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1前言
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
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
2中国海水淡化技术的发展历程
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
上世纪60年代原船舶工业部上海704研究所开发了
1987年大港电厂从美国ESCO公司引进两套
国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所研制的
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
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×
3海水淡化典型案例
3.1 长海县海水淡化工程
长海县
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
表1长海县大长山岛
|
项目 |
指标 （元/m3） |
|
絮凝剂 |
0.034 |
|
NaHSO3 |
0.020 |
|
阻垢剂 |
0.059 |
|
Na2CO3 |
0.009 |
|
清洗药剂 |
0.098 |
|
主机电耗 |
2.94 |
|
附属设备电耗 |
0.70 |
|
工资福利费 |
0.105 |
|
维修费用 |
0.267 |
|
管理费用 |
0.025 |
|
膜更换费用(每三年更换一次) |
0.679 |
|
冬季加热费用 |
0.70 |
|
运行成本合计 |
5.636 |
|
固定资产折旧(综合折旧率5%，残值4%) |
1.650 |
|
造水总成本 |
7.286 |
低到80分贝以下，改善了操作环境，工程改造和扩容的总投资470万元，改造后系统的运行成本见下表：
表2 改造后的海水淡化造水成本
|
项目 |
指标（元/m3） |
|
絮凝剂 |
0.034 |
|
NaHSO3 |
0.020 |
|
阻垢剂 |
0.059 |
|
Na2CO3 |
0.009 |
|
清洗药剂 |
0.098 |
|
主机电耗 |
2.10 |
|
附属设备电耗 |
0.70 |
|
工资福利费 |
0.105 |
|
维修费用 |
0.267 |
|
管理费用 |
0.025 |
|
膜更换费用(每三年更换一次) |
0.679 |
|
冬季加热费用 |
0.70 |
|
运行成本合计 |
4.796 |
|
固定资产折旧(综合折旧率5%，残值4%) |
1.500 |
|
造水总成本 |
6.296 |
3.2 沧州化学工业股份公司高浓度苦咸水淡化工程
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
表3 沧化苦咸水淡化工程运行情况
|
项 目 |
指 标 |
|
额定产水量(m3/d) |
4×4500 |
|
实际产水量(m3/d) |
4×3840 |
|
原料水TDS(mg/l) |
15000 |
|
产品水TDS(mg/l) |
300 |
|
药剂消耗(元/ m3) |
0.320 |
|
电力消耗(吨水电耗3.4度, 元/ m3) |
1.292 |
|
工资福利费(元/ m3) |
0.124 |
|
维修费用(元/ m3) |
0.148 |
|
管理费用(元/ m3) |
0.022 |
|
膜更换费用(每三年更换一次) (元/ m3) |
0.410 |
|
运行成本合计(元/ m3) |
2.316 |
|
固定资产折旧(综合折旧率5%，残值4%)、贷款利息 (元/ m3) |
0.788 |
|
造水总成本(元/ m3) |
3.104 |
3.3 天津市
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。
表4 天津市
|
项目 |
指标 |
|
原料水TDS(mg/L) |
36500 |
|
产品水TDS(mg/L) |
300～400 |
|
药剂消耗（元/m3） |
0.450 |
|
电力消耗（吨水电耗4.0度，（元/m3）） |
2.000 |
|
工资福利费（元/m3） |
0.438 |
|
维修费用（元/m3） |
0.457 |
|
管理费用（元/m3） |
0.088 |
|
膜更换费用（含微滤及反渗透膜）（元/m3） |
0.752 |
|
冬季加热费用（元/m3） |
0.800 |
|
运行成本合计（元/m3） |
4.985 |
|
固定资产折旧（综合折旧率5%，残值4%）（元/m3） |
1.462 |
|
造水总成本（元/m3） |
6.446 |
3.4 黄岛发电厂
黄岛发电厂
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
4海水淡化技术的综合应用
4.1 在氯化铵废水处理中的应用
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
TDS<15mg/L，回收农业级氯化铵1.1t/h，氯化铵废水膜浓缩工段的吨水耗电为2.5 kWh（包括
表5黄岛发电厂
|
项 目 |
指 标 |
|
额定进料量（m3/h） |
275 |
|
海水总需求量（m3/h） |
583 |
|
进料海水盐含量（mg/L） |
35500 |
|
进料温度（°C） |
平均20 |
|
加热蒸汽温度（°C） |
152 |
|
加热蒸汽流量（t/h） |
12.5 |
|
产品水及浓盐水的排放温度（°C） |
40 |
|
浓盐水排放量（m3/h） |
137.5 |
|
最高操作温度（°C） |
71.5 |
|
电力供应 |
3相，380V，50Hz |
|
浓盐水盐含量（mg/L） |
71000 |
|
单效重量（t） |
26-32 |
表6黄岛发电厂
|
项 目 |
指 标(元/ m3) |
|
药剂消耗 |
0.36 |
|
电力消耗 (吨水电耗1.65度) |
0.61 |
|
工资福利费 |
0.45 |
|
维修费用 |
0.41 |
|
管理费用 |
0.12 |
|
蒸汽消耗 (造水比10) |
1.6 |
|
运行成本合计 |
3.55 |
|
固定资产折旧(综合折旧率5%，残值4%)、贷款利息 |
1.18 |
|
造水总成本 |
4.73 |
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。
4.2 在氯碱行业的应用
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。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~
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
表7 氯化铵生产成本统计表（所有费用均按每吨氯化铵计）
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项目 |
单位成本 (元/ t) |
|
蒸汽 |
250.00 |
|
编制袋 |
31.5 |
|
动力电 |
50 |
|
折旧 |
82.47 |
|
维修费 |
29.79 |
|
工人工资 |
14.00 |
|
职工福利费 |
1.96 |
|
生产成本 |
459.72 |
表8 纯水生产成本统计表（所有费用均按每吨纯水计）
|
项目 |
单位成本 (元/ m3) |
|
动力电消耗 |
1.25 |
|
设备折旧 |
0.34 |
|
维修费 |
0.12 |
|
膜更换费用 |
0.40 |
|
化学药品消耗 |
0.2 |
|
工人工资 |
0.09 |
|
职工福利费 |
0.01 |
|
生产成本 |
2.41 |
端排汽温度调整为
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：
如上表所示，1万吨/天低温多效蒸馏海水淡化工程的造水总成本为4.172元/吨，远低于此碱厂目前7~8元的锅炉补水成本。
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。
表9 某碱厂
|
项 目 |
指 标(元/ m3) |
|
药剂消耗 |
0.450 |
|
电力消耗 (吨水电耗1.6度) |
0.640 |
|
工资福利费 |
0.087 |
|
维修费用 |
0.387 |
|
管理费用 |
0.017 |
|
蒸汽消耗 (造水比8) |
1.000 |
|
运行成本合计 |
2.581 |
|
固定资产折旧(综合折旧率5%，残值4%) |
1.239 |
|
贷款利息 |
0.352 |
|
造水总成本 |
4.172 |
4.3 在电厂循环经济中的应用
正在筹建的某滨海发电厂，一期工程装机容量为2000MW，厂址附近为某大型盐场。电厂配套建设20万吨/天低温多效蒸馏海水淡化工程，为电厂自身和周边地区供水。同时，电厂使用海水循环冷却。
其中低温多效蒸馏海水淡化工程的造水成本如下表所示：
表10 某电厂
|
项 目 |
指 标(元/ m3) |
|
药剂消耗 |
0.35 |
|
电力消耗 (吨水电耗1.264度) |
0.379 |
|
工资福利费 |
0.021 |
|
维修费用 |
0.564 |
|
管理费用 |
0.004 |
|
蒸汽消耗 (造水比8) |
1.54 |
|
运行成本合计 |
2.858 |
|
固定资产折旧(综合折旧率5%，残值4%) |
1.786 |
|
贷款利息 |
0.858 |
|
造水总成本 |
5.502 |
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，把其中所有无机盐全部分离，生产出氯化钾、氯化镁、硫酸镁等化工产品。至此，全部海水被“吃干榨净”，无废液排入大海，实现了“零排放”。
同时，由于海水淡化后排出的浓盐水比一般海水高出近一倍，大大提高了盐的产出效率，在增加盐产量的同时可节约现有盐场用地22.5平方公里，如果维持原盐产量不变，则可以节约56平方公里的盐场用地。
电厂所产生的粉煤灰、石膏等传统意义上的废弃物，被用来开发生产出新型建材产品，可把电厂自身的粉煤灰、石膏全部消化利用，同时省却了灰场用地。
5结语
1、21世纪中国面临缺水和水污染的双重压力，开发水资源和治理污染任重道远。
2、海水淡化技术可以为沿海地区解决优质淡水，中国的海水淡化已经起步，发展前景广阔。
3、海水淡化技术的发展为工业废水的治理和回用提供了新的选择，需要推广应用以减轻废水对环境的污染。
4、以海水淡化为龙头，走造水和资源综合利用的循环经济之路，在中国具有广阔的前景。
参考文献
[1] Ruan Guoling, The Proceedings of the China-ASEAN Workshop on Marine Science and Technology, October, 2003,
[2] 解利昕、阮国岭等，水处理技术，2000.2： p90-92
[3] 尹建华、吕庆春、阮国岭，海洋技术，2002.4：p22-25
