三、发展趋势
(一)技术日趋成熟
国内外海水淡化技术的未来发展将始终沿着节约能源、降低成本、提高淡化系统可靠性的方向,向高效化、低能化和规模化的目标稳步前进。为充分合理地利用各种特定优势条件和优势资源,今后的发展将是全方位的,即在大力发展适用性较强的技术(如多级闪蒸、低温多效蒸发、反渗透和直接冷冻)的同时,努力挖掘特定技术(如太阳能蒸馏)的潜力,为综合利用各种地球资源开辟广阔的道路。
近年来,低温多效蒸发、反渗透和多级闪蒸已成为适用于大型海水淡化技术的主流。
多效蒸发方法是20世纪30年代使用的方法,其优点是传热系数很高,所用传热面积小,动力消耗少,操作弹性大等;缺点是传热管壁上易结垢,需要经常清洗和严格防垢。目前的主要研究方向是在低温多效操作技术的开发,增加单机容量、扩大产水规模并进一步降低能耗,以减少结垢、腐蚀,降低成本。
多级闪蒸是针对多效蒸发结垢严重的缺点发展起来的,优点是加热面和蒸发面分开,加热面上结垢轻;技术缺陷是动力消耗大,设备腐蚀和结垢速度较快。其主要发展方向是进一步扩大单机容量,实现系统设计最佳化、管理软件化和操作自动化。采用聚羧酸酯等新型防垢、抑垢和分散剂,可提升运行温度;开发新兴高级奥氏不锈钢代替镍基合金,可提高运行可靠性、稳定性。进一步改进工艺,使目前能耗总体水平处于8~10kW·h/m3状态。
反渗透技术在膜、膜组件和工艺上已日趋成熟。近年来的重大进展在于功能交换器和压力交换器的成功开发,可使能量回收高达90%以上,从而使其能耗降至3.8~4.3kW·h/m3。反渗透海水淡化对前处理的要求很严格,需要重视微溶盐结垢和膜污染。
电渗析技术的开发方向是研制大容量膜堆和新型ED膜,扩大生产规模,在高温电渗析等节能技术的基础上继续开展新技术、新部件、新装置的研制。
直接冷冻(主要是真空冷冻)技术经济可靠,应加大步伐使之尽快在生产中得到普遍应用。太阳能蒸馏及天然冷冻技术可因地制宜发展并推广利用,作为其他海水淡化技术的有效补充。
(二)技术集成趋势
海水淡化技术发展的总趋势是在自身完善和成熟的基础上,最终实现各种海水淡化技术的技术集成和优化组合。例如,热膜联产(反渗透—低温多效或多级闪蒸—反渗透)、反渗透—直接冷冻、蒸馏—冷冻等技术集成,这些技术的组合可使其优点得到很好的发挥,有效地降低制水成本,并创造巨大的经济效益和社会效益。
热膜联产主要是采用热法和膜法海水淡化相联合的方式(即低温多效—反渗透或多级闪蒸—反渗透方式),满足不同用水需求,降低海水淡化成本。目前,世界上最大的热膜联产海水淡化厂是阿联酋富查伊拉海水淡化厂,日产水量为45.4万m3,其中,多级闪蒸日产水28.4万m3,反渗透日产水17万m3。热膜联产优点是投资成本低,可共用海水取水口。
(三)水电联产
国际大型海水淡化工程为了降低成本,越来越热衷于采取水电联产的运作方式。水电联产是指海水淡化水和电力联产联供。由于海水淡化成本在很大程度上取决于消耗电力和蒸汽的成本,水电联产可以利用电厂的蒸汽和电力为海水淡化装置提供动力,从而实现能源高效利用和降低海水淡化成本。国外大部分海水淡化厂都是和发电厂建在一起的,是目前大型海水淡化工程的主要建设模式。
(四)海水淡化工程的企业化趋势
海水淡化工程的建设和使用,传统做法是政府有关部门或用户投资,拥有产权,负责管理和运行;开发商负责设计和建设,调试后交付用户使用。但从近年的海水淡化工程建设情况看,一方面随着海水淡化装机容量的不断增长,所需的资金及运行成本日益增长;另一方面,海水淡化工程的管理和运行在技术上比较复杂,特别是反渗透技术,用户往往缺乏这方面的技术人员,因而造成许多使用不当的事故,带来不必要的经济损失。因此,为了改变这种被动局面,加强市场竞争,提高投资效益,许多政府开始将目光转向企业。
在需要将资金或运行任务交给企业来运作的时候,许多政府机构开始考虑各种政企合营的合作方式。这些合作方式的范围从设备运行和维修合同到BOT(基础设施特许权)合同、长期的特许经营合同,甚至是完全企业拥有及运行合同。在海水淡化工程招标过程中出现了企业主导的趋向,这种倾向表现为BOO(建设—运营—拥有)合同或BOOM(建设—运营—拥有—维护管理)合同,即工程建造、产权、运行管理、维修均由开发商承包,用户只投一部分资金,甚至完全不投资,工程合同简化为承包商卖水、用户买水的关系。在BOO合同和BOOM合同下,企业方在一个固定的期限内(一般为15~30年)提供资金,用于设计、建造及运行,然后通过卖掉淡化水来补偿相应的费用。对政府而言,由于充分考虑到各种供水商业化模式的优点,其技术及经济方面的风险降低到了最低程度,从而使海水淡化的成本大大降低,
例如,美国佛罗里达州坦帕湾(Tempa Bay)的96500m3/d淡化工程,由于采取了BOO合同模式,淡化水的出厂价只有0.53美元/m3(政府对工程投资占一半左右)。一般地,反渗透海水淡化成本普遍是在0.7~0.9美元/m3,而非BOO合同的淡化成本则在1.1美元/m3以上。由此可见,这一成本具有十分明显的优势,所以这种BOO合同模式现在开始逐步在环保工程上得到推广。