廈門市海水淡化廠選址研究

柳 婧

(廈門水務集團有限公司 福建廈門 361000)

廈門市海水淡化廠選址研究

柳 婧

(廈門水務集團有限公司 福建廈門 361000)

翔安區水資源極度貧乏，相對于廈門市其他5個區現狀供水水源比較單一。面對資源性缺水以及水資源保障能力不足的嚴峻形勢，海水淡化對于解決翔安區用水問題具有極其重要的意義。文章通過比較分析目前主流的兩種海水淡化技術，明確了廈門市海水淡化廠的推薦技術工藝。同時，針對海水淡化廠與其它建設項目的不同特點，著重從海域環境條件對海水淡化廠選址用地的影響入手，研究分析了海水淡化廠建設用地的選擇要求，并基此結合廈門市海洋環境提出了廈門市海水淡化廠選址的建議和思考。

海水淡化；用地選址；反滲透

0 引言

翔安區位于廈門市東部，沿同安灣有綿長的海岸線和寬闊的灘涂地、鹽田(魚塘)和多個大小不等的海灣，海岸線總長約75km(不含內灣)。根據《廈門市城市總體規劃(2010-2020年)》，翔安區定位為廈門東部市級中心，主導功能為臨空產業、高端服務、光電子信息等新興產業，發展前景甚好。但由于境內水系源短流急，缺乏可開發地表水資源，地下水資源也不豐富，目前翔安區主要供水水源基本是通過廈門市其他地區長距離輸水進行保障。近年來隨著翔安區南部新城、東部起步區、廈大科技園區、航空港新區等片區建設的迅速推進，加上翔安區主導功能之一的光電產業大戶的投產，用水量劇增，城市供水系統的安全保障、水量供需矛盾等問題愈發突出。因此，海水淡化利用作為傳統水資源的重要補充和戰略儲備，是解決沿海地區水資源短缺的重要途徑。海水作為廈門本地可利用的豐富資源，海水淡化在優化城市水資源結構中可以發揮特定的作用。2015年9月，廈門市人民政府按照《廈門市水資源戰略規劃(2015-2030年)》提出的戰略方向，出臺了《廈門市水資源安全保障近期重點行動計劃(2015-2020年)》，確定了包括海水淡化行動計劃在內的八項重點行動方向。明確提出“十三五”期間應加大非傳統水源利用率，計劃在翔安區建設一座日產水量30萬噸的海水淡化廠，作為翔安區生產、生活用水的補充，一期建設規模為日產水5萬噸。

目前廈門市海水淡化廠工程正在開展前期研究論證工作，科學合理的用地位置是實現海水淡化廠良好經濟效益和社會效益的重要保障，確保海水淡化廠持久運行。本文論述了海水淡化工藝的比較選擇，根據推薦工藝的特性及生產要求提出了海水淡化廠不同于一般建設工程的選址要素。通過對廈門海域環境條件的調查，分析淡化水的實際供應需求及目標人群，提出了廈門市海水淡化廠的選址條件及要求，為確定海水淡化廠規劃用地及下階段工程實施奠定基礎。

1 海水淡化技術適應性選擇

海水淡化是指從海水中提取淡水的技術，主要有熱法和膜法兩大類。當前國際上已得到廣泛商業化應用的海水淡化技術主要是熱法的多級閃蒸、低溫多效蒸餾和膜法的反滲透[1]。由于多級閃蒸的投資和運行費用相對較高，除了在中東產油國家使用外，其余地區應用較少。自2005年我國首部《海水利用專項規劃》頒布實施以來，海水淡化技術已經取得了較大進展。目前，我國已經掌握低溫多效和反滲透技術，初步具備系統集成和工程成套能力，技術水平與國際接軌。本文主要比較低溫多效和反滲透兩種技術。

1.1低溫多效蒸餾

低溫多效蒸餾指的是進料海水與一定量的蒸汽進行逐級熱交換后蒸發冷凝，從而得到多倍于加熱蒸汽量的蒸餾水。其最高蒸發溫度不超過70℃，多級的蒸發溫度逐級降低。該技術工藝具有以下特點：一是操作溫度低，完全避免或減緩了設備的腐蝕和結垢；二是進料海水的預處理簡單，僅需經過篩網過濾和加入約5ppm的阻垢劑；三是高純度的出水水質，蒸發工藝使蒸汽中攜帶的鹽水成分極為有限，產出蒸餾水純度很高；四是能耗低，由于低溫冷凝溫度較低，所需的加熱蒸汽壓力也較低，降低了能耗。但低溫多效蒸餾裝置是將一系列的水平管噴淋降膜蒸發器串聯起來的，設備體積較大，裝置費用較高。由于低溫多效蒸餾技術的特點，即使在嚴重污染、高生物活性的海水環境中也適用，而且高純度產水特別適合作為電廠鍋爐補給水，因此該技術一般是熱電廠配套建設的海水淡化廠采用的技術首選，利用熱電廠的余熱加熱海水，水電聯產，減低生產運行成本。

1.2反滲透

海水經過預處理，去除懸浮固體及其它有害物后在高壓作用下通過半透膜分離出海水中的滲透液(淡水)和濃縮液的過程。該過程可以有效地去除水中的溶解鹽、細菌、病毒和大部分有機物等雜質。反滲透主要分離的對象是溶液中的離子級類別，在常溫下無需使用化學品的物理脫鹽方法，具有投資省、能耗低、占地少、建設周期短、自動化程度高、使用壽命長等特點，近二十年發展最快。但，反滲透法對預處理要求嚴格，也存在原水利用率僅75%～80%，且反滲透膜要定期清洗更換等問題。

1.3比較分析

從技術選擇來說，海水淡化技術的選擇不存在好與不好的比較，而是應根據每個項目的特點，客觀考慮技術適應性。總體來說，單獨設立的海水淡化廠適合采用反滲透，但如果有電廠配套建設，則低溫多效蒸餾技術更為可靠經濟。從適應性來說，與低溫多效蒸餾相比，只要有電的地方就可以采用反滲透技術來淡化海水，而低溫多效蒸餾法必須和發電廠和其他的有蒸汽的工業結合才能夠用[2]。從產品水質來說，雖然低溫多效的產水純度高于反滲透產水水質，但是反滲透工藝應用于市政供水具有較大的優勢，幾乎所有用于市政供水的海水淡化系統均采用了反滲透法[3]。從使用要求來看，廈門市海水淡化項目的產出水在必要時應達到作為城市生產、生活用水的補充，保障翔安區用水的目的。從經濟性分析，反滲透工藝的工程投資和運行成本低于低溫多效；從工程建設分期考慮，反滲透比低溫多效在場地布置利用中更為靈活。

因此，客觀上看，反滲透法將是未來海水淡化市場主流，而且市場占有率將越來越大。此外，反滲透在投資和運行上均具有優勢。隨著膜技術的發展，膜成本將越來越低，壽命越來越長，反滲透制水成本也將會越來越低。基此，本研究認為，廈門市海水淡化廠工程適宜選用反滲透法海水淡化工藝。

2 用地需求分析

一般建設項目選址受很多因素影響，主要關注在項目的行業準入性、與城鄉規劃相容性、環境與資源影響性、建設方案的安全性等方面。海水淡化廠除了上述普遍性原則外，根據其項目特點可以發現海域環境的優劣直接影響了海水淡化廠生產成本。而海水淡化水作為必要的市政補充用水，其使用范圍及受眾決定了海水淡化廠能否長期運營。此外，完善的市政基礎設施是海水淡化廠運行的保障。因此，本文將從海域海水要求、用戶需求及基礎設施配套等方面進行研究分析，提出海水淡化廠建設地點在諸如海水水質、水動力、水溫、潛在用戶及周邊基礎設施的適宜性要求，為項目選址規劃提出科學合理的意見。

2.1海域因素

2.1.1水質要求

海水作為海水淡化廠的主要原料，應確保在海水淡化廠的整個生命周期內提供足夠的、持續的、適合的水源。反滲透技術的關鍵是反滲透膜，雖然膜及組件的生產已相當成熟穩定，但是一般情況下，膜的平均使用壽命約5年，這是反滲透海水淡化技術的主要成本之一。從經濟性來說，降低膜的更換頻率即是對反滲透海水淡化技術成本的有效控制措施，而膜污染是造成膜使用壽命減短的主要原因。因此，海水原料的水質越好，預處理效果越好，對減緩膜污染，延長膜的使用時間，保證反滲透系統長期穩定運行有著重要作用。

按照我國的海域環境清潔程度劃分：①清潔海域：符合國家海水水質標準中一類海水水質的海域，適用于海洋漁業水域，海上自然保護區和珍稀瀕危海洋生物保護區。 ②較清潔海域：符合國家海水水質標準中二類海水水質的海域，適用于水產養殖區、海水浴場、人體直接接觸海水的海上運動或娛樂區，以及與人類食用直接有關的工業用水區。③輕度污染海域：符合國家海水水質標準中三類海水水質的海域，適用于一般工業用水區。④中度污染海域：符合國家海水水質標準中四類海水水質的海域，僅適用于海洋港口水域和海洋開發作業區。 ⑤嚴重污染海域：劣于國家海水水質標準中四類海水水質的海域。根據2015年廈門市海洋環境公報顯示，廈門海域海水中重金屬及砷、油類及其他有機污染監測要素含量均符合第一類海水水質標準，如圖1所示。清潔和較清潔海域面積占廈門海域總面積的49.8%，與2014年持平，但符合一、二類海水水質的面積比2014年有所增加。其中大嶝海域屬于清潔海域，東部和南部海域屬于較清潔海域，河口區和同安灣屬于輕度污染海域，西海域屬于中度污染海域[4]。因此，翔安區周邊的大嶝海域環境最好，是海水淡化廠理想的取水來源。

圖1 廈門市海洋環境狀況示意圖[4]

2.1.2水動力要求

海水淡化廠生產后尾水的鹽度約為原海水的1.7倍左右，即為濃鹽水。目前國際上常用的濃鹽水處理方法可分為兩大類。一是直接排放，二是再利用。由于濃海水要再利用的處理費用較高，約占總淡化成本的5%～33%，具體金額主要取決于濃鹽水特性、排放前的處理水平、處理方式、濃鹽水體積以及環境特征[5]。因此大多數海水淡化廠通常采用強化擴散的方式直接排放濃鹽水，而高濃度鹽水的集中排放對排放海域的水生環境會造成極大影響。為降低環境影響，濃鹽水排放口應選擇水動力條件好的海域，將有利于減小鹽度升高范圍，加快濃鹽水擴散速度。

廈門灣海域的潮汐主要由外海潮波控制，即臺灣海峽潮波從廈門島的東北角及西南角海域傳入廈門海域。漲潮時東北處潮波自晉江圍頭灣進入大嶝海域，再轉入同安灣；西南處經過青嶼水道通過廈門港分為2支進入廈門西海域和九龍江河口區域，落潮時又沿原路徑逆向流出。從高潮、低潮、漲急、落急的4個時刻潮流場分布情況研究分析來看，大金門北側淺水區、大小金門水道以及廈門東側水道是廈門海域的強流區，流速普遍超過1.0m/s，最大流速可達到1.9m/s[6]。3個強流區就是對應著大嶝海域、東部海域及西部海域，水深寬闊，水動力條件較好。海水淡化廠的濃鹽水選擇排放入大嶝海域，則擴散條件較好，對海域水生環境影響相對較小。

2.2用戶因素

圖2 翔安區示意圖[8]

海水淡化產品水在優化城市水資源結構中發揮獨特的作用，對于翔安區乃至廈門市而言，一方面海水淡化水可以作為水資源的補充和戰略應急儲備；另一方面，能夠優化用水結構，促進水資源的可持續及資源化利用，如圖2所示。分析各產業用水結構，廈門市海水淡化廠主要有以下3類目標用戶。

(1)應急備用水源

海水淡化水作為翔安區城鎮供水的應急備用水源，與市政給水管網連通。日常可以作為高峰期調峰用水，在翔安區主要水廠出現突發性停水時亦可作為應急供水，保障短時期內城鎮用水。

(2)火炬產業(翔安)區工業用水水源

根據翔安區2014年的用水大戶資料顯示，翔安區大于500t/d的用水大戶44家，合計日用水量達8.4萬t。其中用水量大于1000t/d的用戶23家，前5家分別是廈門天馬微電子有限公司(1.16萬t/d)，祥達光學(廈門)有限公司(1.09萬t/d)，廈門三安光電有限公司(0.76萬t/d)，日本電器NEC(電氣硝子)(0.6萬t/d)，聯芯集成電路制造(廈門)有限公司(0.5萬t/d)，主要集中在火炬產業(翔安)區內，并且都是光電子企業，其對生產用水的水質要求也較高，因此均有自行建設水處理設施，提高自用水水質。

(3)航空港供水

廈門新機場落址于翔安區大嶝島和蓮河片區。從地域條件來看，大嶝島和蓮河片區均屬于翔安區供水區域末梢，現狀供水設施有待進一步加強。目前規劃大嶝島供水一方面源于大嶝水廠，另一方面源于翔安水廠，均需通過過海管道進行供水，存在一定的安全隱患和遠期水量難以保障的問題。

2.3基礎配套條件

海水淡化項目的用地應具備良好的生產基礎條件。首先用地應臨近海邊，由于海水淡化的取水規模遠大于產水規模，超大規模的取水及尾水排放不宜鋪設過長的管道進行輸送。其次，淡化產品水要納入城市供水管網統一供水，項目選址用地也應盡量臨近主要產品水用戶所在的地區，這樣有利于節約長距離輸水的成本。此外，電力作為生產能源要有可靠的保障，道路、通訊、給水、排水等基礎設施應齊備。

3 結論

廈門是缺水城市，也是一個擁有豐富海洋資源的城市，對海水進行淡化可以有效地緩解當地用水壓力。一個合理的海水淡化廠選址決策對于降低海水淡化成本，提高淡化水競爭力具有重要作用。海水淡化廠選址決策受許多經濟因素和非經濟因素影響，而不同的海水淡化技術也會對選址形成約束。在選定適合廈門市海水淡化項目應用的淡化技術之后，本文從海域因素、用戶因素和基礎配套條件等影響選址的主要因素入手，闡明了廈門市海水淡化項目選址的條件：一是海水水質優良，有利于取水；二是水動力條件好，有利于濃海水排放；三是臨海區域，便于大規模取水、排水；四是便捷的供水路徑，靠近主要用水用戶。

從圖2可以看出，臨近東部海域和大嶝海域的翔安沿海地區澳頭-歐厝-彭厝一帶有較好的取水、排水條件。據初步調查，該區域的海水水質清潔，海域開闊，水動力條件好。地理位置鄰近航空港且位于城市規劃建成區管網末梢，有用戶需求。此外澳頭已建成一座污水處理廠，近期規模3萬t/d，遠期規劃規模65萬t/d，海水淡化項目濃鹽水排放可結合污水處理廠尾水聯合排放，降低排放濃度，減輕排放范圍內鹽水濃度給海水環境生態的影響。下階段廈門市海水淡化項目還需進行更深入的可行性研究基礎論證：一是開展澳頭-歐厝-彭厝周邊海域環境調查論證，深入進行海洋環境現狀監測、數模分析計算、海洋環境影響評價、海域使用論證、路由勘察及海水水質檢測等工作。二是進一步對接規劃選址工作，與廈門市城鄉規劃相協調。根據項目性質及城市空間布局要求，進行項目地勘，按照現狀條件的利用要求做好用地布局。三是研究淡化水進入市政管網保障措施。在海水淡化工程建設前，需開展淡化水進入市政管網前期研究，對翔安區相關供水管網、管材進行調研，確定淡化水進入市政管網方案，保障市政管網供水安全。

[1] 劉淑靜，張拂坤，鄒川玲，等.國外海水淡化技術選擇決策研究及對我國的借鑒[J].科技管理研究，2014(23).

[2] 段煥強，談探.中國海水淡化產業現狀與趨勢[J].高科技與產業化,2011,7(11):49-53.

[3] 賈斌，陳娟濃，高林，等.淺談海水淡化技術及其新進展[J].科技資訊，2010(27):4-5.

[4] 廈門市海洋與漁業局.2015年廈門市海洋環境公報[Z].2015.

[5] 余瑞霞，王越，王世昌.海水淡化濃鹽水排放與處理技術研究概況[J].水處理技術,2005,31(6):1-3.

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StudyonSiteSelectionofDesalinationPlantinXiamenCity

LIUJing

(Xiamen Water Group Co., Ltd，Xiamen 361000)

The water resources in Xiang'an District are extremely poor, and Compared with the other five districts in xiamen city, Source of water is limited.Facing the grim situation of water shortage and inadequate water resources, Desalination is very important to solve the water problem in xiang 'an district.In this paper, Through comparative analysis of two main kinds of desalination technologies, The recommended technology of xiamen seawater desalination plant is clarified.And For the different characteristics of desalination plant and other construction projects, Based on the influence of sea environment conditions on site selection of water desalination plant, the selection requirement of construction land of desalination plant was analyzed.The Suggestions and reflections on the site selection of the seawater desalination plant in xiamen are presented.

Desalination; Site selection; Reverse osmosis

TV671

A

1004-6135(2017)11-0100-04

柳婧(1982.1- )，女，工程師。

E-mail:18445618@qq.com

2017-06-15