蔡邦肖
（國(guó)家海洋局第二海洋研究所，杭州）

　　利用太陽(yáng)能反滲碳透法淡化海水是八十年代初開的技術(shù)。本文闡明太陽(yáng)能硅電池產(chǎn)生的電源直接用于反滲秀海水淡化系統(tǒng)，地域適應(yīng)性強(qiáng)，流程簡(jiǎn)單，維護(hù)運(yùn)行方便。生產(chǎn)1m³淡化耗電9kWh，反滲透產(chǎn)品水可作為飲用水或工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水。

一、前言

　　反滲透海水淡化運(yùn)行的必要條件之一是需有驅(qū)動(dòng)高壓泵的電能。太陽(yáng)光發(fā)電技術(shù)在海水淡化系統(tǒng)中的應(yīng)用，使反滲透法能夠在無商用電源或電力緊張的地區(qū)特別是海島和沙漠地區(qū)淡化海水、苦咸水成為可能。
　　八十年代初，以太陽(yáng)能電池為源的反滲海水淡化裝置開始在世界上運(yùn)行。本文以日本沖繩市瀨戶和因島市細(xì)島兩個(gè)太陽(yáng)能反透滲法海水淡化系統(tǒng)為例，闡述太陽(yáng)能反滲透海水淡化系統(tǒng)的利用技術(shù)及其目前的水平，初步給出系統(tǒng)的有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)與工藝流程，同時(shí)淺析太陽(yáng)能反滲透海水淡化技術(shù)的可行性、實(shí)用性與經(jīng)濟(jì)性，從而展望太陽(yáng)能反滲透海水淡化技術(shù)的前景。

二、沖繩市瀨戶太陽(yáng)能反滲透法海水淡化系統(tǒng)

　　沖繩市瀨戶太陽(yáng)能反滲透法海水淡化系統(tǒng)位于瀨戶離海岸較遠(yuǎn)的地帶，由日立制造船有限公司于1982年底開始建造、1983年1月開始正式運(yùn)轉(zhuǎn)，日產(chǎn)水量15m³，反滲透產(chǎn)品水經(jīng)后處理成飲料水。當(dāng)時(shí)尚缺乏利用太陽(yáng)光發(fā)電作為反滲透裝置動(dòng)力源的經(jīng)驗(yàn)，因而該系統(tǒng)采用了太陽(yáng)光發(fā)電負(fù)擔(dān)裝置的一半動(dòng)力電源，另一半由商用電源以蓄電池方式供電。沖繩市太陽(yáng)能發(fā)電為動(dòng)力源的日產(chǎn)15m3海水淡化裝置的太陽(yáng)能電池與反滲透裝置的概況分別列于表1、表2。
　　沖繩市太陽(yáng)能反滲透法海水淡化系統(tǒng)流程如圖1所示。由于PEC-1000膜耐氧化性能較差，因此在給水中必須添加60mg/L二亞硫酸鈉（SBS），1.5mg/L滅菌用的次氯酸鈉，2mg/L作為砂濾槽凝聚劑的氯化鐵。這些化學(xué)藥品每星期補(bǔ)加一次。

表1 沖繩市反滲透海水淡化系統(tǒng)的太陽(yáng)能電池 　 型式 單晶硅 太陽(yáng)能電池 效率 12%（120Wp/m²） 排列枚數(shù)與連接方式 152枚，19S×8Pa 有效總面積 43m² 最大容量 5320Wp 蓄電池容量 252V×45AmpH 直交變換器 型式 可控硅變換器 容量 3.5kVA.220V.3φ，60Hz

表2 沖繩市太陽(yáng)能反滲透海水淡化裝置 RO膜型式 東麗PEC-1000卷式膜 RO組件數(shù) φ4″×12個(gè) 脫鹽率（%） ≥99.7 產(chǎn)水量（m³/d） ≥15 高壓泵 0.9m3/h×60×105Pa 2臺(tái) 馬 達(dá) 2.2kW/臺(tái) RO裝置電耗 ≤5.64kW RO生產(chǎn)1m³淡化的電耗 ≤9kW

　

表3 沖繩市瀨戶太陽(yáng)能反滲透海水淡化系統(tǒng)年度生產(chǎn)運(yùn)行性能 月 太陽(yáng)能電池的發(fā)電量（kWh/d) 日產(chǎn)水量（m³） 單位膜面積日產(chǎn)水量（L/m²） 生產(chǎn)效率（%） 1 108.12 11.75 30.50 62 2 132.88 14.44 37.49 76 3 160.66 17.46 45.33 92 4 169.72 18.45 47.90 97 5 175.16 19.04 49.43 100 6 155.22 16.87 43.80 89 7 158.24 17.20 44.65 90 8 172.14 18.71 48.57 98 9 146.56 15.82 41.07 83 10 144.36 15.69 40.73 82 11 121.40 13.20 34.27 69 12 103.28 11.23 29.16 59 平均 145.56 15.82 41.07 83

　　根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍庀髼l件，如果一點(diǎn)都不用外部電源，就需要有60kWp的太陽(yáng)能電池。表3列出了沖繩市瀨戶太陽(yáng)能反滲透海水淡化系統(tǒng)從1983年1月至1984年10月期間每月生產(chǎn)運(yùn)行性能性能。從表中可以看出，日照時(shí)間和日輻射量不同，太陽(yáng)能電池的發(fā)電量大不相同，從而顯著地影響反滲透產(chǎn)水量。5月份產(chǎn)水量最高，12月份產(chǎn)水量最低。1、2、11、12這四個(gè)月的產(chǎn)水量達(dá)不到設(shè)計(jì)值(日產(chǎn)15m3淡水)。因此，由于氣象條件原因在太陽(yáng)能電池供電不足時(shí)，采用蓄電池供電以維持正常的產(chǎn)水量是一個(gè)較為可取的工藝。

三、因島市細(xì)島太陽(yáng)能反滲透法海水淡化系統(tǒng)

　　因島市細(xì)島太陽(yáng)能反透滲法海水淡化系統(tǒng)位于因島西北方向約500m的瀨戶內(nèi)海的中央部位的小島——細(xì)島上。該島面積0.76km²，入口約100人，居民以農(nóng)業(yè)為主。該海水淡化系統(tǒng)是造水促進(jìn)中心受新能源綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)委托于1985年開始開發(fā)的。首先進(jìn)行了地區(qū)選定條件的研究，基本工藝的設(shè)計(jì)，以及以氣象資料為基礎(chǔ)的發(fā)電量、造水量的模擬試驗(yàn)。據(jù)此在1985—1986年進(jìn)行了系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)和制作，1986年末完成了淡化裝置的建造并進(jìn)行了試運(yùn)轉(zhuǎn)，1987年和1988年進(jìn)行該系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)研究，尋求系統(tǒng)的最佳化，最后進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。
　　因島市細(xì)島太陽(yáng)能反滲透法海水淡化系統(tǒng)占地面積2500m²。太陽(yáng)能電池系列組合了單晶硅和多晶硅，總?cè)萘繛?0.4kWp，其中多晶硅為3.1kWp，其余為單晶硅。海水淡化系列設(shè)置了兩級(jí)反滲透，一級(jí)反透滲生產(chǎn)飲料水，二級(jí)反滲透將一級(jí)的產(chǎn)品水進(jìn)一步淡化后作為農(nóng)業(yè)耕作栽培用水。表4列出了該太陽(yáng)能反滲透海水淡化系統(tǒng)的概況。
　　因島市細(xì)島太陽(yáng)能反滲透法海水淡化系統(tǒng)的流程如圖2所示。該系統(tǒng)中各種供料泵全部由太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的直流電驅(qū)動(dòng)，氣象儀器、照明、空調(diào)等控制設(shè)備的電源為商用電源，因此太陽(yáng)能電油的電能幾乎沒有因直交變換而損失。

　　目前尚未見到因島市細(xì)島太陽(yáng)能反滲透法海水淡化系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行結(jié)果，但是根據(jù)1986年試運(yùn)轉(zhuǎn)的結(jié)果及氣象資科所作模擬計(jì)算，可知該系統(tǒng)年間平均每天的產(chǎn)水量為：一級(jí)反滲透5.5m³，二級(jí)反滲透4.9m³。紹島居民從1987年開始可以飲用該海水談化系統(tǒng)生產(chǎn)的淡水，同時(shí)該島平均每天需4.5m³農(nóng)業(yè)耕作栽培用的淡水也開始由該淡化系統(tǒng)供給。

四、結(jié) 語(yǔ)

　　太陽(yáng)能電池供電的反滲透海水淡化系統(tǒng)，由于不用外部電源，因此在海島和沙漠地區(qū)建造和運(yùn)行具有明顯的優(yōu)越性。淡化系統(tǒng)中配備一定容量的蓄電池，可以消除年度間氣象、日照等因素對(duì)反滲透產(chǎn)水量的影響。為了使反滲透系統(tǒng)適應(yīng)日輻射量的變化，可將太陽(yáng)能電池進(jìn)行直列式或并列式組合，淡化系統(tǒng)進(jìn)行單列式或復(fù)列式組合，以提高海水淡化系統(tǒng)的生產(chǎn)能力。
　　反滲透淡化系統(tǒng)的二分之一以上的電耗是用于泵送海水到反滲透膜。因此，在提高反滲透膜的性能，使反滲透裝置緊湊化，進(jìn)一步改進(jìn)談化系統(tǒng)的工藝流程的同時(shí)，在反滲透設(shè)備上配置能量回收裝置，則可望將現(xiàn)行的反滲透設(shè)備從海水制取1m³淡水的電耗從9—10kWh下降到6—7kWh。

參 考 文 獻(xiàn)

　　[1]佐藤根 弘之，造水技術(shù)，12(1986)，2，23—25.
　　[2]久保田 昌治等，造水技術(shù)，13(1987)，3，31—32.