海水淡化技术国内进展及其在循环经济中的应用

信息来源环保英才网 信息来源环保英才网 海水淡化技术国内进展及其在循环经济中的应用海水淡化技术国内进展及其在循环经济中的应用 中国是水资源大国 同时也是人均水资源贫国 其人均水资源量为2220立方米 居世 界第100位之后 近20年来中国沿海地区经济发展迅速 在国民经济中占有举足轻重的地位 但是沿海城市的缺水形势极为严峻 沿海工业城市的人均水资源量大部分低于500立方米 处于极度缺水境况 中国一方面淡水资源不足 而另一方面水污染非常严重 一般的城市污水可通过传统 的生化处理达标排放 或进行深度处理之后实现资源回用 这方面国内外都有众多的工程 实例 且研发活跃 而对于工业废水特别是无机工业废水 由于其无法生物降解 处理的 难度较大 实现回用的实例更少 是废 污 水处理的老大难问题 海水淡化是解决沿海城市和地区淡水不足的有效措施之一 截止到2003年12月31日 全球范围的淡化水产量已经达到3775万立方米 日 解决了1亿多人的用水问题 历经50余 年的发展 海水淡化成本大幅度降低 技术成熟程度显著提高 不仅是沿海地区淡水供应 的有效选择 而且利用海水淡化集成技术 还可以处理工业废水 一方面从工业废水中得 到优质的淡水 实现水资源的高用途回用 同时对过程的浓缩水进一步处理 还可提取有 用的物质 实现环境与资源的双赢 其产业化推广不仅有望缓解我国沿海的淡水不足问题 在内陆地区用于工业废水处理 还可促进循环经济的发展 中国海水淡化技术是在政府支持和国家重点攻关项目驱动下发展起来的 电渗析 反 渗透和蒸馏法 多级闪蒸 压气蒸馏和低温多效蒸馏 等海水淡化技术的研究开发 都取 得相当大的进展 1958年首先开展电渗析海水淡化的研究 1967 1969年国家科委和国家 海洋局共同组织了全国海水淡化会战 同时开展电渗析 反渗透 蒸馏法等多种海水淡化 方法的研究 为海水淡化事业的发展奠定了基础 1965年 山东海洋学院化学系在国内最先进行反渗透 CA 不对称膜的研究 上世纪70年 代进行了中空纤维和卷式 RO 膜及元件的研究 并初步工业化 七五 以来 反渗透海水 淡化技术的开发研究一直列入国家重点攻关项目 七五 期间完成了中 低盐度反渗透膜 和组件的研制 建立了海岛苦咸水淡化示范工程 八五 期间 在中盐度反渗透膜的研 制方面取得了很大进展 九五 攻关使新型的聚酰胺复合膜中试放大成功 结合关键技 术和设备引进 现已生产聚酰胺复合膜产品 1997年在浙江舟山市嵊山镇建造了500立方米 日反渗透海水淡化示范工程 吨水耗电5 5度以下 技术经济指标具有同等容量的世界先 进水平 目前我国已建和在建的海水淡化装置10多个 以反渗透法为主 已建成最大反渗 透海水淡化工程为5000 m3 d 另外 还开展了 NF RO 集成海水淡化的研究 浙江玉环电厂 的30000吨 日双膜法海水淡化工程已完成招标合同 建成后将成为国内最大的海水淡化同 类工程 信息来源环保英才网 信息来源环保英才网 上世纪60年代原船舶工业部上海704研究所开发了5 m3 d 级的压汽蒸馏淡化装置和利 用柴油机缸套水余热的闪蒸淡化装置装备舰船使用 70年代 80年代初 天津市科委支持了 日产淡水百吨级的多级闪蒸中试研究 取得一定的设计参数和经验 80年代以后 国家海 洋局天津海水淡化与综合利用研究所进行了30 m3 d 规模的压汽蒸馏装置开发工作 其研 究内容包括30 m3 d 竖管常压压汽蒸馏装置和30m3 d 水平管负压压汽蒸馏装置 操作温度 72 以及30m3 dOTE VC 淡化装置 以上研究工作取得的成果和过程中遇到的问题为后期 研究积累了丰富的经验 对于我国蒸馏法海水淡化技术的发展起到了重要的推进作用 1987年大港电厂从美国 ESCO 公司引进两套3000 m3 dMSF 海水淡化装置 与离子交换 法结合 解决锅炉补给水的供应 运转至今取得了显著的经济和社会效益 自1994年开始 参照引进的多级闪蒸海水淡化装置 开发生产出日产1200 m3淡水的多级闪蒸系统原型中间 试验装置 1998年完成安装 此设备出水电导率在2 7 7 s cm 之间 产水量最大约45 m3 h 尚需进一步进行改进工作 国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所研制的60 m3 d 低温双效压汽蒸馏工业试 验装置于2003年3月投入运行 并装瓶销售 此举不仅解决了海水淡化装置从单效变多效的 效间接口问题 而且在工业规模上验证了蒸发 冷凝的传热系数和污垢系数 2 3 为工业 规模的多效蒸馏装置的设计和制造奠定了技术基础 2004年6月由国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所设计的3000 m3 d 的低温多效 蒸馏海水淡化工程在山东黄岛发电厂一次试车成功并通过9个多月的运行考验 该装置系国 内第一台完全自主知识产权的多效蒸馏海水淡化装置 装置的国产化率达99 该装置的建 设完成表明我国已初步掌握大型低温多效蒸馏海水淡化的成套技术 另外 10000 m3 d 的 多效蒸馏示范工程已完成设计 近期将开工建设 除了自主设计建造的蒸馏淡化工程外 2003年河北黄骅发电厂签约从法国 Sidem 公司 引进2 10000 m3 d 热压缩多效蒸馏海水淡化装置 将于2006年下半年投入运行 2004年 天津经济技术开发区签约从美国 WEIR 热能公司引进10000 m3 d 低温多效装置 计划于 2005年底投入运行 长海县1000 m3 d 反渗透海水淡化工程于1998年8月开始设计 同年10月底开始建设 于1999年6月正式运行 11月举行了竣工典礼 具体的运行数据如下 2001年县政府决定对第一期工程进行扩容改造 使淡化水的总产量达到1500m3 d 在 没有增加厂房的前提下对首期工程进行了扩容 改造后的能量回收系统采用国际最先进的 压力交换回收装置 高压泵由过去的柱塞式变成离心式 使得淡化装置的运行噪音从110分 贝降 信息来源环保英才网 信息来源环保英才网 该项目包括 4套反渗透淡化系统 每一套系统的日产水量为4500m3 系统总产水量 18000m3 d 预处理采用单级的细砂多介质过滤 每一套系统由6个直径3 2米的过滤器组成 运 行中采用5用1备的模式 工程于2000年10月试运行 2001年3月举行竣工典礼 有关该工程 的投资和运行数据见下表 该示范工程由天津市科委主导 国家海洋局天津海水淡化研究所进行技术集成 2003 年底建成投产 有关技术指标为 吨水动力消耗4kWh 运行成本 含加热费用 低于5元 除了为天津港散货物流码头提供用水外 示范工程还优化高污染寒冷地区海水反渗透的工 程技术 在此基础上搭建技术平台 为环渤海地区海水反渗透海水淡化提供标准工艺流程 有关工程的投资和运行数据见下表 黄岛发电厂3000m3 dMED 海水淡化工程由国家海洋局天津海水淡化所提供施工图设计 华欧电力工程公司负责设备加工和安装 工程总投资2400万元 该工程于2003年5月开始开 工建设 2004年6月竣工并开始试运行 2004年9月投入正式运行 电厂的锅炉补水已全部 由该淡化装置的产品水所取代 该装置由九效蒸发 冷凝器及一效冷凝器 不含蒸发 组成 成一字形排列 装置总长 度67米 蒸发器直径4米 装置基础占地64 6米 7米 日产淡水3000 m3 产品水含盐量 5mg l 造水比约为10 吨水动力消耗1 65kWh 含取水耗电 主要用于电厂锅炉补水 该工 程的有关技术参数和运行成本见表6和表7 兖矿鲁南化肥厂的氯化铵废水治理工程采用反渗透和 MED 结合的海水淡化技术 由国 家海洋局天津海水淡化研究所提供施工图设计 天津市海跃水处理高科技有限公司负责设 备加工和安装 2003年9月开始设计 2003年11月开始设备加工 2004年3月正式投入生产 该装置处理两种浓度的氯化铵废水 一种氯化铵含量为0 1 一种氯化铵含量为2 5 装置 的低浓度废水处理能力100m3 h 高浓度废水处理能力为40 m3 h 回收淡水120 m3 h 淡 水的水质为 产品水输送 蒸发工段的电耗为每吨氯化铵耗电100 kWh 该工程的运行成本见表7 8 该 项目受到全国人大环境执法小组专家和国家环保总局领导的高度称赞 04年6月国家环 保总局领导考察鲁化废水治理工程后表示要在鲁化举行一个全国性的现场经验交流会 推 广应用该项技术 某碱厂位于北方沿海缺水城市 自备有热电厂 拟建设低温多效蒸馏海水淡化工程 信息来源环保英才网 信息来源环保英才网 海水淡化工程的首期造水能力为1万吨 天 产品水供碱厂及自备电厂自用 浓盐水供碱厂 制碱化盐使用 拟使用自备电厂的25MW 机组的末端排汽作为为1万吨 天低温多效装置的加热蒸汽 目 前 汽轮机末端排汽的温度约为70 80 压力约为0 007MPa 由于蒸汽品质较低 无法直 接作为低温多效装置的加热蒸汽 需要对汽轮机的运行工况进行调整 据测算 将汽 轮机的末 端排汽温度调整为76 的饱和蒸汽 汽轮机的排汽量为52t h 可以满足1万吨 天低温 多效蒸馏海水淡化装置的用汽需要 发电机组的发电能力将降低915kW 相当于海水淡化使 用的76 的饱和蒸汽的成本为17 6kWh 以0 4元 kWh 计 相当于7 04元 25MW 机组的冷 却系统为淡水循环冷却 使用两台160kW 的循环水泵 由于上马海水淡化工程 由低温多 效海水淡化装置充当汽轮机的冷凝器 可节约电力消耗320kW 另外由于海水淡化装置替代 了淡水循环冷却系统 从而节约了20t h 的淡水补水消耗 和相应的药剂消耗 综合上述各种因素 低温多效装置所使用的蒸汽基本不为发电机组增加额外费用 以 蒸汽费用8元 吨 装置造水比8计算 1万吨 天低温多效蒸馏海水淡化工程的造水成本如下 表所示 海水中含有多种离子 而海水淡化的浓盐水同原海水相比有明显的升高 浓盐水中的 主要盐类为氯化钠 而制碱工艺的主要原料就是氯化钠 使用浓盐水代替淡水作为化盐水 有可能节约化盐成本 虽然去除浓盐水中的硫酸根 钙 镁等离子需要一定的费用 但综 合计算 使用1吨浓盐水可为制碱工艺带来5 8元的额外收益 海水淡化过程中排出的浓盐水和发电厂排出的浓缩冷却海水全部引入盐场 利用太阳 能 把浓海水制成中度卤水 中度卤水采用空气吹溴法提取溴素 提溴后的卤水再进入蒸 发池继续蒸发为饱和卤水 饱和卤水分别进入结晶池和真空制盐厂 生产原盐和精制盐 剩下的制盐母液进入盐化工生产工序