海水淡化与环境污染（精选10篇）
海水淡化与环境污染 篇1
淡水资源短缺问题已经十分严重, 对于沿海城市及海岛地区, 海水淡化技术的广泛应用也为满足日益增长的淡水需求作出了重要贡献。但在利用海水的同时, 也对生存环境造成了不同程度的污染和破坏。
1 海水淡化现状
在目前全世界淡化水量中, 多级闪蒸法和反渗透法产水量占44%[1]。我国海水淡化研究起步较早, 但目前仍处于产业化初级阶段, 整体水平与世界相比差距较大。近年来, 海水淡化产业发展势头迅猛, 沿海地区大型海水淡化装置激增, 大多采用反渗透技术。
舟山是中国第一大群岛, 淡水短缺问题尤为严重, 因此舟山市十分重视海水淡化工程。根据舟山市规划新、扩建海水淡化工程, 2005—2020年, 共要新扩建18个海水淡化厂。
岱山县长涂海水淡化工程位于长涂镇小长涂岛西部仙鹤渡, 该工程为5 000 t/d反渗透海水淡化项目, 以解决长涂镇人民饮水困难和工业用水的需求, 保持长涂镇社会和经济可持续发展。该工程建成投产后, 日可供淡水5 000 m3, 按年开工率90%估算, 年供淡水量约165万m3。本研究以该工程为例, 研究反渗透海水淡化工程对海洋环境的影响。
2 反渗透法海水淡化对海洋环境的影响
通过对岱山县长涂海水淡化工程工艺流程的分析, 反渗透法海水淡化对海洋环境的主要影响因素为高浓度盐水、重金属、化学药剂及取水口的卷载效应。
2.1 高浓度盐水的排放对海洋环境的影响
根据该工程的水量平衡, 经反渗透淡化后, 海水浓缩了1.3~1.7倍, 这些浓海水排回海洋中, 其对海洋环境影响的大小取决于环境和水文气象状况。这些因素将制约浓盐水与海水的混合程度以及其影响的范围。
2.1.1 对海水水质的影响
浓盐水排入海洋后, 在风浪和海流的作用下, 与海水发生混合稀释, 浓度会逐渐下降。根据研究表明, 海水自身的稀释作用并不像想象的那么强。在邻近排放口距离的增加, 稀释作用减弱, 在距离排放口4 km处, 出现了稳定的高盐度区。海水局部盐度的增加会引起水体分层, 从而阻止光的穿透并破坏光合作用, 扰乱生物链系统, 造成深海物种、幼虫和幼小个体的灭亡。
2.1.2 对海洋生物的影响
淡化厂高温浓盐水的排放会影响整个排放区域的周围环境, 引起当地水文地理环境和水质的恶化, 并直接影响生物的生理机能。水中溶解氧的改变和有毒化学物质的存在, 会间接导致生物体抵抗力和免疫能力的降低。
浮游生物对盐度变化比较敏感, 水体含盐量的增加会降低浮游生物的数量甚至导致其死亡 (主要是幼虫和幼小个体) 。虽然某些种群, 例如硅藻类, 对高盐度有一定的适应能力, 但是淡化厂排放的浓盐水, 往往超出其适应范围。不同的鱼类, 在不同区域对于盐度的敏感特性也不同, 随着海水利用的强化, 浓盐水对鱼类影响的研究也应该引起足够的重视。
2.2 重金属对海洋生态环境的影响
浓缩后的海水重金属含量较高, 根据本工程取水量和排水量, 重金属含量约为原海水的1.3~1.7倍。浓缩海水的排放会导致局部海域重金属含量的增高, 由于重金属的本身性质, 它将沉积到该海域的底泥里, 通过生物链, 转移到鱼类等海洋生物体内。因此高浓度的重金属浓缩海水对工程附近海域存在一定的影响。
2.3 预处理和化学清洗中使用的化学药剂对海洋环境的影响
淡化厂排放的浓盐水含有多种在海水淡化预处理过程中使用的化学药剂 (NaClO、 FeCl3、 H2SO4、NaHSO3等) 、添加剂、膜清洗过程中使用的弱酸清洁剂 (柠檬酸、多磷酸钠和EDTA等) 和苛性碱以及管道锈蚀产生的大量重金属等。这些化学物质随浓盐水一起排到海洋中, 也会对海洋生态系统造成一定程度的影响和破坏。
2.4 取水卷载效应对海洋生物的影响
海水淡化厂取水对海洋生物的不利影响主要体现在卷载效应 (entrainment) 。其卷载效应主要是由于取水量大, 水的流速较快, 造成与天然水体流速差异较大, 使浮游生物、鱼卵子鱼等与取水设施发生机械撞击, 造成对水生生物幼体和卵的打击致死、致伤等[2]。
2.4.1 对浮游植物的影响
海水淡化厂取水对浮游植物的损伤程度与其自身的形态结构和群落组成有关。易损种类主要是蓝藻和绿藻类, 但受损的浮游植物可因其快速增殖而得到补偿, 根据类比实验结果, 受损浮游植物恢复到受损前水平只需2 d左右时间。因此, 该厂取水的卷载效应对浮游植物的数量影响不会很大, 但随着运行时间的推移对浮游植物结构和组成可能会发生一定的改变。
2.4.2 对浮游动物的影响
根据卷载效应对浮游动物影响的类比研究结果可知, 浮游动物受损伤最重的类群是桡足类和无节幼虫, 而受损后恢复速度最慢的是桡足类[3]。浮游动物相对于恢复速度较快的藻类其卷载效应的影响相对较大;轮虫、枝角类、桡足类由于卷载周期相对较短, 生物量基本还未恢复到原有水平, 就会再次进入下次循环中, 这样全年长期循环往复, 其卷载效应对浮游动物就会产生一定的影响。
3 海水淡化对环境影响的应对措施
(1) 对排放废水进行化学处理。
将有害的化学成分尽可能地消除, 避免化学物质对海洋生物的毒害作用。
(2) 选择合适的排放口和排放方式。
选择水动力环境比较好的地点, 浓盐水通过稀释后入海, 排放口采用多管道;放弃传统的管道入海, 采用喷洒式[4];排放管道末端50~100 m范围内使用多端口扩散;喷射速度最好不低于3.5 m/s, 喷射口朝向海面与海底成45°角[5]。这都有利于浓盐水的快速稀释和扩散, 尽可能降低盐度的环境影响。
(3) 淡化厂可以根据自身实际情况, 综合配置合理的应对措施。
如淡化厂与发电厂联合, 既可以稀释浓盐水, 又可以冷却高温水;浓盐水与处理过的工业废水和城市污水混合后排放, 可降低盐度。
摘要：海水淡化是解决淡水资源短缺的重要途径, 但对生存环境也造成了不同程度的污染和破坏。文章评述了反渗透法海水淡化过程对海洋环境的影响, 尤其是高浓度盐水的排放及化学物质的加入对海水水质、海洋生物的影响并提出了预防和减轻这些影响的措施和方法。
关键词：反渗透海水淡化,环境影响,对应措施
参考文献
[1]高忠文, 蔺智权, 王铎, 等.我国海水利用现状及其环境的影响[J].海洋环境科学, 2008, 27 (6) .
[2]盛连喜, 侯文礼, 赵国, 等.电厂冷却系统对梭幼鱼和对虾仔虾卷载效应的初步探讨[J].环境科学学报, 1994, 14 (1) .
[3]盛连喜, 王显久, 李多元, 等.青岛电厂卷载效应对浮游生物损伤研究[J].东北师大学报:自然科学版, 1994 (2) .
[4]王晓玲, 丁宁.反渗透和纳滤技术与应用[M].北京:化学工业出版社, 2005:370.
[5]MAUGUNG, CORSNP.Concentrate and other waste dispoals fromSWROplants Charaterization and re-duction of their environmental impact[J].Desali-nation, 2005, 182:355-364.
波浪海水淡化 篇2
一个利用波浪以及海水即可获得足量淡水的装置——在清华大学的就水利馆，张永良教授说，“因为近海的水质问题，利用波浪获取淡水的装置最适合用在人迹罕至的孤岛。”
本科就读于清华大学的水利系，在英国拿到博士学位，回国后，张永良的兴趣不再是传统的内陆水利工程，而是海洋。海洋能——潮汐、波浪、海洋温差、盐度梯度……这些能量分布在三万两千公里长的海岸线，以及300万平方公里的领海上。这些能量，可以用来发电，或者，最为直接的，把海水压过允许水分子通过，阻止盐分子通过的半透膜，产生淡水。
16世纪时，英国女王伊丽莎白颁布过一道命令：谁能发明一种价格低廉的方法，把苦涩腥咸的海水淡化成可供人类饮用的淡水，谁就可以得到10000英镑的奖金。之后，人们尝试过蒸馏法、冷冻法、电渗析法，1953年，只允许溶剂通过，不允许溶质透过的半透膜被应用在了海水淡化工业中，人们对海水一侧施加一个大于海水渗透压的外压，使海水中的纯水反渗透到淡水中。与过去的方法相比，半透膜法的最大优势是节能，产生同样数量的淡水，普通的半透膜法的能耗是电渗析发的1/2、蒸馏法的1/40。自1974年以来，半透膜法成了海水淡化的主流，到目前，半透膜法产生淡水已经成了非常成熟的技术，膜更换成本只占总成本的5%。
示意图上，张永良他们利用半透膜和海洋波浪能进行海水淡化的装置显得非常简单，没有声光电，不见“高大上”，只是由铰链连接的两个简单的圆桶，右边一个右端开口，左端封住，左边一个左端正常封口，右端用半透膜封住。海水由整个装置的右端入，海水动能充当了传统膜法工厂中的“外压”，把一部分海水压入半透膜封住的左端圆筒中，被压进去的，就是淡水了。
“这个装置看上去简单，作为一个长期在海洋中工作的装置，又很难像传统工厂中一样，对海水进行预处理，需要兼顾稳定性和效率，每个尺寸，每个部件几乎都来自周密的设计和计算”。“到目前为止，与波浪海水淡化有关的发明专利数目过万。”
在英国已投入使用的海洋波浪发电机组“海蛇”便是使用了类似的原理。在海蛇中，使用了数节直径为4米的类似圆筒，根据估算，每个长为180米的海蛇发电机最多可以产生750千瓦的电能，2004年时，曾有专家认为，如果善加利用，波浪能发电可以供应未来世界上15%的供电，不过，截至目前，这还只是预言。与波浪能发电的装置相比，利用海洋波浪产生淡水的装置如此简单，热二定律都得费点儿功夫才能找到能耗的环节。
海水淡化与环境污染 篇3
一、授课内容新颖, 激发学生学习兴趣
1. 精心组织课堂教学内容。
海水淡化技术作为高校学生的选修课, 不能像科普知识一样简单, 而应该掌握从原理到应用的全面知识。因此在课堂教学中将基本概念、原理结合国内外的最新研究和应用进行讲解分析, 这样能使学生既掌握核心内容, 又增强了学生的课堂学习兴趣, 大大提高了教学效果。
2. 综合运用各种教学手段。
由于该门选修课涉及的知识面广、信息量大, 为了提高教学效果, 须将一些辅助手段充分利用起来, 例如视频资料、动画资料等, 还可以在网络上将课程课件、讨论专题分享, 通过学生交流、答疑, 取得很好的教学效果。
3. 选择合适的教学方法。
讨论是实现互动的有效方式, 充分发挥课堂讨论的作用, 调动学生的主观能动性, 让学生能把所学的知识真正变成自己所拥有的知识和能力。因此, 在教学过程中, 开设各种类型的互动讨论课, 包括课后问题讨论、分组作业汇报等形式。例如, 分组作业是由若干同学组合为学习小组, 共同完成老师指定任务, 讨论课时由每个主讲小组学生用课件或视频等手段对汇报主题进行介绍, 其他同学听讲并提出问题, 由主讲小组同学解答, 教师在每次讨论课结束做综合分析和点评。
4. 选择合适的教材和参考书。
《海水淡化技术》课程是我校环境工程专业的本科特色课程, 并且目前海水淡化方面没有适用于本科或研究生教学使用的正规教材, 常见的海水淡化资料都是工程手册或者产品说明书。因此授课教师对上述资料进行分析整理后, 自行编写讲义以及辅导材料, 力求做到知识覆盖全面, 内容生动有趣。
二、合理安排教学计划, 取得良好的教学效果
“海水淡化技术”课程内容丰富, 涉及领域广泛, 其中一些知识理论性较强, 掌握这些知识有利于对海水淡化技术的原理、流程和应用进行充分理解。所以在做教学计划安排的时候需要考虑基础理论课和本课程的衔接关系, 保证学生在学习了相关基础知识后, 再选修本课程。例如本选修课涉及的一些主干课程如环境工程原理、膜科学与技术等, 只有学习了解上述课程内容后, 才能对海水淡化技术中的多级闪蒸、多效蒸馏、反渗透、纳滤等海水淡化方法有更深刻的理解, 对热法和膜法海水淡化的原理和流程掌握更详细。从环境工程专业整体计划出发, “海水淡化技术”课程可以和其他专业课同时开设, 一般安排在第6学期或者第7学期, 这样能达到较好的教学效果[2]。
三、考核方式多样化, 综合培养学生能力
对于高校专业选修课, 采用单一的闭卷考试方式不利于调动学生的学习积极性。而重视平时成绩的积累, 采用多种考核方式相结合的方法通常能激发学生学习兴趣, 减少学生学习压力, 综合培养学生能力。课程的总成绩可以由课堂出勤率、课堂讨论、分组作业、结课论文各分项成绩的加和组成。
1. 课堂出勤率的成绩占总成绩的30%, 要求学生出勤率达到总学时数的四分之三, 不满足此条件者视为主动放弃该课程学分。
2. 课堂讨论成绩占总成绩的10%, 鼓励学生在讨论课中积极发言, 并要求每位同学在本学期的课堂讨论中至少发言一次, 充分调动学生的主动性。
3. 分组作业成绩占总成绩的30%, 采用TBL教学模式, 培养学生的团队合作意识, 团队小组的每个成员都要为解决问题而提出自己的见解, 解决问题的过程, 就是学习的过程[3]。
4. 结课论文成绩占总成绩的30%, 要求学生按照科技论文的格式完成结课论文, 使学生提前熟悉和了解毕业论文的写作方式和规范。论文题目和内容可以根据学习兴趣自行选取, 充分发挥学生的主观创造性。
海水淡化技术是一门理论性和实践性较强课程, 教师需要密切关注技术发展、前沿科学, 合理安排教学内容、选择合适的教学方法、加强工程实例教学、改进考核方法。通过教与学的有机统一, 使学生既获得广博的理论知识, 又具备综合分析解决问题的能力。
摘要：《海水淡化技术》是我校环境工程专业开设的一门特色专业选修课。针对环境工程本科专业的特点, 本文着重探讨了该选修课程的教学方法, 强调可以通过新颖的授课方式、安排合理的教学计划、形式多样的考核方式激发学生学习兴趣, 拓宽学生的知识面, 提高学生的综合素质, 得到良好的教学效果。
关键词：环境工程专业,海水淡化,选修课,教学方法
参考文献
[1]杨尚宝.中国海水淡化年鉴 (2010) [M].海洋出版社, 2012.1.
[2]刘少敏, 宋晓梅.环境工程专业“环境规划与管理”专业课的教学方法探讨[J].2014, (10) (上旬刊) :255.
海水淡化待“潮涌” 篇4
然而，大雨并没有让北京的干旱缺水得到根本性的解决。爆炸式的人口增长速度，大规模的经济建设和12年的持续干旱，使得北京人淡水量不足300立方米，仅为中国平均水平的八分之一。
为解决北京及整个华北地区的缺水难题，国家启动了从丹江口水库向华北地区调水的南水北调中线工程，北京市也在二三十年前就开始关注当时尚属前沿的海水淡化项目。
时至今日，南水北调一推再推，北京的海水淡化始终停留在调研阶段。
6月14日，北京市又一次派出了一支由水务、城市规划等机构人员组成的调研队伍，奔赴天津和曹妃甸，展开新一轮的淡化海水入京的可行性调研。
一段时间以来，无论是北京还是全国，海水淡化的发展并不尽如人意。发改委在2005年公布的《海水利用专项规划》中提到，到2010年日海水淡化能力应达到80万～100万立方米。实际上，截至2010年年底，中国海水淡化产能仅为60万吨，与规划目标相去甚远。
6月20日举办的“2011青岛国际海水淡化与水再利用大会”上，国家发改委环资司副司长李静透露，为进一步促进海水淡化产业发展，目前发改委正会同11部委制定《加快海水淡化产业发展的意见》，并将以国务院的名义出台。同时，发改委正在编制海水淡化“十二五”规划和海水淡化产业专项规划。
在淡水资源日益缺乏的今天，随着扶持力度更大的政策出台，相信海水淡化产业将迎来全新的时代。
海水淡化之径
目前，中国的水资源状况十分严峻，沿海地区水资源紧缺状况尤为严重。我国人均水资源量为2700吨，而北方沿海的天津、河北、辽宁和山东4省市，人均综合用水量仅为269吨；南方沿海7省市人均综合用水量为560吨，均处于极度缺水状态。不少地区由于地下水超采，已经造成地面下沉、海水倒灌、生态环境恶化。
“南水北调本是为解决北方水资源短缺问题，但如果调水工程工程竣工，南方也缺水了，该怎么办?”国家开发投资公司董事长王会生在接受本刊记者采访时如是担忧。
近几年来，丹江口大旱、四大淡水湖告急……在越来越多的鱼米之乡，王会生的担忧正在成为现实。
“无论是蓄水、调水，都只能实现淡水资源的时空移位，并没有增加淡水总量，无法从根本上解决淡水紧缺的问题。”亚太脱盐组织(APDA)首任秘书长郭有智是海水淡化的坚定支持者。多年来，郭有智一直在为推动海水淡化奔走呼号。在他看来，天津、唐山、青岛、烟台，包括北京等严重缺水的城市与海的距离都很近，输水距离很短，建海水淡化工程经济上更合理。
此外，海水淡化对周边环境的影响相对更小。以青岛的引黄济青工程为例，其占地达6.2万亩，青岛官路水库仅库区就占地1.7万亩，二者日供水均为30万立方米。如建设一个同等供水能力的海水淡化项目，占地仅需40亩。
天津“北疆”模式
基于严重缺水的城市现状，天津市2004年就開始了建设大型淡化海水项目的工作。目前，天津市的日均淡水生产能力超过了20万吨，位居全国第一。但是在2010年之前，天津市已建成的海水淡化工程多数为工业企业提供生产用水，很少为居民提供淡水。
直到2009年10月26日，国家开发投资公司(下称“国投”)天津北疆发电厂一期20万吨，日海水淡化首套装置顺利投产，开创了国内利用现有市政管网大规模向城市输送淡化海水的先例。该项目一期工程20万吨／日产海水淡化装置投产后，除10％自用外，其余90％淡水将向社会供应。
经过认真研究，国投北疆电厂摸索出了一套五位一体的运营模式：“超超临界发电机组”让发电综合能耗比全国平均水平低16％；电厂发电后的余热用作海水淡化；海水淡化后、比原海水提高50％浓度的浓缩海水就近排入盐场制盐，制盐效率提高50％，同时大大节约盐田用地；粉煤灰等废弃物全都用来生产建材，实现废弃物100％的综合利用。
中国海洋大学教授、工程院院士高从堵的研究结果表明，海水淡化后的高盐度海水排放，“直接影响生物的生理功能”，“干扰食物链”。因此有专家将淡化废液视为海水淡化的最大环保隐患。而北疆电厂这种水、电、盐联产的模式，则为国内乃至世界范围内海水交换能力差的濒海缺水地区发展海水淡化产业开辟了一条新途径。
高价淡化水
作为国内海水淡化产量最大的城市，天津市在引领行业发展的同时，因为缺乏可供借鉴的发展模式，其海水淡化之路走得并不顺畅。
天津海淡所的研究表明，淡化海水的口感同普通自来水存在区别，其水质比自来水要高，更为纯净。目前，业界就此也已达成共识。但是，当北疆电厂的淡化海：水通过市政管网第一次流入居民家中的时候，在场的人吃了一惊，只见从水龙头流出的水颜色发红，还有不少杂质。经过询问技术人员，大家才明白，正是因为淡化水过于纯净，因此其PH值更接近7，比普通自来水酸度稍高。由于天津市政管网都是老管道，因此纯水与其中多年沉淀的铁锈、碳酸钙发生了化学反应，导致了“红水”现象的出现。
为避免这种现象的继续出现，天津市水务系统采取了以1：3的比例，对淡化水与普通水混合后输入管道的国际通行做法，以减少对管网的腐蚀。
水质问题解决后，新问题出现了。
海水淡化出厂成本为每吨4元左右，但要把淡化水输送到市政管网，必须铺设从电厂到自来水原水池的专用输水管网。由于输送介质是接近蒸馏水的淡化水，且沿途多是盐碱滩涂，一般管道根本不行，必须使用特殊产品。
经过招标对比，北疆电厂最终选择了由新兴铸管股份公司生产的大口径内衬聚氨酯离心球墨铸铁管。管网建设成本，加之必要的水处理过程，又为淡化水带来了每吨将近4元的成本。而天津市的居民用水价格，是每吨4.6元。
对此，供水企业表示，大量接受淡化水比较困难。由于价格问题没有得到妥善解决，日前日生产能力10万吨的北疆电厂向市政供水还不足1万吨。
按照2006年制定的《天津市海水淡化产业发展规划》，2010年天津海水日淡化量将达到50万立方米。但目前看，五年前制定的这一发展目标，还远未实现。分析者认为，价格是最大的障碍。
天津如是，全国亦然。
近两年，我国海水淡化产量增长虽然较快，但目前的产量仅相当于世界的百分之。业界人士普遍认为，这与中国的大国地位不相符，与日益扩大的供水缺口不匹配。究其原因，王会生认为，“海水淡化产业发展的难点不是技术，而是价格机制和激励机制。”
国家发改委环资司节水处处长杨尚宝博士也有类似的表述：“(淡化海水)相对于大部分沿海城市偏低的自来水价格
而言，仍然偏高，这是制约海水淡化发展的最直接和最主要因素之一。”
营造竞争环境
海水淡化是将海水脱除盐分变为淡水的过程。其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，这是当前大型海水淡化工程的主要建设模式。
但是目前国内在对待海水淡化项目时，并没有赋予其相应的待遇，仍然是按照普通电力企业进行管理，控制发电装置运行时间。淡化装置能力大量闲置，不利于淡化成本的进一步降低。
身为全国政协委员的王会生坚持认为，应该从战略高度看待海水淡化对于国家发展的意义，给予海水淡化项目以足够的重视。他建议，应参照热电联产企业“以热定电”的原则，采取“以水定电”，提高发电运行小时；通过对大型海水淡化项目所得税、营业税、增值税采取减免措施，增强企业还贷能力等。“规模扩大与利用小时增加，可进一步降低淡化水的成本，4.5元是可实现的。如果水价是5元，还会有一定利润，那项目就会进入良性运转状态。”
目前，公益性水利工程修建水库、输水管道所需经费基本上由各级财政承担，没有列入自来水成本，如将其计算在内，自来水的价格将远不是现在的水平。而海水淡化产业起步即走完全市场化的发展道路，取水、设备、生产、运行、管理等全部计入成本，自然导致了淡化水价格高于普通自来水。
对此，参与海水淡化项目的不少企业都呼吁，应加强水价改革力度，为淡化海水营造公平的竞争环境。
海水淡化产业中，除包括海水淡化工程建设环节之外，还包括备制造和服务环节。目前我国工业配套大型海水淡化项目基本被以色列IDE公司、美国陶氏公司、美国GE公司等国外设备供应商或工程公司垄断。装置国产化率低大大提升了海水淡化项目的运转成本。
对此，曾参与国投北疆电厂供水管网建设的新兴铸管股份公司国内贸易部市场处处长白占顺认为，海水淡化前景广阔，应加强国内相关设备的制造能力，以更好地满足未来的市场需求。他表示，作为国内最大的球墨铸铁管生产企业，新兴铸管已经把海水淡化行业列为今后开拓的重点。成立了专项调研、攻关小组，并与我国唯一专门从事海水利用公益技术、共性技术、产业化关键技术和发展战略研究的国家海洋局天津海水淡化所开展了了广泛的交流。
白占顺主张，在保证政府对海水淡化控制权的前提下，应允许私营经济和国外企业介入，进一步降低海水淡化工程的建设投资和运行成本。
困难中瞻前景
尽管目前海水淡化发展面临着诸多困难，但随着中国缺水形势的日益严峻，越来越多的企业嗅到了海水淡化的无限商机。除传统水务公司之外，不少非水务行业企业也开始介入其中。
2009年起，中环水务开始将海水淡化列入公司发展战略；2010年，中冶科工旗下的中冶连铸技术工程股份有限公司与河北省唐山市乐亭县签订了海水淡化及供水BOT项目框架协议，项目总规模为20万吨／日海水淡化及供水，总投资20亿元；新加坡凯发和日本三井成立合资公司专营新加坡和中国海淡业务……
仅靠企业的重视还远远不够，政策引导才是发展海水淡化产业的关键。
日前，江苏省出台了《海水利用专项规划》，拟将海水作为工业和生活设施用水的重要水源；天津出台了《海洋经济和海洋事业“十二五”发展规划》；大连、青岛等地均制定了相关规划。在地方政府重视程度进一步加大的同时，中央有关部委亦开始谋划海水淡化产业的发展前景。在6月23日闭幕的“2011青岛国际海水淡化与水再利用大会”上，传出了不少与此相关的好消息。
首先是发改委明确表示，一系列扶持海水淡化产业发展的政策即将陆续出台。其次，筹办了六年之久的中国脱盐协会在大会上正式宣告成立，海水淡化产业终于有了自己的行业协会。杨尚宝博士在代表国家发改委发言时，高度评价了海水淡化的意义：海水淡化水是水资源的重要补充和战略储备。他透露，“政府引导、政策支持、市场运作、经济合理”将成为海水淡化产业发展的机制。发改委正在研究和制定促进海水淡化产业发展的相关政策，包括产业政策、财税政策、金融政策等。
國家的明确支持，给了海水淡化从业者极大地鼓舞。
白占顺认为，“纵观国外海水淡化产业发达的国家，政府对于海水淡化都发展起着主导和推动作用。相信这次国家的各项政策，将促进海水淡化产业迎来全新的跨越式发展阶段，企业要抓好由此带来的市场机会。”
“国家政策的支持，将促进企业寻求更好的解决方案”。王会生举例称，有人认为淡化海水能耗较高，“这不难解决，只要政策支持，项目使用海上风电和低温核电都是可行的。”
“当海水淡化技术进一步成熟之后，不仅可用于解决岛屿、沿海城市的企业和居民的淡水需求，而且也可以进一步推广至内地。”中国水利水电科学研究院原院长高季章认为，诸如山西、陕西、甘肃、内蒙古的一些牧区农区，地下水的水质不好，含氟或盐碱度很大。“在这些地方，也可以使用反渗透技术处理地下水。”
我国海岛众多，因为缺乏淡水多数无人居住，如果淡化海水技术得以全面推广，这也有助于进一步开发海洋资源，维护我国海洋利益。
海水淡化与环境污染 篇5
关键词：水资源,海水淡化,实例分析
水资源概况
(一) 世界水资源分布
水是维系生命与健康的基本需求, 地球虽有70.8%的面积为水所覆盖, 但淡水资源却极其有限。在全部水资源中, 97.47%是无法饮用的咸水。余下2.53%的淡水资源中, 其中87%是人类难以利用的两极冰盖、高山冰川和永冻地带的冰雪。人类真正能够利用的是江河湖泊以及地下水中的一部分, 仅占地球总水量的0.26%, 而且分布不均。目前, 全世界有1/6的人口、约10几亿人缺水。据专家估计, 到2025年世界缺水人口将超过25亿。
(二) 我国水资源状况
我国是一个干旱缺水严重的国家。淡水资源总量为28000亿立方米, 占全球淡水资源的6%, 排位于巴西、俄罗斯和加拿大之后, 居世界第四位, 但人均只有2200立方米, 仅为世界平均水平的1/4、美国的1/5, 是全球13个人均淡水资源最贫乏的国家之一。扣除难以利用的洪水泾流和散布在偏远地区的地下水资源后, 我国现实可利用的淡水资源量则更少, 仅为11000亿立方米左右, 人均可利用水资源量约为900立方米, 并且其分布极不均衡。
统计显示, 到20世纪末, 全国600多座城市中已有400多个城市存在供水不足问题, 其中比较严重的缺水城市达110个。我国水资源短缺、水污染严重、水土流失严峻、水价倒挂偏低等短板日益凸现, 而且南方水多, 北方水少;沿海水多, 西部水少。此外水资源浪费严重已成为我国经济发展的一大障碍。
海水资源的发现与利用
(一) 向海洋进军求生存
浩瀚的海洋是解决人类生存和发展问题的新希望。进入20世纪以来, 人类在发展进程中受到人口、土地、气候、资源等方面愈来愈多的挑战, 陆地开发被迫停滞的现象屡屡出现。在这样的情况下人们就自然会把目光投向广泛覆盖着地球的海洋。海洋是大自然赐予我们的巨大财富, 具有十分巨大的开发潜力, 因此利用海水来为人类服务就成为一条必由之路。
(二) 海水综合利用
1.海水主要资源
海水水资源的利用和海水化学资源的利用具有非常广阔的前景。海水中溶解有80多种化学元素, 人们把它比喻为“液体矿山”。海水中含食盐3.77×106亿吨, 镁1800亿吨、钾550亿吨、溴95亿吨、碘820亿吨、铀45亿吨、金1500万吨。限于经济和技术条件, 目前从海水中主要提取食盐和溴、钾盐、镁及其他化合物、铀、重水及卤水等原料。提取淡水、食盐、金属镁及其化合物、溴等已形成工业规模, 重水、芒硝、石膏和钾盐的生产也有一定的规模, 已在研究开发提取铀、碘和金等化学资源。
2.海水直接利用
海水直接利用在缓解沿海城市缺水中占有重要地位。在发达国家, 海水冷却广泛用在沿海电力、冶金、化工、石油、煤炭、建材、纺织、船舶、食品、医药等工业领域, 日本和欧洲每年利用海水都达3000亿立方米。如果把海水用在工业中当冷却水、冲洗水、稀释水以及居民的冲厕用水 (约占居民生活用水的35%) , 对缓解沿海城市缺水问题, 将起重大作用。
3.海水化学利用
海水中, 有很多十分有价值的矿藏和化学资源, 溶解于海水3.5%的矿物质是自然界给予人类的巨大财富。比如海水中铀的含量就十分惊人。据调查, 全球海水中所含有的铀, 对于人类现阶段来说可以说是“取之不尽, 用之不竭”了。可见, 加强对海水的利用, 不但可以解决我们的吃水问题, 连能源问题也会得到解决。
(三) 海水淡化技术
海水淡化, 是指从海水中获取淡水的技术和过程。在20世纪30年代海水淡化主要是采用多效蒸发法;20世纪50年代至80年代中期主要是多级闪蒸法 (MSF) , 至今利用该方法淡化水量仍占相当大的比重;20世纪50年代中期的电渗析法 (ED) 、20世纪70年代的反渗透法 (RO) 和低温多效蒸发法 (LT-MED) 逐步发展起来, 特别是反渗透法 (RO) 海水淡化已成为目前发展速度最快的技术。
目前海水淡化已遍及全世界125个国家和地区, 淡化水大约养活世界5%的人口。国际海水淡化的售水价格已从20世纪60年代、70年代的2美元/吨以上降到目前不足0.7美元/吨的水平, 接近或低于国际上一些城市的自来水价格。海水淡化, 事实上已经成为世界许多国家解决缺水问题普遍采用的一种战略选择, 其有效性和可靠性已经得到越来越广泛的认同。
海水淡化工程建设与应用的实例
(一) 国内实例
1.天津北疆电厂淡化水利用项目
天津北疆电厂成立于2004年3月, 该公司开发建设的北疆发电厂循环经济项目, 采用“发电—海水淡化—浓海水制盐—土地节约整理—废弃物资源化再利用”循环经济项目模式, 规划建设4×1000MW燃煤发电超临界机组和40万吨/日海水淡化装置。
天津北疆发电厂列入国家循环经济第一批试点单位。一期工程建设2×1000MW发电机组和20万吨/日海水淡化装置, 于2010年竣工投产。自2010年10月21日起, 北疆电厂海水淡化机组经跨越管以300-350吨/小时的流量直接向汉沽水厂供应淡化海水, 北疆电厂淡化海水与自来水按1∶3比例掺混后正式进入汉沽市政管网。经在线仪表检测p H值、电导率、水温、浑浊度等指标, 出厂水及管网水水质均达到国家饮用水水质标准且运行情况良好, 日供水量约3万吨。解决了汉沽区部分居民生活用水和企事业单位生产用水。下一步主要是建设更大规模的输配水设施, 加大淡化海水的掺混比例, 增加淡化海水的供应量。
2.曹妃甸渤海海水淡化项目
位于河北唐山境内的曹妃甸海水淡化项目设计日产能可达100万吨, 经过270公里的输水管线, 可将淡化后达到自来水标准的渤海海水源源不断地送到京城。该项目具有三大优势:
一是优质水源选址。据北控水务集团介绍, 之所以选址曹妃甸来做海水淡化, 是因为它有地理位置的优势。受洋流影响, 曹妃甸海域属清洁海域, 水质明显优于渤海湾其他海域, 而且该项目所使用的海水均来自海面以下15米深。“海水水质绝对有保障, 淡化海水可以像欧洲国家的自来水一样, 打开水龙头就能直接饮用。”
二是已经攻克核心技术。简单而言, 海水淡化就是将海水中的淡水部分抽出利用, 只留下高浓度“盐水”。按照国际行业标准, 这部分“盐水”可以直排入海。考虑到饮用水标准中的矿物质含量有利于人体健康, 淡化海水经“后矿化程序”, 可使溶解在水中和游离在管道中的二氧化碳与碳酸钙颗粒反应, 提高水的碱度和硬度, 从而使口感达到最佳状态。淡化海水进京, 将沿着高速公路管廊单独“走管”到京。届时, 经唐山市、天津市、廊坊市到北京市沿途地下将有三根管道, 实现“两用一备”, 为北京及管线沿线地区每日运送100万吨淡化海水。按北京人日均综合用水量214升计算, 100万吨水相当于增加了约500万人的日用水量, 约占全市日均总用水量的三分之一。
三是民用水价不受影响。目前, 北京民用自来水价格为每吨4元, 淡化海水经过特殊工艺处理后长途进京, 测算数据为:淡化海水出厂水价在每吨4.5元左右, 输送成本为2.5元/吨至3.5元/吨, 到京水价可控制在7元/吨至8元/吨。这个价格看似高于居民用水价格, 但目前我国公益性水利工程, 如水库、输水管道等建设所需经费基本上由各级财政承担, 没有列入自来水成本, 导致水的价格与价值背离, 如果把城市引水工程中土地、投资、运行、管理等费用和损耗等都计算在内, 淡化海水的成本还要低于普通自来水。淡化海水进京后只是替代或补充部分水源, 对居民水价不会造成影响。
(二) 国外实例———以色列
自建国伊始, 水资源匮乏就一直是考验以色列民族智慧的难题之一。以色列水资源委员会认为解决水资源问题的根本出路只能靠淡化海水。为此, 以色列政府于1999年制定了“大规模海水淡化计划”, 以期缓解淡水的供需矛盾。根据该计划, 至2015年, 海水淡化水将占以色列淡水需求量的22.5%、生活用水的62.5%;至2025年, 海水淡化水将占淡水需求量的28.5%、生活用水的70%;至2050年, 海水淡化水将占全国淡水需求量的41%、生活用水的100%。目前, 以色列共在地中海沿岸建有3家大型海水淡化厂, 分别是:
1.阿诗克隆海水淡化厂:位于以色列南部城市阿诗克隆, 2005年由VID海水淡化公司采用“建设-经营-移交”形式投资建成, 建成时年生产能力为1亿吨, 2010年增至1.2亿吨, 是目前全球运转成本最低的海水淡化厂之一。
2.帕玛契海水淡化厂:位于以色列北部帕玛契基布兹, 2007年由Via Marisa海水淡化公司采用“建设-拥有-经营”形式投资建成, 建成时年生产能力为0.3亿吨, 2010年增至0.45亿吨。
3.海德拉海水淡化厂:位于以色列中北部城市海德拉, 2009年以“建设-经营-移交”形式建成, 建成时年生产能力为1亿吨, 2010年增至1.27亿吨。是目前世界上最大的使用反渗透技术的海水淡化厂。
展望与启示
海洋是生命的摇篮, 海水不仅是宝贵的水资源, 而且蕴藏着丰富的化学资源与新能源。加强对海水 (包括苦咸水, 下同) 资源的开发利用, 是解决我国沿海和西部苦咸水地区淡水危机和资源短缺问题的重要措施, 是实现国民经济可持续发展战略的重要保证。国内外海水淡化应用实例也充分说明解决缺水、资源匮乏、循环经济乃至战略发展问题, 必须面向海洋, 用海水求生存、求发展。
(一) 海水淡化可以从根本上解决水资源短缺
海水淡化, 是开发新水源、解决缺水地区和沿海地区淡水资源紧缺的根本途径。2012年2月13日, 国务院办公厅下发《关于加快发展海水淡化产业的意见》 (国办发[2012]13号) (以下简称“意见”) , “意见”将“推动使用海水淡化水”列为重点工作之一、并指出:我国是淡水资源缺乏的国家, 人均水资源拥有量低, 且时空分布不均, 发展海水淡化产业, 对缓解我国沿海缺水地区和海岛水资源短缺, 促进中西部地区苦咸水、微咸水淡化利用, 优化用水结构, 保障水资源持续利用具有重要意义。
(二) 海水淡化促发海洋化学工业增添新能源
海水化学资源综合利用, 是形成产业链、实现资源综合利用和社会可持续发展的体现。作为水资源的开源增量技术, 海水淡化已经成为解决全球水资源危机的重要途径。统计资料表明, 截止2006年, 世界上已有120多个国家和地区在应用海水淡化技术, 全球海水淡化日产量约3775万吨, 其中80%用于饮用水, 解决了1亿多人的供水问题。人类通过海水淡化看到了海洋化学工业的前景, 开发了石油、铀等一大批新能源, 人类发展站在了新起点, 各国、各地区都在向海洋进军, 加快海洋化工发展, 新技术、新设备、核心部件、研发中心加速聚集, 已成为各国战略重要一环。
(三) 海水淡化环保, 促进自然界的循环进步
“向海洋要淡水”已经形成了方兴未艾的产业。天津北疆发电厂循环经济项目, 采用“发电—海水淡化—浓海水制盐—土地节约整理—废弃物资源化再利用”循环经济项目模式, 已稳定运行多年, 环保、高效、循环经济日益凸显。新加坡Tuaspring海水淡化厂采用设计、建造、拥有和经营 (DBOO) 模式, 现已落成, 日产量达7000万加仑淡化水, 成为所在区域最大的海水淡化厂之一。25年期的水供合约, 将从2013年至2038年。健康饮用水、环保美环境、资源再利用都达到了设计要求, 促进了经济、社会协调发展。
(四) 海水淡化工程的大量应用与和谐社会发展
开发海洋资源利用, 是21世纪人类和平、发展与共享的发展方向。海水淡化技术的日渐成熟, 加速了其成果转化和推广应用, 截至2011年底, 我国海水淡化装置的淡水生产能力已达60余万吨/日, 初步形成北方环渤海和浙江舟山两个海水淡化应用示范区。在装备制造方面, 我国已具备自主设计、制造、安装调试能力, 我国多效蒸馏海水淡化装置还实现了对外出口, 迈出了我国海水淡化进军国际市场的新步伐。
我们应当积极推进沿海工业的海水淡化, 支持用途广泛、竞争力强的海水反渗透淡化技术在电厂和其他工业中的推广应用;支持低温多效淡化装置示范工程建设;支持海水淡化与热电结合促进沿海居民饮用水的海水淡化的应用;支持海水淡化与综合利用结合, 利用大型海水淡化厂排出的大量浓缩海水, 积极发展海水化学物质提取产业;加大海水淡化技术装备 (高性能膜组件、低温多效的铝合金管等) 的国产化;积极开展海水化学物质的提取利用。
参考文献
[1] .王世昌.海水淡化工程[M].北京:化学工业出版社.2003.
[2] .高从谐, 陈国华.海水淡化技术与工程手册[M].北京:化学工业出版社.2003.
[3] .中华人民共和国水利部.2011年中国水资源公报.http://www.mwr.gov.cn.2012.
[4] .地球科学大辞典[M].北京地质出版社.2005.
海水淡化与环境污染 篇6
2013年全球风电新增装机容量为35.5 GW,累计装机容量已达到318 GW[1]。而我国目前风电的总装机和新增容量均居世界第一,2013年中国风电装机容量达到了91.4 GW,已成为我国第三大电源。 然而,随着电网中风电的装机容量及比例的不断提高,产能不均衡所引起的风功率输送、消纳等并网瓶颈问题已逐渐凸显[2,3,4]。为降低“弃风”损失,近年来风电离网技术的开发和应用引起了电力行业的广泛关注[5,6]。
将非并网风电与高耗能工业结合将成为未来解决风电消纳和降低工业生产成本的可行方案之一[7,8,9]。如用于保障沿海地区水资源可持续利用的海水淡化系统,其生产特性适于与风电、光伏等新能源联合运行,而高能耗的反渗透工艺可有效消纳离网风电,成为非并网风电开发应用的新领域。由于海水淡化系统一般装设在地理位置偏远且电网薄弱的地区,因而需为其建立孤立微电网,若分布式电源比例较大,还需引入储能设备,以满足微网安全运行及淡水产量等相关技术要求[10,11,12]。目前针对含风、光、储、柴等多能源的海岛微电网的结构拓扑、 容量配置及协调控制等技术问题已初步得到解决。 如文献[13-14]分别给出了东福山岛及我国东部某岛的微电网的拓扑结构和运行策略。文献[15]通过建立包括投资成本和不同费用的经济性模型,计算微网中风电、柴油机和蓄电池容量的合理配置方法。 为进一步解决海岛微电网的供电及淡水需求,文献 [16-17]针对含海水淡化负荷的孤立微电网设计了风电、柴油机和蓄电池的控制策略,而文献[18-19]基于各微源和海水淡化的控制策略提出了微电网能量优化配置方案。文献[20-21]则提出了含海水淡化负荷的微电网实时能量管理调度策略,使系统运行更具安全、经济特性。上述研究探讨了微网在联网、 孤岛状态下的运行特性及相关控制策略,但并未针对海水淡化可调的负荷特性建立动态模型,因而系统中微源、储能与负荷间的实时协调控制仍需深入研究。若海水淡化容量比重较高,微电网需根据其负荷特性设计系统容量配置方案以及各微源及储能单元的动态调节控制策略。
为改善微电网中风电-海水淡化的联合运行特性,本文建立了由双馈风电机组、蓄电池和海水淡化组成的孤立微电网模型,并根据海水淡化的负荷特性,提出了微电网中风电、储能和负荷的容量配置方案及协调控制策略。最后搭建了基于面向仪器系统的PCI扩展(PCI e Xtensions for Instrumentation, PXI)+c RIO的仿真试验平台,针对在所提控制策略下孤立微电网的不同运行工况进行了实时仿真,验证了模型及协调控制策略的可行性。
1风电海水淡化微电网拓扑与建模
图1为本文建立的风储海水淡化孤立微电网拓扑结构图,包括双馈风电机组、蓄电池组和海水淡化装置,均通过电力电子变流器接入系统。
(1) 风电机组
双馈风电机组在传统最大功率跟踪控制下,不仅具有变速恒频的运行特性,并且能够独立控制机组的有功功率和无功功率。为充分利用地域内的风电资源,海水淡化微电网内的风电机组应长期处于捕获最大风能运行状态,并可根据系统需求且在自身功率裕量范围内,利用其无功功率的动态调节能力维持系统电压稳定。
(2) 储能系统
微电网中的储能单元采用功率型锂电池组,用于平抑风电高渗透率下的系统功率波动。由于微电网中风电装机比例较高的双馈风电机组并网安全要求系统具有稳定的频率和电压质量,因而经变流器接入系统的蓄电池组将作为主电源,在恒压恒频控制下,利用其快速的有功、无功调节能力,实时补偿风功率与海水淡化间的功率差额,动态维持孤立微电网的电压和频率质量。此外,由于风功率波动剧烈,可能引起蓄电池频繁进行深度充放电,为延长其使用寿命,需要合理地设定储能系统SOC变化区间,并利用海水淡化的可调负荷特性,有效减小蓄电池的功率调节压力。
(3) 海水淡化系统建模
海水淡化装置主要由给水泵、高压泵、反渗透RO单元和能量回收装置等设备组成,各水泵通过变频器接入微电网,成为了负荷能耗的主要来源。因此,海水淡化装置可用背靠背双PWM全控整流桥+ 异步电动机+RO单元的拓扑结构近似模拟其负荷特性,而全控型变流器能够避免谐波对微电网安全运行的不利影响。
图2为反渗透海水淡化的主要工艺流程,系统通过改变RO膜两侧压力差pfp1产出淡水,即高压泵和升压泵通过转速调节,控制出水压力和淡水流量Qp。因此,本文针对上述海水淡化系统的控制流程建立了如图3所示的闭环控制系统。其中,水泵轴功率与压力差的关系可由式(1)表示。
式中:P为水泵功率;Q为进水体积流量;η为电机效率。
如图3所示,机侧变流器在矢量控制下,独立调节电动机的有功、无功功率,实现变频调速的控制目标。为模拟高压泵输出功率与出水压力之间的关系,本文建立了以高压泵进出口压力差为控制目标的压力外环控制,通过PI控制器实现无差调节, 进而为电动机转速提供参考,并根据期望转矩计算有功电流参考值isq,而定子电流的励磁分量isd则由弱磁控制模块给出。此外,网侧变流器主要功能是控制变流器电容器电压恒定。
2系统容量配置及协调运行控制策略
2.1微电网容量配置
(1) 风电机组
本文采用盐城射阳测风数据,高度70 m,采集时间为2012年3月17日18:00~2013年4月22日23:50,时间间隔为10 min,风速分布如图4所示。
根据风电数据,可利用式(2)计算风电机组的功率[22]输出为
式中:vi、vN、vo分别为切入风速、额定风速和切出风速;PN为机组额定功率;A PNvi3/ vi3v3N;
由风速数据和式(2)可得出风电机组的出力概率分布,见表1。
将图4中每个采样点的风速数据分别代入式 (2),即可计算出全年风功率数据PW,i,则风电机组的平均出力可由下式计算。
式中:PW,avg为风电机组平均出力;n为风速数据采样点数。
由式(3)可计算出风电容量配置为3 MW时,平均出力约为710 k W。此外,由表1可知,风电机组出力不足30%时的概率达到了74.94%。因而,本文选取2台1.5 MW机组用以满足4套50 t海水淡化装置的负荷需求,其中每套海水淡化装置的额定功率约为152 k W。
(2) 储能系统
储能系统在微电网动态调节过程中用于补偿风电与负荷间的功率差额,此外海水淡化系统启动同样需要储能,首先建立电压。由于海水淡化负荷调节速度较慢,因而储能需具备平抑风功率波动的能力。基于风速数据,利用式(2)可进一步计算出风功率波动幅度的概率分布,见表2。
储能单元变流器容量可根据风功率波动幅度的概率合理配置,使其具备保持微电网电能质量的能力。由表2可知,风功率波动范围为[-300,300)的概率为69.05%, 而变化达 到 [-600,600) 的概率为78.29%。由上述分析,若变流器容量配置为600 k W, 则概率为70%以上的风功率波动可得到平抑,基本满足了功率调节对储能的功能要求。
在微电网中储能单元还需承担海水淡化装置的启动任务。表3为海水淡化主要设备技术要求,根据各水泵容量和启动时间,可计算出蓄电池所需容量,本文针对4套海水淡化装置设计的蓄电池容量为293.5 k Wh。
2.2协调控制策略
微电网海水淡化系统中风电作为主电源为负荷供电,而储能系统则为主控单元,在恒压恒频控制下,维持系统功率平衡,同时为双馈风电机组并网提供电压和相角参考。本文在微电网海水淡化系统中建立了主从控制模式,对各微电源和海水淡化负荷进行协调控制,优化系统运行方式,并保证其安全稳定运行,具体控制策略如下。
(1) 风电功率PW能够满足一级负荷P0和海水淡化设备PL功率需求,即PW≥P0+PL。
该运行工况下,为提高风电能源利用效率,需计算风电与负荷的功率差额,并检查蓄电池SOC的荷电状态,即
式中,PB为蓄电池侧变流器功率。
1 SOC<SOCmax,ΔP将对蓄电池充电,若ΔP超过蓄电池最大充电功率PBN-PB,则剩余功率ΔP(PBN-PB)需通过卸载负荷释放或风电机组利用变桨技术减功率运行。
2 SOC=SOCmax,蓄电池无法充电,多余功率ΔP需接入卸载电路释放或通过变桨系统使风电机组减载运行。
(2) 风电无法满足负荷需求,即PW<P0+PL。
1 SOC>SOCmin,通过蓄电池放电保证系统功率平衡;
2 SOC=SOCmin,需要海水淡化减负荷运行, 若其功率减至最小值PLmin仍不能使系统恢复功率平衡,则需切除负荷PLmin,海水淡化停机。
由上述分析可得,所提微电网协调运行控制策略具体流程如图5所示。
3基于PXI的孤立微电网数模混合仿真分析
3.1系统简介
为模拟实际工程,本文基于PXI+c RIO的仿真试验系统,搭建了如图1所示的风电海水淡化孤立微电网的仿真模型,利用c RIO与PXI之间的数据交互,实时采集数据,并实现微网控制器与仿真系统间的闭环控制,进而对所提协调运行控制策略进行实时测试,仿真平台结构如图6所示。其中,风电场包含2台1.5 MW双馈风电机组,蓄电池容量为293.5 k Wh,4套日产水量50 t的海水淡化装置, 容量为608 k W,负荷主要设备运行参数见表3。
为模拟海水淡化负荷特性对微电网稳定运行的影响,根据其生产工艺,本文通过控制其功率梯级变化时的变化率,模拟水泵启停机过程,即海水淡化负荷可调的动态响应特性。
3.2风速减小后的实时仿真分析
初始风速为8 m/s,海水淡化满负荷运行,蓄电池SOC为58%,48.0 s时刻风速突变为5 m/s,造成系统有功功率不足后,微电网启动协调控制策略,当蓄电池放电导致SOC跌落至30%时,降低系统负荷功率,仿真结果如图7所示。图7(a)、图7 (b) 分别给出了风速和系统负荷开始降低时蓄电池侧变流器功率PB、风电机组功率输出Pw、海水淡化负荷功率PL和蓄电池SOC的动态响应。
由图7(a)可看出,初始风速下,风电可以满足海水淡化的最大负荷需求(PL=600 k W),并且多余的电能将给蓄电池充电(PB<0),蓄电池SOC持续上升; 48.0 s时刻风速降低后,风电机组功率输出快速减小,Pw由1 420 k W逐渐降低至260 k W,此时风电机组的功率已不足以满足最大负荷需求,蓄电池单元在恒压恒频控制策略下,根据系统运行状态, 利用存储的能量持续放电,满足海水淡化的最大产能需求。然而,由于风功率持续降低,蓄电池无法满足负荷需求,开始持续放电(PB>0),最终导致SOC跌落至30%,如图7(b)所示。此时微电网中央控制器制定功率控制指令,降低负荷功率,由PL的动态响应可以看出,PL首先按照整定的变化率下降至额定值的70%(高压水泵切除),虽然负荷需求下降,但蓄电池SOC仍持续降低,负荷降低的变化量并未实现系统重建功率平衡,因此海水淡化系统再次调整功率需求,降至额定容量的40%,由SOC动态响应可以看出,负荷再次调整已补偿了风速变化引起的风功率变化量,蓄电池停止放电,并开始缓慢充电(PB<0)。
3.3风速增加后的实时仿真分析
初始风速为4 m/s,海水淡化减载40%运行, 蓄电池处于放电状态,29.0 s时刻风速突变为7 m/s, 造成系统有功功率过剩后,微电网启动协调控制, 仿真结果如图8所示。
由图8可看出,风电机组处于风速4 m/s时, 仅能满足海水淡化系统的最低负荷需求,并且需要蓄电池充电补充系统的功率缺额(PB>0),SOC持续降低;29.0 s时刻风速增加至7 m/s后,风电机组功率输出快速抬升,Pw由40 k W增加至920 k W,此时风电机组的功率可以支持海水淡化的最大负荷需求,并且变流器开始为蓄电池充电(PB<0),SOC逐渐升高。微电网中央管理器检测SOC信号满足充放电需求,且变流器充电功率可以满足海水淡化,15 s左右下发控制指令,海水淡化增加功率需求,PL由240 k W逐渐增加至600 k W,进入最大负荷运行状态。
3.4变风速下的实时仿真分析
风速曲线如图9所示。图10给出了变风速下时间尺度为1 h,风电海水淡化孤立微电网的实时动态响应。
如图10所示,5~25 min时间段内,风速不足, 导致储能系统始终处于放电状态,25 min之后,蓄电池SOC已至最低限,海水淡化装置减负荷运行, 且满足10 min启停时间间隔。在负荷降功率的时间段内,平均风速相对升高,蓄电池处于充电状态,35 min时刻,高压泵成功启动,海水淡化装置恢复最大功率运行状态。35 min之后,在所提协调控制策略下,蓄电池组在安全充放电范围内能够平抑风功率波动,满足了微电网安全稳定的运行需求。
4结论
基于风电海水淡化孤立微电网,本文提出了风电、储能、海水淡化负荷的容量配置方案及系统协调运行控制策略。实时仿真试验结果表明,在本文建立的高风电渗透下的孤立微电网中,各设备运行稳定,其中储能系统可利用其功率调节能力,动态补偿风电与负荷间的功率差额,维持系统安全运行, 而与可调负荷的协调配合,则能够更好地实现高效利用近海风能满足海水淡化负荷需求,以及有效延长蓄电池使用寿命等控制目标。
本文研究内容为离网风电与海水淡化联合系统的工程建设提供了技术参考。下一步研究工作还需开发包含海水淡化负荷调度、故障保护及经济评价等功能的能量管理系统。
摘要：大型离网风机与高耗能的海水淡化装置联合运行将是未来淡水清洁生产技术的开发方向之一。首先根据海水淡化的负荷特性及风电的运行特性,分析含风电、储能、海水淡化负荷的孤立微电网的运行模式及控制方案。在此基础上,根据风速历史数据,计算机组出力及风功率波动的概率分布,提出风电、储能和海水淡化装置的容量配置方案以及孤立微电网协调运行的控制策略,进而提高系统经济效益和安全稳定运行能力。最后基于PXI+c RIO的仿真试验系统搭建某地区海岛微电网,针对风电海水淡化孤立系统不同运行工况进行实时仿真,验证了所提控制策略的可行性。
海水淡化与环境污染 篇7
近年来，海岛保护与开发越来越受到国家重视，海岛开发得到快速发展。多数海岛及周围拥有丰富的新能源，通过大力发展海岛电网，对海岛新能源进行合理利用，不仅能够解决海岛化石燃料短缺、运输困难等问题，也可以提高海岛电网电能质量，对保护海洋环境、促进节能减排也具有重要意义[1]。海水淡化技术是解决海岛用水的主要方式之一。然而，海水淡化系统具有高耗能的特点，众多海水淡化机组的引入，会带来大量的能源消耗和严重的环境污染[2]。建立由风力发电机组、储能系统及海水淡化负荷组成的微电网[3]，不仅能实现海岛淡水的正常供给，还可以充分利用海岛新能源，减少环境污染。因此，建立风储海水淡化孤立微电网具有重要的现实意义。
针对此类微电网，已有学者在能量管理、协调控制方面做了深入研究。文献[4]通过对短期内风机出力和负荷需求进行预测，提前制定储能系统的充放电计划，保证微电网经济运行。文献[5]提出以保证孤立系统长期稳定运行、提高系统全寿命周期经济性为目标的风光柴储孤立微电网系统协调运行控制策略。上述文献均采用离线仿真软件对所提出的能量管理、协调控制策略进行验证。建立基于PXI的实时仿真平台对微电网进行实时运行与控制方面的研究，能够测试协调控制、能量管理策略的效果，对于微电网的现场运行具有一定的指导意义。
本文以风储海水淡化孤立微电网为对象，构建基于PXI和PC的实时仿真试验平台。整个实时仿真系统为模拟工程实际采用分层结构，其中仿真控制对象即微电网模型和就地控制器，将部署在实时仿真平台PXI上，PXI实时数字仿真平台完成孤立微电网数字模型部分的实时计算，而微电网监控部分和能量管理系统则部署在PC机上。提出了孤立微电网协调控制策略，并在实时仿真平台的基础上对不同运行情况进行了实时仿真试验研究，验证了该协调控制策略的可行性。
1 基于PXI的实时仿真实验平台的搭建
本文所提出的基于PXI和PC的实时仿真平台结构如图1所示。各部分功能描述如下。
(1)PXI实时仿真系统。对整个微电网结构和各分布式电源、负荷的主回路电气部分和相关控制系统进行实时数字仿真模拟，并通过数据接口模块与PC机上的监控系统进行实时数据交互，接收监控系统发出的控制信号，实现软、硬件结合的闭环仿真。利用Matlab/Simulink搭建整个微电网的平均值模型，在PXI平台上进行部署，从而实现整个系统的实时数字仿真模拟。
(2)联合系统人机监控软件。它是整个实时仿真实验平台的重要组成部分，通过和PXI实时仿真系统数据接口模块的连接，实时监测微电网的运行状态并下达负荷投切等控制指令。
2 风储海水淡化孤立微电网实验平台构建
由于风功率具有间歇性和随机性的特点，本文考虑加入储能装置来提高孤立微电网的稳定性。受储能机理的影响，电池储能[6,7]具有能量密度高、功率密度低、循环使用寿命短的特点；超级电容[8]具有功率密度高、响应速度快、循环使用寿命长、能量密度低的特点。对此，本文采用锂电池与超级电容组成的混合储能系统[9,10,11]，发挥二者性能上的互补性来提高储能系统的性能。孤立微电网中负荷仅为海水淡化负荷，其对电能可靠性要求较低，不需要电能的持续供应且可以在一定程度内进行调节。本文研究的风储海水淡化孤立微电网结构如图2所示，包括双馈风力发电机组，超级电容储能，锂电池储能及反渗透海水淡化负荷。
2.1 Matlab数字仿真系统
2.1.1 双馈风力发电机
为尽可能地利用风力资源，系统以风力发电为主。因风能具有随机性、波动性的特点，本文风机采用最大功率跟踪[12,13](Maximum Power Point Tracking,MPPT)控制策略，以最大效率利用风能。
2.1.2 超级电容储能
超级电容属于功率型储能装置，在系统功率变化较大的情形下可以很快补偿功率差额，其变流器采用压频控制[14,15,16](V/f control)。目的是当电压和频率发生偏差时，在其功率和容量可调范围内实时调整输出的有功无功，为系统提供电压和频率支撑。
2.1.3 锂电池储能
锂电池属于能量型储能装置，可以完成较长时间尺度的功率调节。其控制采用定功率控制[17,18,19](PQ control)，按照给定的功率参考值输出有功和无功。本文锂电池在短时的协调控制策略中，将利用其功率裕量辅助超级电容，协同参与系统功率调节。
2.1.4 海水淡化负荷
反渗透海水淡化系统主要由高压泵、升压泵、反渗透(reverse osmosis,RO)单元和能量回收装置组成。其中，高压泵、升压泵作为主要耗能设备将在海水淡化负荷建模中作为系统负荷。通过异步电动机+变频器模拟的海水淡化系统谐波含量较大，为消除谐波，本文采用异步电动机+背靠背双PWM全控整流桥结构。根据5 t反渗透海水淡化装置电负荷[20]，并考虑一定的日常负荷，建立如图3所示的由三台异步电动机与日常负荷组成的海水淡化负荷。
2.2 协调控制方案
2.2.1 系统功率平衡分析
本文考虑的功率平衡关系中，主要考虑有功功率平衡(系统中较小的无功功率缺额全部由超级电容提供)。因此，系统功率平衡关系可表示为
式中，P代表有功功率，下标dl、L、b、c、w分别表示卸荷负载、海水淡化负荷、锂电池、超级电容、风电。
2.2.2 系统运行状态
根据孤立微电网中风机、储能等各单元的工作特性，将系统运行状态分为以下几种情况。
(1)充电状态：当Pw>PL时，若满足超级电容充电条件，超级电容充电，锂电池作为辅助，也开始充电。此时，功率关系表示为
如超级电容或锂电池已充满，则投入卸荷负载，消耗多余功率。此时，功率关系表示为
(2)放电状态：当Pw<PL时，若满足超级电容放电条件，超级电容放电，锂电池作为辅助，也开始放电。此时，功率关系表示为
如超级电容或锂电池不能再放电，则进入切机状态，系统停止运行。超级电容能够满足短时的功率缺额且海水淡化负荷并不需要持续的电力供应，可以出现一定的停机情况。
(3)平衡状态：当Pw=PL时，超级电容和锂电池处于待机状态。此时，功率关系表示为
2.2.3 各单元运行约束条件(1)海水淡化负荷
海水淡化装置的功率有一定范围，记PLmax、PLmin分别为负荷功率的上下限。负荷功率不能低于PLmin，否则淡化装置中电动机功率太低，将导致淡化产生的淡水水质不达标，不满足海水淡化的工艺要求，即
(2)超级电容储能
超级电容作为实时平衡系统功率差的器件，其运行状态必须在合理范围内，本文采用荷电状态(SOC)作为其运行状态的标准，即
式中，SOCcmin、SOCc、SOCcmax分别表示超级电容SOC下限、SOC、SOC上限。
且其充放电功率不能超过功率额定值(Pc N)，即
(3)锂电池储能
锂电池作为辅助功率调节器件，需对其进行充放电控制，其SOC状态必须保持在合理范围内，即
式中，SOCbmin、SOCb、SOCbmax分别表示锂电池SOC下限、SOC、SOC上限。
与超级电容类似，锂电池充放电功率也不能超过功率额定值(PbN)，即
(4)风电机组
由于风电机组控制一般采用最大功率跟踪控制策略，所以当风机输出功率不大于其额定功率即可实现安全运行。考虑风机启停次数对风机寿命的影响，设置风机的启动与停止条件。
启动条件：为充分利用风能资源，当风速大于风机切入风速时，风机投入使用。
停止条件：为尽量减少风机的停止次数，只有当Pw小于PL时，超级电容或锂电池不能继续放电且海水淡化负荷不可调时，风机停止运行，即
2.2.4 协调控制策略
由于本文重点考虑有功功率平衡关系，所以本文协调控制策略的实质为基于系统有功功率平衡的协调控制。本文孤立微电网中，超级电容类似大电网中的“平衡节点”，快速补偿风电与海水淡化负荷间的功率差额。考虑到该储能元件价格昂贵，能量型的锂电池在协调控制策略中，将利用其功率裕量辅助超级电容，协同参与系统功率调节。其动作频率为每30 s改变一次换流站的定功率参考值，即系统每运行30 s检测到的负荷与风电的功率差值作为锂电池的输出功率参考值，在30 s之内锂电池输出功率保持不变，这段时间系统内较小的功率缺额由超级电容单独承担。该控制策略可以显著降低超级电容的容量配置。协调控制流程图如图4所示。
(1)Pw<PL时，超级电容发出功率来满足此时的功率缺额。若其SOC高于SOCcmin，则由超级电容弥补风功率缺额与风机一起为负荷供电，同时负荷跟随风功率开启减负荷过程以减少储能的压力，避免储能放电过久；若其SOC已达SOCcmin，超级电容不能再继续放电，判断负荷功率是否低于PLmin，高于PLmin说明负荷仍具有功率调节能力，可通过减负荷的过程来匹配当前风功率。若此时负荷功率已低于PLmin，说明系统运行到超级电容和负荷都不可调的极端情况，只有进行切机处理。减负荷后判断风功率是否满足此时的负荷功率，若满足则协调控制过程结束，若不满足要判断此时负荷是否达到PLmin，未达下限值就需要重复协调控制过程。
(2)Pw>PL时，超级电容吸收多余功率。若其SOC低于SOCcmax，则多余的风能用于对超级电容进行充电，同时为最大化利用风能要让海水淡化装置增负荷运行；若其SOC已达SOCcmax，则需检查负荷功率是否低于其PLmax，低于PLmax说明其可进行增负荷过程，高于PLmax说明超级电容和负荷均以最大程度运行，这时投入卸荷负载，卸掉多余风功率。同样的，增负荷后继续比较此时负荷功率和风功率，再判断负荷功率是否达到PLmax，以确定是重复协调控制过程还是结束。
(3)Pw=PL时，说明风机功率正好满足负荷功率需求。此时，超级电容处于待机状态。
2.3 联合系统人机监控软件
为实现对联合系统的监控，本文开发基于Lab VIEW的联合系统运行监控人机界面。监控软件分为两层：微电网能量管理层、检测与控制执行层。其中能量管理层根据风功率预测与储能装置SOC，考虑系统安全稳定运行与经济性，制定海水淡化负荷的投切计划及风机输出功率的限制指令。检测与控制执行层则进行整个系统状态图形化显示，包括系统各单元的运行状态、实时数据和曲线等。
3 实时仿真实验
基于本文构建的实时仿真平台，对所研究的风储海水淡化孤立微电网系统进行仿真测试。孤立微电网系统中5 t海水淡化负荷与日常负荷为27.2 k W；根据某地区风速条件统计结果，在一年的周期内风电机组有66.40%的概率出力不足30%，配置150 kW的风电机组，其年平均出力约为42 kW，正好能满足一套5 t海水淡化负荷要求；超级电容考虑满足70%概率以上的功率突变，并考虑风电预测误差(这里取误差为5%)及多风机功率互补性(这里取互补系数为0.95)，得到需要满足的风电突变功率为30 kW，在考虑满足以上风电功率突变及海水淡化系统功率有一定调节能力的基础上，确定其电容值为20 F；锂电池在考虑平抑风电功率(本文取最大功率波动为50 kW，即可满足99.54%的风电功率波动，平抑时间为10 min，则平抑风电功率波动的容量为8.33 kWh)、海水淡化系统安全停机(系统由最大工作状态转为停机所需电能为3.56 kWh)、控制装置所需电能(为操作站、电动阀门等提供不间断的电力供应，控制装置等的负载功率为3 kW，维持其正常运行1 h所需电能为3 kWh)三方面的基础上，确定其容量为32.65 Ah。其中，超级电容逆变器容量为30 k W，锂电池逆变器容量为50 kW。
依据超级电容SOC两种较为典型的状态(20%SOC、80%SOC)划分，进行了两组1小时的实时仿真实验，以验证本文提出的协调控制策略的可行性。实验设定：能量管理系统每10 min依据风速情况与SOC状态，给出海水淡化负荷运行工况指令，即三台电动机负荷的投切指令(1代表启动，0代表停止)。实验数据通过监控软件记录，风机参数详见表1，海水淡化系统参数详见表2。实验结果如图5、图6所示。
3.1 初始20%SOC运行情况
图5中，前30 min风速较小，海水淡化负荷只有一台电动机工作。10～20 min风机出力下降，海水淡化负荷功率在其调节范围内也随之减小；20～30 min随着风机功率的增加，海水淡化负荷功率也增加，说明海水淡化负荷能够根据风功率的变化改变自身功率值，起到辅助功率调节的作用；30～50 min海水淡化负荷全部投入运行，在其可调范围内，海水淡化负荷跟踪风机出力变化增加或减小功率，超出其调节范围，负荷满载运行；50～60 min风机出力较大，海水淡化负荷一直满载运行，不参与系统功率调节。锂电池每30 s从联合监控系统中得到功率参考指令，按照风功率与负荷的差值发出或吸收功率，起到基本的功率调节作用。
3.2 初始80%SOC运行情况
图6中，前20 min海水淡化负荷在其功率可调范围内随着风机出力的变化改变其功率消耗；20～45 min由于风机出力较大，海水淡化负荷基本处于满载运行状态，系统功率差额完全由超级电容和锂电池来平衡。这段期间，由于超级电容SOC处于较高水平，风功率除了满足海水淡化负荷功率需求之外，主要为锂电池充电。由锂电池SOC曲线可知，其SOC呈现上升趋势；45～60 min海水淡化负荷跟踪风速变化改变功率消耗，起到辅助功率调节的作用，一定程度上分担了储能装置的功率调节压力。
3.3 短期协调控制验证
为验证本文提出的协调控制策略，选取情况二中10 min左右的一段90 s的实时运行结果进行分析。
图7中，50 s点对应情况2中1小时曲线10 min运行点。因能量管理程序每10 min给出控制指令，所以在50 s点海水淡化负荷改变运行工况，投入一台电动机负荷，负荷功率瞬时增大。此时，瞬间功率差由超级电容提供，其SOC降低。锂电池的功率值设定为每30 s改变一次，所以30～60 s锂电池的出力保持不变。60 s之后锂电池改变出力值，承担大部分的功率差额。由此可以看出，本文提出的协调控制策略是可行的，能够维持系统稳定。
4 结论
海水淡化工程淡化水后处理研究 篇8
1 淡化水的特性
目前, 大型海水淡化工程主要有蒸馏法和反渗透法。蒸馏法主要包括MSF和MED两种方法, MSF和MED得到的淡水水质基本一致, 含盐量低, TDS一般小于10mg/L, p H一般在5.0~6.7之间, Cl-, SO42-, F-, HCO3-等含量都非常低, 产品水不含细菌和有害元素。反渗透法的脱盐率一般可达99%以上, 还能够截留糖类, 氨基酸, 细菌, 病毒等物质, TDS高于反渗透法所得淡化水, 一般为20~500mg/L, p H一般在6.0~7.0之间。
海水淡化工程无论采用蒸馏法还是反渗透法, 所产淡化水均有一个共同的特征, 那就是矿物质含盐量低, p H呈弱酸性。这样的水质特征显然与传统饮用水水质有较大区别, 同时也决定了淡化水的腐蚀性[2]。
2 市政管网系统及淡化水入网问题
构成市政管网系统最主要的部分是管道, 在我国城市供水管网主要品种有:钢管、铸铁管、水泥砂浆内衬球磨铸铁管网、塑料管等。淡化水进入钢管、铸铁管网为主的市政管网系统, 带来的主要问题是“红水”现象, 即水体中铁离子浓度超标, 体现在外观是水质发红。淡化水进入水泥砂浆内衬球磨铸铁管网为主的市政管网系统, 带来的主要问题是p H值上升。
3 淡化水后处理的方法
海水淡化工程淡化水后处理的方法主要有再矿化法和投加缓蚀剂法。
3.1 再矿化法
再矿化法通过调节p H和提高碱度、硬度, 以增加水的缓冲能力改善碳酸盐平衡, 增大保护碳酸钙垢层在管道内壁沉积和压缩的倾向, 降低水的腐蚀性, 减小铁离子等的释放。再矿化的方法主要有与其他水源混合法、添加药剂法和溶解矿石法。
3.1.1 与其他水源混合法淡化水与富含矿物质的水源混合, 可以增加矿物质的含量, 达到缓解其腐蚀性的作用。目前, 采用淡化水与自来水混合较多, 淡化水与自来水混和还有一个非常重要的好处是能够减轻居民对淡化水的抵触心里, 淡化水属于新兴事物, 居民或多或少对其存在着质疑, 而将其与居民常用的自来水混合, 则能够减轻这种抵触心里。
3.1.2 添加药剂法直接在淡化水中添加药剂, 石灰、纯碱、小苏打、氯化钙和二氧化碳等以改变淡化水水质。
添加药剂法通常将两种或者几种药剂混合使用, 其中比较适合大型海水淡化工程的是添加石灰和二氧化碳法。
CO2与石灰联用工艺操作安全, 运行简单, 所以在大型海水淡化工程中得到了较为广泛的应用, 比如在沙特Madinat Yanbu AlSinaiyah的SWRO装置和澳大利亚黄金海岸的反渗透海水淡化工厂 (12.5×104m3/d) 中均采用了这种方法。
3.1.3 溶解矿石法。将淡化水通过盛有矿石的溶解池, 通过溶解矿石中的碳酸钙实现矿化[3]。
矿石材料一般使用石灰石, 由于矿石在中性溶液中溶解速率很慢, 因此需要在淡化水中添加酸性物质来增加酸性, 通常使用的是二氧化碳和硫酸。
(1) 在淡化水中通入二氧化碳气体, 酸化的淡化水流经装载石灰石颗粒的床层, 与石灰石发生反应。
二氧化碳溶解石灰石法的优点是:石灰石来源广泛而且价格低廉, 性质稳定便于存放;缺点是:反应速率缓慢, 反应过程不彻底, 会有的多余的二氧化碳残留在淡水中, 需要用氢氧化钠或者纯碱进行中和。
(2) 在淡化水中添加硫酸, 酸化的淡化水流经石灰石填料层, 与石灰石快速发生反应[4]。反应方程式如下:
硫酸溶解石灰石法显著的优点是只需要部分淡化水通过填料层矿化, 该部分占全部淡化水的18~45%, 矿化后再与剩余的淡化水混合即可。缺点是溶解的钙离子与碱度的比例是2:1, 甚至更大。所以为了保证水质稳定, 使用硫酸溶解石灰石矿化后还需要调节碱度[4]。
3.2 投加缓蚀剂法
除了从改善淡化水水质稳定性的角度来降低其腐蚀性之外, 还可以投加缓蚀剂剂来降低腐蚀性。投加缓蚀剂法中缓蚀剂的选择和用量至关重要, 目前常用的有:磷系、硅系缓蚀剂。
磷系缓蚀剂包括正磷酸盐、聚磷酸盐。正磷酸盐能与多种金属离子在较宽p H范围内形成几种难溶的固相物质, 从而能在铁管和镀锌管上形成保护层, 从而有效控制“红水”现象的发生。聚磷酸盐可与水中的钙、镁、铁等阳离子生成难溶的络合物, 在金属管道内壁形成保护膜来缓蚀。硅酸盐缓蚀剂常用的是水玻璃, 其作用机理是通过延缓溶解性亚铁腐蚀产物的扩散作用, 降低其腐蚀产物穿过硅酸盐保护膜的速率, 从而降低亚铁被氧化的速率。
3.3 矿化和投加缓蚀剂联合法
矿化和投加缓蚀剂也可以联合起来使用。米子龙[5]等提出在调节淡化水p H, 碱度, 硬度后投加0.25~0.50mg/L的聚磷酸盐缓蚀剂, 有效的降低管段铁释放量并使之趋于稳定。汪义强[6]等人提出了投加石灰提高出水p H值和水质稳定性、进一步增投食用Na3PO4缓蚀剂加速管道内壁保护的措施, 有效的解决了南方某市的供水管网红水问题。
4 结束语
(1) 由于固有的工艺特性, 海水淡化水具有离子去除率高的特点, 但也因此具有稳定性差、腐蚀性强的水质特征。这样的水体直接进入传统市政管网, 必然但来诸多问题, 因此必须进行后处理。
(2) 淡化水后处理的方法主要有再矿化法和投加缓蚀剂法, 其中再矿化方法比较适用于大型海水淡化工程, 实际应用也比较多。
(3) 淡化水的后处理方法的选择必须综合海水淡化工程方法和规模、水源特点、市政管网特点以及经济实力等多方面因素, 根据实际情况确定最终方法。
摘要：文章围绕海水淡化工程中, 淡化水的后处理进行了研究, 分析了淡化水的水质特征及其对市政管网系统的影响, 介绍了淡化水后处理的方法原理, 最后对海水淡化水后处理工程提出了一些建议。
关键词：海水淡化,淡化水,后处理,市政管网
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海水淡化,为人类“解渴” 篇9
而海水淡化，未来将为日益“干渴”的地球“解渴”。
海水取淡占据主流
从表面看，海水淡化似乎很简单，只要将咸水中的盐与淡水分开即可。不过时至今日，海水淡化的方法雖然有了数百种之多，生产出的淡水也风味各异，但以经济实用的标准衡量，仍然不能尽如人意。
最初的海水淡化方法有两种，一个是蒸馏法，将水蒸发而盐留下，再将水蒸气冷凝为液态淡水；另一个海水淡化的方法是冷冻法，冷冻海水，使之结冰，在液态淡水变成固态的冰的同时，盐被分离了出去。这两种方法都有难以克服的弊病：蒸馏法会消耗大量的能源，并在仪器里产生大量的锅垢，相反得到的淡水却并不多；冷冻法同样要消耗许多能源，得到的淡水却味道不佳，难以使用。
随着科技进步，海水淡化技术也得到迅猛发展。全球海水淡化方法基本上分为两大类：第一类是从海水中取淡水，有蒸馏法、反渗透法、水合物法、溶剂萃取法和冰冻法等；第二类是除去海水中的盐分，有电渗析法、离子交换法和压渗法等。
海水淡化的成本是人们最关心的问题，也是制约海水淡化大规模应用的瓶颈。目前海水淡化以第一类方法为主，其中反渗透法以其设备简单、易于维护和设备模块化的优点迅速占领市场，逐步取代蒸馏法成为应用最广泛的方法。
在新兴的反渗透法研究方兴未艾的时候，古老的蒸馏法也改弦易辙，重新焕发了青春。传统的蒸馏法只考虑了通过升高温度获得水蒸气的方式，耗能甚巨。而新的方法是将气压降下来，把经过适当加温的海水，送入人造的真空蒸馏室中，海水中的淡水会在瞬间急速蒸发，全部变成水蒸气。世界上的大型海水淡化工厂，大多采用新的蒸馏法。新的蒸馏法多级闪蒸(MSF)、多效蒸馏(MED)与反渗透法(RO)成为当前海水淡化普遍采用的三大主流技术。
反渗透引领新世纪
1953年，一种新的海水淡化方式——反渗透法问世了，这种超过滤法是利用半透膜来达到将淡水与盐分离的目的。
在通常情况下，半透膜仅允许溶液中的溶剂通过，而不允许溶质透过。由于海水含盐高，如果用半透膜将海水与淡水隔开，淡水会通过半透膜扩散到海水的一侧，从而使海水一侧的液面升高，直到一定的高度产生压力，使淡水不再扩散过来，这个过程是渗透。反渗透法则反其道而行之，对半透膜中的海水施以压力，使海水中的淡水渗透到半透膜外，而盐却被膜阻挡在海水中，得到淡水。
反渗透法最大的优点就是节能，生产同等质量的淡水，能源消耗仅为蒸馏法的1/40。自1974年以来，发达国家不约而同地将海水淡化的研究方向转向反渗透法。
反渗透海水淡化技术发展很快，工程造价和运行成本持续降低，主要发展趋势为降低反渗透膜的操作压力，提高反渗透系统回收率，廉价高效预处理技术，增强系统抗污染能力等。目前三大核心反渗透膜、高压泵、能量回收装置等技术，仍被美、日、德等发达国家所垄断，基本依赖进口。
反渗透海水淡化具有节省投资、能耗低等优点，预计反渗透技术将是21世纪海水淡化的主要方法。
循环经济全新突破
此前，海水淡化的普及主要受困成本问题。为降低成本，水电联产和热膜联产都得到了广泛的应用。所谓水电联产，就是利用电厂产生的蒸汽和电力，为海水淡化装置提供动力；热膜联产，则采取热法和膜法相联合的方式，满足不同用水需求，以最大限度地降低海水淡化成本。
浓盐水的排放问题，也是海水淡化必须跨越的另一道坎。根据目前的工艺水平，海水淡化过程的效率约在40%~50%之间，即海水在一半转化为淡水后，另一半则是浓度翻番的浓盐水。如果直接将这些浓盐水排放到近海的话，势必对近海生态系统造成不利影响。目前国际上通行的做法，是将浓盐水通过泵打到深海。至于其他污染物，比如污泥，则要求尽量浓缩、填埋；对于生产过程中产生的余热污染，则是尽量想办法从排放的海水中回收能量，以提高能源的利用效率。
世界自然基金会(WWF)报告指出，海水脱盐过程会消耗大量能源，从而会产生大量的温室气体；此外，海水淡化在一些海岸区域，还破坏了海洋生物的生存环境。随着建造脱盐工厂的数量成指数倍增长，这将会显著加速气候变化的步伐。
迪拜大力发展海水淡化产业 篇10
迪拜酋长国淡水供应主要依靠地下水源和海水淡化, 其中农业灌溉用水的四分之三和居民日常生活用水的三分之一以上均来自地下水源。但是最新研究结果表明, 长期大量开采地下水源已使该地区地下蓄水层水质严重退化, 井水盐碱化趋势明显, 对当地农业生态环境已构成了潜在危险。另一方面, 由于迪拜气候炎热少雨, 年平均降水量仅为42毫米, 且蒸发量极大, 因而地下水资源长期无法得到有效补充, 蓄水层水位大幅度下降。鉴于此, 迪拜政府近年来大力倡导以“建立循环发展模式”为核心的生态效益型经济发展政策, 在借助举办各类国际环保博览会提升居民节水观念的同时, 依靠海水淡化及废水循环处理作为居民生活用水和工业生产用水的主要来源, 加大了对海水淡化和污水净化项目的金融投资与政策扶持力度, 以便刺激、推动自身水资源产业的繁荣发展, 并积极推广更为环保节能、融发电与海水淡化于一体的热蒸馏脱盐生产技术。据悉, 在朱梅拉棕榈岛、杰布阿里工业区等地一系列大型海水淡化项目建成投产后, 迪拜酋长国淡化水使用比例有望增长至全部用水量的95.6%。
迪拜酋长国发展海水淡化的主要措施:
一是在海水淡化工程项目建设过程中, 积极鼓励外国公司在本地投资建设水电联合企业, 对合资水电企业进口的相关发电设施和供水设备只征收4%的低额关税, 并保障外国企业可拥有40%的股权。有关专家认为, 此举可在保证政府对淡化水控制权的前提下, 通过引入市场竞争机制, 有效降低海水淡化工程的建设和运行成本, 增强本国在海水淡化领域的技术设备和研发能力, 提升对水资源产业的管理开发水平。