海水淡化在中國(guó)是一個(gè)具有很大潛力的水處理市場(chǎng)，也是重要的水資源補(bǔ)充方式。全球知名的海水淡化專家IDE公司北京代表處項(xiàng)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(chǎng)交流會(huì)”，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(chǎng)交流會(huì)”現(xiàn)場(chǎng)直播圖
主持人：在海淡(海水淡化)領(lǐng)域，以色列IDE應(yīng)該說(shuō)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(qǐng)到了以色列IDE的項(xiàng)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(xiàng)目經(jīng)理。
IDE在全球40個(gè)國(guó)家建立了500多個(gè)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(guó)天津有一個(gè)MED的海水淡化廠，產(chǎn)水量是20萬(wàn)噸/天。在印度，有一個(gè)40萬(wàn)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(yùn)營(yíng)和成本優(yōu)勢(shì)，有豐富的項(xiàng)目管理經(jīng)驗(yàn)，積累了大量的經(jīng)驗(yàn)。
海水淡化廠是需要量身定做的一個(gè)項(xiàng)目，這是根據(jù)海淡廠的項(xiàng)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(jìn)行設(shè)計(jì)和建造。目前比較流行的海水淡化工藝，一個(gè)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(gè)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(dòng)下，海水噴淋而下，部分海水蒸發(fā)變成蒸汽，進(jìn)入第二項(xiàng)，作為第二項(xiàng)的啟動(dòng)熱源。第二項(xiàng)的海水噴發(fā)以后產(chǎn)生一定的蒸汽進(jìn)入第三效，管內(nèi)流的蒸汽顯熱釋放，冷凝變?yōu)榈?，然后進(jìn)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(guó)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(yùn)行率還高達(dá)97%。這是在天津國(guó)投北疆發(fā)電廠的20萬(wàn)噸/天海水淡化項(xiàng)目，也是國(guó)務(wù)院經(jīng)濟(jì)循環(huán)的示范項(xiàng)目。(IDE在膜法方面的一些工程案例)，1968年，IDE開(kāi)發(fā)了第一套商業(yè)運(yùn)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(yàn)，在不同的海域，不同的項(xiàng)目環(huán)境、能源條件下因地制宜采用貼身的設(shè)計(jì)，預(yù)處理需要考慮目前的情況和將來(lái)的情況。同時(shí)，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(yùn)行成本，提高水廠的運(yùn)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(bào)告，海水里有各種懸浮物、微生物，這些都會(huì)對(duì)海水淡化(設(shè)備)的運(yùn)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?shí)際的海水水質(zhì)分析報(bào)告來(lái)確定預(yù)處理工藝，因?yàn)楹Ｋ谶M(jìn)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(jìn)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(jìn)一步處理進(jìn)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(duì)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(chǎng)地進(jìn)行平整的時(shí)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(huì)很好，預(yù)處理場(chǎng)地平整好以后，可以把預(yù)制件運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)，只要一個(gè)星期就能把整個(gè)預(yù)處理車間安裝完畢。預(yù)制件，一個(gè)是保證質(zhì)量，一個(gè)是保證工程進(jìn)度。
來(lái)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(wàn)平米。沙灘是自然保護(hù)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(gè)10萬(wàn)平米的地方要建設(shè)一個(gè)624000噸/天的水廠，在工程上來(lái)說(shuō)是一個(gè)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(gè)工程是肯定無(wú)法完成的。為了解決這個(gè)問(wèn)題，IDE專家采用了立式管設(shè)計(jì)，同時(shí)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(shí)還有IDE公司三中心設(shè)計(jì)，加上在線清洗以及柔性運(yùn)行，這些技術(shù)運(yùn)用最終讓這個(gè)10萬(wàn)平米空間的624000噸/天海水淡化廠得以成功建立。而且，整個(gè)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(guó)用水量的15%到20%，如果水廠停產(chǎn)一天就會(huì)對(duì)國(guó)民生活造成很大的影響。這也迫使水廠運(yùn)行率變得更高，而提高一個(gè)水廠運(yùn)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(lái)淡水區(qū)的壓力變大，進(jìn)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(dá)到膜的清洗作用。該技術(shù)能使工廠在不停工的情況下，對(duì)膜進(jìn)行清洗，也間接降低了水的成本。
第二個(gè)，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(wàn)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(gè)一字長(zhǎng)蛇陣，因?yàn)檫@塊地方就是政府給的，以色列國(guó)家小，寸土寸金，只給了這一塊地方，而且是個(gè)垃圾填埋場(chǎng)。長(zhǎng)度是1000米，最窄處是50米，最寬處是150米，就是要在這個(gè)地方布置出一個(gè)52.4萬(wàn)噸/天的海淡廠。所以說(shuō)，海水淡化廠都要因地制宜來(lái)做。
海德拉海水淡化廠建成以后，是當(dāng)時(shí)世界最大的水廠，在2013年獲得了全球的一個(gè)水獎(jiǎng)。海德拉水廠有一個(gè)特點(diǎn)，那個(gè)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(méi)有自備電站就只能用國(guó)家電網(wǎng)的電。以色列國(guó)家電網(wǎng)收費(fèi)跟我們國(guó)家是一樣的，一年分三個(gè)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(gè)時(shí)段。波峰波谷的收費(fèi)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(jià)，水價(jià)肯定是下不來(lái)的，這個(gè)水是沒(méi)有人要的，也就是價(jià)格太貴。
所以在波峰的時(shí)候，海德拉水廠的運(yùn)行率只有38%，在電價(jià)最低的時(shí)候，它的運(yùn)行率是100%，甚至可以做到120%。因?yàn)?，海德拉設(shè)計(jì)的容量高于政府要求的45%。通過(guò)這種設(shè)計(jì)模式，可以將能源降到最小，通過(guò)利用24小時(shí)不同的電價(jià)和可變的運(yùn)行模式，使水價(jià)達(dá)到最低。我們把這種方式叫做柔性運(yùn)行。
海德拉水廠取水系統(tǒng)，用的是高密度聚乙烯管。一個(gè)量身定制的水廠，從取水到預(yù)處理就已經(jīng)開(kāi)始根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。海德拉取水系統(tǒng)建造時(shí)，為了加強(qiáng)穩(wěn)定性添加了一些水泥加強(qiáng)件。
Ashkelon水廠——產(chǎn)水廠40萬(wàn)噸/天，在建造時(shí)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(lái)講一下這個(gè)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(shuō)，一個(gè)40萬(wàn)噸/天的水廠會(huì)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(gè)模塊，“膜”為一個(gè)模塊，“能量回收”為一個(gè)模塊，作為三個(gè)中心集中起來(lái)配置。這樣設(shè)計(jì)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(zhǎng)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(yùn)行維護(hù)成本都會(huì)大大降低。
一個(gè)40萬(wàn)噸/天的水廠，如果是常規(guī)布置需要16臺(tái)泵，Ashkelon只需要4臺(tái)泵，由此導(dǎo)致泵的效率提高了5%，電機(jī)效率提高了1.5倍，4臺(tái)泵的維護(hù)量相比16臺(tái)泵低得多，柔性運(yùn)行也節(jié)約了成本，降低了電耗。關(guān)于預(yù)處理，一邊是無(wú)煙煤，一邊是實(shí)心砂。水廠建于2006年，曾獲得全球水獎(jiǎng)。
卡爾斯巴德(Carlshbad)——目前是北美最大的水廠，20.4萬(wàn)噸，這個(gè)水廠的特點(diǎn)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(xiàng)目建設(shè)的海水淡化廠，14.4萬(wàn)噸/天。這個(gè)鐵礦距離最近的城市坐飛機(jī)差不多2個(gè)小時(shí)，所以這個(gè)地方比較荒涼。在這個(gè)地方要如期完成一個(gè)14.4萬(wàn)噸/天的水廠也是一種挑戰(zhàn)，這個(gè)廠大部分的結(jié)構(gòu)件都是預(yù)制的，而且是在我們中國(guó)預(yù)制的，然后通過(guò)海運(yùn)運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行安裝。
臺(tái)灣臺(tái)塑石化園區(qū)海淡廠——產(chǎn)量10萬(wàn)噸/天，其特點(diǎn)是對(duì)硼的含量要求特別低，不能高于0.1個(gè)PPM(因?yàn)榻o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(duì)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(dá)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(xiàng)目經(jīng)理嚴(yán)海在2018中國(guó)化工園區(qū)綠色發(fā)展大會(huì)題為《以色列海水淡化案例分享》的演講整理而成。