廈門市海水淡化廠選址研究

柳 婧

(廈門水務(wù)集團(tuán)有限公司 福建廈門 361000)

廈門市海水淡化廠選址研究

柳 婧

(廈門水務(wù)集團(tuán)有限公司 福建廈門 361000)

翔安區(qū)水資源極度貧乏，相對于廈門市其他5個(gè)區(qū)現(xiàn)狀供水水源比較單一。面對資源性缺水以及水資源保障能力不足的嚴(yán)峻形勢，海水淡化對于解決翔安區(qū)用水問題具有極其重要的意義。文章通過比較分析目前主流的兩種海水淡化技術(shù)，明確了廈門市海水淡化廠的推薦技術(shù)工藝。同時(shí)，針對海水淡化廠與其它建設(shè)項(xiàng)目的不同特點(diǎn)，著重從海域環(huán)境條件對海水淡化廠選址用地的影響入手，研究分析了海水淡化廠建設(shè)用地的選擇要求，并基此結(jié)合廈門市海洋環(huán)境提出了廈門市海水淡化廠選址的建議和思考。

海水淡化；用地選址；反滲透

0 引言

翔安區(qū)位于廈門市東部，沿同安灣有綿長的海岸線和寬闊的灘涂地、鹽田(魚塘)和多個(gè)大小不等的海灣，海岸線總長約75km(不含內(nèi)灣)。根據(jù)《廈門市城市總體規(guī)劃(2010-2020年)》，翔安區(qū)定位為廈門東部市級中心，主導(dǎo)功能為臨空產(chǎn)業(yè)、高端服務(wù)、光電子信息等新興產(chǎn)業(yè)，發(fā)展前景甚好。但由于境內(nèi)水系源短流急，缺乏可開發(fā)地表水資源，地下水資源也不豐富，目前翔安區(qū)主要供水水源基本是通過廈門市其他地區(qū)長距離輸水進(jìn)行保障。近年來隨著翔安區(qū)南部新城、東部起步區(qū)、廈大科技園區(qū)、航空港新區(qū)等片區(qū)建設(shè)的迅速推進(jìn)，加上翔安區(qū)主導(dǎo)功能之一的光電產(chǎn)業(yè)大戶的投產(chǎn)，用水量劇增，城市供水系統(tǒng)的安全保障、水量供需矛盾等問題愈發(fā)突出。因此，海水淡化利用作為傳統(tǒng)水資源的重要補(bǔ)充和戰(zhàn)略儲(chǔ)備，是解決沿海地區(qū)水資源短缺的重要途徑。海水作為廈門本地可利用的豐富資源，海水淡化在優(yōu)化城市水資源結(jié)構(gòu)中可以發(fā)揮特定的作用。2015年9月，廈門市人民政府按照《廈門市水資源戰(zhàn)略規(guī)劃(2015-2030年)》提出的戰(zhàn)略方向，出臺了《廈門市水資源安全保障近期重點(diǎn)行動(dòng)計(jì)劃(2015-2020年)》，確定了包括海水淡化行動(dòng)計(jì)劃在內(nèi)的八項(xiàng)重點(diǎn)行動(dòng)方向。明確提出“十三五”期間應(yīng)加大非傳統(tǒng)水源利用率，計(jì)劃在翔安區(qū)建設(shè)一座日產(chǎn)水量30萬噸的海水淡化廠，作為翔安區(qū)生產(chǎn)、生活用水的補(bǔ)充，一期建設(shè)規(guī)模為日產(chǎn)水5萬噸。

目前廈門市海水淡化廠工程正在開展前期研究論證工作，科學(xué)合理的用地位置是實(shí)現(xiàn)海水淡化廠良好經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的重要保障，確保海水淡化廠持久運(yùn)行。本文論述了海水淡化工藝的比較選擇，根據(jù)推薦工藝的特性及生產(chǎn)要求提出了海水淡化廠不同于一般建設(shè)工程的選址要素。通過對廈門海域環(huán)境條件的調(diào)查，分析淡化水的實(shí)際供應(yīng)需求及目標(biāo)人群，提出了廈門市海水淡化廠的選址條件及要求，為確定海水淡化廠規(guī)劃用地及下階段工程實(shí)施奠定基礎(chǔ)。

1 海水淡化技術(shù)適應(yīng)性選擇

海水淡化是指從海水中提取淡水的技術(shù)，主要有熱法和膜法兩大類。當(dāng)前國際上已得到廣泛商業(yè)化應(yīng)用的海水淡化技術(shù)主要是熱法的多級閃蒸、低溫多效蒸餾和膜法的反滲透[1]。由于多級閃蒸的投資和運(yùn)行費(fèi)用相對較高，除了在中東產(chǎn)油國家使用外，其余地區(qū)應(yīng)用較少。自2005年我國首部《海水利用專項(xiàng)規(guī)劃》頒布實(shí)施以來，海水淡化技術(shù)已經(jīng)取得了較大進(jìn)展。目前，我國已經(jīng)掌握低溫多效和反滲透技術(shù)，初步具備系統(tǒng)集成和工程成套能力，技術(shù)水平與國際接軌。本文主要比較低溫多效和反滲透兩種技術(shù)。

1.1低溫多效蒸餾

低溫多效蒸餾指的是進(jìn)料海水與一定量的蒸汽進(jìn)行逐級熱交換后蒸發(fā)冷凝，從而得到多倍于加熱蒸汽量的蒸餾水。其最高蒸發(fā)溫度不超過70℃，多級的蒸發(fā)溫度逐級降低。該技術(shù)工藝具有以下特點(diǎn)：一是操作溫度低，完全避免或減緩了設(shè)備的腐蝕和結(jié)垢；二是進(jìn)料海水的預(yù)處理簡單，僅需經(jīng)過篩網(wǎng)過濾和加入約5ppm的阻垢劑；三是高純度的出水水質(zhì)，蒸發(fā)工藝使蒸汽中攜帶的鹽水成分極為有限，產(chǎn)出蒸餾水純度很高；四是能耗低，由于低溫冷凝溫度較低，所需的加熱蒸汽壓力也較低，降低了能耗。但低溫多效蒸餾裝置是將一系列的水平管噴淋降膜蒸發(fā)器串聯(lián)起來的，設(shè)備體積較大，裝置費(fèi)用較高。由于低溫多效蒸餾技術(shù)的特點(diǎn)，即使在嚴(yán)重污染、高生物活性的海水環(huán)境中也適用，而且高純度產(chǎn)水特別適合作為電廠鍋爐補(bǔ)給水，因此該技術(shù)一般是熱電廠配套建設(shè)的海水淡化廠采用的技術(shù)首選，利用熱電廠的余熱加熱海水，水電聯(lián)產(chǎn)，減低生產(chǎn)運(yùn)行成本。

1.2反滲透

海水經(jīng)過預(yù)處理，去除懸浮固體及其它有害物后在高壓作用下通過半透膜分離出海水中的滲透液(淡水)和濃縮液的過程。該過程可以有效地去除水中的溶解鹽、細(xì)菌、病毒和大部分有機(jī)物等雜質(zhì)。反滲透主要分離的對象是溶液中的離子級類別，在常溫下無需使用化學(xué)品的物理脫鹽方法，具有投資省、能耗低、占地少、建設(shè)周期短、自動(dòng)化程度高、使用壽命長等特點(diǎn)，近二十年發(fā)展最快。但，反滲透法對預(yù)處理要求嚴(yán)格，也存在原水利用率僅75%～80%，且反滲透膜要定期清洗更換等問題。

1.3比較分析

從技術(shù)選擇來說，海水淡化技術(shù)的選擇不存在好與不好的比較，而是應(yīng)根據(jù)每個(gè)項(xiàng)目的特點(diǎn)，客觀考慮技術(shù)適應(yīng)性?？傮w來說，單獨(dú)設(shè)立的海水淡化廠適合采用反滲透，但如果有電廠配套建設(shè)，則低溫多效蒸餾技術(shù)更為可靠經(jīng)濟(jì)。從適應(yīng)性來說，與低溫多效蒸餾相比，只要有電的地方就可以采用反滲透技術(shù)來淡化海水，而低溫多效蒸餾法必須和發(fā)電廠和其他的有蒸汽的工業(yè)結(jié)合才能夠用[2]。從產(chǎn)品水質(zhì)來說，雖然低溫多效的產(chǎn)水純度高于反滲透產(chǎn)水水質(zhì)，但是反滲透工藝應(yīng)用于市政供水具有較大的優(yōu)勢，幾乎所有用于市政供水的海水淡化系統(tǒng)均采用了反滲透法[3]。從使用要求來看，廈門市海水淡化項(xiàng)目的產(chǎn)出水在必要時(shí)應(yīng)達(dá)到作為城市生產(chǎn)、生活用水的補(bǔ)充，保障翔安區(qū)用水的目的。從經(jīng)濟(jì)性分析，反滲透工藝的工程投資和運(yùn)行成本低于低溫多效；從工程建設(shè)分期考慮，反滲透比低溫多效在場地布置利用中更為靈活。

因此，客觀上看，反滲透法將是未來海水淡化市場主流，而且市場占有率將越來越大。此外，反滲透在投資和運(yùn)行上均具有優(yōu)勢。隨著膜技術(shù)的發(fā)展，膜成本將越來越低，壽命越來越長，反滲透制水成本也將會(huì)越來越低?；?，本研究認(rèn)為，廈門市海水淡化廠工程適宜選用反滲透法海水淡化工藝。

2 用地需求分析

一般建設(shè)項(xiàng)目選址受很多因素影響，主要關(guān)注在項(xiàng)目的行業(yè)準(zhǔn)入性、與城鄉(xiāng)規(guī)劃相容性、環(huán)境與資源影響性、建設(shè)方案的安全性等方面。海水淡化廠除了上述普遍性原則外，根據(jù)其項(xiàng)目特點(diǎn)可以發(fā)現(xiàn)海域環(huán)境的優(yōu)劣直接影響了海水淡化廠生產(chǎn)成本。而海水淡化水作為必要的市政補(bǔ)充用水，其使用范圍及受眾決定了海水淡化廠能否長期運(yùn)營。此外，完善的市政基礎(chǔ)設(shè)施是海水淡化廠運(yùn)行的保障。因此，本文將從海域海水要求、用戶需求及基礎(chǔ)設(shè)施配套等方面進(jìn)行研究分析，提出海水淡化廠建設(shè)地點(diǎn)在諸如海水水質(zhì)、水動(dòng)力、水溫、潛在用戶及周邊基礎(chǔ)設(shè)施的適宜性要求，為項(xiàng)目選址規(guī)劃提出科學(xué)合理的意見。

2.1海域因素

2.1.1水質(zhì)要求

海水作為海水淡化廠的主要原料，應(yīng)確保在海水淡化廠的整個(gè)生命周期內(nèi)提供足夠的、持續(xù)的、適合的水源。反滲透技術(shù)的關(guān)鍵是反滲透膜，雖然膜及組件的生產(chǎn)已相當(dāng)成熟穩(wěn)定，但是一般情況下，膜的平均使用壽命約5年，這是反滲透海水淡化技術(shù)的主要成本之一。從經(jīng)濟(jì)性來說，降低膜的更換頻率即是對反滲透海水淡化技術(shù)成本的有效控制措施，而膜污染是造成膜使用壽命減短的主要原因。因此，海水原料的水質(zhì)越好，預(yù)處理效果越好，對減緩膜污染，延長膜的使用時(shí)間，保證反滲透系統(tǒng)長期穩(wěn)定運(yùn)行有著重要作用。

按照我國的海域環(huán)境清潔程度劃分：①清潔海域：符合國家海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中一類海水水質(zhì)的海域，適用于海洋漁業(yè)水域，海上自然保護(hù)區(qū)和珍稀瀕危海洋生物保護(hù)區(qū)。 ②較清潔海域：符合國家海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中二類海水水質(zhì)的海域，適用于水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)、海水浴場、人體直接接觸海水的海上運(yùn)動(dòng)或娛樂區(qū)，以及與人類食用直接有關(guān)的工業(yè)用水區(qū)。③輕度污染海域：符合國家海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中三類海水水質(zhì)的海域，適用于一般工業(yè)用水區(qū)。④中度污染海域：符合國家海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中四類海水水質(zhì)的海域，僅適用于海洋港口水域和海洋開發(fā)作業(yè)區(qū)。 ⑤嚴(yán)重污染海域：劣于國家海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中四類海水水質(zhì)的海域。根據(jù)2015年廈門市海洋環(huán)境公報(bào)顯示，廈門海域海水中重金屬及砷、油類及其他有機(jī)污染監(jiān)測要素含量均符合第一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，如圖1所示。清潔和較清潔海域面積占廈門海域總面積的49.8%，與2014年持平，但符合一、二類海水水質(zhì)的面積比2014年有所增加。其中大嶝海域?qū)儆谇鍧嵑Ｓ?，東部和南部海域?qū)儆谳^清潔海域，河口區(qū)和同安灣屬于輕度污染海域，西海域?qū)儆谥卸任廴竞Ｓ騕4]。因此，翔安區(qū)周邊的大嶝海域環(huán)境最好，是海水淡化廠理想的取水來源。

圖1 廈門市海洋環(huán)境狀況示意圖[4]

2.1.2水動(dòng)力要求

海水淡化廠生產(chǎn)后尾水的鹽度約為原海水的1.7倍左右，即為濃鹽水。目前國際上常用的濃鹽水處理方法可分為兩大類。一是直接排放，二是再利用。由于濃海水要再利用的處理費(fèi)用較高，約占總淡化成本的5%～33%，具體金額主要取決于濃鹽水特性、排放前的處理水平、處理方式、濃鹽水體積以及環(huán)境特征[5]。因此大多數(shù)海水淡化廠通常采用強(qiáng)化擴(kuò)散的方式直接排放濃鹽水，而高濃度鹽水的集中排放對排放海域的水生環(huán)境會(huì)造成極大影響。為降低環(huán)境影響，濃鹽水排放口應(yīng)選擇水動(dòng)力條件好的海域，將有利于減小鹽度升高范圍，加快濃鹽水?dāng)U散速度。

廈門灣海域的潮汐主要由外海潮波控制，即臺灣海峽潮波從廈門島的東北角及西南角海域傳入廈門海域。漲潮時(shí)東北處潮波自晉江圍頭灣進(jìn)入大嶝海域，再轉(zhuǎn)入同安灣；西南處經(jīng)過青嶼水道通過廈門港分為2支進(jìn)入廈門西海域和九龍江河口區(qū)域，落潮時(shí)又沿原路徑逆向流出。從高潮、低潮、漲急、落急的4個(gè)時(shí)刻潮流場分布情況研究分析來看，大金門北側(cè)淺水區(qū)、大小金門水道以及廈門東側(cè)水道是廈門海域的強(qiáng)流區(qū)，流速普遍超過1.0m/s，最大流速可達(dá)到1.9m/s[6]。3個(gè)強(qiáng)流區(qū)就是對應(yīng)著大嶝海域、東部海域及西部海域，水深寬闊，水動(dòng)力條件較好。海水淡化廠的濃鹽水選擇排放入大嶝海域，則擴(kuò)散條件較好，對海域水生環(huán)境影響相對較小。

2.2用戶因素

圖2 翔安區(qū)示意圖[8]

海水淡化產(chǎn)品水在優(yōu)化城市水資源結(jié)構(gòu)中發(fā)揮獨(dú)特的作用，對于翔安區(qū)乃至廈門市而言，一方面海水淡化水可以作為水資源的補(bǔ)充和戰(zhàn)略應(yīng)急儲(chǔ)備；另一方面，能夠優(yōu)化用水結(jié)構(gòu)，促進(jìn)水資源的可持續(xù)及資源化利用，如圖2所示。分析各產(chǎn)業(yè)用水結(jié)構(gòu)，廈門市海水淡化廠主要有以下3類目標(biāo)用戶。

(1)應(yīng)急備用水源

海水淡化水作為翔安區(qū)城鎮(zhèn)供水的應(yīng)急備用水源，與市政給水管網(wǎng)連通。日?？梢宰鳛楦叻迤谡{(diào)峰用水，在翔安區(qū)主要水廠出現(xiàn)突發(fā)性停水時(shí)亦可作為應(yīng)急供水，保障短時(shí)期內(nèi)城鎮(zhèn)用水。

(2)火炬產(chǎn)業(yè)(翔安)區(qū)工業(yè)用水水源

根據(jù)翔安區(qū)2014年的用水大戶資料顯示，翔安區(qū)大于500t/d的用水大戶44家，合計(jì)日用水量達(dá)8.4萬t。其中用水量大于1000t/d的用戶23家，前5家分別是廈門天馬微電子有限公司(1.16萬t/d)，祥達(dá)光學(xué)(廈門)有限公司(1.09萬t/d)，廈門三安光電有限公司(0.76萬t/d)，日本電器NEC(電氣硝子)(0.6萬t/d)，聯(lián)芯集成電路制造(廈門)有限公司(0.5萬t/d)，主要集中在火炬產(chǎn)業(yè)(翔安)區(qū)內(nèi)，并且都是光電子企業(yè)，其對生產(chǎn)用水的水質(zhì)要求也較高，因此均有自行建設(shè)水處理設(shè)施，提高自用水水質(zhì)。

(3)航空港供水

廈門新機(jī)場落址于翔安區(qū)大嶝島和蓮河片區(qū)。從地域條件來看，大嶝島和蓮河片區(qū)均屬于翔安區(qū)供水區(qū)域末梢，現(xiàn)狀供水設(shè)施有待進(jìn)一步加強(qiáng)。目前規(guī)劃大嶝島供水一方面源于大嶝水廠，另一方面源于翔安水廠，均需通過過海管道進(jìn)行供水，存在一定的安全隱患和遠(yuǎn)期水量難以保障的問題。

2.3基礎(chǔ)配套條件

海水淡化項(xiàng)目的用地應(yīng)具備良好的生產(chǎn)基礎(chǔ)條件。首先用地應(yīng)臨近海邊，由于海水淡化的取水規(guī)模遠(yuǎn)大于產(chǎn)水規(guī)模，超大規(guī)模的取水及尾水排放不宜鋪設(shè)過長的管道進(jìn)行輸送。其次，淡化產(chǎn)品水要納入城市供水管網(wǎng)統(tǒng)一供水，項(xiàng)目選址用地也應(yīng)盡量臨近主要產(chǎn)品水用戶所在的地區(qū)，這樣有利于節(jié)約長距離輸水的成本。此外，電力作為生產(chǎn)能源要有可靠的保障，道路、通訊、給水、排水等基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)齊備。

3 結(jié)論

廈門是缺水城市，也是一個(gè)擁有豐富海洋資源的城市，對海水進(jìn)行淡化可以有效地緩解當(dāng)?shù)赜盟畨毫ΑＲ粋€(gè)合理的海水淡化廠選址決策對于降低海水淡化成本，提高淡化水競爭力具有重要作用。海水淡化廠選址決策受許多經(jīng)濟(jì)因素和非經(jīng)濟(jì)因素影響，而不同的海水淡化技術(shù)也會(huì)對選址形成約束。在選定適合廈門市海水淡化項(xiàng)目應(yīng)用的淡化技術(shù)之后，本文從海域因素、用戶因素和基礎(chǔ)配套條件等影響選址的主要因素入手，闡明了廈門市海水淡化項(xiàng)目選址的條件：一是海水水質(zhì)優(yōu)良，有利于取水；二是水動(dòng)力條件好，有利于濃海水排放；三是臨海區(qū)域，便于大規(guī)模取水、排水；四是便捷的供水路徑，靠近主要用水用戶。

從圖2可以看出，臨近東部海域和大嶝海域的翔安沿海地區(qū)澳頭-歐厝-彭厝一帶有較好的取水、排水條件。據(jù)初步調(diào)查，該區(qū)域的海水水質(zhì)清潔，海域開闊，水動(dòng)力條件好。地理位置鄰近航空港且位于城市規(guī)劃建成區(qū)管網(wǎng)末梢，有用戶需求。此外澳頭已建成一座污水處理廠，近期規(guī)模3萬t/d，遠(yuǎn)期規(guī)劃規(guī)模65萬t/d，海水淡化項(xiàng)目濃鹽水排放可結(jié)合污水處理廠尾水聯(lián)合排放，降低排放濃度，減輕排放范圍內(nèi)鹽水濃度給海水環(huán)境生態(tài)的影響。下階段廈門市海水淡化項(xiàng)目還需進(jìn)行更深入的可行性研究基礎(chǔ)論證：一是開展澳頭-歐厝-彭厝周邊海域環(huán)境調(diào)查論證，深入進(jìn)行海洋環(huán)境現(xiàn)狀監(jiān)測、數(shù)模分析計(jì)算、海洋環(huán)境影響評價(jià)、海域使用論證、路由勘察及海水水質(zhì)檢測等工作。二是進(jìn)一步對接規(guī)劃選址工作，與廈門市城鄉(xiāng)規(guī)劃相協(xié)調(diào)。根據(jù)項(xiàng)目性質(zhì)及城市空間布局要求，進(jìn)行項(xiàng)目地勘，按照現(xiàn)狀條件的利用要求做好用地布局。三是研究淡化水進(jìn)入市政管網(wǎng)保障措施。在海水淡化工程建設(shè)前，需開展淡化水進(jìn)入市政管網(wǎng)前期研究，對翔安區(qū)相關(guān)供水管網(wǎng)、管材進(jìn)行調(diào)研，確定淡化水進(jìn)入市政管網(wǎng)方案，保障市政管網(wǎng)供水安全。

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StudyonSiteSelectionofDesalinationPlantinXiamenCity

LIUJing

(Xiamen Water Group Co., Ltd，Xiamen 361000)

The water resources in Xiang'an District are extremely poor, and Compared with the other five districts in xiamen city, Source of water is limited.Facing the grim situation of water shortage and inadequate water resources, Desalination is very important to solve the water problem in xiang 'an district.In this paper, Through comparative analysis of two main kinds of desalination technologies, The recommended technology of xiamen seawater desalination plant is clarified.And For the different characteristics of desalination plant and other construction projects, Based on the influence of sea environment conditions on site selection of water desalination plant, the selection requirement of construction land of desalination plant was analyzed.The Suggestions and reflections on the site selection of the seawater desalination plant in xiamen are presented.

Desalination; Site selection; Reverse osmosis

TV671

A

1004-6135(2017)11-0100-04

柳婧(1982.1- )，女，工程師。

E-mail:18445618@qq.com

2017-06-15