

是指水分子以及溶劑通過半透性膜的擴散。水的擴散同樣是從自由能高的地方向自由能 低的地方移動，如果考慮到溶質的話，水是從溶質濃度低的地方向溶質濃度

高的地方流動。

更準確一點說，是從蒸汽壓高的地方擴散到蒸汽壓低的地方。

被半透膜所隔開的 象，種液體,當處于相同的壓強時純溶劑通過半透膜而進入溶液的現稱參透。參透作用不僅發生于純溶劑和溶液之間，而且還可以在同種不同濃度溶液之間發生，低濃度的溶液通過半透膜進入高濃度的溶液中。砂糖，食鹽等結晶體之水溶液，易通過半透

膜，而糊狀，膠狀等非結晶體則不能通過。、反滲透

當純水和鹽水被理想半透膜隔開，理想半透膜只允許水通過而阻止鹽通過，此時膜純水 側的水會自發地通過半透膜流入鹽水一側，這種現象稱為滲透，若在膜的鹽水側施加壓力，那么水的自發流動將受到抑制而減慢，當施加的壓力達到某一數值時，水通過膜的凈流量等 于零，這個壓力稱為滲透壓力，當施加在膜鹽水側的壓力大于滲透壓力時，水的流向就會逆

轉，此時，鹽水中的水將流入純水側，上述現象就是水的反滲透（RO）處理的基本原理。

RO（Reverse Osmosis）反滲透技術是利用壓力表差為動力的膜分離過濾技術，源于美 國二十世紀六十年代宇航科技的研究，后逐漸轉化為民用，目前已廣泛運用于科研、醫藥、食品、飲料、海水淡化等領域。

RO 下，反滲透膜孔徑小至納米級（1 H2O 分子可以通過

納米 =10-9 米），在一定的壓力

RO 膜，而源水中的無機鹽、重金屬離子、有機物、膠體、細菌、病毒等雜質無法通過 RO 膜，從而使可以透過的純水和無法透過的濃縮水嚴格區分開來。

一般性的自來水經過 RO 膜過濾后的純水電導率 5μs/cm（RO 膜過濾后出水電導=進水 電導 除鹽率，一般進口反滲透膜脫鹽率都能達到 99%以上，5

97%以上。

年內運行能保證2 ，級反滲透，對出水電導要求比較高的，可以采用 再經過簡單的處理，水電導能小于 1μs/cm）

18.2M.cm，超過國家實驗室一級用水標準（GB 6682 —92）。

符合國家實驗室三級用水標準。再經過原子級離子交換柱循環過濾，出水電阻率可以達到

目前的主要困難是研制價格便宜、穩定、長期受壓無損的反滲透膜

。中國從

世紀初

21開始掌握自主反滲透膜生產技術，在國家的大力支持下，將該計劃列入國家計委高新技術產 業化重點發展專項計劃，由國家海洋局下的杭州水處理研究開發中心的子公司——杭州北斗

星膜制品有限公司承擔并研發成功。目前反滲透膜市場 膜，國產膜只占據了 5%

95％為進口

左右的市場，中國的反滲透技術還有很長的路要走。

二、反滲透膜法海水淡化技術的發展歷程

海水淡化是從海水中獲取淡水的技術和過程。早在 50 年代，為解決“水的危機”，美國

52年起專設鹽水局，74 年后轉為資源技術局，不斷推進水資源和脫鹽的技

1953 年據膜和

術進步，其中

反滲透法海水淡化（SWRO）就是

海水界面有一純水層而提出的；73 年日本 化的發展，它們也都以膜法為重點。經過近和產業化，SWRO 自 70 代進入海水淡化市場之后，發展十分迅速。RO 件已相當成熟，組件脫鹽率可高達

99.5％以上，有約 來，功交換器和壓 通產省下設造水促進中心，專門研究節能的脫鹽技術，歐洲則在尤里卡等計劃下推動海水淡

年的研究、開發年

用膜和組

年的經驗積累，SWRO 工藝過程也逐漸成熟，近年

90%以上

[3]，從而使 SWRO 的本淡水以下，成為從海水制取SWRO 的競爭力。

以投資最低，能耗最省，成本最低，建造周期

所以能如此成功，與其在膜、組器、設備和工藝等方面的力交換器的開發成功使能量回收效率都高達 體能耗在

3kWh/m3 引用水最廉價的方法，進一步增強了

近幾年來，在國際海水淡化招標中，SWRO 短等優勢而屢屢中標。SWRO 創

新性開拓是分不開的。

三、反滲透膜法海水淡化技術的主要創新進展

（一）反滲透膜的進步

在反滲透膜發展的歷史中，不對稱膜和復合股的研發是創新的兩個范例。

不對稱膜

Loeb 酸纖維素 和 Sotrirajan 于 1960

年制得了世界上第一高股鹽率，高通量，不對稱醋

lmrn

厚），傳質速度CA）反滲透膜，其創新在于，以往的膜皆為均相致密膜（約 0．

極底，無實用價值，而不對稱膜僅表皮層是致密的（約 0.2m 厚）就這一點，是傳質速度提高了近

個數量級，表1 給出了 1968 年研制的 CA－CTA 膜的性能。目前通用的CA 反滲透膜多用

于表面水處理，表 2 給出了其基本的膜性能。

復合膜

不對稱膜在高壓下中間過渡層有壓密現象，使水通量下降，為此在1963年提出了復合膜的概念，其創新點在子膜的脫鹽層和支撐層分別由優選的材料來制備，如脫鹽層（約0.2m厚）是芳香族聚酰胺，支撐層是聚砜，這是膜的性能進一步提高，表3給出了復合膜的典型性能。

2、膜組器技術的不斷發展

反滲透膜組器技術的創新，伸膜的性能得以充分的發揮，這里特別提出的是中空纖維反滲透器和卷式反滲透元件。

中空纖維反滲透器

經過多年的研究開發，1970年美國 DuPont 公司推出B－9型苦咸水脫鹽用中空纖維反滲透器，作為重大化工進展而獲得1971年美國化工學會獎。其特點是：一支直徑4英寸的反滲透器可內含90萬條φ084μm，φ142μm的中空纖維，表面積達150m2，在2.6MPa下苦咸水脫鹽可達8m3/d以上。

卷式反滲透元件

同樣地，自1964年提出卷式元件概念，經十多年的多次更新換代，卷式元件也于1970年代中商品化，其構思是數個膜對繞中心多孔產品水管卷起來，呈筒狀，其中，膜對是由兩張膜（脫鹽層向外）和置于中間的產水流道布組成，除靠中心多孔產品水管的一邊外，其他三邊都用粘合劑密封；使用時，將其放入壓力容器中，這一構型使膜片的使用和生產（特別是復合膜）得以急劇擴展。

目前廣泛使用的組件就是上述的這兩種，中空纖維組件堆砌密度達10000m2/m3，卷式元件的達1000m2/m3，雖然后者堆砌密度低些，但對進水預處理的要求不像中空纖維組件那么嚴。目前廣泛應用的中空纖維組件有DuPont 公司的芳族聚酸胺的（如B－10 型6845TR，產水量約26m3／d）和日本東洋紡的三醋酸纖維素的（如 HR8355，產水量約 12m3／d）。卷式元件多由美、日的數家公司生產如美國的Filmtec 和Hydranautics，日本的Nitto和Toray等，現多用復合膜制作，且以直徑為8英寸的居多（一般產水量約20m3／d）。

3、關鍵設備的不斷改進

與此同時，膜脫鹽用的關鍵設備，如高壓泵和能量回收裝置也得到快速的發展。除高壓 泵的品種和型號不斷增多，容量不斷增大，以及效率不斷提高之外，特別應提及的是能量回收裝置，反滲透海水淡化所以能成為有競爭力的過程，能量回收裝置的作用功不可沒。

第一代能量回收裝置是與高壓泵電機主軸相連的渦輪機，用脫鹽后的高壓濃海水沖擊來回收能量，效率約50％；第二代產品是水力渦輪增壓器，其優點是不必與泵的主軸相連，安裝方面，效率也在50％左右；第三代產品為功或壓力交換器，互接將壓力由濃海水傳給新進的海水，效率大于90％，這樣反滲透海水淡化的本體耗電降到3kwh／m3以上。

工藝過程的持續開發

據反滲透膜和組器技術的進步，SWRO 工藝也不斷地發展，主要工藝過程如下：

二級海水淡化工藝 1970年代商用RO膜脫鹽率僅在95 一98％時，為了從海水中制取飲用水而采用此工藝，第一級的產水（約 2000mg/L）,再經第二級進一步淡化為飲用水，第二級的濃水返回第一級作為部分進水，顯然該過程能耗是高的，約10kwh/rn3以上。一級海水淡化工藝 1970年代末，特別是1980年代中期以后，RO膜的脫鹽率達99.2%以上，這為一級SWRO創造了條件。海水經一級RO后，產水即為飲用水（300－400mg/1），水回收率30—35%。

高壓一級海水淡化工藝這是近年來，為了進一步提高回收率而提出的新工藝之一。通常一級SWRO的操作壓力在 5.5MPa，而若提高到8.4 MPa下操作，則可達60％的回收率，這樣海水預處理省了，試劑用量少了，能耗也低了，新建的SWRO廠可采用該工藝。

高效兩段法這也是提高回收率的新工藝，這是一級兩段工藝的改進，在兩段間設增壓部 分，第一段的濃海水經增壓和最終的能量回收部分相結合進入第二段，這也可使回收率達60％。該工藝不僅適合于新建的研件SWRO廠，且可將以前的一級SWRO廠增設第二段，變其產量增加一半。

另外沙特海水轉化公司的研發中心提出納濾（NF）－RO）一蒸餾的新工藝；也有人提出利用深海的靜壓力進行SWRO淡化，相似地，上海一環境公司提出用人造水柱的靜壓力進行SWRO淡化等。

四、反滲透膜法海水淡化技術的進一步發展、RO 脫鹽技術

除SWRO淡化，解決沿海地區和島嶼用水緊張狀況之外，RO廣泛用于苦咸水淡化以及純水和超純水的制備，并成為最經濟的工藝過程。其中，純水和超純水的制備約占RO市場70—80％，涉及電子、電力、化工、石化、醫藥、飲料、食品、冶金等各行業；苦咸水淡化將在西部大開發中進一步發揮作用。

RO 預濃縮技術

在膜下游獲得淡水的同時，上游料液被濃縮，由于滲透壓的限制，將無機鹽和小分子物質濃縮到10％左右是經濟的，這已在化工、醫藥、食品和中草藥等領域得以應用，在環保方面，RO也用于電鍍、礦山、放射、垃圾滲濾等廢水的濃縮處理，水回用或達標排放。RO集成工藝

RO 膜過程有其特點也有其限度和使用要求，為了發揮RO的優勢，采用集成膜過程是十分重要的。如上述的純水和超純水制備、物料的濃縮、海水的全利用等基本上都是RO與其他技術集成的。RO發揮了其脫鹽和預濃縮的作用。

納濾（NF）

納濾膜和工藝都是在RO膜和工藝研發的基礎上形成的，NF膜的孔徑在納米級，其對單價鹽類易透過，而對多價鹽和分子量1000以下的物質截留率很高，這一特點，決定了其在飲用水凈化、水軟化及生物、醫藥、化工等行業的分離、凈化和濃縮中的廣泛應用，成為改造傳統生產工藝，開發新工藝過程方面的一項重要技術。

五、膜性能的優化對海水淡化系統的影響

商業反滲透復合膜的評定指標為鹽透過率及特征水通量。苦咸水脫鹽用反滲透的發展方向為降低鹽的透過率及提高特征水通量。在1995年初，一種新的用于處理苦咸水的芳香聚酰胺復合膜投入商業使用[1]，膜的性能取得了顯著的提高。這種新的膜材料被命為ESPA，該膜具有非常高的特征水通量（0.24gfd/psi-nct）,大約是前一代芳香聚酰胺復合膜的兩倍，同時保持低的鹽透過率。這種新膜的標稱脫鹽率與傳統的苦咸水用芳香聚酰胺復合膜相似，為99%。較高的特征水通量使RO系統要求的給水壓力更低，同時能耗也更低，但是為了完全發揮新技術的節能潛力，在某些進水含鹽量、溫度操作參數條件下，與使用傳統膜元件的RO 系統相比，必須對裝有新型膜元件的RO系統設計作一些修改。

RO 工藝對給水壓力的要求

為了達到RO系統設計流量所需的給水壓力與許多工藝參數有關，其中有一些是相互關聯的。這些參數可分為3種基本類別。頭兩類分別為特定參數類和系統設計參數類。特定參數類包括給水含量和給水溫度。系統設計參數類包括平均水通量，回收率和系統壓降。膜的特征水通量屬于另一類別，是RO膜材料的內在特性。特征水通量常以單位壓力下的產水量來表示，其定義為在RO系統中生產出給定的平均水通量所要求的凈驅動壓力（NDP）。在給定的設計條件和運行條件下，給水壓力由設計平均水通量所要求的NDP決定。NDP與RO系統的平均水通量（APF）設計值和所選膜型的特征水通量（SPF）有下列關系式：

NDF=APF/SPF(1)

設計給水壓力（Pf）等于設計平均水通量所需要的NDP、給水/濃水平均滲透壓（P0）、RO 系統的平均壓降（Pd）和產水壓力（Pp）之和：

Pf=NDP+P0+Pd+Pp(2)

在公式（2）中，假設產品水滲透壓可以忽略不計。因為對于目前的高脫鹽率膜元件來說其產水含鹽量大約是給水/濃水平均含鹽量的1-2%；因此產品水滲透壓可以忽略。根據公式（1）和（2）可以看出，NDP值和所要求的給水壓力值直接與RO系統的設計平均水通量成正比，與所選膜類型的特征水通量成反比。在傳統的RO系統中，隨著給水/濃水側滲透壓增加和給水壓力降低，NDP 沿系統下降。給水壓力下降主要是由于在膜元件給水通道中產生摩擦損失（壓力降）所致。在這種渦卷式膜元件中壓力降是平均給水流量（Qfb）的函數，并與功率因子（b）和給定組件的特征常數（A）有關。

Pd=A*（Qfb）b

為了有效地利用系統中的膜面積，RO系統的給水壓力應該足夠高，從而保證在系統后部的膜元件（該部位滲透壓最高）仍有足夠的 NDP。圖1 給出了一個二段RO 系統的壓力與膜元件位置的關系，該系統中每個壓力容器裝有7根膜元件，整個流程為14根膜元件。用于計算給水-濃水側滲透壓的參數是給水含鹽量1500ppm、給水溫度25℃、系統回率85%、平均水通量為 15gfd(24.8m2/hr)。傳統膜（CPA2）和新型號膜（ESPA）所需的給水壓力根據公式（1）-（3）計算，并以壓力1277Kpa(185psi)和996Kpa（140psi）的兩條平行的水平直線表示。使用ESPA膜元件的RO系統所要求的給水壓力比用 CPA2膜元件的RO 系統所需要的給水壓力低22%。但是在裝ESPA膜的系統中如按這些系數運行時，系統尾部位置的膜元件的NDP非常低且產水量也極低。為使用CPA2膜元件的 RO 系統中水通量分布數據。水通量分布斜率隨給水溫度變化，溫度越高曲線變得越陡。即使按照35℃的最高給水溫度計算時，CPA2系統中的尾部膜元件仍有足夠的產水量。對于使用ESPA膜元件的RO系統，在同樣的設計條件下，產水通量的分布與使用CPA2膜元件的RO系統有明顯不同，由于有較高的特征水通量，沿RO系統的產水量分布曲線會更陡，位于系統尾部的ESPA膜元件在給水溫度為25℃以上時產水通量非常低。

給水溫度越高，前級膜元件的產水量就越大。這種操作條件將導致前級膜元件發生過度的濃差極化，且容易受到污堵。不均衡的通量分布也影響產水質量，特別是在水溫度高的條件下，在給水到達系統的尾端之前就已達到設計回收率，這時大部分膜表面與給水中高濃度鹽溶液接觸，使大量鹽離子透過膜元件，從而造成產水中含鹽量增加。

改進的系統設計

裝有超低壓膜元件的RO系統的產水通量分布可通過改進系統設計而獲得改善。一種方 法是調節前段膜元件的產水量，這可以通過在第一段的產水管路上安裝一個調節閥來實現。

部分關閉調節閥，會提高第一段產水管中的壓力，而產水壓力增加將降低。

NDP[ 公式（2）]，導致第一段產水量降低。為了保證系統產水量，這就需要提高給壓力，并進而提高以后各段的水通量。另一種可提供類似效果的方法是在系統中加入增壓泵，增壓泵通常裝在最后一段的給水管上，就水通量分布而論，這種方法與產品水節流的方法相比，其實際結果是相同的。第2種設計的主要優點是避免了因產品水節流而造成的能量損失。第3種設計方法是在同一系統中使用兩種不同膜元件，將具有較低特征水通量的CPA2膜元件安裝在系統前段位置，這里NDP值最大，在系統后部使用ESPA膜元件以補償NDP的降低。與CPA2膜元件相比，ESPA膜元件有對高的脫鹽率，所以ESPA膜元件可以裝在這種混合系統的末端，而不會明顯提高產品水含鹽量。

RO 裝置的能耗

RO 系統的能耗為生水泵能耗、預處理系統因壓力損失所導致的能耗、輔助設備能耗、高壓泵能耗及產品水輸送泵能耗之和。高壓泵馬達能耗占 RO 系統能耗的絕大部份。RO系統所要求的給水壓力受所使用的膜元件類型（即特征水通量值）和系統排列的影響。高壓泵的比能耗（SPC）是給水壓力（Pf）、回收率（R）、泵和馬達（Ep、Em）效率的函數。

膜產水通量與膜元件所在序位的關系產水通量與膜元件所在序位的關系 圖表10

在平均產水通量為15

和20gfd時，不同RO系統中的能耗

注：給水含鹽量1500ppm；回收率85%；給水溫度（℃）；5、15、25和35，產水通量為15和20fd

SPC=K*Pf/(R*Ep*Em)(4)K是單位轉換常數

上述關系式僅適用于只有單個給水泵的系統。對于使用段間加壓泵的系統，所需功率為 主給水泵功率及段間加壓泵功率之和。上表為不同系統設計時比能耗計算結果。為計算能耗，假設泵效率為 82%，馬達效率為93%，在對使用傳統的CPA2膜元件和使用低壓ESPA膜元件的RO 裝置的能耗進行對比時，很明顯給水溫度影響能耗。

隨著水溫度上升，這兩類膜元件的能耗差的絕對值和百分數都減少，采用段間加壓泵來改善裝有ESPA膜元件的系統的水通量分布，不會導致能耗產生明顯變化，采用混合膜元件的系統的能耗，即在一個裝置中同時使用ESPA膜元件和CPA2膜元件的能耗位于單獨使用這兩種膜的裝置的能耗之間，與帶段間加壓泵的系統相比，這種使用混合膜元的設計為水通量分布不均勻的場合提供一種間單的、低費用的解決方案，但能耗相對較高。

改進的系統排列

在傳統 RO 系統中壓力容器采用多段排列的方式[2]，前后兩段中壓力容器的數量比大約為 2：1。這種排列是為了使膜元件給水通道中保持高流，以使膜表面產生紊流并減少溶解鹽在膜表面的過份濃縮，基于系統成本的考慮，系統設計正轉向數量更少、但長度更長的壓力容器，這樣可更多的膜組件串聯起來，這種設計趨勢導致系統壓力損失更高。

在裝有傳統膜元件的RO系統中，給水通道中的壓力損失僅占總給水壓力的一部分。新的ESPA型膜元件有更高的特征水通量，因而在相同較低的給水壓力下工作，對于采用ESPA膜元件的系統，其給水-濃水側壓力損失限制了采用新型膜元件所帶來的潛在節能可能性。通過改變設計以減少流長度、壓力溶器段數可減少壓力損失，在圖8 中給出了對應不同系統排列給水壓力也不同的一個例子。給水壓絕對值取決于給水成份和系統參數，水流長度越短，能耗越低。但是系統中水流長度越短將就需要有更多的壓力容器并聯連接，從而導致給水通道中流速較低。在 RO 系統設計時膜元件制造高建議了濃水的最小流速。對于8直徑的膜組件，最小濃水流速大約為2.7m3 /h(12gpm)。只有少數排列方式能夠保證這一設計值。特別是在比較常用的15gfd水通量時更是如此，增加設計平均水通量將提高每個壓力容器中的濃水流量，因而可使系統中水流長度縮短在設計水流長度較短的反滲透系統時，另外一個限制參數是濃差極化因子（CPF）。CPF表示在膜表面過量的溶解離子濃度，CPF與產水流量（Qp）和平均給水量的比成正比。

CPF=exp(A*Qp/Qn)(5)

公式（5）中的流量比為膜表面垂直的流量與膜表面平行的橫向流量之間的比值。CPF還可根據單個膜元件的回收率表示為：

CPF=exp[A*2R/(2-R)](6)

通常對 40（100cm）長的膜元件限制值是1.2，此時對應回收率大約為18%。

使用氯化鈉溶液進行的短期測試結果顯示，在相對較高的回收率時膜性能比很穩定。但是在實際的現場操作中，這會使膜結垢速度加快。

第三節 國外海水淡化技術發展分析

一、核能海水淡化技術取得進展

核能海水淡化是以反應堆提供能源的海水蒸餾技術，目前世界上已有11個核電站安裝了海水淡化裝置，提供飲水和核電站補給水。在國外內核反應堆技術成熟的條件下，核能海水淡化在技術上已經不存在障礙。

作為一種新技術,核能海水淡化利用核反應堆,在綜合性設備中將再生電能和海水淡化所用的熱能結合起來。核能海水淡化有兩項獨特的優勢:1.海水淡化耗費電能,而來自核反應堆的電能不會產生溫室氣體;2.由于石油和天然氣價格上漲,以核能淡化海水同以化石燃料能源淡化海水相比具有競爭力。

按照慣例,核反應堆產生的大部分熱能都浪費了,將其用在海水淡化上將是最佳選擇。沿海小城市的小型和中型核反應堆也是海水淡化的好選擇,它們可使用熱電聯產中的渦輪產生的低壓蒸汽和最終冷卻系統產生的高溫海水。

國際原子能機構(IAEA)已在多個國家進行了大量研究和數據匯編。在法國為突尼斯進行的一項研究中,將循環式燃氣輪機和4種核能利用方式進行對比,發現核能海水淡化的成本約為燃氣輪機的一半。

綜合性核能海水淡化裝置的可行性已經得到了超過150反應堆年的實驗證實——這主要是在哈薩克斯坦、印度和日本開展的。目前,世界范圍內處于計劃階段的新設備還有50個,分布于韓國、俄羅斯、巴基斯坦、突尼斯、摩洛哥、埃及、阿爾及利亞、利比亞、伊朗、卡塔爾、約旦和阿根廷。這些設備在不同國家有不同的用途,例如日本將淡化后的海水用于冷卻反應堆。

另一個利用熱電聯產的策略是使反應堆最大限度運行以滿足輸電網需要 ,但當需求降低,將其中的一部分用于啟動反滲透技術海水淡化。

二、CECO 水電聯產海水淡化處理技術

由于全球氣候變暖，干旱、缺水已經嚴重影響到世紀大多數地區的經濟發展，水資源的 嚴重匱乏更給一些發展中國家的穩定構成了潛在的威脅。根據國際水資源管理學會的研究，2025年，生活在干旱地區的10多億人將面臨極度缺水的狀態。

一直以來，大家都知道這樣一個常識：海水不能喝。因為其中含有大量的鈉鹽、鉀鹽、鹵化劑等物質，口味相當咸澀。海洋面積占地球總表面積 3/4，但淡水僅占其3%，且大部分被封在冰帽中，可飲用的淡水資源幾近枯竭。許多國家和地區處于嚴重缺水狀態，我國更是一個淡水奇缺的國家，為了解決天津的飲水問題，政府斥資引灤濟津，引黃濟津。面對汪洋大海，人類卻只能望洋興嘆：如果海水淡化，該有多好呀！

現在，這一夢想已成現實，海水不僅能喝了，還能用來發電。北京中宜環能環保技術有限公司（CECO）已成功地研究開發了海水淡化處理發電系統。此項發明系CECO自行研制開發的純國產化技術設備，擁有獨立的知識產權，獲國家發明專利。

CECO 海水淡化處理發電綜合系統是利用海水在淡化處理中產生的勢能帶動防碳酸鹽抗腐水輪機運轉產生電能，而產生的電能主要用于海水淡化蒸餾和反滲透膜淡化過程所需的能耗及海水淡化處理廠自身所需的電能，是一種低成本、高效率的處理技術。該系統包括海水加溫反滲透膜技術、海水淡化發電技術、海水淡化計算機控制技術。采用光纖數據高速公路，使用環形拓展結構，能夠滿足系統的分布式實時控制要求。與以前的膜分離法和蒸餾法處理海水相比，實現了海水淡化處理的能量綜合利用和轉化，實現電能自給，大大降低了處理成本，使處理后的海水成本僅為0.85元/噸。如今，干旱已給許多國家政府增加了沉重的財政負擔，為解決缺水問題，高昂的專項財 政支出使政府背上了沉重的包袱。有統計顯示，僅巴基斯坦一國，用于緩解干旱的費用每年就需要 2.5 億美元。我國用于抗旱的財政支出也是巨額的。CECO的這項發明具有實用性和可行性，用海水發電的同時生產淡水，無疑是解決人類缺水困擾的良策。

三、CDI 海水淡化技術簡析

CDI(Capacitive deionization)(即電容靜電脫鹽)，是利用一種流過式電容器(Flow-through capacitor, FTC)及電容充放電原理,開發的海水淡化技術。以低電壓直流電對FTC充電,海水流過電極表面，鹽分即以正負離子被吸附于負正電極上,使海水變成淡水。

當飽和的FTC放電時,電極所儲存的電能與離子均可回收,大大降低了能耗，使電極表面變干凈可重復使用。資源的回收與FTC的無污染快速再生,是CDI海水淡化技術的最大特點。

1.耗能低，產水率高；（海水淡化每噸成本約4元）2.前處理與電極再生均不用化學品；3.90%以上的水回收率； 4.30%以上的電能回收率； 5.海鹽分類回收。

圖表 11

與傳統幾種海水淡化工藝比較表

蒸 餾 法

圖表 12

全新 CDI 海水淡化技術

第四節 中國海水淡化技術的進展

一、海水淡化技術在廢水、污水處理中的應用

海水淡化為高食鹽水的深度脫鹽技術，為提高原水回收率，對排放濃水的濃度也有一定要術這與超濾、微濾處理污染或微污染水的技術特性大不相同，與高濃度廢水處理，特別是無機系廢水處理存有較多共性技術，但要特別注意膜對料液環境的適用程度。

反滲透處理電鍍廢水、放射性廢水己很成熟。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Watt Ni 漂洗水，廢水含Ni2+650mg/L，經RO濃縮20倍達至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，ED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。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。

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，真回收的淡水可做工藝或生活用水。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汽，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2NaOH。我國西部天然氣井涌出的含10000－30000的鹵水，可用BD－RO流程脫鹽并濃縮，RO制得＜400mg/L的優質生活用水，BD可濃縮鹵水達140g／L左右，提取Br、I或蒸發制鹽。

據聯合國提供資料分析，中國水資源總量為28124億m3，居世界第6位，中國人均水資源量為2340m3，全球排在109位。到本世紀中葉，中國人口預測16億時，人均水資源為1600m3，成為嚴重缺水的國家。中國設立668個城市中，缺水城市約400個，嚴重缺水的城市約108個。這些城市日缺水量為1600萬m3，全年缺水量為200億m3。中國每年工業、生活污水排放量已達約600億m3，90％的城市水域受到不同程度的污染，尤其南方城市由于采用地表水做水源而地面水又受到不同程度的污染。因此又導致水質性缺水。水是我國經濟、社會發展的戰略性資源。我國政府對水資源的開發、利用、保護十分重視。在海水淡化、苦咸水脫鹽、廢水回用中，RO和ED脫鹽技術將發揮重要作用。

二、中國海水淡化零排放技術有望推動產業變革

一項解決我國沿海城市水荒、科學高效的海水淡化創新發明專利，以變革的思維，整合運用了已有的成熟技術，不但能解決“水荒”難題，而且還能夠將海水淡化變成一個低價格、零污染、高回報的產業。這項稱為“高效益零排放海水淡化綜合利用的組合生產工藝”發明，最近已經申報了國家專利，正在進入產業化階段。

海水淡化領域的產業變革

傳統的海水淡化技術，經歷半個世紀的發展，其中被應用較多比較成熟的淡化技術有多級閃蒸、低溫多效、反滲透膜、電滲析技術等四種；前三種方法是淡化法，是從海水中取水的，第四種方法是濃縮法，是從海水中取鹽的。

應用上述四種海水淡化技術，目前世界上還存在兩個難以解決的問題。一是海水淡化生 產成本偏高，平均每獲取1噸淡化潔凈水需要人民幣6至10元；二是經淡化后產生的大量濃鹽水（含鹽濃度高達4.5％至6％）又重新被排放回海里，造成局部海域范圍內海水含鹽量增高，破壞了海域的生態平衡。零排放海水淡化專利技術發明，可圓滿地解決上述兩個難題。他的發明設計思維是：整合和運用多專業已有的成熟技術，在提取加工多元素的海洋產品的前提下，兼得淡水。

傳統的海水淡化發明忽略了海水是“多元素液態礦”的本來面目，海水中富含氯、鈉、鎂、硫、鈣、鉀、溴、碳、鍶、硼、硅、氟、鈾等物質，還有各種有機生物如海藻等。葛文宇的海水淡化發明使海水淡化過程中形成的海洋高科技產品都是市場熱銷產品。如某種海洋生物提取物摻配到潔凈食鹽中，可生產出高檔次的保健營養食鹽；在國外，這種食鹽的市場銷價達每公斤20元。以日淡化1萬噸淡水的產業規模算，每天綜合生產成本不超過10萬元，收益可高達100萬元。什么產業能獲取如此大的利潤？這項技術發明可以利用飽和鹽水加工各種鹽化工產品，如氯化鉀、氯化鎂、硫酸鎂、硫酸鈉、碳酸鈉等；整個海水淡化工藝技術新發明體現了和諧產業的特點，能夠最大限度地降低成本，全方位進行能源、熱量循環回收。

發展海水淡化產業前程無量

中國沿海地區經濟發達，國民生產總值約占全國的 60％，在國民經濟中一向占有舉足輕重的地位；但是沿海地區缺水形勢十分嚴峻，沿海城市人均水資源量大部分低于500立方米，其中大連、天津、青島、連云港、上海等地的人均水資源量低于200立方米，屬于嚴重缺水區；每年沿海地區因缺水而造成直接經濟損失高達2000多億元人民幣。目前我國沿海地區可利用海水淡化水的人口至少有2億，按年人均生活用水100噸，年人均工業用水400噸計算，合計年人均用水 500 噸，年總需求量1000億噸。全面推廣應用這項專利技術，可以從根本上徹底解決沿海地區缺水問題，提高國民經濟競爭實力。

有人做過計算，我國沿海城市每立方米水的生產成本高達10至15元左右，幾乎每個城市的自來水公司都在虧本運營，政府每年都給予定向補貼。

傳統的海水淡化工藝生產出來的淡水，口味略重。而據葛文宇介紹，采用他發明的海水淡化專利技術生產的淡水，先后經過沉淀除濁、殺菌除藻、消除膠體、溶解氣體、軟化水質，并經過微濾、超濾、納濾和反滲透膜等嚴格的生產工藝過程，各種細菌和雜質均被處理的干干凈凈，不論是濁度、色度、大腸菌群、氯化物、氰化物、砷、汞、鉛等有害物質的含量均可達到國家生活飲用水一級標準。

三、中電科技海水淡化技術踏出國門

中國電力工程顧問集團科技開發股份有限公司眾和海水淡化工程有限公司在國際市場開發上頻傳捷報，先后成功取得印尼英德拉瑪尤燃煤電站24500T/D海水淡化系統、印尼巴齊丹23000T/D海水淡化系統以及龍灣燃煤電站23000T/D海水淡化系統三個國際項目合同，總合同額2.6億元人民幣。這是眾和公司首次承接的海外項目，工作涵蓋了系統及設備設計、加工制造、現場指導、安裝調試及售后服務等一系列內容。此合同的簽訂標志著我國大型海水淡化技術漸趨成熟并走出國門，也標志著中電科技公司在繼空冷技術產業化后，又一科技成果形成產業化發展的良好勢頭。

眾和海水談化工程有限公司是由中電科技公司控股的一家具有自主知識產權的專業化海水淡化裝備設計制造公司。公司坐落于天津濱海新區的臨港工業區，注冊資本金8000萬元人民幣，擁有著一支高素質、多層次、結構合理的員工隊伍。近年來，該公司牢牢把握中電科技公司高新技術產業化的發展戰略，充分利用企業技術集成與創新平臺，積極發揮股東方強強聯合的資源優勢作用，大力推動節水技術在工業項目中的運用，已逐漸成長為國內海水淡化產業中的一支生力軍。此次眾和公司實施的三個國際項目，不但可提高我國大型海水淡化工程技術水平，而且可為當地節約大量工業用水，受到廣泛好評。

第四章

海水淡化裝置

第一節、海水淡化裝置發展概況

一、中國鼓勵海水淡化裝置制造業發展

截止2006年上半年，我國已建成海水淡化裝置40套，日產水總量12萬噸。我國沿海發達地區正在大規模推廣應用海水淡化，給海水淡化先進制造產業帶來發展的機遇。海水淡化是建立在一系列高新技術集成基礎上的先進制造業，海水淡化裝置部分關鍵設備需從國外進口外，大部分設備和器件均可在國內加工制造。浙江在反滲透海水淡化、技術研發、設備制造、產業化發展方面，具有綜合優勢，建議國家有關部門批準在杭州建立國家級膜法海水淡化技術與裝備生產基地。以此提高海水淡化設備國產化率。

海水淡化產業的發展帶動材料、化工、自動化等發展，還延伸到電子、電力、生物工程、醫藥、化工、供水、旅游和環保等領域。將太陽能采集設備和海水淡化裝置進行配套，用太陽能作為海水淡化的能源。力爭把電廠發電的余熱、原油開采伴生的天然氣能源、核電站發電用過的核燃料堆剩余熱能作為海水淡化能源。據測算中國現有核廢料可建10座20 萬千瓦的低溫核供熱堆。發展新型海洋生物制造業，延長海水淡化的產業鏈，開發以鹽化工為代表的化工產品。發展海水淡化旅游。利用海水淡化后的濃海水建造浴場，形成“人工死海”。

發展風能海水淡化工程，形成風能景觀。開發“海水空調”，達到節能高效。

二、新類型海水淡化能量回收裝置研制成功

中科院廣州能源研究所海洋能量實驗室研制出用于反滲透海水淡化技術的新型能量回收裝置，并制造出10 t／天反滲透海水淡化裝置樣機。該樣機由于安裝了新型能量回收裝置，能耗較低，產出淡水總的能耗低于5 kWh／m(包括取水能耗)，藎中高壓能耗為2.3～2.7kW h／m。海水淡化作為淡水資源的替代與增量技術，對于解決沿海地區淡水資源短缺、保障沿海地區經濟、社會可持續發展具有重大的現實意義和戰略意義。用于反滲透海水淡化技術的新型能量回收裝置的研制成功，對中小型反滲透海水淡化裝置的大范圍推廣應用，將起到較大推動作用。

三、中國新材料制成海水淡化裝置問世

成本居高不下和出水量不高一直制約著海水淡化產業的快速發展。近日，記者在采訪中 發現，一種名為超細鈦粉燒結基復合膜海水淡化系統的裝置(見左圖)已在天津濱海大道諾恩 科研示范基地成功運行10個月。有關人士認為，這一裝置有望在這方面取得突破。個月的數據顯示，使用安裝

新技術

非加壓滲透吸附

非加壓吸附滲透海水淡化法，或稱為“正向滲透法”，讓水通過多孔膜進入一種超強吸水的吸附劑的鹽濃度甚至超過海水的溶液或固態物，但溶液里的特殊鹽分很容易蒸發。分固態鹽、液態鹽方向。固態鹽解吸附耗能更小。

另外兩種方法都在薄膜結構上有了創新和改進

碳納米管薄膜

一種用碳納米管來做薄膜的小孔，另一種

蛋白質膜

薄膜的孔用引導水分子通過活細胞的細胞膜的蛋白質來構成。