提高經(jīng)濟(jì)性、盡早建立示范工程是發(fā)展太陽(yáng)能海水淡化的重要途徑。
圖片來(lái)源：中國(guó)制造網(wǎng)
日前，我國(guó)首個(gè)太陽(yáng)能光熱海水淡化示范基地在海南省建設(shè)完工，上海驕英成為國(guó)內(nèi)率先開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能光熱海水淡化技術(shù)的能源科技有限公司。
很多人或許會(huì)有疑問(wèn)，天津的超市，貨架上擺滿(mǎn)海水淡化后的瓶裝水，價(jià)格與普通礦泉水差不多。舟山、大連等地也都建有海水淡化的市政工程，居民家的水龍頭里流出的是淡化后的海水，海南的“首個(gè)示范基地”從何而來(lái)？
殊不知，但凡市場(chǎng)上出售的淡化海水，無(wú)一例外都是用膜反滲透法制取的。
“傳統(tǒng)的海水淡化需要的技術(shù)大體分為兩類(lèi)——膜法和熱法。”北京理工大學(xué)教授、熱能工程研究所所長(zhǎng)鄭宏飛向《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者解釋說(shuō)。
在太陽(yáng)能海水淡化領(lǐng)域鉆研近20年的鄭宏飛，對(duì)太陽(yáng)能海水淡化技術(shù)情有獨(dú)鐘，而現(xiàn)實(shí)是“市場(chǎng)上大家喝到的淡化海水全部是利用膜滲透方法制取的，利用太陽(yáng)能加熱蒸餾的熱法始終難以推向市場(chǎng)”。
究其原因，鄭宏飛認(rèn)為，盡管太陽(yáng)能海水淡化技術(shù)本身已不是難題，但由于材料價(jià)格昂貴，利用熱法制取的淡水價(jià)格成本偏高，阻礙了研究進(jìn)展和市場(chǎng)接受度。他同時(shí)指出，作為更適合分布式發(fā)展的熱法，提高經(jīng)濟(jì)性、盡早建立示范工程是發(fā)展太陽(yáng)能海水淡化的重要途徑。
自身優(yōu)勢(shì)難取代
反滲透膜海水淡化是一種現(xiàn)代的海水淡化技術(shù)。反滲透膜生產(chǎn)者萊特萊德環(huán)境工程有限公司負(fù)責(zé)人向記者介紹，在反滲透膜技術(shù)中，海水在高壓下穿過(guò)過(guò)濾膜，受到過(guò)濾膜孔大小的限制，一些不需要的物質(zhì)將被留在高壓的一邊。這種技術(shù)所需能量?jī)H僅是給海水加壓。
盡管如此，鄭宏飛告訴記者，為了獲得較高的產(chǎn)出率，反滲透膜技術(shù)依然是高耗能并且昂貴的。
“滲透膜需要1到2年更換一次，由于自主技術(shù)不過(guò)關(guān)，我國(guó)使用的滲透膜全部由國(guó)外進(jìn)口，因電能消耗巨大而造成運(yùn)營(yíng)成本昂貴。”鄭宏飛認(rèn)為，滲透法受電價(jià)影響較大。“如果沒(méi)有低電價(jià)的照顧，其淡化海水的成本并不低廉。”
反滲透法對(duì)海水的利用率也低于太陽(yáng)能淡化方式，滲透法只能將廢棄海水濃度由3.5%提高到最多8.5%左右，“再提高一點(diǎn)都很困難，因?yàn)榉礉B透壓過(guò)大會(huì)造成能耗過(guò)高。但是利用太陽(yáng)能淡化技術(shù)則可以使出水含鹽率達(dá)到20%，鹽水結(jié)晶率為25%。”也就是說(shuō)，經(jīng)過(guò)太陽(yáng)能淡化技術(shù)產(chǎn)生的廢棄海水，不需要經(jīng)過(guò)太多晾曬就可以產(chǎn)出鹽。
反滲透方法的不足之處還在于海水不能直接滲透，需要進(jìn)行嚴(yán)格的預(yù)處理，添加一些化學(xué)處理劑。萊特萊德負(fù)責(zé)人表示，過(guò)濾膜的孔非常細(xì)小，海水必須經(jīng)過(guò)沉淀、有機(jī)物去除等環(huán)節(jié)的預(yù)處理，才能通過(guò)滲透壓來(lái)提純。
而利用蒸發(fā)冷凝原理的太陽(yáng)能淡化技術(shù)，則對(duì)海水的濃度、溫度要求不高，控制管理也非常簡(jiǎn)單，特別適合中小型分布式系統(tǒng)采用。
“太陽(yáng)能是清潔能源，可持續(xù)、可再生，太陽(yáng)能海水淡化技術(shù)不但節(jié)能環(huán)保、運(yùn)行成本比較低，太陽(yáng)能集熱器的效率也很高，用太陽(yáng)能給海水淡化供熱技術(shù)成熟。”在2015太陽(yáng)能海水淡化專(zhuān)題研討會(huì)上，大連理工大學(xué)教授郭亞麗說(shuō)。
成本太高成瓶頸
既然太陽(yáng)能海水淡化優(yōu)勢(shì)明顯，為何我國(guó)的此項(xiàng)技術(shù)仍沒(méi)有獲得商業(yè)化？太陽(yáng)能豐富、苦咸水聚集的地區(qū)為何沒(méi)有享受到此項(xiàng)技術(shù)的好處？
“與滲透膜的投入比起來(lái)，太陽(yáng)能淡化方法中用到的器件成本更加昂貴。”萊特萊德負(fù)責(zé)人說(shuō)，這也是許多企業(yè)未曾涉足太陽(yáng)能淡化技術(shù)的原因之一。
這得到了鄭宏飛的坦率認(rèn)可：“太陽(yáng)能海水淡化的主要器件包括集熱器、換熱器和淡化器，而集熱器中真空管的成本占系統(tǒng)總價(jià)的一半以上。”
通過(guò)太陽(yáng)能淡化系統(tǒng)產(chǎn)出的淡水，每噸售價(jià)達(dá)到20元左右，這比人們?nèi)粘Ｊ褂玫淖詠?lái)水價(jià)格高出兩至三倍，也大大高于膜滲透法制取的淡水價(jià)格。
為了降低各組件成本，提高系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性，鄭宏飛提出了多種方案，而最近的研究——聚光直接加熱式，似乎契合了對(duì)此項(xiàng)技術(shù)的所有訴求。
據(jù)介紹，聚光直接加熱式無(wú)需冗長(zhǎng)管路，減少了管路投資與熱損失；用陶瓷粒子或其他方法功能化海水，使得海水直接吸收太陽(yáng)光，利用強(qiáng)光直接蒸發(fā)海水，省略了換熱器，減少了傳熱環(huán)節(jié)，提高了聚熱效率，將有望成為未來(lái)具有重要前景的太陽(yáng)能海水淡化技術(shù)。
此外，功能粒子在水中運(yùn)動(dòng)并相互碰撞，從而磨掉蒸騰器表面的結(jié)垢，徹底解決高溫加熱海水的結(jié)垢問(wèn)題；聚光接收器的換熱部分，即與海水接觸的部件全部可以用非金屬材料制造，比如接受太陽(yáng)光而使海水蒸發(fā)的加熱管可以用石英玻璃制造，從而提高整個(gè)系統(tǒng)的抗腐蝕性；末端海水處理裝置采用傳統(tǒng)的海水淡化系統(tǒng)，技術(shù)成熟，效率高，同時(shí)可以規(guī)模化。
“把太陽(yáng)能集熱器和淡化器合二為一，直接將成本降低了一半。”因?yàn)榇隧?xiàng)技術(shù)的申報(bào)，鄭宏飛于近日得到國(guó)家自然科學(xué)基金支持，獲得數(shù)十萬(wàn)元研究經(jīng)費(fèi)。
示范工程盼建立
“太陽(yáng)能海水淡化的研究發(fā)展不是要擠掉反滲透，而是作為技術(shù)補(bǔ)充，依據(jù)不同地域的特點(diǎn)，提供更多選擇。”鄭宏飛說(shuō)。
如今，世界上利用太陽(yáng)能海水淡化技術(shù)最多的地區(qū)集中在沙特等中東國(guó)家，大量的光照和充裕的資金是他們的優(yōu)勢(shì)。但在鄭宏飛看來(lái)，技術(shù)的先進(jìn)不代表技術(shù)方案同樣先進(jìn)：“國(guó)外多采用太陽(yáng)能集熱器驅(qū)動(dòng)多級(jí)閃蒸或低溫多效系統(tǒng)，把原有的工業(yè)技術(shù)和太陽(yáng)能技術(shù)相結(jié)合，管理起來(lái)較復(fù)雜，系統(tǒng)檢測(cè)或控制的指標(biāo)過(guò)多，一項(xiàng)失誤都可能導(dǎo)致系統(tǒng)停運(yùn)。”
鄭宏飛團(tuán)隊(duì)要解決的也正是太陽(yáng)能海水淡化系統(tǒng)的普遍要求：控制簡(jiǎn)單、運(yùn)行平穩(wěn)、適應(yīng)太陽(yáng)光照強(qiáng)度的不穩(wěn)定性。
目前我國(guó)并不缺乏自主研發(fā)的太陽(yáng)能海水淡化技術(shù)，“只有建立更多大型的示范工程，發(fā)現(xiàn)更多問(wèn)題，系統(tǒng)才能得到完善，才能加快商業(yè)化。”鄭宏飛說(shuō)。
但做示范工程需要資金支持，找到感興趣的企業(yè)投資，是技術(shù)商品化最快的辦法。就在記者采訪(fǎng)當(dāng)天，鄭宏飛接到河北天朗環(huán)保工程有限公司的邀約，公司盛情邀請(qǐng)其前往當(dāng)?shù)乜疾煳鬯幚砉に�，并表示愿與校方合作，支持鄭宏飛團(tuán)隊(duì)示范工程的建立。
企業(yè)參與、政府支持才能達(dá)到產(chǎn)業(yè)規(guī)�；�，示范工程的建設(shè)將使新技術(shù)更有展示性，吸引更多的資金進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域。
“將太陽(yáng)能利用技術(shù)與海水淡化技術(shù)有機(jī)結(jié)合將是今后海水淡化發(fā)展的一個(gè)熱點(diǎn)。”郭亞麗強(qiáng)調(diào)，需要注意的是，在發(fā)展中應(yīng)避免形成以能源換水源，從而加重能源緊缺和環(huán)境污染，進(jìn)一步使水源更加緊缺的惡性循環(huán)。將太陽(yáng)能海水淡化系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程真正優(yōu)化為大自然水循環(huán)過(guò)程，成為最經(jīng)濟(jì)環(huán)保的生態(tài)新技術(shù)才是太陽(yáng)能海水淡化技術(shù)的永恒追求。
太陽(yáng)能海水淡化“有價(jià)無(wú)市”
因水污染越來(lái)越嚴(yán)重，缺水現(xiàn)象也日趨明顯，海水轉(zhuǎn)化等技術(shù)漸漸進(jìn)入人們的視線(xiàn)。那么，關(guān)于海水轉(zhuǎn)化具體有哪些技術(shù)？水行業(yè)中所說(shuō)的海水淡化、海水軟化、脫鹽三者之間又有什么區(qū)別？
因人們飲用的水鹽度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于海水，海水鹽度過(guò)高，所以無(wú)法直接飲用。那么，什么是海水鹽度？海水鹽度是指海水中全部溶解固體與海水重量之比，通常以每千克海水中所含的克數(shù)表示。人們用鹽度來(lái)表示海水中鹽類(lèi)物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。世界大洋的平均鹽度為35‰，而人們飲用水或工業(yè)生活用水的鹽度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于海水的鹽度。另外，天然海水的碳酸鹽硬度介于70到90dH之間，但我們的用的地表水的硬度則不得超過(guò)25dH，所以海水要經(jīng)過(guò)軟化和淡化后才可被我們利用。
那么它們之間到底有什么區(qū)別呢？
海水淡化最直觀的表象是降低了水質(zhì)的電導(dǎo)率，針對(duì)的是除水以外的說(shuō)有物質(zhì)，包括陰陽(yáng)離子和一些非電解質(zhì)的物質(zhì)（海水淡化即利用海水脫鹽生產(chǎn)淡水，是實(shí)現(xiàn)水資源利用的開(kāi)源增量技術(shù)，可以增加淡水總量，且不受時(shí)空和氣候影響，水質(zhì)好、價(jià)格漸趨合理，可以保障沿海居民飲用水和工業(yè)鍋爐補(bǔ)水等穩(wěn)定供水。主要技術(shù)方法有蒸餾法、電滲析法、反滲透法等。）。
海水軟化跟電導(dǎo)率沒(méi)有直接的關(guān)系，主要是為了降低水的硬度，如鈣鎂離子，可以直接用離子交換，如鈉離子，氫離子將其值換掉，所以對(duì)電導(dǎo)的影響不明顯。
下面是有關(guān)于海水淡化、海水軟化、脫鹽三者間區(qū)別的進(jìn)一步分析：
海水淡化
海水淡化簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)即咸水淡化，最直觀的表象是降低了水質(zhì)的電導(dǎo)率，主要是為了降低水的鹽度。
海水淡化即利用海水脫鹽生產(chǎn)淡水。是實(shí)現(xiàn)水資源利用的開(kāi)源增量技術(shù)，可以增加淡水總量，且不受時(shí)空和氣候影響，可以保障沿海居民飲用水和工業(yè)鍋爐補(bǔ)水等穩(wěn)定供水。從海水中取得淡水的過(guò)程謂海水淡化�，F(xiàn)在所用的海水淡化方法有海水凍結(jié)法、電滲析法、蒸餾法、反滲透法，目前應(yīng)用反滲透膜的反滲透法以其設(shè)備簡(jiǎn)單、易于維護(hù)和設(shè)備模塊化的優(yōu)點(diǎn)迅速占領(lǐng)市場(chǎng)，逐步取代蒸餾法成為應(yīng)用最廣泛的方法。
全球海水淡化技術(shù)超過(guò)20余種，包括反滲透法、低多效、多級(jí)閃蒸、電滲析法、壓汽蒸餾、露點(diǎn)蒸發(fā)法、水電聯(lián)產(chǎn)、熱膜聯(lián)產(chǎn)以及利用核能、太陽(yáng)能、風(fēng)能、潮汐能海水淡化技術(shù)等等，以及微濾、超濾、納濾等多項(xiàng)預(yù)處理和后處理工藝。
從大的分類(lèi)來(lái)看，主要分為蒸餾法（熱法）和膜法兩大類(lèi)，其中低多效蒸餾法、多級(jí)閃蒸法和反滲透膜法是全球主流技術(shù)。一般而言，低多效具有節(jié)能、海水預(yù)處理要求低、淡化水品質(zhì)高等優(yōu)點(diǎn)；反滲透膜法具有投資低、能耗低等優(yōu)點(diǎn)，但海水預(yù)處理要求高；多級(jí)閃蒸法具有技術(shù)成熟、運(yùn)行可靠、裝置產(chǎn)量大等優(yōu)點(diǎn)，但能耗偏高。一般認(rèn)為，低多效蒸餾法和反滲透膜法是未來(lái)方向。
海水軟化
海水軟化顧名思義即硬水軟化，跟電導(dǎo)率沒(méi)有直接的關(guān)系，主要是為了降低水的硬度。
海水中含有大量的鈣、鎂、碳酸氫根和硫酸根離子，這使得海水淡化過(guò)程中在淡化裝置的換熱管壁或膜表面會(huì)有硬垢CaSO4和軟垢（CaCO3及Mg（OH2）形成，造成傳熱效率或膜通量降低，影響設(shè)備的正常操作。因此在海水預(yù)處理階段對(duì)海水進(jìn)行軟化，除去其中的鈣鎂離子，這對(duì)于設(shè)備長(zhǎng)期穩(wěn)定操作，節(jié)省能量和降低經(jīng)濟(jì)成本都有重要意義。
脫鹽
脫鹽就是將“化學(xué)鹽”脫除的方法或過(guò)程。脫鹽粗范地說(shuō)就是將“鹽”脫除的方法或過(guò)程，這個(gè)“鹽”是更寬泛的“化學(xué)鹽”不止常用的食用“鹽”，簡(jiǎn)單地說(shuō)就是去除水中的陰陽(yáng)離子。海水脫鹽產(chǎn)生淡水，實(shí)際上指的就是海水淡化
來(lái)源：慧聰水工業(yè)網(wǎng) 中國(guó)水業(yè)網(wǎng)
| 永純潔海水淡化技術(shù)打破國(guó)際技術(shù)壟斷 | |
| 新華網(wǎng)河北頻道 ( 2015-09-09 ) 稿件來(lái)源： 新華網(wǎng)河北頻道綜合 | |
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秦皇島永純潔海水淡化技術(shù)工程有限公司目前正在積極籌建位于漁島的海水淡化試驗(yàn)基地，項(xiàng)目將采用公司最新技術(shù)，計(jì)劃日產(chǎn)500噸淡水，水質(zhì)可以達(dá)到直飲標(biāo)準(zhǔn)。 據(jù)了解，海水淡化領(lǐng)域技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)成熟，業(yè)內(nèi)普遍采用的膜法淡化裝置，除去膜組之外，主要由高壓海水泵、增壓泵、能量回收裝置3部分組成，設(shè)備需要進(jìn)口，一次性投入高，推廣受到限制。秦皇島永純潔海水淡化技術(shù)工程有限公司研發(fā)的加壓與能量回收一體化裝置打破國(guó)外技術(shù)壟斷，大大減低生產(chǎn)成本。公司技術(shù)經(jīng)理王國(guó)剛介紹，這套裝置的關(guān)鍵在于集高壓海水泵、增壓泵與能量回收裝置于一體，液壓加壓技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的離心加壓技術(shù)，雙缸加壓與壓力跟隨補(bǔ)償技術(shù)，這些使得裝置能耗低，供水平穩(wěn)不易損壞設(shè)備。“咱們的這項(xiàng)技術(shù)即使在國(guó)際市場(chǎng)也是遙遙領(lǐng)先。”與傳統(tǒng)技術(shù)相比，該項(xiàng)技術(shù)機(jī)械成本投入降低20%，系統(tǒng)能耗降低10%，而且噸水能耗由2.3度降低到1.8度，這意味著，對(duì)于一個(gè)日產(chǎn)10萬(wàn)噸淡水的海水淡化工廠，每年可以節(jié)省費(fèi)用1200萬(wàn)元。 秦皇島永純潔海水淡化技術(shù)工程有限公司注冊(cè)于2015年2月，是一家綜合性水處理技術(shù)工程公司，主要從事海水淡化、中水回用和污水處理等項(xiàng)目，水處理能力可以根據(jù)項(xiàng)目需要進(jìn)行機(jī)組設(shè)備并聯(lián)，滿(mǎn)足不同數(shù)量的用水需求。公司與燕山大學(xué)、國(guó)家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所等高校和科研院所合作，目前公司4項(xiàng)國(guó)內(nèi)專(zhuān)利正在申報(bào)中，1項(xiàng)技術(shù)準(zhǔn)備申請(qǐng)國(guó)際專(zhuān)利。未來(lái)，公司計(jì)劃研究應(yīng)用風(fēng)能、太陽(yáng)能等清潔能源取電，進(jìn)行海水淡化聯(lián)產(chǎn)，對(duì)淡化所剩的海水開(kāi)展?jié)恹}水利用，形成立體、環(huán)保、高效的綜合體系。（秦皇島開(kāi)發(fā)區(qū)供稿） |
