海水淡化在中國是一個具有很大潛力的水處理市場，也是重要的水資源補充方式。全球知名的海水淡化專家IDE公司北京代表處項目經(jīng)理嚴(yán)海現(xiàn)身2018“工業(yè)園區(qū)海水淡化技術(shù)現(xiàn)場交流會”，用代表性案例闡述關(guān)于“量身定制”的重要性。
2018“工業(yè)園區(qū)海水淡化技術(shù)現(xiàn)場交流會”現(xiàn)場直播圖
主持人：在海淡(海水淡化)領(lǐng)域，以色列IDE應(yīng)該說有重要的影響，在技術(shù)方面也具有一定的引領(lǐng)作用。下面，我們非常高興地請到了以色列IDE的項目經(jīng)理嚴(yán)海為我們就《以色列海水淡化案例》做分享，大家歡迎！
嚴(yán)海：各位領(lǐng)導(dǎo)，各位專家，很高興在這給大家介紹IDE公司的技術(shù)和一些工程案例。我叫嚴(yán)海，是IDE公司北京代表處項目經(jīng)理。
IDE在全球40個國家建立了500多個水廠，在世界范圍內(nèi)，IDE做了很多有代表性的(海水淡化)水廠，全球最大的水廠(產(chǎn)量為624000噸/天)就是在以色列，名叫索萊克。在咱們中國天津有一個MED的海水淡化廠，產(chǎn)水量是20萬噸/天。在印度，有一個40萬噸/天的水廠，是反滲透膜法和熱膜法的結(jié)合。IDE的技術(shù)和建造的水廠具有運營和成本優(yōu)勢，有豐富的項目管理經(jīng)驗，積累了大量的經(jīng)驗。
海水淡化廠是需要量身定做的一個項目，這是根據(jù)海淡廠的項目地、地理位置、海水情況、能源情況，還有溫度和各種環(huán)境情況進行設(shè)計和建造。目前比較流行的海水淡化工藝，一個是熱法，也就是低溫多效蒸餾(MED)技術(shù)，大部分應(yīng)用在工業(yè)用水和飲用水方面。還有一個就是反滲透(RO)，(適用于)超大型水廠，大部分是供市政用水。IDE在70年代發(fā)明了低溫多效技術(shù)，這是低溫多效技術(shù)的基本原理圖，它的原理就是在真空環(huán)境下，海水70°可蒸發(fā)，在一定的熱蒸汽起始驅(qū)動下，海水噴淋而下，部分海水蒸發(fā)變成蒸汽，進入第二項，作為第二項的啟動熱源。第二項的海水噴發(fā)以后產(chǎn)生一定的蒸汽進入第三效，管內(nèi)流的蒸汽顯熱釋放，冷凝變?yōu)榈缓筮M入淡水收集器，生產(chǎn)淡水，這就是基本原理。
這是1981年IDE公司為美國維京群島水電管理局做的9套MED裝置，直到今天，這9套設(shè)備的運行率還高達97%。這是在天津國投北疆發(fā)電廠的20萬噸/天海水淡化項目，也是國務(wù)院經(jīng)濟循環(huán)的示范項目。(IDE在膜法方面的一些工程案例)，1968年，IDE開發(fā)了第一套商業(yè)運行的海水淡化裝置，是反滲透海水淡化裝置，生產(chǎn)量是200噸/天。海水淡化的量身定制是根據(jù)工程經(jīng)驗，在不同的海域，不同的項目環(huán)境、能源條件下因地制宜采用貼身的設(shè)計，預(yù)處理需要考慮目前的情況和將來的情況。同時，要考慮可借助的能源，可建筑的地形地貌。而考慮這些因素的目的就是降低工廠的投資，降低水廠的運行成本，提高水廠的運行率，一般要高于95%。
要建一座海水淡化廠，第一步就是取得當(dāng)?shù)睾Ｋ乃|(zhì)報告，海水里有各種懸浮物、微生物，這些都會對海水淡化(設(shè)備)的運行造成各種影響。去除這些雜質(zhì)也有各種解決方案，根據(jù)當(dāng)?shù)貙嶋H的海水水質(zhì)分析報告來確定預(yù)處理工藝，因為海水在進入反滲透膜之前是有一定條件的。(典型的海水淡化廠的工藝)，取水、泵站、預(yù)處理、微濾，海水處理到一定程度進入反滲透膜，反滲透膜之前還有高壓泵和能量回收系統(tǒng)，接著進一步處理進入管網(wǎng)。傳統(tǒng)預(yù)處理方式能夠有效去除海水中的懸浮物和微生物，保證反滲透膜的污度降到最低，破壞微生物在反滲透膜上的生存條件，其建造成本比較低，對海水的變化和適應(yīng)性也比較好。所以，不光是IDE的大型水廠，世界范圍內(nèi)絕大多數(shù)的大型水廠采用的都是傳統(tǒng)預(yù)處理工藝。
混凝土預(yù)制件——建造海水淡化廠，預(yù)處理場地進行平整的時候，預(yù)制件可以在工廠里起到有效控制工廠環(huán)境溫度、濕度、質(zhì)量。生產(chǎn)的預(yù)制件質(zhì)量會很好，預(yù)處理場地平整好以后，可以把預(yù)制件運到現(xiàn)場，只要一個星期就能把整個預(yù)處理車間安裝完畢。預(yù)制件，一個是保證質(zhì)量，一個是保證工程進度。
來看目前全球最大的海水淡化廠索萊克，距離海邊2.5公里，這是以色列政府給IDE設(shè)定的，面積是10萬平米。沙灘是自然保護區(qū)，不允許破壞。(建造圖)前部是預(yù)處理模塊，后面是反滲透和后續(xù)水處理工藝段。一個10萬平米的地方要建設(shè)一個624000噸/天的水廠，在工程上來說是一個巨大的挑戰(zhàn)。如果按照傳統(tǒng)的膜布置方法，橫向布置，采用8英寸的膜，這個工程是肯定無法完成的。為了解決這個問題，IDE專家采用了立式管設(shè)計，同時采用16英寸的膜，有效減少了膜和膜管的使用量，并且減少了占地面積。反滲透安裝，采用大英寸膜立式布置，同時還有IDE公司三中心設(shè)計，加上在線清洗以及柔性運行，這些技術(shù)運用最終讓這個10萬平米空間的624000噸/天海水淡化廠得以成功建立。而且，整個水廠的能耗和成本也是在業(yè)界建立了新的標(biāo)準(zhǔn)。
索萊克水廠的在線清洗——其產(chǎn)水量約占以色列每天全國用水量的15%到20%，如果水廠停產(chǎn)一天就會對國民生活造成很大的影響。這也迫使水廠運行率變得更高，而提高一個水廠運行率，膜的清洗是非常重要的。鑒于傳統(tǒng)拆洗模式不適用于以色列，IDE發(fā)明了在線清洗，利用反滲透壓的變化，反滲透低壓和高壓的變化，使原來淡水區(qū)的壓力變大，進行反沖洗，把附著在膜上的一些雜質(zhì)沖洗去除，然后排掉反沖洗水，達到膜的清洗作用。該技術(shù)能使工廠在不停工的情況下，對膜進行清洗，也間接降低了水的成本。
第二個，IDE海德拉水廠——這也是目前全球第二大水廠，產(chǎn)水量為52.4萬噸/天。海德拉水廠取水、預(yù)處理、反滲透車間、脫硼車間還有后處理，是個一字長蛇陣，因為這塊地方就是政府給的，以色列國家小，寸土寸金，只給了這一塊地方，而且是個垃圾填埋場。長度是1000米，最窄處是50米，最寬處是150米，就是要在這個地方布置出一個52.4萬噸/天的海淡廠。所以說，海水淡化廠都要因地制宜來做。
海德拉海水淡化廠建成以后，是當(dāng)時世界最大的水廠，在2013年獲得了全球的一個水獎。海德拉水廠有一個特點，那個地方不允許建自備電站，反滲透海水淡化廠電的消耗是占成本很大的一塊，如果沒有自備電站就只能用國家電網(wǎng)的電。以色列國家電網(wǎng)收費跟我們國家是一樣的，一年分三個季節(jié)——夏季、冬季、春秋兩季，一周分為工作日和休息日，一天也分為三個時段。波峰波谷的收費相差是很大的，如何避免在波峰大量耗電，增加在波谷的用電量且增大產(chǎn)水，這是給水廠提出的很大的挑戰(zhàn)。如果一直用波峰電價，水價肯定是下不來的，這個水是沒有人要的，也就是價格太貴。
所以在波峰的時候，海德拉水廠的運行率只有38%，在電價最低的時候，它的運行率是100%，甚至可以做到120%。因為，海德拉設(shè)計的容量高于政府要求的45%。通過這種設(shè)計模式，可以將能源降到最小，通過利用24小時不同的電價和可變的運行模式，使水價達到最低。我們把這種方式叫做柔性運行。
海德拉水廠取水系統(tǒng)，用的是高密度聚乙烯管。一個量身定制的水廠，從取水到預(yù)處理就已經(jīng)開始根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行設(shè)計。海德拉取水系統(tǒng)建造時，為了加強穩(wěn)定性添加了一些水泥加強件。
Ashkelon水廠——產(chǎn)水廠40萬噸/天，在建造時是IDE公司第一次引入三中心概念，為了降低成本，為了量身定制。那么，我們來講一下這個水廠的三中心概念。“三中心”也就是泵中心(壓力中心)、膜中心和能量回收中心，按照常規(guī)的做法，每一組膜配一套高壓泵和一套能量回收系統(tǒng)。也就是說，一個40萬噸/天的水廠會有多組高壓泵和多組能量回收系統(tǒng)。IDE發(fā)明的三中心將水廠模塊化，即“泵”為一個模塊，“膜”為一個模塊，“能量回收”為一個模塊，作為三個中心集中起來配置。這樣設(shè)計的好處，一是大大減少了泵的使用量，二是減少管道和電纜的長度，三是減少水廠的面積，四是傳統(tǒng)設(shè)備數(shù)量的減少，五是故障率和運行維護成本都會大大降低。
一個40萬噸/天的水廠，如果是常規(guī)布置需要16臺泵，Ashkelon只需要4臺泵，由此導(dǎo)致泵的效率提高了5%，電機效率提高了1.5倍，4臺泵的維護量相比16臺泵低得多，柔性運行也節(jié)約了成本，降低了電耗。關(guān)于預(yù)處理，一邊是無煙煤，一邊是實心砂。水廠建于2006年，曾獲得全球水獎。
卡爾斯巴德(Carlshbad)——目前是北美最大的水廠，20.4萬噸，這個水廠的特點是取水從潟湖取水而不是直接從海里取水，這也是當(dāng)?shù)丨h(huán)境決定的。
中信泰富——為澳大利亞鐵礦項目建設(shè)的海水淡化廠，14.4萬噸/天。這個鐵礦距離最近的城市坐飛機差不多2個小時，所以這個地方比較荒涼。在這個地方要如期完成一個14.4萬噸/天的水廠也是一種挑戰(zhàn)，這個廠大部分的結(jié)構(gòu)件都是預(yù)制的，而且是在我們中國預(yù)制的，然后通過海運運抵現(xiàn)場，進行安裝。
臺灣臺塑石化園區(qū)海淡廠——產(chǎn)量10萬噸/天，其特點是對硼的含量要求特別低，不能高于0.1個PPM(因為給石化園區(qū)供水)。石化園區(qū)里的石化廠用大量的催化劑，催化劑對水的要求，硼的含量不能高于0.1PPM。IDE公司采用自己專利的硼處理技術(shù)達到了用戶的要求。
謝謝大家！
注：本文根據(jù)IDE公司北京代表處項目經(jīng)理嚴(yán)海在2018中國化工園區(qū)綠色發(fā)展大會題為《以色列海水淡化案例分享》的演講整理而成。