淮河流域及山東半島海水利用現(xiàn)狀與技術(shù)分析

劉利萍 胡若楠

（淮河水利委員會(huì)綜合事業(yè)發(fā)展中心 蚌埠 233001 大連理工大學(xué) 大連 116024）

淮河流域及山東半島海水利用現(xiàn)狀與技術(shù)分析

劉利萍 胡若楠

（淮河水利委員會(huì)綜合事業(yè)發(fā)展中心 蚌埠 233001 大連理工大學(xué) 大連 116024）

針對(duì)目前淮河流域及山東半島沿海重要城市出現(xiàn)極度缺水情況，為滿足沿海城市、海島居民及工業(yè)用水的需要，在節(jié)約用水和挖掘常規(guī)水資源利用潛力的前提下，充分利用海水資源是行之有效的方法和途徑。

海水利用 海水淡化 工藝 關(guān)鍵技術(shù)

1 海水利用現(xiàn)狀

1.1 概述

海水利用包括海水直接利用（工業(yè)冷卻水、大生活用海水、海水灌溉、深層海水中有效成分利用、海水脫硫）、海水淡化利用（利用脫鹽技術(shù)和裝置將海水處理成淡水用于工業(yè)、生活及其他相關(guān)行業(yè)）、海水化學(xué)資源利用（制鹽、其他化工產(chǎn)品）。為解決淡水量，海水淡化利用、海水直接利用尤為重要。海水淡化利用可直接增加區(qū)域的淡水資源量，海水直接利用可減少區(qū)域水資源開(kāi)發(fā)利用量，間接增加區(qū)域淡水資源量。

1.2 海水直接利用

淮河流域及山東半島海水直接利用主要包括海水冷卻、大生活海水利用和海水灌溉，以海水冷卻為主。

1.2.1 大生活海水利用

大生活海水利用主要用于沖廁，高效微絮凝和高效澄清處理工藝已成為主流技術(shù)。除青島市建立了海水沖廁示范工程，目前國(guó)內(nèi)尚未有其他城市大規(guī)模使用海水作為大生活用水。此外，大生活用海水的水質(zhì)目前尚沒(méi)有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

1.2.2 海水灌溉

海水大面積灌溉作物尚處于科研階段，如何保持土地可持續(xù)利用，長(zhǎng)期使用海水灌溉而不使土地鹽漬化，是發(fā)展海水灌溉面臨的一個(gè)難題。目前，濱海市使用微咸水灌溉冬棗、水稻。

1.2.3 海水冷卻

海水冷卻包括海水直流冷卻、海水循環(huán)冷卻。我國(guó)海水冷卻技術(shù)已有60多年的歷史，海水直流冷卻技術(shù)基本成熟，近幾年對(duì)海水循環(huán)冷卻技術(shù)進(jìn)行科學(xué)攻關(guān)，相關(guān)技術(shù)日益成熟，通過(guò)了萬(wàn)噸級(jí)工程示范，并在青島、日照、煙臺(tái)、威海、鹽城、連云港、南通等地區(qū)電力、化工、鋼鐵等高耗水行業(yè)產(chǎn)生顯著的示范效應(yīng)，山東神華國(guó)華壽光發(fā)電廠2016年研制成功了國(guó)內(nèi)首例國(guó)產(chǎn)化大型高位收水冷卻塔循環(huán)冷卻技術(shù)。

1.3 海水淡化

海水淡化不受氣候影響，出水水質(zhì)好，供水穩(wěn)定。一類用于工業(yè)用水，如電力、石油、化工、鋼鐵等高耗水行業(yè)；另一類用于市政供水。主要處理技術(shù)是熱法和膜法。熱法包括多級(jí)閃蒸、低溫多效蒸餾；膜法主要指反滲透淡化工藝，其工程投資和運(yùn)行成本低，能源消耗僅為蒸餾法的1/40，已發(fā)展成為海水淡化的主流技術(shù)，占市場(chǎng)份額60%以上。

1.3.1 熱法

多級(jí)閃蒸是將加熱后的海水通過(guò)節(jié)流減壓，進(jìn)入多個(gè)壓力逐漸降低的閃蒸室，使部分海水迅速汽化同時(shí)降低溫度，將蒸汽冷凝成淡水的技術(shù)。運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單，投資高，耗能大。低溫多效蒸餾指將一系列的水平管或垂直管與膜增發(fā)器串聯(lián)，用一定量的蒸汽通過(guò)多次的蒸發(fā)和冷凝得到多倍于加熱的蒸汽量，充分利用低溫廢熱，能耗低于多級(jí)閃蒸。滄東電廠自行設(shè)計(jì)建造了我國(guó)最大的低溫多效蒸餾法海水淡化裝置。

1.3.2 膜法

反滲透海水淡化是利用反滲透膜在壓力驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行海水淡化，能耗低、工藝簡(jiǎn)單、操作方便。近幾年反滲透海水淡化技術(shù)在我國(guó)取得很大進(jìn)展，國(guó)產(chǎn)反滲膜和高壓泵在許多工程中成功應(yīng)用，反滲透壓力容器國(guó)產(chǎn)化達(dá)到世界先進(jìn)水平，在淮河流域及山東半島沿海城市的電力、石油、化工及鋼鐵等高耗水行業(yè)以及青島市和部分海島的飲用水方面得到廣泛應(yīng)用。

2 海水利用技術(shù)

2.1 海水循環(huán)冷卻技術(shù)

海水直流冷卻以海水為冷卻介質(zhì)，經(jīng)換熱設(shè)備完成一次冷卻后，直接排海，溫升較高，對(duì)鄰近的海水造成污染。為滿足環(huán)境排放標(biāo)準(zhǔn)，將循環(huán)水溫升對(duì)環(huán)境的影響降至最低，采用帶高位收水冷卻塔的循環(huán)冷卻技術(shù)，其水量和排污量較直流冷卻減少95%以上，達(dá)到“近零排放”。

高位收水冷卻塔是一種高效節(jié)能和環(huán)保低噪的冷卻塔，其安全性和節(jié)能優(yōu)勢(shì)已得到了驗(yàn)證。高位塔在填料下方設(shè)置高位收水裝置，可使冷卻塔水流自由跌落高度大幅減少，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能和降噪目的。對(duì)于1000MW機(jī)組高位塔，其供水能耗較常規(guī)塔降低30%，噪音減少10～15dB，具有顯著的節(jié)能環(huán)保效益。

2.1.1 工藝流程

淡海水補(bǔ)給水系統(tǒng)處理工藝流程：原水（加堿式氯化鋁、聚丙烯酰胺）→高效絮凝沉淀池→清水池→淡海水升壓泵房→高位收水冷卻塔。

泥水系統(tǒng)處理工藝流程：高效絮凝沉淀池排泥→儲(chǔ)泥池→離心脫水→泥渣外運(yùn)。

2.1.2 主要問(wèn)題和關(guān)鍵技術(shù)

（1）防寒防凍技術(shù)

①優(yōu)化填料布置形式：填料采用擱置式放置，增加一層填料擱置承重梁，降低冬季填料被掛冰拉壞的影響，維修更換方便。

②采用調(diào)節(jié)更為方便的防凍裝置：采用豎直軸可旋轉(zhuǎn)的防凍擋風(fēng)裝置，手動(dòng)調(diào)節(jié)快速方便。

（2）塔內(nèi)防腐技術(shù)

①采用高性能混凝土（強(qiáng)度等級(jí)C50、強(qiáng)度耐蝕系數(shù)≥0.90、28d氯離子擴(kuò)散系數(shù)≤4×10-12），滿足塔體混凝土防腐要求。

②塔內(nèi)與海水接觸的結(jié)構(gòu)件，使用2507雙相不銹鋼。

③循環(huán)水管道（地埋管）采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管道（PCCP）。

④塔內(nèi)旁路、循泵出口管道（地上部分）采用加厚碳鋼管（重型環(huán)氧煤瀝青涂層）。

⑤水塔內(nèi)混凝土表面采用無(wú)溶劑環(huán)氧體系防腐。選用納米改性無(wú)溶劑環(huán)氧濕固化混凝土封閉底漆BE14，納米氮化硅改性無(wú)溶劑環(huán)氧濕固化鱗片涂料ES301面漆。

（3）防濺防漏技術(shù)

①塔內(nèi)連接件采用預(yù)埋，保護(hù)了混凝土表面的完整性，避免收水槽、中央集水槽、收水斜板與立柱結(jié)合部位、抱柱部位產(chǎn)生漏水。

②塔周邊收水槽吊桿穿過(guò)環(huán)形混凝土收水槽底壁，吊桿和環(huán)形收水槽預(yù)留孔的直徑間隙為2mm，通常使用高性能混凝土密封，但孔隙中普遍存在滲漏現(xiàn)象。改用聚氨酯發(fā)泡劑封實(shí)孔腔，孔兩端用硅酮膠密封，在下部加一道橡膠密封墊，確保無(wú)滲漏。

③主配水槽下部懸吊掛梁間增加防漏遮蓋板。配水槽下部垂直于主集水槽方向，收水斜板沿塔中心線對(duì)稱安裝，兩者之間為不銹鋼構(gòu)件搭接，搭接處頂部未進(jìn)行密封，存在濺水現(xiàn)象。在搭接處上部加裝玻璃鋼蓋板，之間注入硅酮密封膠，蓋板與收水斜板接口部位涂抹膩?zhàn)用芊猓_(dá)到防濺水的效果。

2.2 海水反滲透技術(shù)

采用超濾和反滲透等膜分離技術(shù)作為預(yù)脫鹽系統(tǒng)，兩級(jí)淡水反滲透和先進(jìn)的EDI離子膜分離技術(shù)，主要設(shè)備有超濾、高壓泵、反滲透膜組件、EDI及有關(guān)控制儀表。

2.2.1 工藝流程

工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 工藝流程圖

2.2.2 主要問(wèn)題和關(guān)鍵技術(shù)

過(guò)濾器、殺菌方法、膜（超濾膜、滲透膜）的選用，增加能量回收裝置是反滲透系統(tǒng)的主要問(wèn)題。

（1）過(guò)濾器的選用

加氯消毒，凝聚過(guò)濾，加酸調(diào)節(jié)pH值，投入聚磷酸鹽作為阻垢劑，消除余氯以及過(guò)濾才能進(jìn)入反滲透系統(tǒng)。預(yù)處理不合理，會(huì)導(dǎo)致滲透量下降。因此，在反滲透工程設(shè)計(jì)上，必須仔細(xì)考慮預(yù)處理系統(tǒng)。

預(yù)處理裝置出口處SDI值偏高容易生長(zhǎng)繁殖細(xì)菌微生物，預(yù)處理裝置中一般不采用容易產(chǎn)生水滯留區(qū)的墊層，盡可能縮小布水管與混凝土層間距離。盡量不使用活性碳過(guò)濾，活性碳雖能除去水中余氯，但是活性炭顆粒吸附余氯后會(huì)破裂粉碎，污染水質(zhì)，造成過(guò)濾器出水SDI值偏高，反滲透膜表面顆粒污堵，壓差上升，影響其安全高效運(yùn)行。

（2）改變殺菌方法，減少系統(tǒng)加藥量

為保證反滲透裝置的穩(wěn)定運(yùn)行，不得在預(yù)處理裝置中加鹽酸和Na2SO3。改變預(yù)處理系統(tǒng)殺菌方式，將連續(xù)加氯氣殺菌改為沖擊式加殺菌劑殺菌，使用非氧化性殺菌劑CT4242和氧化性殺菌劑NaClO有效除去細(xì)菌和微生物，又不會(huì)危及反滲透膜的安全運(yùn)行，減少加藥帶來(lái)的污染。

（3）超濾膜、滲透膜的選用

膜的使用壽命一般為3年，為了保證經(jīng)過(guò)反滲透后的水質(zhì)達(dá)到工業(yè)用水標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)降低海水淡化的成本，過(guò)濾膜可使用賽諾公司生產(chǎn)的超濾國(guó)產(chǎn)膜，二級(jí)反滲透膜可使用北京時(shí)代沃頓、湖南沁森的反滲透國(guó)產(chǎn)膜，由于國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的一級(jí)反滲透膜尚未完全達(dá)標(biāo)，一級(jí)反滲透盡量選擇美國(guó)陶氏、日本海德能、日本東麗的反滲透膜。這樣經(jīng)過(guò)膜的選擇性組合后，水質(zhì)既能達(dá)到工業(yè)用水的標(biāo)準(zhǔn)，海水淡化成本也降低了30%。

（4）增加能量回收裝置

能量回收裝置是反滲透海水淡化系統(tǒng)的關(guān)鍵裝置之一，能大幅度降低系統(tǒng)運(yùn)行能耗和海水淡化成本。能量回收裝置分為壓差交換式和等壓交換式，壓差交換式用于中小型反滲透海水淡化系統(tǒng)，與高壓泵串聯(lián)使用，對(duì)高壓泵出口壓力要求低，從而降低反滲透系統(tǒng)制水能耗；等壓交換式用于大中型反滲透海水淡化系統(tǒng)，與高壓泵并聯(lián)使用，利用濃海水余壓能直接增壓部分進(jìn)料海水，降低了通過(guò)高壓泵增壓的進(jìn)料海水流量，從而減少高壓泵的規(guī)模和能耗，能量回收率達(dá)到94%以上，但國(guó)內(nèi)絕大部分能量回收裝置采用進(jìn)口設(shè)備。

3 結(jié)語(yǔ)

目前，人們對(duì)海水利用認(rèn)識(shí)水平逐步提高，同時(shí)積累了一定的管理和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。在國(guó)家和地方政府各項(xiàng)有利政策的鼓勵(lì)下，企業(yè)推廣應(yīng)用和投資等方面積極性正在提高，海水利用的規(guī)模和進(jìn)展大大推動(dòng)，海水淡化技術(shù)水平和工程應(yīng)用得以穩(wěn)步提升。但海水利用仍然存在一定問(wèn)題，如海水淡化成本6～8元/噸，居民生活用水2.3～3元/噸，工業(yè)用水3～4元/噸，海水淡化成本顯著高于自來(lái)水水價(jià)。同時(shí)由于海水利用管理體系不健全，國(guó)家政策引導(dǎo)缺乏有力支持，扶持政策不到位，社會(huì)和民眾認(rèn)知存在誤區(qū)，資金投入不足等，影響了海水利用技術(shù)的推廣，這些問(wèn)題亟待進(jìn)一步解決■