至3月24日,日处理量达35000吨的我国最大的“双膜法”海水淡化工程在中国华能集团玉环电厂成功运行两年,这意味着我国已经具备了大型海水淡化工程的设计、施工和运营等经验。
如何保障企业生产用水,又不与百姓生活“争水”?人们将目光投向大海。
位于浙江省玉环岛西侧的中国华能集团玉环电厂是国家“十五”863计划“超超临界燃煤发电技术”课题的依托工程和超超临界国产化示范项目,电厂三面环山,一面临海。玉环岛陆地面积小,低山丘陵,集水面积不足,没有修建大型水库的条件,淡水资源非常紧张,人均拥有水资源仅656吨,远低于浙江省2400吨及全国2700吨的人均水平。玉环县水利局原副局长钱云飞在谈及玉环县的水资源时说:“2002年以来,玉环县淡水资源短缺加剧,电厂专用的水库是玉环县比较大的水库,由于大坝建在海涂淤泥上,当水面沉降到一定程度就出现了管涌,水库不得不放水维修。”
如何保障企业生产用水,又不与当地百姓生活“争水”?玉环电厂果断作出“向大海要水”的决策,即通过海水淡化解决电厂的全部生产用水和生活用水,处理规模高达35000吨/日。然而,国内运营的海水淡化工程大多为几百吨或者几千吨,尚无万吨级以上工程可借鉴,国外更没有一家大型电厂全部采用海水淡化供应淡水。
科研人员在分析研究的基础上,结合玉环当地实际情况,决定大胆尝试和采用膜法海水淡化的技术工艺。科研人员在对每天的运行和性能指标进行仔细对比分析之后,最后选用北京赛恩斯特科技有限公司的双膜法(超滤加双膜法)工艺。
安全、经济、高效又节能的海水淡化技术是适合我国国情的最佳途径。
海水淡化的技术工艺发展至今有20多种,但大规模工程常用的只有膜法(反渗透)和热法(蒸馏法)两种,由于生产同等质量的淡水,膜法所消耗的能源仅为热法的40%至60%。因此,在全球能源普遍紧缺的前提下,除能源丰富的海湾国家外,膜法海水淡化被世界各国广泛采用。
膜法海水淡化工艺分预处理和脱盐两部分,传统的预处理工艺技术路线长、操作难度大,稍有不慎,就会使预处理之后的水中微生物残留物含量高,当海水进入反渗透膜后,就很容易造成反渗透膜的生物污染和堵塞,使产水率下降,膜的使用寿命缩短。新的膜法预处理工艺以其流程短、工序少、能耗低、产能高、寿命长、占地面积小等独特的技术优势不仅确保淡化系统运行安全性,而且使整个系统运行成本大大降低。
据承担此工程设计和建设的北京赛恩斯特科技有限公司总经理吴红梅介绍,在设计玉环电厂水处理技术方案时,本着节能降耗,降低成本的原则,他们对以前的双膜法做了两大改进。首先,采用低压浸入式超滤膜,不再使用价格昂贵的玻璃钢壳,不仅省去了壳与壳之间的繁琐连接,还使膜材料的清洗和安装更为方便和快捷,因此成本低、抗污染性强、系统集成度高、便于维护。由于膜装置是膜法海水淡化工程的核心,约占工程总投资的40%,仅此一项,就使工程的总投资减少了15%至20%;第二,采用高效能量回收装置。在一级反渗透系统中处理掉的“浓”水,其剩余压力很高,以前这部分水都是白白排放掉的,造成能量的极大浪费,现在,他们使用了效率为94%的能量回收装置,依靠水压,在不需任何驱动的情况下,将它再能量转换到原料海水中。新工艺使系统吨水能耗比传统工艺能耗降低了30%至40%。另外,系统设计实现标准模块化,产能同时也被无限放大了。
玉环电厂海水淡化工程,不仅解决了企业自身全部生产和生活用水,还在枯水季节,反过来提供给玉环县城10000吨/日的居民用水,相当于县城用水总量的1/3。它的成功运行,给我国沿海地区的工业企业和城市的开源和节流起到了很好的榜样和示范作用,也为我国建设10万吨以上的大规模海水淡化工程奠定了基础,“向大海要水”不仅是解决我国沿海地区淡水资源短缺的现实选择,也是实现水资源可持续利用,保障沿海地区可持续发展的战略性措施。
我国发展大规模海水淡化时机已成熟,到2020年总投资将高达560亿元。
我国是海洋大国,海岸线长达18000公里,但沿海地区水资源的总量仅占全国的1/4,部分地区地下水超采,已经造成地面下沉、海水倒灌、生态环境恶化。淡水短缺已经成为制约当地经济可持续发展的瓶颈之一。
国家发改委、国家海洋局、财政部在2005年颁布了《海水利用专项规划》,其中对沿海地区的城市和高耗水企业利用海水做出了明确要求:沿海的电力、石化、冶金等行业要以海水淡化水作为工业冷却水和工业纯净水,其中电力企业直接利用海水约占总量的85%;新建的电力、石化、冶金等企业要求配套建设海水淡化作为纯净水;对现有企业要进行改造,将现有的自来水、纯净水改造成以海水淡化水作为工业纯净水。此外,对沿海省区市的“十一五”海水淡化目标也做出了具体的战略部署,要求2010年实现海水淡化水量80万吨/日至100万吨/日,对沿海地区解决缺水问题的贡献率达到16%至24%,海水淡化国产化率大于60%;2020年,海水淡化水量达到250万吨/日至300万吨/日,对沿海地区解决缺水问题的贡献率达到26%至37%,海水淡化国产化率大于90%。要实现这些目标,总投资就需410亿至560亿元。此外,政府还把海水淡化列为《当前国家重点鼓励发展的产业、产品和技术目录》、《当前优先发展的高新技术产业化重点领域指南》等,并组织国债资金支持海水淡化的科技攻关和示范项目,海水淡化已经成为21世纪令人瞩目又商机无限的朝阳产业。