沿海缺水城市住區(qū)海水利用技術(shù)
沿海地區(qū)是我國人口最多、經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)的地區(qū)，是我國對外開放的前沿和窗口。由于經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展和人民生活水平的提高，對水的需求量越來越大，對水質(zhì)的要求越來越高，而水資源的嚴(yán)重污染，使本來緊張的水資源的供需矛盾更加尖銳化。濱海地區(qū)14個(gè)開放城市，有9個(gè)淡水供應(yīng)不足，年缺水量60多億立方米，特別是長江以北地區(qū)為資源性缺水，水資源嚴(yán)重短缺，其中青島、煙臺(tái)、天津、大連等沿海城市的水資源短缺問題嚴(yán)重制約了地區(qū)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展。一些島嶼，如舟山和長島等的進(jìn)一步開發(fā)，也受到水資源短缺的限制……
面對水資源的日趨緊缺，向占水總儲(chǔ)量96.5%的海水要水，是勢在必行的。海水利用技術(shù)包括海水中提取淡水和利用海水代替淡水等技術(shù)，即通常所講的海水淡化和海水直接利用等，是解決沿海地區(qū)淡水資源短缺的重要措施。
1.海水淡化與飲用水供應(yīng)
1.1 國內(nèi)外概況
從海水中提取淡水的技術(shù)和過程稱為海水淡化。海水淡化在國際上是40年代研究開發(fā)的，開始以蒸餾法為主，60年代又研究開發(fā)了反滲透技術(shù)，逐步形成了以蒸餾法和反滲透法（SWRO）為主的海水淡化產(chǎn)業(yè)。蒸餾法以多級閃蒸（MSF）為主，另外有低溫多效蒸餾（LT-MED）和低溫壓汽蒸餾（VC）等。
海水淡化已成為中東和北非地區(qū)、加勒比海和地中海中諸多島嶼等經(jīng)濟(jì)發(fā)展的生命線。目前世界海水淡化產(chǎn)量為16.4×106m3/d（2000年），雖然MSF占海水淡化量的70%以上，但呈下降趨勢，SWRO占14%，呈迅速上升趨勢；诜礉B透膜的進(jìn)步和能量回收技術(shù)的高效，SWRO能耗已降到3kWh/m3，所以具有極強(qiáng)的競爭力。近幾年國際海水淡化招標(biāo)中，RO法以投資省、成本低、占地少、投產(chǎn)快等優(yōu)勢而屢屢奪標(biāo)。
我國于1958年開展電滲析（ED）海水淡化的研究，1967-1969年組織了全國海水淡化會(huì)戰(zhàn)，奠定了膜法和蒸餾法海水淡化的基礎(chǔ)。經(jīng)科技攻關(guān)，使海水淡化技術(shù)（反滲透和低溫多效）取得長足的進(jìn)步。1987年大港電廠從美國引進(jìn)二套3000m3／d MSF海水淡化裝置，與離子交換法結(jié)合，解決鍋爐補(bǔ)給水的供應(yīng)。近年來,相繼建成數(shù)座500-2500 m3/d 反滲透海水淡化廠，對我國沿海地區(qū)，特別是發(fā)電廠、缺水城鎮(zhèn)和島嶼的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，已開始發(fā)揮其獨(dú)特的作用。
1.2海水淡化技術(shù)簡介
RO主要以高脫鹽率的中空纖維膜組件和卷式膜組件為關(guān)鍵部件在壓力下進(jìn)行淡化。RO海水淡化廠最大規(guī)模達(dá)20萬m3/d，由海水提取系統(tǒng)、預(yù)處理系統(tǒng)、反滲透系統(tǒng)、后處理系統(tǒng)、能量回收系統(tǒng)、供電系統(tǒng)和控制監(jiān)測系統(tǒng)等構(gòu)成，這可解決城市用水問題。反滲透中型淡化廠200-2000m3/d很適于島嶼用水的供應(yīng)。日產(chǎn)1-20m3的小型RO器適于艦船、漁船、海上鉆井平臺(tái)和島嶼上的個(gè)體用戶的需求。由于膜脫鹽率高，通量大，以及先進(jìn)的能量回收裝置，單級即可高效地將海水淡化為飲用水。
多級閃蒸廠最大規(guī)模達(dá)30多萬m3/d，由預(yù)處理、鹽水加熱、熱回收和排熱四單元組成。適用于大型海水淡化，解決城市用水問題。但設(shè)備動(dòng)力耗電高，易腐蝕和結(jié)垢。難以適應(yīng)我國國情。
現(xiàn)代的低溫多效蒸發(fā)通常在低溫段操作（700C以下），腐蝕和結(jié)垢較輕，設(shè)備壽命長，可利用廉價(jià)的鋁合金傳熱管，可利用廢熱造水以降低成本，是蒸餾法中最具競爭力的。
1.3 海水淡化的經(jīng)濟(jì)性
經(jīng)濟(jì)性通常據(jù)投資費(fèi)用和操作費(fèi)用轉(zhuǎn)化為單位脫鹽水的成本來衡量。目前，最經(jīng)濟(jì)的SWRO的成本約為0.5$/m3淡水,若海水淡化與發(fā)電、供熱和供汽以及海水綜合利用相結(jié)合，再加上淡化技術(shù)本身的發(fā)展，其成本會(huì)進(jìn)一步降低。下面是國內(nèi)的長島1000m3/d SWRO示范工程的例子：
長島1000m3/d SWRO示范工程的總投資732.6（萬元），包括取水設(shè)備，預(yù)處理設(shè)備，高壓泵，反滲透裝置，產(chǎn)品水后處理設(shè)備，中央監(jiān)控設(shè)備，儀表、閥門和藥劑，土建廠房、 設(shè)備運(yùn)輸、設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試等。制水成本5.13（元/m3淡水），包括膜更換費(fèi)，維修費(fèi)，試劑費(fèi)用，電費(fèi)(用電5.0kWh/m3)，折舊費(fèi) 和勞力等。
1.4住區(qū)海水淡化的考慮
1.4.1 以城鎮(zhèn)為基礎(chǔ)的供水 作為城鎮(zhèn)供水或部分城鎮(zhèn)供水, 大、中型的海水淡化廠(每天數(shù)萬至數(shù)十萬噸)的淡化水經(jīng)一定的后處理之后，并入原有的城鎮(zhèn)供水系統(tǒng)中。如中東、北非、沖繩和美國南部等。
1.4.2 以住區(qū)為基礎(chǔ)的供水 對無飲用水源的海島或靠海的住區(qū),可據(jù)實(shí)際需求情況，建造中小型海水淡化廠（每天數(shù)百至上萬噸），也是可考慮的。如國內(nèi)的長島、嵊泗和長海等。
1.4.3 以個(gè)別住地為基礎(chǔ)的供水 對遠(yuǎn)離城鎮(zhèn)供水的個(gè)別海邊住地，可直接選用小型海水淡化器（每天數(shù)噸至上百噸）來解決。
2.海水直接利用與沿海城市節(jié)水
2.1 國內(nèi)外概況
用海水代替淡水的技術(shù)和過程就是常講的海水直接利用。用海水代替淡水作為工業(yè)用水、煙氣脫硫、大生活用水和其它雜用水等。美、歐、日等國家和地區(qū)年用海水作為冷卻用水都近3千億立方米。而我國還不足200億立方米，與發(fā)達(dá)國家相差甚遠(yuǎn)。
海水作工業(yè)冷卻水，目前國內(nèi)外都仍以直流冷卻為主，且主要用于濱海火電、核電、化工和冶金等企業(yè)。海水直流冷卻技術(shù)具有深海取水溫度低、冷卻效果好和系統(tǒng)運(yùn)行管理簡單等優(yōu)點(diǎn)；但也存在取水量大、工程一次性投資大、排污量大和海體污染明顯等問題。海水循環(huán)冷卻技術(shù)在國外已有應(yīng)用實(shí)例，最大的海水循環(huán)量達(dá)22 000立方米/小時(shí)，在我國尚處于研究階段,千噸級示范工程正在進(jìn)行中。
城市生活用水占城市供水的20%左右，而城市沖廁用水占城市生活用水的35%左右。香港總?cè)丝?90多萬，香港海水沖廁起源于50年代末，歷經(jīng)40年的發(fā)展，海水沖廁已形成體系，占總?cè)丝诘?8.5%。每天沖廁用水約為52萬立方米。天津、青島和大連等也有少部分靠海的小區(qū)采用海水沖廁。
2.2海水直接利用技術(shù)簡介
海水冷卻分海水直流冷卻和海水循環(huán)冷卻。直流冷卻是指原海水經(jīng)換熱設(shè)備進(jìn)行一次性冷卻后，即排放的過程；循環(huán)冷卻是指原海水經(jīng)換熱設(shè)備完成一次冷卻、再經(jīng)冷卻塔冷卻后，循環(huán)使用的過程。
推廣海水冷卻，應(yīng)解決海水取水、殺生、凈化、防腐、防垢和防附著等問題。海水直流冷卻技術(shù)有近80年的發(fā)展歷史，有關(guān)防腐蝕、防海洋污損生物附著技術(shù)已基本成熟。如大亞灣核電站和天津大港電廠年用直流冷卻海水分別為35億和17億噸。關(guān)于海水循環(huán)冷卻系統(tǒng)和相關(guān)的防腐、阻垢和防污損生物附著和防鹽霧飛濺等技術(shù)基本成熟，海水冷卻塔技術(shù)，國外有專門公司開發(fā)，技術(shù)也是成熟的。
利用海水作為大生活用水是一項(xiàng)綜合技術(shù)，它涉及海水取水、前處理、雙管路供水、地下和屋頂貯水、衛(wèi)生潔具、及系統(tǒng)的殺生、防腐、防滲和防生物附著技術(shù)；大生活用海水與城市污水系統(tǒng)混合后含鹽污水的生化處理技術(shù)；合理利用海洋稀釋自凈能力將大生活用海水進(jìn)行海洋處置的技術(shù)等。防腐技術(shù)和防生物附著技術(shù)已基本成熟,大生活用海水技術(shù)的重點(diǎn)是高含鹽量污水的生化處理技術(shù)和海洋處置技術(shù)。
2.3 海水直接利用的經(jīng)濟(jì)性和社會(huì)效益
推廣海水直接利用作工業(yè)冷卻水,社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益顯著。以威海華能電廠海水冷卻系統(tǒng)為例，系統(tǒng)總投資7000萬元，為發(fā)電容量85×104kw的機(jī)組提供18×105m3/d的直流冷卻用海水，這包括海水取水設(shè)施，預(yù)處理設(shè)施，殺菌、滅藻和防生物附著，防腐和犧牲陽極保護(hù)等。每kw的電, 冷卻用海水投資不足百元.
推廣應(yīng)用海水作為大生活用水，對改善沿海缺水城市的居民的生活質(zhì)量有重大的現(xiàn)實(shí)意義，也是緩解沿海城市淡水緊缺局面的有效措施之一，具有顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
2.4住區(qū)海水直接利用的考慮
2.4.1 作為住區(qū)空調(diào)的冷卻用水 對水資源短缺的旁海住區(qū)，其大型中央空調(diào)可考慮選用海水作為空調(diào)冷卻用水，以節(jié)約淡水。
2.4.2作為住區(qū)的沖厠用水 對新建的旁海住區(qū)，有合適條件的可考慮雙管路供水系統(tǒng)，如香港那樣，用海水沖厠，來節(jié)約淡水。
2.4.3作為住區(qū)的部分生態(tài)用水 對新建的旁海住區(qū)景觀建設(shè)中，在合適的有條件的地點(diǎn)可考慮用海水作為景觀用水;可用海水的雜用水也盡量用海水。
結(jié)語
我國水資源匱乏，又是一海洋大國，沿海城市一半以上缺水，所以海水淡化和海水直接利用應(yīng)作為解決沿海城鎮(zhèn)和島嶼水資源不足的重要的途徑和方法之一。海水淡化和海水直接利用在國內(nèi)已有示范和部分工程實(shí)踐，隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展和人民生活水平的提高，對海水淡化和海水直接利用的認(rèn)識(shí)會(huì)進(jìn)一步提高，對海水淡化和海水直接利用的需求會(huì)越來越大，海水淡化和海水直接利用將會(huì)為沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和居民生活質(zhì)量的改善更好地服務(wù)。
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