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.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844降为1997年的7604。而RO从1989年的56上升为1997年的14。MED1989年占67,至1997年仅占547。对苦咸水脱盐RO占绝对优势,占7623,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128万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105MPA压力下,产水量435M3/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997和998。日本的东丽公司和日东电工公司已开发出可耐的90MPA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$/M3D,低温MED在1100~1600$/M3D,RO在700~900$/M3D。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26KWH/M3,GOODFLEITNER指出加上预处理能耗,总能耗为283KWH/M3。这是近几年在工艺方面的突出进展。STEVENJDURANCEAU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082KWH/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45KWH/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31KWH/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077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55亿人民币、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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