水资源利用与海水淡化技术

海水淡化技术及建设投资运行成本介绍 （Copyright Reserved by WANG SHH @ ISDMU, E-mail: wang_sh04@） 1 / 9 海水淡化技术及建设投资运行成本介绍 1. 海水淡化技术发展现状 海水淡化又被称为海水脱盐，也就是从海水中获取淡水的技术和过程。从海水中取出淡水或者除去海水中的盐分，都可以达到淡化的目的。从这两条路线出发，海水淡化分为两类。采用从海水中分离出淡水的方法又可以细分为蒸馏法、冷冻法、反渗透法、水合物法和溶剂萃取法；而第二类则包括电渗析法和离子交换法。其中目前得到大规模商业应用是反渗透法和蒸馏法。 （1） 反渗透海水淡化技术 对透过的物质具有选择性的薄膜称为半透膜，一般将只能透过溶剂而不能透过溶液的薄膜称之为理想的半透膜。当半透膜把不同浓度的溶液隔开后，在自然情况下，水流是从低浓度盐水侧往高浓度盐水侧流动；当在高浓度盐水侧加上一个适当的压力后，也会将水从高浓度侧压到低浓度侧，见图1。反渗透海水淡化就是利用该原理，用高压泵将海水增压后，借助半透膜的选择截留作用来除去水中的无机离子得到淡水。由于反渗透膜的截留粒度小于 10×10-10 m，所以反渗透海水淡化同时能滤除各种细菌、病毒，获得高质量的纯水。 图1. 反渗透海水淡化技术原理 一般说来，反渗透海水淡化工艺包括四部分：预处理、反渗透、后处理及清洗系统，图2是一种反渗透海水淡化系统的典型工艺流程。 海水淡化技术及建设投资运行成本介绍 （Copyright Reserved by WANG SHH @ ISDMU, E-mail: wang_sh04@） 2 / 9 图2. 反渗透系统典型工艺流程图 预处理系统的目的是为了充分发挥反渗透淡化系统的技术优越性，保障良好的设计性能和长时间的安全运行，特别是为了保证膜的使用寿命（一般情况下，自来水和苦咸水反渗透膜的使用寿命为5年，而海水膜的使用寿命为3年）而设置。由于供给的源水不同，其水质组成与杂质成分千差万别，预处理系统也有很大的区别，在决定预处理系统时需要丰富的基础理论知识和工程实际经验。 反渗透装置的主体由反渗透膜堆和高压泵两部分组成，反渗透组件是整个系统的心脏部分，而高压泵是系统的关键部件。高压泵把进水升压至不同的压力进入膜堆，透过膜的水作为产品水，而未透过膜的作为浓盐水排放。其设计的核心在于根据不同的原水水质安排不同的回收率，以及通过流程及设备的选用使系统尽可能的节能。一般情况下自来水及苦咸水回收率可以做到45%∼75%，有些系海水淡化技术及建设投资运行成本介绍 （Copyright Reserved by WANG SHH @ ISDMU, E-mail: wang_sh04@） 3 / 9 统的回收率甚至做到90%以上，而对于海水反渗透系统，大中型装置可以做到30%∼50%。 后处理系统的目的是调节产品淡水的水质，使之符合使用的要求。当需要产品水进入自来水管道时，一般也要增加后处理工艺。通常，反渗透的产品水呈弱酸性，不是最佳的饮用水，直接进入供水管网时会对铁制的管网系统产生腐蚀，产生红水现象等。后处理的常用方法是投加石灰、苏打或火碱以提高碱度或硬度，另外，也需要投加少量的次氯酸钠以防止细菌的滋生。 （2） 蒸馏海水淡化技术 蒸馏法海水淡化技术有：多级闪蒸、多效蒸馏和压汽蒸馏等。其中，多级闪蒸主要采用给原料水加热升温、然后分多级分步降压的方法使海水中的水份逐渐蒸发，然后冷却其水蒸汽达到收集水的方法；多效蒸馏采用较高温度的水，随着其水份的蒸发和水温的降低，不断供应其热能的办法。压汽蒸馏法和多效蒸馏的原理相似，只是其热源是电能通过压缩机（机械能）压缩蒸发出来的蒸汽冷凝所释放出来的热（水的蒸汽-液体水的相变产生的热）。 图3. 低温多效海水淡化原理图 低温多效蒸馏的热源为70 ℃的蒸汽，操作温度低，大大改善了海水对传热管及设备本体的腐蚀状况，降低了装置的材料成本，水泵的动力消耗也大幅度下降， 图3是低温多效海水淡化流程示意图，其特征是将一系列的水平管喷淋降膜蒸发器串联起来，用一定量蒸汽输入通过多次的蒸发和冷凝，后面一效的蒸发温度均低于前面一效，从而得到多倍于蒸汽量的蒸馏水。 海水淡化技术及建设投资运行成本介绍 （Copyright Reserved by WANG SHH @ ISDMU, E-mail: wang_sh04@） 4 / 9 经过多年发展，海水淡化应用地区和范围日益广泛，已成为部分沿海国家和地区的主要水源。据国际脱盐协会统计，截止到2008年底，全球共有14100个淡化工程，总产量约6348万立方米/日，为2亿多人供水。海水淡化技术不断进步，发展速度提升，产水成本已接近常规水源的供水价格；单厂和单机规模不断扩大，新建工程产量接近百万吨/日，可一次性解决百万人口的供水问题，受到国际社会日益广泛的重视。 2. 典型规模的海水淡化设备造价 由于采用的工艺不同，海水淡化设备的造价有较大差异。一般来说，反渗透法海水淡化项目的投资在7000~10000元/吨水；低温多效蒸馏法海水淡化项目的投资在8000~12000元/吨水。 目前海水淡化所用的设备除了部分关键设备未实现国产化外，大多已有国产，而国产和进口设备的价格差别较大，同时工程建设、安装、管理水平的差异，实际工程的投资差别也会较大。 下面列举若干我国已有海水淡化工程的总投资，以便对海水淡化工程项目的造价有个直观的了解: 表1. 我国部分建设完工的海水淡化工程总投资 项目名称 工艺特点 总投资 嵊山500吨/天反渗透海水淡化工程 建设时间：1997年 工艺：反渗透法 淡化水产量：500吨/天（25℃） 回收率：＞35% 淡水水质：符合标准《生活饮用水卫生标准》（GB5749-85） 单位电耗：＜5.5kWh/t 616万元 天津1000吨/天反渗透海水淡化试验平台 建设时间：2003年 工艺：反渗透法 淡化水产量：1000吨/天（25℃） 淡水水质：符合标准《生活饮用水卫生标准》（GB5749-85） 单位电耗：平均5.76kWh/t 1100万元 荣成万吨级反渗透海水淡化示范工程 建设时间：2003年 工艺：反渗透法 淡化水产量：10000吨/天（25℃） 淡水水质：符合标准《生活饮用水卫生标准》（GB5749-85） 8900万元 海水淡化技术及建设投资运行成本介绍 （Copyright Reserved by WANG SHH @ ISDMU, E-mail: wang_sh04@） 5 / 9 单位电耗：2.4元/吨水 黄岛电厂3000吨/日低温多效海水淡化工程 建设时间：2006年 工艺：低温多效 淡化水产量：3000吨/天 淡水水质：达到锅炉补给水水质要求 造水比：10 热力成本：1.6元/吨水 2400万元 对于典型海水淡化工程规模的造价可以参考下表： 表2. 典型规模的海水淡化工程建设投资 工程规模 反渗透法建设投资 低温多效法建设投资 100吨/日 90~120万 100~150万 500吨/日 400~550万 450~650万 1000吨/日 700~900万 900~1200万 10000吨/日 7000~8000万 8000~11000万 3. 淡化水的品质以及与自来水管网的连接问题 海水淡化的工艺特点决定了淡化水具有良好的品质。不管是反渗透法海水淡化还是热法海水淡化，其产品水均能满足我国《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006），其中使用一级反渗透海水淡化的产水总含盐量（TDS）不大于300mg/L，二级反渗透海水淡化的产水总含盐量不大于30mg/L，低温多效蒸馏海水淡化的产水总含盐量不大于5mg/L。 目前，国内外有很多关于淡化水进入自来水管网的研究正在进行中，但一般认为，在充分考虑淡化水对管网腐蚀及结垢的影响，并进行适当预处理后可以进入自来水管网。 4. 淡化水的制水成本 反渗透法海水淡化和低温多效法海水淡化的制水成本有较大差异。下面分别对两种海水淡化方法的制水成本进行叙述。 （1） 反渗透法海水淡化成本 海水淡化技术及建设投资运行成本介绍 （Copyright Reserved by WANG SHH @ ISDMU, E-mail: wang_sh04@） 6 / 9 反渗透法海水淡化成本一般包括几部分：化学药品、电力、膜更换费用、职工工资福利、固定资产折旧、设备检修维护费用、管理费、贷款利息等几部分。 就目前的海水淡化技术，就10000吨/天反渗透海水淡化厂来说，一般化学药品消耗在0.3~0.5元/吨水；电力消耗约2.2~2.5元/吨水；膜更换费用0.3~0.5元/吨水；职工工资福利约0.2元/吨水；固定资产折旧费0.9~1.2元/吨水；设备检修维护费用为0.2~0.4元/吨水；管理费小于0.1元/吨水。这样在不考虑贷款利息情况下，一般膜法海水淡化工程的制水成本为4.2~5.4元/吨水，其中电力成本及折旧是造水成本中最大的两部分。 下面介绍荣成万吨级反渗透海水淡化工程的实际运行情况，以对万吨级反渗透海水淡化的运行成本有一直观的了解。 山东石岛水产供销集团公司万吨级反渗透海水淡化产业化示范工程项目于2001 年10 月27 日由国家发展计划委员会同意列入国家高技术产业发展项目计划。该项目由山东省计委主持，山东石岛水产供销集团公司承担建设，杭州水处理技术开发中心为项目的依托单位。建设地点在荣成市石岛城区，建设期为2 年。该工程由两个5000吨的机组组成，分两期建设。 万吨级反渗透海水淡化工程的工艺流程如图4所示，分为海水取水、海水预处理、反渗透海水淡化、产品水后处理和系统控制五个部分。该工程的造水成本见表3。 图4. 荣成万吨级反渗透海水淡化工程的工艺流程 海水淡化技术及建设投资运行成本介绍 （Copyright Reserved by WANG SHH @ ISDMU, E-mail: wang_sh04@） 7 / 9 表3. 荣成万吨级反渗透海水淡化制水成本 对于更小规模的反渗透海水淡化工程来说，造水成本会有所增加，但造水成本最多一般不超过6.0元/吨水。 （2） 低温多效法海水淡化成本 低温多效海水淡化成本一般包括：化学药品、热力、电力、职工工资福利、固定资产折旧、设备检修维护费用、管理费、贷款利息等几部分。 对于热法海水淡化来说，热力成本对制水成本影响很大，一般万吨级MED海水淡化的造水比可以达到10，如果蒸汽价格按市场价（80~90元/吨蒸汽或更贵）计算，制水成本中单蒸汽费用一项即达到8~9元/吨水，而将MED与电厂等有废热蒸汽资源合建时，蒸汽的成本可望降到20元/吨以下，这样，制水成本中蒸汽的费用则不足2元/吨。对于10000吨/天MED海水淡化厂来说，除蒸汽外的成本构成一般为：化学药品消耗0.2~0.5元/吨水；电力消耗约0.6元/吨水；职工工资福利约0.2元/吨水；固定资产折旧费1.1~1.7元/吨水；设备检修维护费用为0.3~0.6元/吨水；管理费小于0.1元/吨水。这样，对于万吨级MED海水淡化项目来说，如果能够与电厂合建，用到廉价的蒸汽资源时，造水成本在4.5~5.7元/吨水；而不具备使用廉价的蒸汽的条件时，制水成本则达到10元/吨水以上，这时一般认为项目不可行。 下面介绍黄岛电厂3000吨/日低温多效蒸馏海水淡化工程的实际运行情况，以便对低温多效海水淡化成本有个直观的认识。 该工程系“十五”国家重大科技攻关计划“水安全保障技术研究”项目的重要组成部分，坐落于青岛市黄岛发电厂内，是由国家海洋局天津海水淡化与综合

海水淡化技术

海水淡化，亦称海水脱盐，是通过装置和设备除去海水中盐分并获得淡水的工艺过程。海水淡化的方法可分为蒸馏法和膜法。

海水淡化的蒸馏法要紧有：多级闪蒸(MSF)、低温多效(LT-MED)和压汽蒸馏(MVC)三种技术。前两种技术要紧采纳蒸汽作热源，多与电厂结合、抽取透平的乏汽制造蒸馏水。压汽蒸馏技术是利用热泵蒸发技术，它仅使用电能，应用对象要紧是没有热源的岛屿地区。膜法要紧指反渗透(RO)技术，它利用半透膜，在压力下同意水透过而使盐分和杂质截留的技术。

海水淡化是当今世界竞相研究的高新技术，美、法、日、以色列等国的技术差不多特别发达，而且已形成海水淡化产业。我国的海水淡化技术研究始于50年代，通过40多年的进展，也培养和锻炼了自己的海水淡化专门人才，组建了一些专门科研开发机构，在蒸馏淡化、反渗透两大技术领域，通过几个五年计划的攻关，多项工程的实践，已具有较丰富的经验。但由于人们对海水淡化的认识不完全，国家经费投入少，使这项技术不能得到特别快的进展。

海水淡化与综合利用作业指导书

第一章 海水淡化概述 ..................................................................................................................... 2

1.1 海水淡化的意义与目的 ................................................................................................... 2

1.2 海水淡化技术的发展历程 ............................................................................................... 3

1.3 海水淡化技术的分类 ....................................................................................................... 3

第二章 海水预处理技术 ................................................................................................................. 3

2.1 预处理工艺流程 ............................................................................................................... 3

2.2 预处理设备与材料 ........................................................................................................... 4

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关于海水淡化项目的分析与研究

作者：王翔

来源：《大经贸·创业圈》2020年第05期

一、技术分析

全球海水淡化技术超过20余种，包括反渗透法、低多效、多级闪蒸、电渗析法、压汽蒸馏、露点蒸发法、水电联产、热膜联产以及利用核能、太阳能、风能、潮汐能海水淡化技术以及微滤、超滤、纳滤等多项预处理和后处理工艺。从大的分类来看，主要分为蒸馏法（热法）和膜法两大类，其中低温多效蒸馏法、多级闪蒸法和反渗透膜法是主流技术。

在海水淡化项目实施前，有必要在海水淡化技术方面进行调研，深入了解国内外同行业领先的研究所和企业，比如欧盟脱盐学会、以色列水处理技术公司、国家水利部海水淡化研究所、国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所、杭州水处理技术研究开发中心等;对目前海水淡化已实施项目情况进行调研，学习浙江舟山、河北黄骅、天津、大连、烟台、日照等地区在海水淡化方面的实践经验，争取采用业内最先进的技术，与最领先的企业合作。

二、市场分析

世界上已有120多个国家在运用海水淡化技术获取淡水，全球有海水淡化厂1.3万多座，海水淡化日产量约5560万立方米，相当于0.5%的全球用水量，可以解决1亿人的用水问题。根据2017年11月13日山东省委常委会议审议通过的《山东省水安全保障总体规划》，到2020年，沿海地区新建、改建、扩建企业锅炉用水积极使用淡化海水，已建企业逐步用淡化海水替代，淡化海水逐步纳入城市供水管网，具备条件的滨海企业循环冷却水尽可能采用海水直流冷却，共规划实施20个海岛海水淡化工程、13个沿海工业园区海水淡化工程和10个沿海缺水城市海水淡化工程。

据统计，城市用水的70%是工业用冷却水，城市生活用水的35%左右是冲厕用水。海水直接利用已有近百年的历史，发达国家已普遍采用。随着我市城市规模扩大和碳纤维等大项目引进，水资源紧缺的情况将持续出现，有必要在保障居民生活用水的基础上，合理配置水资源供给，在海水利用上大力推广工业冷却水和大生活用水。因此，在市场方面本项目具有较好的前景，符合我市科学发展和可持续发展方向。