淺談反滲透海水淡化技術(shù)在海島建設(shè)中的應(yīng)用

楊滿財，劉世昌

淺談反滲透海水淡化技術(shù)在海島建設(shè)中的應(yīng)用

楊滿財，劉世昌

（中交上航（福建）交通建設(shè)工程有限公司，福建 廈門 361000）

黨的十八大提出海洋強國戰(zhàn)略，即提高海洋資源開發(fā)能力，發(fā)展海洋經(jīng)濟，保護海洋生態(tài)環(huán)境，堅決維護國家海洋權(quán)益，建設(shè)海洋強國。近年來，國家海洋局逐步開展藍色海灣整治行動。海島作為海洋的重要組成部分，海島開發(fā)項目也越來越多，合理利用海水淡化技術(shù)是海島建設(shè)過程中重要的一部分。結(jié)合筆者在某海島項目建設(shè)過程中工作經(jīng)歷，簡要闡述海島建設(shè)中應(yīng)用海水淡化技術(shù)的一些方法。

海水淡化技術(shù)；海島建設(shè)；反滲透；熱方法

隨著海島開發(fā)項目越來越多，解決海島淡水資源稀缺問題日趨重要，尤其是遠海海島區(qū)域，淡水緊缺成為遏制海島開發(fā)的一個重要因素。而解決淡水匱乏問題主要有兩條途徑：傳統(tǒng)的通過運輸船轉(zhuǎn)運淡水；在海島上建設(shè)海水淡化工程。海水淡化技術(shù)作為淡水資源增量的一種新型技術(shù)，具有水源豐富、水質(zhì)安全、占地小、供給穩(wěn)定等優(yōu)勢。而反滲透作為海水淡化中的一項重要技術(shù)，具有成本低、能耗小、效率高等特點。

1 海水淡化技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

海水淡化即將海水脫鹽生產(chǎn)淡水。最早的海水淡化想法出現(xiàn)在250年前的英國王室，而直到1954年，第一座海水淡化工廠才誕生于美國。到目前為止，全球海水淡化技術(shù)超過20余種。

1.1 中國海水淡化技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

中國海水淡化技術(shù)研究始于1958年，但受限于技術(shù)匱乏等多方面原因，中國海水淡化發(fā)展較為緩慢，但隨著中國政府對海水淡化越來越重視，“十一五”期間海水淡化得到飛速發(fā)展；在發(fā)改委出臺的《“十二五”海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》形勢背景下，最近五年中國的海水淡化產(chǎn)業(yè)迎來發(fā) 展黃金期。截至2015年底，中國海水淡化產(chǎn)量已達到 1 085 940 t/d。中國海水淡化工程工程生產(chǎn)的淡水主要有兩個用途：北京、天津、山東等北方地區(qū)，主要用于鋼鐵、電力等工業(yè)用水；浙江、廣東等南方地區(qū)，主要用于沿海及海島的生活用水。

1.2 海島海水淡化技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

海島海水淡化技術(shù)與一般海水淡化技術(shù)其實并沒有太大不同，但是由于海島所處地理環(huán)境的特殊性，并不是任何一種海水淡化技術(shù)都適用于海島建設(shè)。而目前海島海水淡化中應(yīng)用最廣泛的是反滲透技術(shù)。初步統(tǒng)計，截至2014年底，中國建成投產(chǎn)的海島海水淡化工程總產(chǎn)水量約125 000 t/d，這一數(shù)據(jù)只占全國總量的13%左右，說明海島海水淡化的發(fā)展前景還非常廣闊。

2 海島海水淡化建設(shè)的必要性

在海島建設(shè)過程中，需要的淡水量是龐大的，混凝土攪拌用水、植被修復(fù)澆灌用水、施工人員的生活用水等；海島建設(shè)完成后，海島運營同樣需要大量的淡水資源，建設(shè)一座滿足需求的海水淡化工程顯得格外重要。

2.1 成本較低

2.1.1 傳統(tǒng)的運輸船轉(zhuǎn)運淡水

以筆者所在的海島建設(shè)項目為例，運輸船一趟可載水38 t，成本明細如表1所示。

表1 成本明細

項目單價數(shù)量合計 淡水1.55元/t38 t58.9元 油耗6.35元/L193.67 L1 230元 其他//500元 合計//1 788.9元

每噸水成本約為47.07元，考慮到海島建設(shè)過程中在船運輸水的同時，運輸船也運輸其他建筑材料等，所以運水成本采取折半計算的方法，即每噸水的成本為23.54元。

2.1.2 海水淡化工程

以筆者所在的海島建設(shè)項目中的海水淡化工程為例，每天可生產(chǎn)200 t淡水，每噸水的成本明細如表2所示。

筆者統(tǒng)計的2種海島淡水增量方式的成本雖然不是十分精確的數(shù)據(jù)，但是也能夠客觀反映海水淡化技術(shù)相較于傳統(tǒng)的船舶運輸?shù)诔杀旧系木薮髢?yōu)勢。

2.2 受客觀條件影響較小

相對于傳統(tǒng)的船運輸?shù)姆绞剑Ｋこ探⒃诤u上，對于環(huán)境要求小，能源供給方式靈活，不會因為客觀原因而導(dǎo)致中斷產(chǎn)水。同時由于機械的穩(wěn)定性，產(chǎn)水量穩(wěn)定，不會出現(xiàn)時有時無時多時少的情況。即使偶爾出現(xiàn)機械故障，也可很快安排維修人員維修，不會造成長時間的缺水問題。

表2 每噸水的成本明細

項目單價數(shù)量合計 電費0.65元/°4.949 4°3.2元 鹽酸0.03元/g5 g0.15元 亞硫酸鈉0.014 5元/g8 g0.116元 阻垢劑0.018元/g20 g0.36元 次氯酸鈉0.003元/g20 g0.06元 絮凝劑0.2元/g1 g0.2元 機械損耗及更換//2元 人工費//2元 合計//8.086元

而船運輸?shù)芴鞖庥绊戄^大，一旦遇到惡劣天氣，船舶無法航行，直接導(dǎo)致海島供水暫停，而且有時海域上的惡劣天氣持續(xù)時間較長，可能直接導(dǎo)致海島上長時間缺水。

以筆者所在的海島項目為例，在2017年冬季的某段時間，受冬季大風(fēng)的影響，海洋環(huán)境惡劣，運輸船不得不到避風(fēng)港拋錨3 d，由于海島儲備淡水有限，到第3 d時，剩余淡水僅能保障島上人員的生活用水，無法滿足生產(chǎn)用水要求，直接導(dǎo)致海島建設(shè)進度滯后。

3 海水淡化技術(shù)的選擇

海水淡化技術(shù)可概括為兩大類，即化學(xué)方法和物理方法。其中物理方法是目前應(yīng)用最為廣泛的，而物理方法中應(yīng)用最廣泛的則是反滲透膜法和熱方法。

3.1 反滲透技術(shù)

反滲透技術(shù)也稱為RO技術(shù)，是目前最有效最節(jié)能的膜法液體分離技術(shù)，它可以阻擋所有溶解性鹽及分子量大于100的有機物，但允許水分子透過，反滲透復(fù)合膜脫鹽率一般大于98%。

3.1.1 反滲透技術(shù)原理

反滲透的原理是在進水（濃溶液）側(cè)施加壓力以克服自然滲透壓，當(dāng)高于自然滲透壓的操作壓力施加于濃溶液側(cè)時，水分子自然滲透的流動方向就會逆轉(zhuǎn)，進水（濃溶液）中的水分子部分通過膜成為稀溶液側(cè)的凈化產(chǎn)水。

3.1.2 工藝流程

以筆者所在的海島項目的海水淡化工程為例，海水一共需要經(jīng)過5道淡化工序才能淡化為符合國家生活水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的淡水，而反滲透作為最后一環(huán)，起到至關(guān)重要的作用。

某海島反滲透海水淡化工藝流程如圖1所示。

圖1 某海島反滲透海水淡化工藝流程

3.1.3 反滲透的優(yōu)勢

反滲透的優(yōu)勢如下：①成本低。②可結(jié)合多種能源供給方式。③節(jié)能環(huán)保。在應(yīng)用反滲透技術(shù)淡化海水過程中，無有害氣體排放，無噪音污染，可使用清潔能源，相比于化學(xué)方法來說，節(jié)能環(huán)保符合國家建設(shè)生態(tài)海島的目標(biāo)要求。 ④工藝簡單。反滲透技術(shù)原理簡單，工藝流程清晰，且可實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，大大節(jié)約了勞動力成本，一般一個海水淡化工程只需要1～2個操作人員即可。

3.2 熱方法

熱方法即蒸餾法，利用鹽的沸點遠高于水的沸點的原理，把海水加熱至100 ℃（沸點），水分子蒸發(fā)為水蒸氣，冷卻后收集即為淡水，達到海水脫鹽變淡的目的。

3.2.1 熱方法的適用性

熱方法一般通過建造鍋爐來將海水加熱，而加熱鍋爐需要用到煤炭，對于海島項目來說，需要通過運輸船將煤炭轉(zhuǎn)運至海島。這不但加大了海水淡化的成本，煤炭燃燒造成的大氣污染也有悖于國家建設(shè)生態(tài)海島的初衷。

由于海水的腐蝕性，導(dǎo)致鍋爐的使用壽命不長，同時由于長時間加熱，導(dǎo)致鍋爐內(nèi)極易產(chǎn)生水垢，此兩點作為熱方法的難點，長時間抑制了熱方法的發(fā)展。

一般來說，熱方法適用于沿海陸地上，對于海島建設(shè)中的海水淡化工程，熱方法顯然不是最佳選擇。

3.2.2 熱方法的效果和成本

近年來，熱方法技術(shù)有所發(fā)展，但無重大突破，主要進展是單機容量增加，可以達到10萬t/d。通過軟件開發(fā)，優(yōu)化系統(tǒng)配置，以及阻垢劑和抗腐蝕性金屬的加入，每天產(chǎn)水量也十分穩(wěn)定，熱方法的優(yōu)勢也逐漸顯現(xiàn)出來。

而通過電廠配套的模式，可以達到產(chǎn)水+產(chǎn)電的效果。通過電廠產(chǎn)電的余熱來將海水蒸發(fā)，可以將能源再利用。以天津大港電廠為例，在發(fā)電廠中引入海水淡化裝置，每天可產(chǎn)淡水約5 500 t，淡水成本約為7元/t。很顯然，熱方法并不適用于海島，僅在沿海陸地上優(yōu)勢明顯。受限于海島條件，最適合于海島建設(shè)海水淡化的技術(shù)為反滲透。

4 結(jié)語

解決海島淡水資源短缺最有效的方法是建設(shè)海水淡化工程，但受限于海島地理環(huán)境的特殊性，建設(shè)海水淡化前應(yīng)當(dāng)綜合考慮海島的地理位置、海洋環(huán)境、資源形式等，選擇合適的海水淡化技術(shù)及規(guī)模。目前最適用于海島建設(shè)的是反滲透技術(shù)，簡單便捷而又節(jié)能環(huán)保。相信中國反滲透技術(shù)在海島的應(yīng)用會越來越廣。

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P747

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2021.01.028

2095－6835（2021）01－0079－02

楊滿財（1986—），男，本科，工程師，安監(jiān)部經(jīng)理，主要從事港航、市政、無人島開發(fā)等工程項目技術(shù)、安全工作管理。劉世昌（1994—），男，本科，助理工程師，項目部工程部主管，主要從事港航、市政、無人島開發(fā)等工程項目技術(shù)質(zhì)量管理工作。

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕