海水淡化工程在沿海缺水城市中的應(yīng)用探討

覃龍華 張 蓉

（中國(guó)電建集團(tuán)中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 長(zhǎng)沙市 410014）

我國(guó)淡水資源量嚴(yán)重缺乏，人均淡水資源量為2 220 m3，僅為世界平均值的1/4，位居世界第121位，被聯(lián)合國(guó)列為13個(gè)最貧水國(guó)家之一。特別是沿海地區(qū)尤為嚴(yán)重，我國(guó)沿海11個(gè)省、市、區(qū)陸地面積占國(guó)土總面積的15%，有1 800多公里的海岸線和6 500多個(gè)島嶼，人口占全國(guó)的40%以上，社會(huì)總產(chǎn)值占60%以上，是我國(guó)人口最多，經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)的地區(qū)，但絕大部分地區(qū)人均水資源僅在1 000 m3以下，還不到全國(guó)人均的60%[1]，處于嚴(yán)重缺水或極度缺水狀態(tài)。隨著國(guó)家海洋經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略的推進(jìn)，普遍承受著資源性缺水和水質(zhì)性缺水的雙重壓力，嚴(yán)重制約了這些地區(qū)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。

1 海水淡化概述

作為水資源的開(kāi)源增量技術(shù)，海水淡化已經(jīng)成為解決沿海城市、島嶼缺水問(wèn)題的主要措施之一。海水淡化就是將海水通過(guò)蒸餾、電滲析和反滲透等方法除鹽淡化后，作為生活及工業(yè)用水。

1.1 國(guó)外發(fā)展情況

根據(jù)國(guó)際脫鹽協(xié)會(huì)（IDA）顯示數(shù)據(jù)表明：全球已有150多個(gè)國(guó)家和地區(qū)在利用海水淡化技術(shù)，全球共建有14 451個(gè)脫鹽工廠，合計(jì)日產(chǎn)水量超過(guò)6 000萬(wàn)t。其中海水淡化日產(chǎn)水量超過(guò)4 000萬(wàn)t，海水淡化的系統(tǒng)規(guī)模與產(chǎn)量以每年10%以上的速度在增加。全球海水淡化市場(chǎng)在不斷的增長(zhǎng)，這些淡化海水的80%用于飲用水，解決了1億多人的供水問(wèn)題[2]。沙特阿拉伯等中東地區(qū)的國(guó)家，海水淡化水用量已占其淡水供應(yīng)總量的80%以上;亞洲國(guó)家如日本、新加坡、韓國(guó)、印尼等地都積極發(fā)展或應(yīng)用海水淡化，以增加淡水資源量。

1.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展情況

我國(guó)海水淡化的研究始于20世紀(jì)50年代中后期，目前在沿海地區(qū)已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用，并且海水淡化規(guī)模還在不斷擴(kuò)大。2003年我國(guó)海水淡化規(guī)模為3萬(wàn)t/d，到2006年底，已增加到接近15萬(wàn)t/d，到2010年底，已增加到接近60 t/d。到2015年底，全國(guó)海水淡化工程總規(guī)模達(dá)到100多萬(wàn)t/d，其中海島海水淡化工程規(guī)模為11萬(wàn)t/d。最大反滲透海水淡化工程規(guī)模達(dá)到10萬(wàn)t/d，最大低溫多效蒸餾海水淡化工程規(guī)模達(dá)到20萬(wàn)t/d。形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的萬(wàn)噸級(jí)海水淡化技術(shù)，開(kāi)展了10萬(wàn)t級(jí)海水循環(huán)冷卻技術(shù)的示范應(yīng)用，發(fā)布了40項(xiàng)海水利用國(guó)家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[3]。

根據(jù)《海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，“十三五”末全國(guó)海水淡化總規(guī)模達(dá)到220萬(wàn)t/d以上。沿海城市新增海水淡化規(guī)模105萬(wàn)t/d以上，海島地區(qū)新增海水淡化規(guī)模14萬(wàn)t/d以上。海水直接利用規(guī)模達(dá)到1 400億t/d以上，海水循環(huán)冷卻規(guī)模達(dá)到200萬(wàn)t/h以上。新增苦咸水淡化規(guī)模達(dá)到100萬(wàn)t/d以上。海水淡化裝備自主創(chuàng)新率達(dá)到80%及以上，自主技術(shù)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率達(dá)到70%以上，國(guó)際市場(chǎng)占有率提升10%。海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景廣闊。

2 沿海缺水城市應(yīng)用探討

2.1 萊州市水資源供需分析

萊州市位于山東半島西北部、渤海萊州灣東岸，行政上隸屬于煙臺(tái)市，總面積1 878 km2，海岸線總長(zhǎng)108 km。需水量參照《山東省水資源綜合規(guī)劃》采用分行業(yè)預(yù)測(cè)法，將用水戶分為生活、生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境三大類，可供水量的計(jì)算，包括地表水可供水量和地下水可供水量，地表水可供水量分中型水庫(kù)、小型水庫(kù)和塘壩、攔河閘壩等，結(jié)果如表1、表2。

2.2 應(yīng)用工程探討（圖1）

擬建項(xiàng)目廠址位于萊州市金城鎮(zhèn)海北嘴村西南側(cè)，304省道以北，廠區(qū)地理位置優(yōu)越，交通條件也比較便利，項(xiàng)目建設(shè)可依托的水、電條件良好。海水淡化工程考慮近期規(guī)模1萬(wàn)t/d，預(yù)留遠(yuǎn)期2萬(wàn)t/d規(guī)模用地，廠區(qū)總用地面積 11094m2，約 1.11hm2（16.64 畝）。

一期1萬(wàn)t/d海水淡化工程采用反滲透海水淡化工藝，估算總投資約1億元，具體工藝（圖2）簡(jiǎn)述如下：海水通過(guò)海水取水系統(tǒng)經(jīng)管路輸送至廠區(qū)進(jìn)水井，經(jīng)過(guò)沉淀池絮凝沉淀，進(jìn)入到清水池中，海水提升泵從清水池中吸取海水加壓后進(jìn)入到自清洗過(guò)濾器中，自清洗過(guò)濾器的精度為100 μm，可去除大部分海水中的懸浮顆粒，保證超濾膜系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。經(jīng)過(guò)自清洗過(guò)濾器的海水進(jìn)入到超濾膜系統(tǒng)中，經(jīng)過(guò)超濾膜過(guò)濾后的海水進(jìn)入到中間水箱中，超濾的反洗水及廢水與一級(jí)反滲透的濃縮海水一起排放至附近的鹽場(chǎng)。經(jīng)過(guò)超濾處理的進(jìn)入中間水箱的海水經(jīng)海水供水泵加壓分成兩股，一股進(jìn)入到高壓泵，經(jīng)高壓泵加壓后進(jìn)入到反滲透膜組內(nèi)，另一股進(jìn)入到能量回收中利用反滲透濃海水的余壓進(jìn)行加壓，然后再由增壓泵加壓后進(jìn)入到反滲透膜組中。經(jīng)過(guò)反滲透處理的產(chǎn)水TDS在300 mg/L左右，可以滿足國(guó)家飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

表1 萊州市經(jīng)濟(jì)社會(huì)總需水量預(yù)測(cè)成果表 萬(wàn)m3

表2 萊州市水資源供需平衡分析成果表 萬(wàn)m3

3 小結(jié)

目前海水淡化技術(shù)成熟，世界各地已經(jīng)積累了豐富的海水淡化工程經(jīng)驗(yàn)。中國(guó)國(guó)內(nèi)也已經(jīng)掌握了世界先進(jìn)的海水淡化技術(shù)，并且具備了大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化實(shí)施能力，且已有多個(gè)海水淡化廠在實(shí)際運(yùn)營(yíng)，積累了海水淡化廠的運(yùn)營(yíng)管理經(jīng)驗(yàn)，并也培養(yǎng)了大批的海水淡化專業(yè)人才。在此基礎(chǔ)上，實(shí)施本項(xiàng)目對(duì)解決萊州市水資源短缺問(wèn)題有著重大意義。

（1）由于海水有著取之不盡用之不絕的特點(diǎn)，本項(xiàng)目的順利建成，海水淡化作為水資源的補(bǔ)充，是一種保障性高的戰(zhàn)略儲(chǔ)備，可確保用水安全。

（2）中國(guó)本來(lái)就是個(gè)缺水嚴(yán)重的國(guó)家，海水淡化實(shí)實(shí)在在的增加水資源，并不是簡(jiǎn)單的水資源轉(zhuǎn)移。

圖1 萊州市海水淡化廠廠址位置圖

圖2 反滲透海水淡化工藝流程

（3）采用海水淡化不會(huì)帶來(lái)生態(tài)變化。

（4）增加了供水量，減少地下水的開(kāi)采量，有利于涵養(yǎng)地下水，改善地下水質(zhì)，水環(huán)境的改善能促進(jìn)生態(tài)環(huán)境平衡，并形成良好的生態(tài)環(huán)境。

（5）有利于發(fā)展國(guó)家海水淡化事業(yè)，起到良好的示范作用，并帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈。

（6）海水淡化作為水資源開(kāi)發(fā)的增量技術(shù)，將成為近海城市解決城市新增供水量，改善水資源結(jié)構(gòu)，提高水資源安全保障率的重要選擇。

[1]李成江，張志敏.海水與苦咸水利用技術(shù)（專題27）[A].城市供水行業(yè)2020年技術(shù)進(jìn)步與發(fā)展規(guī)劃及2020年遠(yuǎn)景目標(biāo)[C].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2005.

[2]國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)，國(guó)家海洋局，財(cái)政部.海水利用專項(xiàng)規(guī)劃[R].2005.

[3]國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)，國(guó)家海洋局.全國(guó)海水利用“十三五”規(guī)劃[R].2016.