1、全球范圍內(nèi)海水淡化集成技術(shù)的技術(shù)和應(yīng)用進(jìn)展海水淡化是解決淡水短缺的有效方式，但其高能耗的特 性，限制了該工藝的推廣與運(yùn)用。對此主要開展了兩方面的 工作，一方面是不斷改良海水淡化工藝，包括淡化技術(shù)、設(shè) 備構(gòu)造及能量回收裝置等；另一方面是采用海水淡化集成技 術(shù)。兩者相比，后者的改造空間相對較大。海水淡化集成技 術(shù)有利于充分發(fā)揮各工藝的特長從而提高能量的利用率，實(shí) 現(xiàn)資源的優(yōu)化配置，提高系統(tǒng)的能量利用率。海水淡化集成技術(shù)主要分為兩種形式：一是不同海水淡 化工藝的集成，二是能源和海水淡化的集成。1海水淡化工藝的集成海水淡化，就是利用海水脫鹽生產(chǎn)淡水的技術(shù)和過程。 目前，海水淡化技術(shù)超過20余種，主流工

2、藝包括多級閃蒸 技術(shù)（MSF）、多效蒸僧（MED）、壓汽蒸鐳（VC）、反滲透技 術(shù)（RO）、電滲析法（ED）等，根據(jù)其原理可以歸納為熱法、膜 法兩大類。海水淡化方法間的集成主要分為四種情況：一是熱法與熱法集成，如MSF+MED組合；二是膜法與膜法集成，如R0+ED組合；三是膜法與熱法的集成，如RO+MSF、R0+MED等組合；四是預(yù)處理技術(shù)與海水淡化工藝的集成。找出系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)和約束條件，結(jié)合相應(yīng)的工藝，提高資源 的利用率；二是確定代替方案的選定，可根據(jù)系統(tǒng)的需求，確定相 應(yīng)的配置比例，并且對不同的方案開展經(jīng)濟(jì)評價和綜合評價。海水淡化的優(yōu)化方法建立優(yōu)化模型，并且對模型求 解。例如離網(wǎng)型風(fēng)光發(fā)電

3、驅(qū)動海水淡化系統(tǒng)，優(yōu)化模型以最 小發(fā)電本錢為優(yōu)化目標(biāo)，失負(fù)荷率和蓄電池的荷電狀態(tài)為約 束條件，光伏電池的功率、風(fēng)力發(fā)電機(jī)的數(shù)量、蓄電池的容 量等為優(yōu)化變量；優(yōu)化模型的求解可以利用遺傳算法、人工 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等智能算法的思想，采用gams優(yōu)化軟件或者C語 言編程求解。最后，可以借助海水淡化經(jīng)濟(jì)評價程序（DEEP）, 對方案開展篩選。綜上所述，目前海水淡化產(chǎn)業(yè)集成密度低，缺少相應(yīng)的 指導(dǎo)理論和指導(dǎo)準(zhǔn)那么。我們需要進(jìn)一步增加海水產(chǎn)業(yè)鏈的研 究，如和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)灌溉相結(jié)合；同時需要盡快完善相應(yīng)集成 理論和開發(fā)快捷有效的集成優(yōu)化算法。作者單位：*海洋大學(xué)其中，研究最多的是熱法和膜法集成技術(shù)，已經(jīng)運(yùn)用到 實(shí)際生產(chǎn)

4、中；近年來，預(yù)處理方法與海水淡化的集成已經(jīng)引 起了行業(yè)廣泛的關(guān)注，剩余兩種集成方案研究較少。1.1膜法與熱法的集成熱法海水淡化工藝，產(chǎn)水水質(zhì)好、淡化水溫度高、設(shè)備 易構(gòu)造、產(chǎn)水效率低等，而膜法海水淡化，產(chǎn)水水質(zhì)低、依 賴預(yù)處理、停啟方便、產(chǎn)水效率高，故兩者在某種程度上事 互補(bǔ)的。膜法和熱法的集成，如RO+MSF組合。兩者相耦合 的思路：根據(jù)產(chǎn)品水標(biāo)準(zhǔn)，混合兩種工藝的產(chǎn)品水，局部排 熱段的海水作為R0工藝的進(jìn)料水，將兩種工藝的濃鹽水循 環(huán)相結(jié)合。熱法和膜法相集成的優(yōu)點(diǎn)，可以歸納為如下：一是混合兩者的產(chǎn)品水，可以滿足不同的水質(zhì)需求，降 低生產(chǎn)費(fèi)用；二是可以降低膜的更換率和MSF工藝設(shè)備的結(jié)垢性，降

5、 低系統(tǒng)的維修費(fèi)用；三是，兩者可共用取水和排放設(shè)備，降低投資費(fèi)用；四是降低前處理和后處理工藝的操作費(fèi)用和化學(xué)藥品 的投資費(fèi)用。沙特阿拉伯的SWCC公司，在一樣的操作壓力和進(jìn)料海 水下，將NF+SWRO集成技術(shù)和SWRO工藝開展了試驗(yàn)比照， 集成工藝的回收率為70%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)工藝的30%。世界上最大的多級閃蒸海水淡化廠是沙特的RAZZ0UR海 水淡化廠，同時也是世界上最大的熱膜耦合(MSF+RO)工藝 海水淡化廠，日產(chǎn)淡水量為1025000m3,其中MSF系統(tǒng)產(chǎn)水 為769000m3。相比MSF工藝,低溫多效蒸偏(LT-MED)在設(shè) 備投資和能耗方面更具優(yōu)勢，但是膜法與熱法的集成只要集 中在

6、RO+MSF組合，RO+LT-MED工藝的研究較少。1. 2熱法與熱法的集成熱法與熱法的集成技術(shù)，主要指VC+MED工藝耦合，又 可分為熱力蒸汽壓縮多效蒸鐳工藝(MED+TVC)和機(jī)械壓縮 多效蒸鐳工藝(MED+MVC)。前者是通過蒸汽熱壓縮器把低品 位的蒸汽開展壓縮，使之升壓升溫，然后再作為熱源加熱海 水蒸發(fā)，整個過程利用了低壓蒸汽，到達(dá)節(jié)約熱源和增加產(chǎn) 水的目的；后者靠機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽恍枰獠刻峁┘訜?蒸汽，但壓縮機(jī)造價高，易腐蝕，故難以大型化。目前，國內(nèi)也開發(fā)出了 MED+VC的工程實(shí)例，如國華(*) 電力研究院公司，自主研發(fā)出TVC-MED裝置；首鋼京唐公司 采用MED+TVC海水

7、淡化運(yùn)行模式，實(shí)現(xiàn)了熱、電、水的聯(lián)產(chǎn)。3預(yù)處理方法與海水淡化的集成超濾(CF)主要適用于溶液中大分子的別離與濃縮，微濾 (UF)主要用于細(xì)菌和微粒的去除，納濾(NF)不僅對有機(jī)物有 較高的截留率，而且對無機(jī)離子開展選擇性別離，適合海水 的脫鹽處理。CF用于海水的預(yù)處理，節(jié)約設(shè)備的占地面積, 減少化學(xué)藥品的添加，延長反滲透膜的運(yùn)行周期，主要?dú)w納 三類。一是NF+RO集成工藝，如沙特SWCC公司建立了該示范 工程，在一定的運(yùn)行條件下，相比傳統(tǒng)工藝33%的回收率， 集成工藝的回收率到達(dá)了 70%； 10年前，美國和日本國家的 NF膜在水體利用率就已經(jīng)到達(dá)了 80%90%,采用NF-R0工藝，回收率可

8、以達(dá)99%； *長島140t/d納濾法制備飲用水示范工 程于1997年建成，運(yùn)行成功。二是NF+蒸儲法集成工藝，降低進(jìn)料海水大硬度，減少 蒸僧法的構(gòu)造問題，如SWCC公司對該工藝開展了試驗(yàn)研究， 產(chǎn)水能力為20m3/d的海水淡化裝置，采用NF+MSF組合工藝， 無任何防垢干預(yù)下，連續(xù)運(yùn)行1200h,無任何結(jié)垢現(xiàn)象。三是NF+膜法+蒸鐳法的深度集成工藝，如將NF+RO工藝 產(chǎn)生的濃鹽水作為MSF的補(bǔ)充水進(jìn)料。此外，未來的膜工藝 趨勢，是將CF+NF+RO工藝集成，形成全膜法預(yù)處理工藝。1.4膜法與膜法的集成膜法與膜法的集成，主要是指R0工藝與ED工藝相耦合。 相比R0膜，ED膜適應(yīng)更高的操作溫度

9、，不易結(jié)垢，無需預(yù) 處理，常用于小規(guī)模的苦咸水處理。所以RO+ED工藝的的集 成思路是，將R0工藝產(chǎn)生的濃鹽水作為ED工藝的進(jìn)料水， 可以獲取高品質(zhì)的食鹽，不僅可以減少濃鹽水對環(huán)境的污染, 還可以獲得經(jīng)濟(jì)本錢的補(bǔ)償。近年來，正滲透(F0)和壓力阻尼滲透(PRO)工藝成為滲 透工藝的研究熱點(diǎn)，前者用于濃縮廢水，后者用于河流污水 產(chǎn)能，收集滲透能量，兩者都具有高抗污染的性能。FO+RO工藝集成思路是可以將F0工藝預(yù)處理R0的進(jìn)料 海水，降低滲透壓和淡化耗能。“FO+RO+PRO工藝集成思路是，F(xiàn)0工藝處理進(jìn)料海水， PRO工藝用于處理R0過程產(chǎn)生的濃鹽水，將其高滲透壓能將 其轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。2能源與

10、海水淡化的集成技術(shù)能源與海水淡化集成技術(shù)，主要是指可再生能源和工業(yè) 余熱驅(qū)動海水淡化工藝。利用可再生能源驅(qū)動海水淡化，可 以保護(hù)環(huán)境，防止傳統(tǒng)能源帶來的污染，是真正可持續(xù)的解 決方案。利用工業(yè)余熱驅(qū)動海水淡化裝置，可以提高熱能的 利用效率，提高綜合效益。2.1風(fēng)能海水淡化風(fēng)能海水淡化按驅(qū)動方式，可分為兩類，圖1所示相應(yīng) 工藝的工程實(shí)例如下表1所示。圖1風(fēng)能與海水淡化集成途徑表1局部風(fēng)能海水淡化代表工程由于風(fēng)能不穩(wěn)定，相比MVC和ED技術(shù)，R0技術(shù)操作靈 活，適應(yīng)性高，能適應(yīng)風(fēng)電的波動性，故R0技術(shù)與風(fēng)能結(jié) 合在技術(shù)上更好。2.2太陽能海水淡化太陽能在海水淡化工藝中的能量利用有兩種方式：一是 將

11、太陽能轉(zhuǎn)化為熱能使海水發(fā)生相變，即太陽能蒸僧海水淡 化技術(shù)；二是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，驅(qū)動海水淡化。目前太 陽能海水淡化以蒸儲法為主，圖2是太陽能與海水淡化技術(shù) 耦合的形式，相應(yīng)的代表工程實(shí)例如下表2所示。圖2太陽能與海水淡化技術(shù)的耦合形式表2局部太陽能海水淡化代表工程綜上分析，目前世界各地都在大力推動太陽能海水淡化 技術(shù)，太陽能海水淡化技術(shù)，已經(jīng)成為海水淡化的主流技術(shù) 之一。2. 3核能海水淡化核能是一種高效、清潔的能源。目前核能的利用包括通 過建立核電站發(fā)電和利用低溫核反響堆供熱，相應(yīng)的核能海 水淡化廠也有兩種形式，“一種是以海水淡化為單一目的的核能淡化廠，一種是 發(fā)電、供熱和制淡多目的的核

12、能淡化廠。1973年，蘇聯(lián)在哈薩克斯坦建立一座集多目的一體的 BN-350核能反響堆海水淡化廠，成功運(yùn)行26年，證明了核 能海水淡化的可靠性。1994年，加拿大為了提高CANDU-6型核電站的平安性和 經(jīng)濟(jì)性，對核電站開展了改良，使CANDU-6型重水反響堆與 反滲透海水淡化裝置相耦合。1997年，韓國啟動核能海水淡化研究計劃，開發(fā)了制淡 和發(fā)電雙目的的SMART反響堆，采用熱力蒸汽壓縮多效蒸鐳 淡化工藝。俄羅斯開展了耦合核能浮動發(fā)電廠與MED工藝的研究工 作，并與加拿大合作，研究了核能浮動發(fā)電廠與R0工藝的 耦合方案。阿根廷開展了 CAREM反響堆與海水淡化耦合研究方案, 反響堆熱功率為10

13、0MW,電功率27MW,淡水產(chǎn)量為1000m3/do目前，印度正在實(shí)施的HPWR反響堆核能海水淡化工程， 將改造的兩座170WM的壓水型重水核反響堆與多級閃蒸海水淡化廠和反滲透海水淡化廠相耦合，其中多級閃蒸的能力為 4500m3/d,反滲透的能力為1800m3/d。我國核能海水淡化的研究，主要圍繞在平安性較高的中 小型核反響堆。20*年，我國開展*核能海水淡化示范工程 研究工作，整體采用NHR-200核能供熱反響堆與高溫豎直蒸 發(fā)管多效蒸鐳海水淡化系統(tǒng)耦合。始建于20*的紅沿河核電海水淡化工程，完全由我國自 主設(shè)計建造，海水淡化系統(tǒng)采用了超濾預(yù)處理和反滲透雙膜 法(UF-SWR0)工藝，日產(chǎn)淡

14、水10080m3o *核電廠海水 淡化工程，采用傳統(tǒng)預(yù)處理和RO工藝，日均產(chǎn)淡為n000m3。 綜述分析，假設(shè)選擇R0工藝，最經(jīng)濟(jì)的核能海水淡化方法是 反響堆耦合預(yù)熱給水系統(tǒng)；假設(shè)選擇MED單目的的核能海水淡 化系統(tǒng)，那么海水淡化系統(tǒng)更適合與中小型反響堆相耦合。在過去的幾十年，核能技術(shù)和海水淡化技術(shù)已經(jīng)被世界 上許多國家大規(guī)模的利用，并且都已開展為成熟的商業(yè)技術(shù), 兩者結(jié)合起來，將會將會越來越有前途和市場。2. 4其它新能源海水淡化海洋能主要是指波浪能、潮汐能、潮流能、海洋溫差能 和海洋鹽差能。目前海洋能的開發(fā)技術(shù)還不夠成熟，主要研 究集中在海洋能發(fā)電方面，對海洋能海水淡化方面的研究不 多。在

15、波浪研究方面，印度建立的了波浪能海水淡化裝置， 波浪能發(fā)電間接驅(qū)動發(fā)電驅(qū)動R0海水淡化；愛爾蘭利用波 浪能建立集發(fā)電和海水淡化一體的裝置，將海水動能和勢能 轉(zhuǎn)換為液壓能，35%用于海水淡化，其余的用于發(fā)電。目前沒有運(yùn)行可靠、造水本錢低的波浪能海水裝置。目 前潮汐能發(fā)電技術(shù)已大規(guī)模的應(yīng)用，但與海水淡化的耦合度卻很低, 研究也較少。其它的海洋能海水淡化裝置，都還處于試驗(yàn)理 論研究階段。生物質(zhì)能可以通過燃?xì)鉄釞C(jī)構(gòu)成生物質(zhì)能發(fā)電系統(tǒng)，發(fā) 電過程產(chǎn)生的熱量可以與耦合熱法海水淡化工藝，產(chǎn)生的電 能可以與R0工藝和ED工藝相耦合。由于生物質(zhì)能，易于和 其它能源耦合，并且利用技術(shù)成熟，故生物質(zhì)能制淡前景良 好

16、。氫能的發(fā)熱值是所有能源燃料中最高的，理論上可以將 氫能轉(zhuǎn)化為熱能和電能驅(qū)動海水淡化工藝，但是氫能本身是 一種二次能源，它的制取需要消耗大量的能量，故水解制氫 的技術(shù)可以和離網(wǎng)海水淡化工程相結(jié)合，用于負(fù)載卸荷。文獻(xiàn)對地?zé)崮芎Ｋ夹g(shù)的可行性開展的分析研究， 證明利用地?zé)崮茯?qū)動海水淡化本錢僅占傳統(tǒng)能源的4. 3%。利 用地?zé)崮芎Ｋ熬笆謴V闊，值得深入的研究。2.5多種新能源海水淡化由于新能源系統(tǒng)的波動性，故將多種新能源混合驅(qū)動海 水淡化，來提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。例如，位于希臘 LARIO市的一座日產(chǎn)淡水為3. 12m3的R0海水淡化系統(tǒng)，依 靠風(fēng)能和光伏供電，其中風(fēng)能裝機(jī)容量0.

17、9kW,光伏裝機(jī)容 量3. 96kW。以色列的一座苦咸水淡化裝置，日產(chǎn)淡水3ni3, 其中風(fēng)電裝機(jī)為0. 6kW,光伏發(fā)電為3. 5kW。綜上分析，太陽能、核能和風(fēng)能與海水淡化的集成密度 大，海洋能、地?zé)崮艿闰?qū)動海水淡化的技術(shù)尚不完善。2. 6工業(yè)熱能海水淡化工業(yè)熱能海水淡化，其中熱能主要是指工業(yè)生產(chǎn)過程中 產(chǎn)生的低品位余熱能，如火電廠與熱法海水淡化集成，尤其 是低溫多效工藝，不僅可以提高能源的利用率，而且降低了 海水淡化的本錢，是濱海電廠的開展方向，水電聯(lián)產(chǎn)的模式 主要模式如下表3所示。沙特阿拉伯擁有世界上最大的熱法水電聯(lián)產(chǎn)工程和世 界上最大的膜法水電聯(lián)產(chǎn)工程，前者日均產(chǎn)水量為800000m3, 將發(fā)電廠和MED工藝系統(tǒng)耦合，后者