淺談反滲透海水淡化技術在海島建設中的應用

楊滿財，劉世昌

淺談反滲透海水淡化技術在海島建設中的應用

楊滿財，劉世昌

（中交上航（福建）交通建設工程有限公司，福建 廈門 361000）

黨的十八大提出海洋強國戰略，即提高海洋資源開發能力，發展海洋經濟，保護海洋生態環境，堅決維護國家海洋權益，建設海洋強國。近年來，國家海洋局逐步開展藍色海灣整治行動。海島作為海洋的重要組成部分，海島開發項目也越來越多，合理利用海水淡化技術是海島建設過程中重要的一部分。結合筆者在某海島項目建設過程中工作經歷，簡要闡述海島建設中應用海水淡化技術的一些方法。

海水淡化技術；海島建設；反滲透；熱方法

隨著海島開發項目越來越多，解決海島淡水資源稀缺問題日趨重要，尤其是遠海海島區域，淡水緊缺成為遏制海島開發的一個重要因素。而解決淡水匱乏問題主要有兩條途徑：傳統的通過運輸船轉運淡水；在海島上建設海水淡化工程。海水淡化技術作為淡水資源增量的一種新型技術，具有水源豐富、水質安全、占地小、供給穩定等優勢。而反滲透作為海水淡化中的一項重要技術，具有成本低、能耗小、效率高等特點。

1 海水淡化技術應用現狀

海水淡化即將海水脫鹽生產淡水。最早的海水淡化想法出現在250年前的英國王室，而直到1954年，第一座海水淡化工廠才誕生于美國。到目前為止，全球海水淡化技術超過20余種。

1.1 中國海水淡化技術應用現狀

中國海水淡化技術研究始于1958年，但受限于技術匱乏等多方面原因，中國海水淡化發展較為緩慢，但隨著中國政府對海水淡化越來越重視，“十一五”期間海水淡化得到飛速發展；在發改委出臺的《“十二五”海水淡化產業發展規劃》形勢背景下，最近五年中國的海水淡化產業迎來發 展黃金期。截至2015年底，中國海水淡化產量已達到 1 085 940 t/d。中國海水淡化工程工程生產的淡水主要有兩個用途：北京、天津、山東等北方地區，主要用于鋼鐵、電力等工業用水；浙江、廣東等南方地區，主要用于沿海及海島的生活用水。

1.2 海島海水淡化技術應用現狀

海島海水淡化技術與一般海水淡化技術其實并沒有太大不同，但是由于海島所處地理環境的特殊性，并不是任何一種海水淡化技術都適用于海島建設。而目前海島海水淡化中應用最廣泛的是反滲透技術。初步統計，截至2014年底，中國建成投產的海島海水淡化工程總產水量約125 000 t/d，這一數據只占全國總量的13%左右，說明海島海水淡化的發展前景還非常廣闊。

2 海島海水淡化建設的必要性

在海島建設過程中，需要的淡水量是龐大的，混凝土攪拌用水、植被修復澆灌用水、施工人員的生活用水等；海島建設完成后，海島運營同樣需要大量的淡水資源，建設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 傳統的運輸船轉運淡水

以筆者所在的海島建設項目為例，運輸船一趟可載水38 t，成本明細如表1所示。

表1 成本明細

項目單價數量合計 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//1 788.9元

每噸水成本約為47.07元，考慮到海島建設過程中在船運輸水的同時，運輸船也運輸其他建筑材料等，所以運水成本采取折半計算的方法，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項目中的海水淡化工程為例，每天可生產200 t淡水，每噸水的成本明細如表2所示。

筆者統計的2種海島淡水增量方式的成本雖然不是十分精確的數據，但是也能夠客觀反映海水淡化技術相較于傳統的船舶運輸淡水在成本上的巨大優勢。

2.2 受客觀條件影響較小

相對于傳統的船運輸淡水的方式，海水淡化工程建立在海島上，對于環境要求小，能源供給方式靈活，不會因為客觀原因而導致中斷產水。同時由于機械的穩定性，產水量穩定，不會出現時有時無時多時少的情況。即使偶爾出現機械故障，也可很快安排維修人員維修，不會造成長時間的缺水問題。

表2 每噸水的成本明細

項目單價數量合計 電費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 機械損耗及更換//2元 人工費//2元 合計//8.086元

而船運輸淡水受天氣影響較大，一旦遇到惡劣天氣，船舶無法航行，直接導致海島供水暫停，而且有時海域上的惡劣天氣持續時間較長，可能直接導致海島上長時間缺水。

以筆者所在的海島項目為例，在2017年冬季的某段時間，受冬季大風的影響，海洋環境惡劣，運輸船不得不到避風港拋錨3 d，由于海島儲備淡水有限，到第3 d時，剩余淡水僅能保障島上人員的生活用水，無法滿足生產用水要求，直接導致海島建設進度滯后。

3 海水淡化技術的選擇

海水淡化技術可概括為兩大類，即化學方法和物理方法。其中物理方法是目前應用最為廣泛的，而物理方法中應用最廣泛的則是反滲透膜法和熱方法。

3.1 反滲透技術

反滲透技術也稱為RO技術，是目前最有效最節能的膜法液體分離技術，它可以阻擋所有溶解性鹽及分子量大于100的有機物，但允許水分子透過，反滲透復合膜脫鹽率一般大于98%。

3.1.1 反滲透技術原理

反滲透的原理是在進水（濃溶液）側施加壓力以克服自然滲透壓，當高于自然滲透壓的操作壓力施加于濃溶液側時，水分子自然滲透的流動方向就會逆轉，進水（濃溶液）中的水分子部分通過膜成為稀溶液側的凈化產水。

3.1.2 工藝流程

以筆者所在的海島項目的海水淡化工程為例，海水一共需要經過5道淡化工序才能淡化為符合國家生活水水質標準的淡水，而反滲透作為最后一環，起到至關重要的作用。

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 反滲透的優勢

反滲透的優勢如下：①成本低。②可結合多種能源供給方式。③節能環保。在應用反滲透技術淡化海水過程中，無有害氣體排放，無噪音污染，可使用清潔能源，相比于化學方法來說，節能環保符合國家建設生態海島的目標要求。 ④工藝簡單。反滲透技術原理簡單，工藝流程清晰，且可實現自動化生產，大大節約了勞動力成本，一般一個海水淡化工程只需要1～2個操作人員即可。

3.2 熱方法

熱方法即蒸餾法，利用鹽的沸點遠高于水的沸點的原理，把海水加熱至100 ℃（沸點），水分子蒸發為水蒸氣，冷卻后收集即為淡水，達到海水脫鹽變淡的目的。

3.2.1 熱方法的適用性

熱方法一般通過建造鍋爐來將海水加熱，而加熱鍋爐需要用到煤炭，對于海島項目來說，需要通過運輸船將煤炭轉運至海島。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家建設生態海島的初衷。

由于海水的腐蝕性，導致鍋爐的使用壽命不長，同時由于長時間加熱，導致鍋爐內極易產生水垢，此兩點作為熱方法的難點，長時間抑制了熱方法的發展。

一般來說，熱方法適用于沿海陸地上，對于海島建設中的海水淡化工程，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，熱方法技術有所發展，但無重大突破，主要進展是單機容量增加，可以達到10萬t/d。通過軟件開發，優化系統配置，以及阻垢劑和抗腐蝕性金屬的加入，每天產水量也十分穩定，熱方法的優勢也逐漸顯現出來。

而通過電廠配套的模式，可以達到產水+產電的效果。通過電廠產電的余熱來將海水蒸發，可以將能源再利用。以天津大港電廠為例，在發電廠中引入海水淡化裝置，每天可產淡水約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，僅在沿海陸地上優勢明顯。受限于海島條件，最適合于海島建設海水淡化的技術為反滲透。

4 結語

解決海島淡水資源短缺最有效的方法是建設海水淡化工程，但受限于海島地理環境的特殊性，建設海水淡化前應當綜合考慮海島的地理位置、海洋環境、資源形式等，選擇合適的海水淡化技術及規模。目前最適用于海島建設的是反滲透技術，簡單便捷而又節能環保。相信中國反滲透技術在海島的應用會越來越廣。

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P747

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2021.01.028

2095－6835（2021）01－0079－02

楊滿財（1986—），男，本科，工程師，安監部經理，主要從事港航、市政、無人島開發等工程項目技術、安全工作管理。劉世昌（1994—），男，本科，助理工程師，項目部工程部主管，主要從事港航、市政、無人島開發等工程項目技術質量管理工作。

〔編輯：嚴麗琴〕