淮河流域及山東半島海水利用現狀與技術分析

劉利萍 胡若楠

（淮河水利委員會綜合事業發展中心 蚌埠 233001 大連理工大學 大連 116024）

淮河流域及山東半島海水利用現狀與技術分析

劉利萍 胡若楠

（淮河水利委員會綜合事業發展中心 蚌埠 233001 大連理工大學 大連 116024）

針對目前淮河流域及山東半島沿海重要城市出現極度缺水情況，為滿足沿海城市、海島居民及工業用水的需要，在節約用水和挖掘常規水資源利用潛力的前提下，充分利用海水資源是行之有效的方法和途徑。

海水利用 海水淡化 工藝 關鍵技術

1 海水利用現狀

1.1 概述

海水利用包括海水直接利用（工業冷卻水、大生活用海水、海水灌溉、深層海水中有效成分利用、海水脫硫）、海水淡化利用（利用脫鹽技術和裝置將海水處理成淡水用于工業、生活及其他相關行業）、海水化學資源利用（制鹽、其他化工產品）。為解決淡水量，海水淡化利用、海水直接利用尤為重要。海水淡化利用可直接增加區域的淡水資源量，海水直接利用可減少區域水資源開發利用量，間接增加區域淡水資源量。

1.2 海水直接利用

淮河流域及山東半島海水直接利用主要包括海水冷卻、大生活海水利用和海水灌溉，以海水冷卻為主。

1.2.1 大生活海水利用

大生活海水利用主要用于沖廁，高效微絮凝和高效澄清處理工藝已成為主流技術。除青島市建立了海水沖廁示范工程，目前國內尚未有其他城市大規模使用海水作為大生活用水。此外，大生活用海水的水質目前尚沒有國際標準。

1.2.2 海水灌溉

海水大面積灌溉作物尚處于科研階段，如何保持土地可持續利用，長期使用海水灌溉而不使土地鹽漬化，是發展海水灌溉面臨的一個難題。目前，濱海市使用微咸水灌溉冬棗、水稻。

1.2.3 海水冷卻

海水冷卻包括海水直流冷卻、海水循環冷卻。我國海水冷卻技術已有60多年的歷史，海水直流冷卻技術基本成熟，近幾年對海水循環冷卻技術進行科學攻關，相關技術日益成熟，通過了萬噸級工程示范，并在青島、日照、煙臺、威海、鹽城、連云港、南通等地區電力、化工、鋼鐵等高耗水行業產生顯著的示范效應，山東神華國華壽光發電廠2016年研制成功了國內首例國產化大型高位收水冷卻塔循環冷卻技術。

1.3 海水淡化

海水淡化不受氣候影響，出水水質好，供水穩定。一類用于工業用水，如電力、石油、化工、鋼鐵等高耗水行業；另一類用于市政供水。主要處理技術是熱法和膜法。熱法包括多級閃蒸、低溫多效蒸餾；膜法主要指反滲透淡化工藝，其工程投資和運行成本低，能源消耗僅為蒸餾法的1/40，已發展成為海水淡化的主流技術，占市場份額60%以上。

1.3.1 熱法

多級閃蒸是將加熱后的海水通過節流減壓，進入多個壓力逐漸降低的閃蒸室，使部分海水迅速汽化同時降低溫度，將蒸汽冷凝成淡水的技術。運行維護簡單，投資高，耗能大。低溫多效蒸餾指將一系列的水平管或垂直管與膜增發器串聯，用一定量的蒸汽通過多次的蒸發和冷凝得到多倍于加熱的蒸汽量，充分利用低溫廢熱，能耗低于多級閃蒸。滄東電廠自行設計建造了我國最大的低溫多效蒸餾法海水淡化裝置。

1.3.2 膜法

反滲透海水淡化是利用反滲透膜在壓力驅動下進行海水淡化，能耗低、工藝簡單、操作方便。近幾年反滲透海水淡化技術在我國取得很大進展，國產反滲膜和高壓泵在許多工程中成功應用，反滲透壓力容器國產化達到世界先進水平，在淮河流域及山東半島沿海城市的電力、石油、化工及鋼鐵等高耗水行業以及青島市和部分海島的飲用水方面得到廣泛應用。

2 海水利用技術

2.1 海水循環冷卻技術

海水直流冷卻以海水為冷卻介質，經換熱設備完成一次冷卻后，直接排海，溫升較高，對鄰近的海水造成污染。為滿足環境排放標準，將循環水溫升對環境的影響降至最低，采用帶高位收水冷卻塔的循環冷卻技術，其水量和排污量較直流冷卻減少95%以上，達到“近零排放”。

高位收水冷卻塔是一種高效節能和環保低噪的冷卻塔，其安全性和節能優勢已得到了驗證。高位塔在填料下方設置高位收水裝置，可使冷卻塔水流自由跌落高度大幅減少，從而實現節能和降噪目的。對于1000MW機組高位塔，其供水能耗較常規塔降低30%，噪音減少10～15dB，具有顯著的節能環保效益。

2.1.1 工藝流程

淡海水補給水系統處理工藝流程：原水（加堿式氯化鋁、聚丙烯酰胺）→高效絮凝沉淀池→清水池→淡海水升壓泵房→高位收水冷卻塔。

泥水系統處理工藝流程：高效絮凝沉淀池排泥→儲泥池→離心脫水→泥渣外運。

2.1.2 主要問題和關鍵技術

（1）防寒防凍技術

①優化填料布置形式：填料采用擱置式放置，增加一層填料擱置承重梁，降低冬季填料被掛冰拉壞的影響，維修更換方便。

②采用調節更為方便的防凍裝置：采用豎直軸可旋轉的防凍擋風裝置，手動調節快速方便。

（2）塔內防腐技術

①采用高性能混凝土（強度等級C50、強度耐蝕系數≥0.90、28d氯離子擴散系數≤4×10-12），滿足塔體混凝土防腐要求。

②塔內與海水接觸的結構件，使用2507雙相不銹鋼。

③循環水管道（地埋管）采用預應力鋼筋混凝土管道（PCCP）。

④塔內旁路、循泵出口管道（地上部分）采用加厚碳鋼管（重型環氧煤瀝青涂層）。

⑤水塔內混凝土表面采用無溶劑環氧體系防腐。選用納米改性無溶劑環氧濕固化混凝土封閉底漆BE14，納米氮化硅改性無溶劑環氧濕固化鱗片涂料ES301面漆。

（3）防濺防漏技術

①塔內連接件采用預埋，保護了混凝土表面的完整性，避免收水槽、中央集水槽、收水斜板與立柱結合部位、抱柱部位產生漏水。

②塔周邊收水槽吊桿穿過環形混凝土收水槽底壁，吊桿和環形收水槽預留孔的直徑間隙為2mm，通常使用高性能混凝土密封，但孔隙中普遍存在滲漏現象。改用聚氨酯發泡劑封實孔腔，孔兩端用硅酮膠密封，在下部加一道橡膠密封墊，確保無滲漏。

③主配水槽下部懸吊掛梁間增加防漏遮蓋板。配水槽下部垂直于主集水槽方向，收水斜板沿塔中心線對稱安裝，兩者之間為不銹鋼構件搭接，搭接處頂部未進行密封，存在濺水現象。在搭接處上部加裝玻璃鋼蓋板，之間注入硅酮密封膠，蓋板與收水斜板接口部位涂抹膩子密封，達到防濺水的效果。

2.2 海水反滲透技術

采用超濾和反滲透等膜分離技術作為預脫鹽系統，兩級淡水反滲透和先進的EDI離子膜分離技術，主要設備有超濾、高壓泵、反滲透膜組件、EDI及有關控制儀表。

2.2.1 工藝流程

工藝流程見圖1。

圖1 工藝流程圖

2.2.2 主要問題和關鍵技術

過濾器、殺菌方法、膜（超濾膜、滲透膜）的選用，增加能量回收裝置是反滲透系統的主要問題。

（1）過濾器的選用

加氯消毒，凝聚過濾，加酸調節pH值，投入聚磷酸鹽作為阻垢劑，消除余氯以及過濾才能進入反滲透系統。預處理不合理，會導致滲透量下降。因此，在反滲透工程設計上，必須仔細考慮預處理系統。

預處理裝置出口處SDI值偏高容易生長繁殖細菌微生物，預處理裝置中一般不采用容易產生水滯留區的墊層，盡可能縮小布水管與混凝土層間距離。盡量不使用活性碳過濾，活性碳雖能除去水中余氯，但是活性炭顆粒吸附余氯后會破裂粉碎，污染水質，造成過濾器出水SDI值偏高，反滲透膜表面顆粒污堵，壓差上升，影響其安全高效運行。

（2）改變殺菌方法，減少系統加藥量

為保證反滲透裝置的穩定運行，不得在預處理裝置中加鹽酸和Na2SO3。改變預處理系統殺菌方式，將連續加氯氣殺菌改為沖擊式加殺菌劑殺菌，使用非氧化性殺菌劑CT4242和氧化性殺菌劑NaClO有效除去細菌和微生物，又不會危及反滲透膜的安全運行，減少加藥帶來的污染。

（3）超濾膜、滲透膜的選用

膜的使用壽命一般為3年，為了保證經過反滲透后的水質達到工業用水標準，同時降低海水淡化的成本，過濾膜可使用賽諾公司生產的超濾國產膜，二級反滲透膜可使用北京時代沃頓、湖南沁森的反滲透國產膜，由于國內生產的一級反滲透膜尚未完全達標，一級反滲透盡量選擇美國陶氏、日本海德能、日本東麗的反滲透膜。這樣經過膜的選擇性組合后，水質既能達到工業用水的標準，海水淡化成本也降低了30%。

（4）增加能量回收裝置

能量回收裝置是反滲透海水淡化系統的關鍵裝置之一，能大幅度降低系統運行能耗和海水淡化成本。能量回收裝置分為壓差交換式和等壓交換式，壓差交換式用于中小型反滲透海水淡化系統，與高壓泵串聯使用，對高壓泵出口壓力要求低，從而降低反滲透系統制水能耗；等壓交換式用于大中型反滲透海水淡化系統，與高壓泵并聯使用，利用濃海水余壓能直接增壓部分進料海水，降低了通過高壓泵增壓的進料海水流量，從而減少高壓泵的規模和能耗，能量回收率達到94%以上，但國內絕大部分能量回收裝置采用進口設備。

3 結語

目前，人們對海水利用認識水平逐步提高，同時積累了一定的管理和運行經驗。在國家和地方政府各項有利政策的鼓勵下，企業推廣應用和投資等方面積極性正在提高，海水利用的規模和進展大大推動，海水淡化技術水平和工程應用得以穩步提升。但海水利用仍然存在一定問題，如海水淡化成本6～8元/噸，居民生活用水2.3～3元/噸，工業用水3～4元/噸，海水淡化成本顯著高于自來水水價。同時由于海水利用管理體系不健全，國家政策引導缺乏有力支持，扶持政策不到位，社會和民眾認知存在誤區，資金投入不足等，影響了海水利用技術的推廣，這些問題亟待進一步解決■