全球海水淡化的情况
Sabine Lattemann1 *,玛丽亚·d·Kennedy2 Jan c . Schippers2和加里Amy2
11 nstitute海洋环境的化学和生物学(洲际弹道导弹)、奥尔登堡,德国奥尔登堡大学
内容
1。介绍7
2。历史发展8
3所示。全球海水淡化装机容量11
3.1。海水淡化市场的预期增长11
3.2。全球产能的源水类型11
3.3。全球产能过程11
3.4。全球产能利用类型12
3.5。全球产能由植物14码
3.6。海水淡化过程的成本和能源需求14
4所示。地区海水淡化形势17
4.1。海湾地区19
4.2。红海19
4.3。地中海19
4.4。其他地区23
5。环境问题的海水淡化24
5.1。26日摄入量
5.2。排放26
5.3。能源需求31
5.4。影响缓解措施34
6。摘要和结论35 38的引用
1。介绍
海水和盐地下水已成为最重要的来源饮用水在几干旱的国家雷竞技手机版app中东,科威特和阿拉伯联合酋长国等严重依赖海水淡化。然而,许多工业化国家和发展中国家
*通讯作者:
电子邮件地址:(电子邮件保护)
可持续性科学与工程,卷2 ISSN 1871 - 2711 . DOI 10.1016 / s1871 - 2711 (09) 00202 - 5
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最近也开始使用海水淡化作为一种补充和多元化水的供应选项。直到几年前,海水淡化厂仅限于缺水,但石油资源丰富的中东和北非国家,和一些热带和亚热带岛屿。雷竞技手机版app今天,海水淡化已经成为许多国家的一种商品,以满足其日益增长的对水的需求。雷竞技手机版app
“先锋”的国家,雷竞技手机版app驱动因素往往缺乏地表和地下水资源,加上足够的自然或金融资源从事能源密集型和昂贵的海水淡化项目。新兴的海水淡化市场更加多样化,推动因素,包括经济和人口增长,延长了干旱、气raybet雷竞技最新候变化或传统的下降水资源在质量和数量方面由于过度使用,污染,或盐渍化。此外,传统的水生产成本一直在上升在世界的许多地方,海水淡化的成本——尤其是海水淡化——多年来一直在下降,海水淡化经济也变得更有吸引力和竞争力(图1)。
本章给出了一个简短的历史发展海水淡化技术,概述目前全球海水淡化装机容量,区分不同的原水来源、过程和使用类型。另外讨论了区域和未来趋势,驱动因素如成本和能源需求,以及担忧,如排放入海的环境影响。
2。历史发展
盐的提取从盐水通过自然蒸发已经练习了很长时间,约会的时候盐,不是水,是珍贵的商品[1]。先进技术,模拟自然过程如蒸发、渗透,以提取水只有在现代被开发出来。基本脱盐过程最初用于海军军舰在17到19世纪。荷属安的列斯群岛的库拉索岛是第一个位置使海水淡化的主要承诺在1928年,其次是一个主要海水淡化工厂建在现在沙特阿拉伯1938年[1,2]。
海水淡化技术的发展的一个主要步骤是二战期间为了供应水在干旱地区的军事机构。战争结束后,海水淡化是公认的潜力和更多的研究工作在不同的国家。雷竞技手机版app美国政府通过盐水的创建和资助办公室
(OSW)在1950年代早期,它的继任者组织,办公室的水研究和技术(OWRT) 1974年,帮助提供许多不同的脱盐技术的基础研究和发展[2,3]。
许多早期的项目集中在热过程。重要工作是完成建筑材料,传热表面,与腐蚀仪器协助设计和施工的中东地区第一个大型蒸馏系统[2]。multieffect蒸馏(地中海)工业用过程已经很长一段时间,传统的生产糖和盐。早期的一些蒸馏地中海植物也使用过程;然而,多级闪蒸(MSF)的过程,是在1950年代开发的不断取代了地中海过程由于更高的抵抗缩放。重燃兴趣可以观察到地中海自1980年代由于较低的操作温度和能源需求的过程[3]。
在1950年代末,第一个不对称膜海水淡化是由勒布Sourirajan,由醋酸纤维素聚合物[4]。的电渗析(ED)的过程,在1960年代早期,商业引入移动盐选择性透过膜由一个电势。它是第一个具有成本效益的方式淡化苦咸水和引发了相当大的兴趣使用脱盐技术对市政供水,尤其是在美国。ED是专门应用于低咸水和淡水海水淡化,自能源消耗海水治疗会过高。其他里程碑包括反渗透(RO)、商业化的驱使膜过程在1970年代早期[3],紧随其后的是发展一种更健壮的复合芳香聚酰胺膜缠绕在1980年代[4]。
虽然各种各样的膜材料和模块配置已经发展多年来,包括纤维素或noncellulosic材料,空心细纤维复合芳香聚酰胺膜缠绕配置几乎完全用于现代RO植物今天。海水在醋酸纤维素膜有一个特定的渗透通量的0.5 l / (m2hbar)和盐对1970年代的98.8%,最新的聚酰胺海水膜有一个特定的流量超过1.2 l / (m2hbar)和99.8%的盐被拒绝。具体的改善流量转化为特定的能源需求的显著减少RO过程[4]。另一个重要权力和降低成本源于能量回收设备的发展,导致总能源需求3-4kWh / m3的渗透水使用最先进的技术。
最后,过了大约50年从第一个陆基蒸馏植物进化成为发达的产业在1980年代。到了1990年代,市政供水的脱盐技术的使用已成为普遍的[3]。今天,市脱盐水的主要最终用户和市场继续呈现指数级增长,增加了一倍的装机容量预计从2006年到2015年。今天罗已成为最重要的海水淡化过程(第三节(5、6))。1969年,世界上最大的RO系统的操作是一个380米/天微咸水植物在达拉斯,德克萨斯[7]。今天,最大的海水反渗透工厂每天生产330000立方米水,相当于132奥林匹克标准游泳池,使用27000膜元素与一个活跃的表面面积约99公顷(或200足球场),每3 - 7年,需要更换。目前,膜市场当前估计每年销售额超过5亿美元,和年度市场增长以每年约16%的速度增长[7]。
3所示。全球海水淡化装机容量
全球海水淡化装机容量增长快速。最新的数据来自世界各地20国际脱盐协会(IDA)的脱盐工厂库存[5]表明,全世界所有的海水淡化厂的生产能力约为4410万立方米/天(Mm3 /天)到2006年底。这个数字包括所有设施中列出库存处理海水,微咸水、河流水,污水,盐水,纯水,要么是在建设、在线或在线。
3.1海水淡化市场的增长
全球装机容量增长复合平均每年12%的速度在过去的5年,和能力的增长速度预计将进一步增加。根据国别分析涉及海水淡化项目和水供给和需求的官方数据来自世界各地的机构,它预计装机容量可能会在2010年达到64 / mm3天and98Mm3 / dayby2015(图2)[6]。
3.2全球能力源水类型
预期的增长将在海水淡化市场的部门,虽然微咸水和废水脱盐过程可能会在未来变得越来越重要。只有5%的总额目前来自44.1 Mm3 /天废水来源,19%生产微咸水来源,63%海水来源从Ref[5](主数据)。海水淡化的海水是因此主要海水淡化的过程,占全球水生产27.9 Mm3 /天(图3)。说明,这是一个体积与在巴黎塞纳河的平均放电(平均28.3 Mm3 /天)的流程。
3.3全球产能的过程
所有源水类型包括RO是普遍的海水淡化过程。它占略超过一半(51%或22.4 mm3 /天)的全球产能(图3,第二行)。全球的百分之四十或17.7 Mm3 /天
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CT Ch CT霁CT * iTl rl *——<张* H CT Ch CT霁CT * iTl rl *——<张* H 图2海水淡化市场的增长(包括海水、微咸水、河流水、废水、盐水、纯净的海水淡化过程)。装机容量为44.1 Mm3 /天2007年[5],到2015年预计将增加一倍以上。当时,38 mm3 /天可能会被安装在海湾地区和其他地区的59 mm3 /天世界[6]。 生产脱盐水来自蒸馏植物,使用MSF或医疗过程,相对市场份额的32% (14 mm3 /天)和8% (3.7 mm3 /天),分别。其他一些小海水淡化过程包括膜基纳滤(NF)和ED过程约4%的市场份额(分别为2和1.6毫米/天)。 图片如果一个变化区分不同的源水类型。热海水淡化过程占61% (17.2 mm3 /天)的生产在所有使用海水作为原水来源的海水淡化厂,其中50%是植物在无国界医生组织生产。只有35%的水来自海水反渗透海水淡化厂。相反,RO占84% (6.9 Mm3 /天)和79% (1.7 Mm3 /天)的生产在微咸水和废水应用,分别,而蒸馏过程中扮演微不足道的角色盐水(< 2%,0.1 Mm3 /天)和一个小角色(13%,0.3 Mm3 /天)在污水淡化从裁判(主数据。[5])。 3.4全球产能利用类型 包括所有源水类型,脱盐水主要用于市政和工业用途:70% (31 Mm3 /天)的全球使用脱盐水市和21% (9 Mm3 /天)由行业(图3,第三行)。其他终端用户包括发电行业(4%)、灌溉(2%)、军事(1%)、旅游(1%)。 再次,情况是不同的,如果一个区分不同的源水类型。市政当局也淡化的主要最终用户 图3全球海水淡化能力(Mm3 /天,%)的源水类型(上面一行),通过过程和源水型(第二行),通过使用类型和源水型(第三行)。数据分析主要数据来源于Ref。[5]。缩写:RO反渗透地中海、多级闪蒸的无国界医生组织,multieffect蒸馏;NF,纳滤,艾德,电渗析;L XL > 50000立方米/天> > 10000立方米/天> > 1000立方米/天> S(见板1的颜色板这本书的结尾部分)。 图3全球海水淡化能力(Mm3 /天,%)的源水类型(上面一行),通过过程和源水型(第二行),通过使用类型和源水型(第三行)。数据分析主要数据来源于Ref。[5]。缩写:RO反渗透;MSF,多级闪蒸,地中海,multieffect蒸馏;NF,纳滤,艾德,电渗析;L XL > 50000立方米/天> > 10000立方米/天> > 1000立方米/天> S(见板1的颜色板这本书的结尾部分)。 海和微咸水占83% (23.2 Mm3 /天)和61% (5 Mm3 /天)的生产,分别和20%的repurified废水的生产。作为一个从海水微咸水和废水,城市使用的比例减少,而工业用水的比例增加。后者占12%的生产从海水、微咸水来源的23%的生产,和repurified废水的主要用户:39% (0.8 mm3 /天)是用于工业用途加上一个额外的12%是由电力行业使用。灌溉是第二个最重要的使用repurified废水占27% (0.6 mm3 /天)工业使用后(废水)的39%(主要来自裁判的数据。[5])。 3.5全球工厂规模的能力 百分之四十九的脱盐水是由非常大的设备与生产能力50000米/天或更多(“XL-sized”植物,图3,最后一行)。生产的份额非常大的设备甚至更高在海水部门,66% (18.2 Mm3 /天)的水只有122家工业生产的植物。在天平的另一端,大约1660小海水淡化设施与生产能力的不到1000米/天只占2%(0.6毫米/天)的生产。工厂规模分布比较均匀的咸水(BW)和废水(WW)行业,24% (BW)和27% (WW) XL-sized水产生的植物,大型植物占34% (BW)和36% (WW)的生产中植物为33% (BW)和32% (WW)的生产,和小植物为9% (BW)和5% (WW)的生产,分别从Ref[5](主数据)。 最后,大多数的脱盐水今天是在标准尺寸的生产设施。其中包括大型热蒸馏植物在中东与生产能力1.6 mm3 /天。在中东地区,海水反渗透(SWRO)是占主导地位的过程,发现应用程序。大多数SWRO植物(59%)很小(< 1000立方米/天)和只占全球产量的5% 9.4 mm3 /天,而2%或42大型设施(> 50000立方米/天)占全球几乎一半(45%)的生产。目前最大的RO装置生产330000立方米/天,RO项目正在规划500000立方米/天。 3.6成本和海水淡化过程的能源需求 传统水生产的成本上升(图1),在世界的某些地方是由技术支出和成本增加治疗水从传统渠道和长距离运输水。水生产成本上涨不同国家,供给、需求和技术——1美元- 1.5 m3。同时,饮用水的海水淡化的成本一直在下降,在一些地方甚至低于传统的水生产的成本。原因包括设计和技术的进步,特别是RO过程,适应当地需求的设施,或使用便宜的能源[8]。 工程所需的平均投资成本,采购,构建一个无国界医生组织蒸馏植物是每立方米1235美元和装机容量。地中海和SWRO植物的资本成本更低,平均为916美元和641美元每立方米和装机容量,分别。海水淡化工厂的平均生产成本在0.45美元-0.60 m -(图4)[6]。这包括更换零件和膜、化学预处理的摄入水、植物产品的清洁和治疗后的水,劳动力成本,是最重要的成本因素,能源需求。与 uierriicali。 mentji-anes电电 化学物质热 图4美元的相对操作成本主要海水淡化过程。改编自Ref。[6]。 化学物质热 图4美元的相对操作成本主要海水淡化过程。改编自Ref。[6]。 目前海水淡化能源价格的上涨,可能会再次成为一个更昂贵的水供应的选择在未来。 所需的能量水生产制作:MSF植物,最高工作温度为120°C,大约需要250 - 330热和3.5 MJ / m3千瓦时的电能生产1立方米的水。地中海植物,在温度低于70°C,需要145 - 390 MJ / m3的热力和1.5千瓦时的电能每立方米的水。海水反渗透需要较少的能量比蒸馏过程。SWRO植物的能源需求取决于所使用的工艺设计和设备(表1)。使用低能耗膜元素,变频泵,压力交换器可以显著降低植物的具体能源需求。虽然老工厂没有nb雷竞技官网 设备可能仍然需要大约5千瓦时/ m3,现代植物通常达到总能源需求3 - 4千瓦时/ m3。例如,西班牙国家水文计划假定总能量的价值4千瓦时/ m3假设工厂配备先进的技术[9]。加州负担得起的海水淡化协作运营示范工厂2年以上使用最先进的,现成的技术和世界纪录1.58千瓦时/ m3的特定能量消耗低能耗膜在42%恢复,但渗透水的质量为代价的。因此,能源需求也取决于所需的渗透水的质量。例如,使用第二个RO通过硼除能源需求将会增加。具体的
能源需求SWRO植物通常增加而复苏,但总的能源需求减少与回收率低给水必须注入和治疗获得同样体积的渗透在更高的复苏。因此,重要的是要分析海水淡化过程作为一个整体,而不仅仅是SWRO-specific能源需求。在最实惠点190000立方米/天,总治疗能量在2.75 - -2.98千瓦时/ m3的范围是[10]。 4所示。地区海水淡化形势 百分之四十八(21.0 Mm3 /天)全球海水淡化生产主要发生在中东,在海湾国家国家(19.3 Mm3 /天)。百分之十九的脱盐水产生在美洲(8.2 mm3 /天),14%在亚太地区(6.2 mm3 /天),14% (6.0 mm3 /天)在欧洲,6%在非洲(2.8 mm3 /天,图5,主要来自裁判的数据。[5])。 除了一个地区,海水淡化是普遍的过程。百分之六十一(17.1 Mm3 /天)的全球海水淡化能力位于只有六个GCC国家,包括沙特阿拉伯、阿联酋、科威特、巴林、卡塔尔和阿曼。雷竞技手机版app另外11% (2.9 Mm3 /天)的全球海水淡化能力位于欧洲南部和7%(2.0毫米/天)在北非。三个封闭式海域因此占最大份额的全球海水淡化能力——海湾,红海和地中海。 北美是唯一地区苦咸水淡化是主导的过程。生产能力3.0 mm3 /天,代表超过三分之一(36%)的全球半咸水脱盐能力。微咸水来源的百分之二十一的生产发生在海湾合作委员会国家(1.7 Mm3 /天)和13% (1.1 Mm3 /天)在欧洲南部。 废水净化也主要在北美(22%或0.49 Mm3 /天),紧随其后的是东亚(21%或0.46 Mm3 /天)和海湾合作委员会国家州(19%或0.42 Mm3 /天)。这三个地区约占全球五分之一的污水处理能力,其次是日本,韩国,台湾南部(12%)和欧洲(10%)。 在以下,重点做好墨西哥湾,红海,地中海和海水淡化装机容量在这些海地区。 北美6、5党卫军,6515 1599545年欧洲北部___ 4405024年欧洲南部。■ 19360853年 1910年东亚,14 z 905687年南美 2 %加勒比723437 0.6% 北非的我 中东(rest) 1595763 2739212年日本韩国我台湾21% 非洲(rest) 424160 |
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