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淡化海水为海岛“解渴”

2021-08-19 10:06:38    来源: 中国自然资源报    作者:赵宁 朱岩

淡水是海岛上的稀缺资源。淡水资源匮乏,成为海岛经济社会发展的制约因素。

我国是海洋大国,据统计,面积达500平方米以上的岛屿有7300多个。对部分海岛居民而言,喝水要看老天眼色,水库水是他们赖以生存的主要水源。而随着社会经济的发展,船运淡水、收集雨水等方法,越来越难以满足日益增长的淡水需求。

“海水淡化建造和运营成本可控,供水稳定可靠,在国际上已经成为解决缺水问题的重要措施,理应是解决海岛缺水问题的首要选择。”自然资源部天津海水淡化与综合利用研究所所长阮国岭表示。

构建全海域数据库、强化技术研发——

破解海岛海水淡化技术难题 

从20世纪50年代开展电渗析海水淡化研究以来,经过几代科研人员和工程技术人员的努力,我国海水淡化技术基本成熟,并逐步建立了海水淡化产业体系。

“虽然海岛海水淡化起步不晚,但在过去的很多年,关键海岛仍不能将淡化水作为主要水源。”阮国岭指出,主要难点在于岛用海水淡化面临的海岛环境条件多样性,从极地到赤道、从河口到远海,水环境和气候条件差异显著,建设条件迥异,对淡化装置可靠性要求严苛。此外,岛用淡化技术要求具有多重性,例如临时施工用水强调投资节约,居民用水要求高效节能等。

2009年,以阮国岭为带头人,天津海水淡化与综合利用研究所和天津市蓝十字膜技术有限公司等单位技术骨干为核心的项目团队着手研发全海域岛用海水淡化成套技术及装备。

针对海岛海水淡化存在的技术难点,阮国岭带领团队从两个方面入手攻关。

一方面,为了研发出小型化条件下,适应不同气候、不同海域、不同用户要求的全流程可靠工艺和自主设备,项目团队依托于我国近海海洋综合调查和评估专项等项目,组织精干力量赴海岛开展广泛调研,构建了涵盖我国全海域和部分国际海域的岛用海水淡化数据库,建成工艺设计平台,实现淡化工艺的自动匹配和优化方案的自动输出,形成海岛淡化工艺技术体系。

另一方面,为解决冷热极端环境、高盐高温高湿条件、非稳定能源供应下海水淡化装备的可靠运行以及人员现场维护困难的问题,项目团队历时10余年,攻克了岛用海水淡化系列节能技术难题,打破了高效低成本整机制造技术瓶颈,开发了防腐、防结露、防老化、防生物附着等技术方法,实现了关键设备寿命期内“零”维护;开发出离网条件下光伏、风能、柴油机等多能源耦合海水淡化技术,通过优化供电策略,降低发电机和电池组容量,提升了供水可靠性。

打破高效节能技术瓶颈、构建标准质检体系——

推动海水淡化技术创新 

“通过该项目,解决了部分岛用淡化设备核心关键的‘卡脖子’问题,形成了成套技术和装备,有效促进了海水淡化技术进步和产业升级。”阮国岭说,与国际主要设备相比,设备谱系、能耗指标、能源适用性、自动化和管控水平均有明显优势。

例如,为提升国产装备可靠性与稳定性,项目团队构建了高转速关键过流部件水力模型和结构设计方法,透平式能量装置转换效率由 65%提升至 80%以上,达到国际先进水平;开发了刚性转轴非线性动力学失稳分析方法及抑制技术,岛用高压泵工作振动降至 0.7毫米~1.5毫米/秒、噪声降至 80 分贝,低于国际同类产品;优选耐磨蚀材料并配套开发加工成形工艺,节能装备的磨损率大大降低;形成了与单机产水0.15立方米~1000立方米/日海水淡化装置配套的自增压、柱塞式、透平式能量回收高压泵系列产品,工程应用成效显著。

针对海岛日常及应急用水需求,项目团队开发了移动式和便携式谱系化海水淡化装置。移动式装置采用集装箱或者撬装式,现场快速组装即可使用,安装工期缩短了 30%,单机产水规模5立方米~1000立方米/天,具备多模块连接扩展产水规模功能,全系列配套国产能量回收,吨水能耗降至接近3.0千瓦时,达到国际先进水平;开发了2个系列4个品种便携式海水淡化装置,可单人携带、无需外部供电,产水量 1升~5 升/小时,单次免维护驱动超 40 万次,技术指标国际领先。装备已在30多个海岛实现应用,并成功推广应用至巴基斯坦、文莱等“海上丝绸之路”沿线国家。

项目还支撑了20余项国家和地方海水淡化发展规划出台,推动《海岛海水淡化工程实施方案》、税收减免、优惠电价等产业激励政策落地,促进了技术进步,规范了行业发展,提高了产品质量和行业竞争力。

阮国岭介绍,通过该项目研制标准22项,支撑国标的制(修)订,构建了覆盖通用标准、技术规范、产品标准、检测标准等方面的标准体系;牵头的首个ISO海水淡化水质标准已通过最终表决,即将发布;建成了我国首个舰船海水淡化实海测试平台,可模拟全球主要海域的运行条件,能够实现上舰淡化设备的实海检测。

挑战极端环境、支撑重大项目——

海岛海水淡化示范有成效 

海水淡化,要突破技术难关,还要打通供应路径。

项目团队克服海岛工作的各种不利条件和困难,先后在山东省长山群岛、浙江省舟山群岛、海南省西沙群岛和南沙群岛、广东省万山群岛等所属的20多个海岛,建设了日产能5吨~1000吨不同形式的海水淡化示范工程。

地处中国南海的三沙市,由众多大大小小的岛屿组成,其中永兴岛是最大的自然岛。过去,永兴岛靠抽取地下岛水、收集雨水解决岛上居民的日常用水问题。而当地的地下岛水含盐量很高,不能直接饮用,只能用来洗澡、洗衣服等,且长期取用岛上地下水会对珊瑚礁地质结构造成破坏。

2016年,永兴岛的海水淡化厂正式投入使用,解决了西沙永兴岛居民的用水难问题。与此同时,岛上绿化工程有了充足的淡水保障,有效改善了永兴岛的生态环境。

阮国岭介绍,作为南海岛礁海水淡化工程的重要组成部分,项目团队在永兴岛建设有1000吨/日海水淡化工程,全部采用自主研发产品,指标水平国际先进,可在热带海岛高温、高湿、高盐雾环境下,为驻岛居民提供可靠淡水。此后,团队又在南海岛礁累计推广同类装置数十套,总规模超过8000吨/日,能够满足岛上居民生产生活用水需求,同时还可为周边岛礁和过往船只补给生活淡水。

2019年11月,“南海岛礁海水淡化工程”被中国海洋工程咨询协会评为2018年全国优秀海洋工程。

2017年,吉布提最大的工业项目——“阿萨勒盐湖溴化钠项目”开工在即却面临着严峻问题:当地淡水资源匮乏,工程用水成本高,且不能稳定供水,项目无法按时启动实施。项目组针对性研发设计了“集装箱式反渗透海水淡化装置”,该装置在45℃的进水温度、54克/升含盐量的恶劣条件下,仍然能够长期稳定运行。该技术不但解了工程的燃眉之急,还极大地降低了工程成本。

在南极,项目团队研发的海水淡化装置,在零下40℃的极端低温下实现稳定供水;在珠海东澳岛,项目团队研发的多元供水装置,可同时处理地下水、雨水、海水,探索出了海岛供水的新模式……

“项目全面构建了我国岛用海水淡化成套技术体系、装备体系、标准体系和产业服务体系,支撑我国海岛地区和‘海上丝绸之路’建设发展,成套技术装备直接应用于30余个海岛及沿线国家,并为海水淡化产业‘走出去’提供了技术保障。”阮国岭说。

“未来,我们将重点开发海水淡化绿色预处理、可再生能源耦合淡化、智能化监控、标准化运维等技术,实现高效能、低碳、低成本应用,同时兼顾常规工况的经济性和特殊工况的可靠性,继续开发基于一体化工艺流程的高可靠海水淡化装备。”阮国岭表示。

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