楊滿財(cái)，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(cái)，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(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略，即提高海洋資源開發(fā)能力，發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)，保護(hù)海洋生態(tài)環(huán)境，堅(jiān)決維護(hù)國(guó)家海洋權(quán)益，建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)。近年來(lái)，國(guó)家海洋局逐步開展藍(lán)色海灣整治行動(dòng)。海島作為海洋的重要組成部分，海島開發(fā)項(xiàng)目也越來(lái)越多，合理利用海水淡化技術(shù)是海島建設(shè)過(guò)程中重要的一部分。結(jié)合筆者在某海島項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中工作經(jīng)歷，簡(jiǎn)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(xiàng)目越來(lái)越多，解決海島淡水資源稀缺問(wèn)題日趨重要，尤其是遠(yuǎn)海海島區(qū)域，淡水緊缺成為遏制海島開發(fā)的一個(gè)重要因素。而解決淡水匱乏問(wèn)題主要有兩條途徑：傳統(tǒng)的通過(guò)運(yùn)輸船轉(zhuǎn)運(yùn)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(shì)。而反滲透作為海水淡化中的一項(xiàng)重要技術(shù)，具有成本低、能耗小、效率高等特點(diǎn)。

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(guó)王室，而直到1954年，第一座海水淡化工廠才誕生于美國(guó)。到目前為止，全球海水淡化技術(shù)超過(guò)20余種。

1.1 中國(guó)海水淡化技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

中國(guó)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(guó)海水淡化發(fā)展較為緩慢，但隨著中國(guó)政府對(duì)海水淡化越來(lái)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(tái)的《“十二五”海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》形勢(shì)背景下，最近五年中國(guó)的海水淡化產(chǎn)業(yè)迎來(lái)發(fā) 展黃金期。截至2015年底，中國(guó)海水淡化產(chǎn)量已達(dá)到 1 085 940 t/d。中國(guó)海水淡化工程工程生產(chǎn)的淡水主要有兩個(gè)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(shí)并沒(méi)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(jì)，截至2014年底，中國(guó)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(guó)總量的13%左右，說(shuō)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(guò)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(yùn)營(yíng)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(yùn)輸船轉(zhuǎn)運(yùn)淡水

以筆者所在的海島建設(shè)項(xiàng)目為例，運(yùn)輸船一趟可載水38 t，成本明細(xì)如表1所示。

表1 成本明細(xì)

項(xiàng)目單價(jià)數(shù)量合計(jì) 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(jì)//1 788.9元

每噸水成本約為47.07元，考慮到海島建設(shè)過(guò)程中在船運(yùn)輸水的同時(shí)，運(yùn)輸船也運(yùn)輸其他建筑材料等，所以運(yùn)水成本采取折半計(jì)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(xiàng)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(xì)如表2所示。

筆者統(tǒng)計(jì)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(yùn)輸?shù)诔杀旧系木薮髢?yōu)勢(shì)。

2.2 受客觀條件影響較小

相對(duì)于傳統(tǒng)的船運(yùn)輸?shù)姆绞?，海水淡化工程建立在海島上，對(duì)于環(huán)境要求小，能源供給方式靈活，不會(huì)因?yàn)榭陀^原因而導(dǎo)致中斷產(chǎn)水。同時(shí)由于機(jī)械的穩(wěn)定性，產(chǎn)水量穩(wěn)定，不會(huì)出現(xiàn)時(shí)有時(shí)無(wú)時(shí)多時(shí)少的情況。即使偶爾出現(xiàn)機(jī)械故障，也可很快安排維修人員維修，不會(huì)造成長(zhǎng)時(shí)間的缺水問(wèn)題。

表2 每噸水的成本明細(xì)

項(xiàng)目單價(jià)數(shù)量合計(jì) 電費(fèi)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(jī)械損耗及更換//2元 人工費(fèi)//2元 合計(jì)//8.086元

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

以筆者所在的海島項(xiàng)目為例，在2017年冬季的某段時(shí)間，受冬季大風(fēng)的影響，海洋環(huán)境惡劣，運(yùn)輸船不得不到避風(fēng)港拋錨3 d，由于海島儲(chǔ)備淡水有限，到第3 d時(shí)，剩余淡水僅能保障島上人員的生活用水，無(wú)法滿足生產(chǎn)用水要求，直接導(dǎo)致海島建設(shè)進(jìn)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(jī)物，但允許水分子透過(guò)，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(jìn)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(shí)，水分子自然滲透的流動(dòng)方向就會(huì)逆轉(zhuǎn)，進(jìn)水（濃溶液）中的水分子部分通過(guò)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(xiàng)目的海水淡化工程為例，海水一共需要經(jīng)過(guò)5道淡化工序才能淡化為符合國(guó)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(shì)

反滲透的優(yōu)勢(shì)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(guò)程中，無(wú)有害氣體排放，無(wú)噪音污染，可使用清潔能源，相比于化學(xué)方法來(lái)說(shuō)，節(jié)能環(huán)保符合國(guó)家建設(shè)生態(tài)海島的目標(biāo)要求。 ④工藝簡(jiǎn)單。反滲透技術(shù)原理簡(jiǎn)單，工藝流程清晰，且可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，大大節(jié)約了勞動(dòng)力成本，一般一個(gè)海水淡化工程只需要1～2個(gè)操作人員即可。

3.2 熱方法

熱方法即蒸餾法，利用鹽的沸點(diǎn)遠(yuǎn)高于水的沸點(diǎn)的原理，把海水加熱至100 ℃（沸點(diǎn)），水分子蒸發(fā)為水蒸氣，冷卻后收集即為淡水，達(dá)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(guò)建造鍋爐來(lái)將海水加熱，而加熱鍋爐需要用到煤炭，對(duì)于海島項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，需要通過(guò)運(yùn)輸船將煤炭轉(zhuǎn)運(yùn)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(guó)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(zhǎng)，同時(shí)由于長(zhǎng)時(shí)間加熱，導(dǎo)致鍋爐內(nèi)極易產(chǎn)生水垢，此兩點(diǎn)作為熱方法的難點(diǎn)，長(zhǎng)時(shí)間抑制了熱方法的發(fā)展。

一般來(lái)說(shuō)，熱方法適用于沿海陸地上，對(duì)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(lái)，熱方法技術(shù)有所發(fā)展，但無(wú)重大突破，主要進(jìn)展是單機(jī)容量增加，可以達(dá)到10萬(wàn)t/d。通過(guò)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(shì)也逐漸顯現(xiàn)出來(lái)。

而通過(guò)電廠配套的模式，可以達(dá)到產(chǎn)水+產(chǎn)電的效果。通過(guò)電廠產(chǎn)電的余熱來(lái)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(shì)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(yǔ)

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(jiǎn)單便捷而又節(jié)能環(huán)保。相信中國(guó)反滲透技術(shù)在海島的應(yīng)用會(huì)越來(lái)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(cái)（1986—），男，本科，工程師，安監(jiān)部經(jīng)理，主要從事港航、市政、無(wú)人島開發(fā)等工程項(xiàng)目技術(shù)、安全工作管理。劉世昌（1994—），男，本科，助理工程師，項(xiàng)目部工程部主管，主要從事港航、市政、無(wú)人島開發(fā)等工程項(xiàng)目技術(shù)質(zhì)量管理工作。

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕