陳方芳

（上海市政工程造價(jià)咨詢有限公司，上海市200092）

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，全球淡水資源緊缺的局面正在逐漸顯現(xiàn)。為解決日益嚴(yán)峻的淡水資源短缺問題，世界沿海國家和地區(qū)都大力發(fā)展海水淡化產(chǎn)業(yè)。近年來我國海水淡化工程總體規(guī)模也穩(wěn)步增長(zhǎng)，截至2017年底，全國已建成海水淡化工程136個(gè)，主要分布在沿海9個(gè)省市，產(chǎn)水規(guī)模118.91萬t/d，大幅度地緩解了城市水資源短缺問題[1]。目前海水淡化的主要方法有多效蒸餾法（multi-effect distillation,MED）、多級(jí)閃蒸法（multi-stage flash,MSF）、壓汽蒸餾法（vapor compression，VC）、電滲析法（electrodialysis,ED）和反滲透法（reverse osmosis,RO）等，而全球海水淡化技術(shù)中反滲透占總產(chǎn)能的65%，由于其能耗低、操作簡(jiǎn)便、投資少等優(yōu)點(diǎn)，因此，反滲透法也成為海水淡化的主要方法。

然而，海水中含有大量的懸浮顆粒、有機(jī)物、金屬鹽和藻類等，對(duì)高濁度海水直接進(jìn)行反滲透處理會(huì)導(dǎo)致膜污染嚴(yán)重，膜組件的壽命縮短。為了保證反滲透裝置能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定地運(yùn)行,還必須對(duì)海水進(jìn)行預(yù)處理，而利用超濾（Ultra Filtration,UF）進(jìn)行預(yù)處理，可以很大程度地降低海水濁度，避免反滲透膜的污染?，F(xiàn)階段，超濾-反滲透的海水處理工藝由于其良好的去除有機(jī)物、濁度等特點(diǎn)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工程實(shí)踐，并取得顯著的成效。但超濾-反滲透的處理工藝的推廣受成本限制極大，因此，分析其制水成本及其主要影響因素也是超濾-反滲透的海水淡化工程研究的重點(diǎn)，也為推廣超濾-反滲透技術(shù)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 超濾-反滲透海水淡化處理工藝

超濾-反滲透的工藝流程為進(jìn)水-超濾-反滲透-出水，由原水進(jìn)入到超濾膜預(yù)處理單元。膜過濾是一種膜分離技術(shù)，其膜為多孔性不對(duì)稱結(jié)構(gòu)，用于溶液中大分子級(jí)別物質(zhì)的分離。該處理工藝采用的預(yù)處理單元，膜過濾是一種膜分離技術(shù)，其膜為多孔性不對(duì)稱結(jié)構(gòu)，用于溶液中大分為過濾孔徑 0.01～0.1 μm，具有抗污染、通量高、強(qiáng)度高、耐受高濃度氧化劑性能好等特點(diǎn)的污水回用處理專用中空纖維膜，用于去除海水中的大分子有機(jī)物等，大大地降低了海水的濁度，確保出水滿足反滲透的進(jìn)水要求。經(jīng)過超濾后的反滲透的進(jìn)水中投加適量的還原劑和阻垢劑，還原進(jìn)入反滲透的水中含有的氧化性物質(zhì)，保護(hù)反滲透膜不被氧化性物質(zhì)所氧化，防止反滲透膜結(jié)垢[2]，反滲透后的濃鹽水可以被能量回收裝置進(jìn)行回收，還可以作為反沖洗水利用。

2 超濾-反滲透海水淡化制水成本的構(gòu)成與分析

超濾-反滲透海水淡化的總成本是指運(yùn)營(yíng)期內(nèi)當(dāng)期為生產(chǎn)淡水或提供淡水所發(fā)生的全部費(fèi)用。總成本費(fèi)用可以采用生產(chǎn)成本加期間費(fèi)用估算法或生產(chǎn)要素估算法[3]。為方便經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)的成本核算，供水項(xiàng)目的總成本費(fèi)用采用生產(chǎn)要素估算法進(jìn)行估算，具體內(nèi)容包括水資源費(fèi)、原材料費(fèi)、動(dòng)力費(fèi)、職工薪酬、固定資產(chǎn)折舊費(fèi)、修理費(fèi)、無形資產(chǎn)和其他資產(chǎn)攤銷費(fèi)、其他費(fèi)用和財(cái)務(wù)費(fèi)用。其中，水資源費(fèi)、原材料費(fèi)和動(dòng)力費(fèi)有屬于可變成本，其余的屬于固定成本，而單位制水成本=年總成本/（年計(jì)算天數(shù)×出廠水規(guī)模/日變化系數(shù)）。

本文以山東某海水淡化工程為例進(jìn)行成本計(jì)算和分析。該工程進(jìn)水量規(guī)模27萬m3/d，出廠水設(shè)計(jì)規(guī)模為10萬m3/d。制水成本計(jì)算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：日變化系數(shù)1.0，超濾-反滲透噸水電耗3.5 kwh/m3/d，污泥處理電耗100 kwh/m3/d，電費(fèi)單價(jià)0.555元/度，日污泥量48 t/d，職工定員20人，人年均工資15萬元/年，工程總投資約6.6億元，折舊年限分別按照土建25 a，設(shè)備20 a，固定資產(chǎn)凈殘值5%，固定資產(chǎn)綜合折舊率4.38%，超濾膜考慮每五年更換一次，每次更換的費(fèi)用2 500萬元；反滲透膜每七年更換一次，每次更換的費(fèi)用3 500萬元；大修理費(fèi)率由于供水行業(yè)的統(tǒng)計(jì)資料分析一般取2%～2.5%，由于海水淡化工程投資較大，因此該項(xiàng)目的大修理費(fèi)率取1%，無形資產(chǎn)和其他資產(chǎn)率按2.5%考慮，流動(dòng)資金借款年利率4.35%，一年考慮20 d的停產(chǎn)檢修期，按345 d計(jì)算。

經(jīng)過計(jì)算分析，該工程的海水淡化年總成本為14 872.42萬元，其中可變成本為8 680.37萬元，固定成本6 192.05萬元；海水淡化單位制水成本為4.31元/噸。海水淡化的各項(xiàng)成本的計(jì)算結(jié)果及比例見表1所列。

由上述計(jì)算分析可知，超濾-反滲透的海水淡化單位制水成本中，動(dòng)力費(fèi)成本最大，主要是超濾-反滲透處理的電耗量較高，占單位總制水成本的44.85%，其次是固定資產(chǎn)折舊費(fèi)，占18.02%；藥劑費(fèi)占9.21%，再次是膜攤銷費(fèi)占7.15%；其余污泥處置費(fèi)、職工薪酬、大修理費(fèi)、運(yùn)營(yíng)期借款利息支出、無形資產(chǎn)攤銷、管理及其他費(fèi)用占比合計(jì)為20.77%。

其中，動(dòng)力費(fèi)主要與超濾-反滲透的電耗、日變化系數(shù)、電費(fèi)單價(jià)有關(guān)；由于廠站項(xiàng)目的固定資產(chǎn)殘值率一般取5%，折舊年限也為固定值，因此固定資產(chǎn)折舊費(fèi)主要取決于工程建設(shè)投資的大?。凰巹┵M(fèi)主要與超濾-反滲透處理的藥耗投加量及單價(jià)有關(guān)；而膜攤銷費(fèi)與超濾膜及反滲透膜的更換年限及費(fèi)用有關(guān)，其余的費(fèi)用占比較小，對(duì)成本的影響不大。

表1 海水淡化各項(xiàng)制水成本構(gòu)成一覽表

因此，影響超濾-反滲透的海水淡化單位制水成本的主要因素是：超濾-反滲透處理的電耗、日變化系數(shù)、電費(fèi)單價(jià)、建設(shè)投資；次要因素是藥耗投加量、超濾膜及反滲透膜的更換年限。

3 海水淡化單位制水成本的主要影響因素分析

為了分析單位制水成本主要影響因素發(fā)生變化時(shí)對(duì)單位制水成本的影響，通過敏感性分析，確定以上主要影響因素的影響程度，在供水項(xiàng)目中，通常采用單因素敏感性分析，變動(dòng)因素分別為超濾-反滲透的噸水電耗、日變化系數(shù)、電費(fèi)單價(jià)及建設(shè)投資。

3.1 超濾-反滲透的噸水電耗的影響因素分析

該工程超濾-反滲透的電耗所需的動(dòng)力費(fèi)占總動(dòng)力費(fèi)的99.7%，因此超濾-反滲透的噸水電耗是影響單位制水成本影響主要因素，考慮這項(xiàng)因素的可能變化幅度為±10%～±20%。因此，超濾-反滲透的噸水電耗發(fā)生變化時(shí)對(duì)單位制水成本的影響如2所列。

表2 超濾-反滲透噸水電耗敏感性分析表

3.2 日變化系數(shù)的影響因素分析

日變化系數(shù)主要是根據(jù)供水規(guī)模、用水量組成、生活水平、氣候條件，結(jié)合當(dāng)?shù)叵嗨乒┧こ痰哪陜?nèi)供水變化情況綜合分析確定，日變化系數(shù)=最高日用水量/平均日用水量，它的取值對(duì)制水成本有重要影響，考慮這項(xiàng)因素的可能變化幅度為10%～20%，日變化系數(shù)的噸水電耗發(fā)生變化時(shí)對(duì)單位制水成本的影響如表3所列。

表3 日變化系數(shù)敏感性分析表

3.3 電費(fèi)單價(jià)的影響因素分析

海水淡化的工藝都需要使用大量的電力，一般情況下，反滲透海水淡化工藝的噸水電耗為3.0～5.0 kwh/m3/d，而電費(fèi)單價(jià)對(duì)超濾-反滲透工藝的影響更為顯著，考慮這項(xiàng)因素的可能變化幅度為±10%～±20%。因此，超濾-反滲透的電費(fèi)單價(jià)發(fā)生變化時(shí)對(duì)單位制水成本的影響如表4所列。

表4 電費(fèi)單價(jià)敏感性分析表

3.4 建設(shè)投資的影響因素分析

建設(shè)項(xiàng)目總投資包括固定資產(chǎn)投資（即工程造價(jià)）和流動(dòng)資產(chǎn)投資（即流動(dòng)資金），而固定資產(chǎn)投資又包括建設(shè)投資和建設(shè)期利息，建設(shè)投資包括工程費(fèi)用、工程建設(shè)其他費(fèi)用及預(yù)備費(fèi)?？紤]這項(xiàng)因素的可能變化幅度為±10%～±20%。當(dāng)工程投資發(fā)生變化時(shí)對(duì)單位制水成本的影響如表5所列。

表5 建設(shè)投資敏感性分析表

由上述定量分析可知，基于超濾-反滲透的海水淡化單位制水成本主要影響因素的程度由大到小依次為：建設(shè)投資，電費(fèi)單價(jià)和超濾-反滲透的噸水電耗，日變化系數(shù)。其中電費(fèi)單價(jià)可以向政府爭(zhēng)取優(yōu)惠電價(jià)降低動(dòng)力費(fèi)，電耗通過綜合分析設(shè)備工藝性能和經(jīng)濟(jì)性能進(jìn)行優(yōu)化。

4 結(jié)論

本文基于超濾-反滲透的海水淡化處理工藝的分析，分解和量化單位時(shí)間內(nèi)海水淡化的制水成本，得知海水淡化單位制水成本主要影響因素包括超濾-反滲透的噸水電耗、日變化系數(shù)、電費(fèi)單價(jià)和建設(shè)投資；并通過對(duì)這些主要影響因素的敏感性分析，分別得出主要影響因素影響程度的大小。為今后設(shè)計(jì)人員在選擇海水淡化處理工藝的同時(shí)，結(jié)合其制水成本綜合考慮，使工程設(shè)計(jì)更經(jīng)濟(jì)更合理，也為類似工程提供參考依據(jù)。