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水利工程论文-海水与苦咸水资源利用的技术方向.doc

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水利工程论文-海水与苦咸水资源利用的技术方向.doc

水利工程论文海水与苦咸水资源利用的技术方向摘要海水、苦咸水资源的开发利用需要国家政策支持。国家、省、市都应引导海水、苦咸水的开发利用,对多种开发淡水资源方案进行科验论证。美国海水淡化专家Gordon指出,从250公里调用可饮用水,其能耗与海水淡化相当。我国沿海工业发达城市可供鉴国外经验发展海水淡化。关键词海水苦咸水资源利用技术方向海水淡化是指将3500mg/L的海水淡化至500mg/L以下的饮用水。目前,世界上装机应用的海水淡化方法主要有反渗透法RO和多级闪蒸MSF、多效蒸发MED。苦咸水脱盐是将高含盐量的地表、地下苦咸水脱盐至生活用水或工业用初级纯水,主要采用反渗透法RO、纳滤法NF和电渗析法ED。据国际脱盐协会统计,截至1995年底,全球日产水量在100m3以上的装置有11066台,每天生产淡水2030万m3。截至1997年底,装置总数12451台,日产水2273万m3,其中海水淡化为日产1337万m3,苦咸水淡化为日产5840万m3,且以年10~30的速度增长。就海水淡化而言,装机容量以MSF为主,但近年来RO发展很快。MSF除极大型装置外,1995年以来合同额极少。MSF从1989年的84.4降为1997年的76.04。而RO从1989年的5.6上升为1997年的14。MED1989年占6.7,至1997年仅占5.47。对苦咸水脱盐RO占绝对优势,占76.23,投资和造水成本更低。对废水和水净化RO也分别占到约65和94。1995年后,新增海水淡化和苦咸水淡化容量RO为90。最大RO海水淡化厂建在沙特阿拉伯,日产淡水12.8万m3。最大地表水RO苦咸水淡化装置建在美国,日产水38万m3。目前海水淡化装置的年销售额达到100亿美元,且以20左右的年增长速度持续发展,供应商主要是美国和日本,应用地区主要是中东地区、地中海地区和加勒比海地区,其次是东南亚和北非地区。我国海水淡化技术应用从上世纪七十年代初推广用水型ED海水淡化器开始,九五期间相继建成了RO淡化装置,多为小型或示范工程。电渗析是我国开发研究最早的膜技术,起始于1958年。十多年来,离子交换膜的年产量在40万m2以上,占世界水脱盐用膜的30。我国是世界上使用电渗析装置进行苦咸水脱最多的国家。工艺技术精湛、装置价格低廉,外商无法与我国竞争。目前有140余套日产量在1000~5000m3的苦咸水ED脱盐装置在运转,多将含量在1500~3000mg/L的苦咸水脱盐至生活用水。低浓度苦咸水脱盐的最大装置建于河南巩县电厂,日产水量7200m3。工艺用水的最大ED装置建于金山石化公司,日产水6600m3。中、小型苦咸水脱盐装置分布在华北、东化、西北各地,约3000余套。膜技术为脱盐、净化的主流技术RO、NF、ED等具脱盐功能的膜技术将成为新世纪海水淡化、苦咸水脱盐的主流技术,工程稳定可靠与造水成本低廉是吸引用户的主要原因。脱盐膜组件已十分成熟,世界各生产膜组件的公司仍十分重视RO膜与组件的技术创新,目的在于开发抗氧化、耐细菌侵蚀的新膜,提高膜与组件的产水量、脱盐率等。如美国DOW公司推出FILMTECBW30440膜元件,在约1.05MPa压力下,产水量43.5m3/d,脱盐率大于99。FluidSystems公司推出PremiumTFC新元件,其苦咸水和海水膜元件的脱盐率分别高达99.7和99.8。日本的东丽公司和日东电工公司已开发出可耐的9.0Mpa的海水淡化膜,已在西班牙建造了水回收率高达60的两段RO海水淡化装置。1990年反渗透膜组件价格,按消费价格指数折算仅为1973年的40。1990年之后又有明显的下降。按从标准海水生产淡水计,目前工程投资为MSF在1800~2000$/m3.d,低温MED在1100~1600$/m3.d,RO在700~900$/m3.d。采用功能交换器WorkExchangeEnergyRecovtry,将从RO组件排出的高压浓水的压力回收并传递给组件进水,其转换效率可高达89~96。ScottAShumway报导,一种新型的能量回收装置已成功应用到13600m3/d和5000m3/d的反渗透海水淡化装置上,过程能耗为2.6kwh/m3,GoodF.Leitner指出加上预处理能耗,总能耗为2.83kwh/m3。这是近几年在工艺方面的突出进展。StevenJ.Duranceau等报道,1996年佛里达水服务公司在Marco岛对现有15000m3/d苦咸水淡化进行改造,通过使用段之间的能量回收透平,使系统的产水量增加3780m3/d,增幅达25。段之间能量回收透平适用于苦咸水反渗透淡化,含盐量7500~10500mg/L,淡化能耗降到0.82kwh/m3。在反渗透每水淡化流程中,采用纳滤NF作为预处理,即MFRO系统,NF脱除部分硬度和TDS,从而提高RO的水回收率,可进一步降低能耗在25,造水成本可降低30。目前各种淡化方法在能耗方面都无法与RO竞争。RO为4~5kwh/m3、ED为14~16kwh/m3、MED为9~10kwh/m3、MFS为12~14kwh/m3。我国已建成的RO脱盐装置经济技术指标达到国际先进水平。山东长岛日产1000m3RO海水淡化装置,耗电为4.5kwh/m3。沧州集团日产18000m3RO装置,地下水含盐量约13000mg/L,淡水低于500mg/L,耗电为3.1kwh/m3。国家计委十一甘肃定西10000m3苦咸水脱盐RO示范项目,原水3500mg/L,淡水150mg/L,水回收率大于70,估算成本为0.77元/m3。纳滤技术的开发与应用比反渗透膜大约晚二十年。目前,国内外都很活跃。纳滤膜介于反渗透和超滤膜之间,其膜表面分离皮层具有纳米纳微孔结构。相对于反渗透膜对NaCL的脱除率均在95以上,一般将NaCL脱除率在90以下的膜称之为纳滤膜。反渗透膜几乎对所在溶质都有很高的脱除率,而纳滤膜只对特定的溶质具有脱除率。纳滤膜主要去除一个纳米左右的溶质粒子,截留分子量一般为100~2000。纳滤膜主要用于脱除三卤甲烷中间体THM,异味、色度、农药、合成洗涤剂、可溶有机物等致病因子,以及苦咸水脱除Ca、Mg等硬度成分。目前国外城市饮用水已有日产水5万m3级的大型装置。纳滤将是新世纪饮水市场的优选技术。脱盐、浓缩在废水资源化中的应用海水淡化为高含盐水的脱盐技术,以淡水为成品水则为脱盐,以浓水为成品水则为浓缩。海水淡化与高浓度废水处理,特别是无机系废水处理具有同类装置与较多共性工艺技术。反渗透处理电镀废水、放射性废水已很成熟,上世纪七十年代开始用于镀镍漂洗废水处理,尔后又用于镀铬、镀铜、镀锌、镀镉等废水处理。美国芝加哥API工艺公司采用B9芳香族聚酰胺中空纤维膜组件处理WattNi漂洗水,废水含Ni2650mg/L,经RO浓缩20倍达到13000mg/L、Ni2的分离率为92。北京广播器材厂用醋酸纤维素膜处理亮镍和暗镍的漂洗废水,废水中Ni2为1510~2400mg/L,系统Ni2的回收率>99。由于ED海水淡化的耗电为RO的3倍。在海水淡化中的应用愈来愈少,其在苦咸水脱盐中仍有较大竞争优势。日本全部应用ED浓缩海水制盐。离子交换膜具有很强的耐酸、碱性,耐氧化性,在含酸、碱、盐高的废水处理中应用十分广泛。如Al2O3生产零排放工程。将Al2O3生产废渣赤泥上的结合碱和附液碱,通过加石灰乳和通入蒸气,从固相转移到液相,形成约含8g/LNaOH的复杂溶液,微孔过滤后进入电渗析,制取含碱<500mg/L的生产用水和工艺用2NNaOH。我国ED、RO用于废水处理,以膜集成技术发展零排放工程为开发方向,不仅回收有效成分,其回收的淡水可做工艺或生活用水。我国西部石油天然气开支中,从深井涌出的含盐量在10000~30000mg/L的卤水,用ED蒸发法制盐工艺已经开发,电渗析将卤水脱盐至2000mg/L以下,供灌溉,浓缩至140g/L,提取Br、I后,浓缩制盐。另外,用ROED三效蒸发浸没燃烧的工艺正计划开发。RO将卤水脱盐后400mg/L以下,成为优质饮用水,浓缩到50~60g/L,可回灌井中,或再用ED浓缩到120g/L,蒸发喷雾干燥,制成固体盐。大力发展膜水处理技术产业就水处理行业来说,至上世纪末,国产和进口膜产品及膜法水处理工程年销售额达20亿人民币。预计20065年,可达到40亿人民币左右。据统计,进口膜元件和装置约5.5亿人民币、成套进口装置承担工程约5亿人民币,外商占中国膜技术市场的50。中国大小近200个企业,产值约11亿人民币。中国膜技术市场多年来一直呈现为国际竞争市场。国内企业比较小,市场竞争能力较差。我国膜技术与世界先进国家相比差距约10年左右,主要是膜的品种少、性

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