编者按 : 在沿海缺水地区,海水淡化是一种前景广阔的解决办法。然而,海水淡化也面临着众多技术挑战。对此,分散式原位海水淡化能不失一种解决方案。相对于传统水源,海水淡化成本通常较为昂贵,这就使得许多地方对其心余力绌。传统认为,海水淡化工艺属于能源密集型工艺,膜过滤系统需要消耗大量电能。如今当下,技术进步和基础设施革新已经使得海水淡化成本与能耗大为降低,持续的技术创新对其普及应用至关重要。最新研究显示,分散式型原位海水淡化解决方案似乎与日俱增。这些方案如何因地制宜?在小容量情况下,它们能否能够扩大规模?让我们来看看各类公司和初创企业是如何做的。
编者按 : 在沿海缺水地区,海水淡化是一种前景广阔的解决办法。然而,海水淡化也面临着众多技术挑战。对此,分散式原位海水淡化能不失一种解决方案。相对于传统水源,海水淡化成本通常较为昂贵,这就使得许多地方对其心余力绌。传统认为,海水淡化工艺属于能源密集型工艺,膜过滤系统需要消耗大量电能。如今当下,技术进步和基础设施革新已经使得海水淡化成本与能耗大为降低,持续的技术创新对其普及应用至关重要。最新研究显示,分散式型原位海水淡化解决方案似乎与日俱增。这些方案如何因地制宜?在小容量情况下,它们能否能够扩大规模?让我们来看看各类公司和初创企业是如何做的。
什么是分散式海水淡化?
分散式海水淡化是指将海水淡化厂放在离水源较近的地方,通常位于海边。分散式海水淡化并非集中供水系统,而是供应当地社区或商业需求的小型淡化厂。
这些淡化厂所处理的海水仅为当地居民或少数企业提供充足用水,其目标用户并不是整个城镇/城市。这种设计具有众多优点:可降低生产成本、减少运输成本、满足沿海缺水地区或偏远岛屿社区特定用水需求、并扩大供水范围。
分散式海水淡化或将革故鼎新,尤其是对无电网且使用传统供水系统的离网型自给自足地区。
为什么需要分散式海水淡化解决方案?
随着世界人口持续增加和全球气候变暖,对淡水需求程度前所未有。获取淡水的传统手段,如,河流取水和地下储备正变得日渐式微,不可持续。
分散式海水淡化是一种更为节能、更容易扩大规模且可持续的解决方案;在交通不便地区,这是一种有利于确保水安全的方案。例如,作为国家发展计划的一部分,牙买加制定了2030年前全国饮用水100%供应目标,且该国已将目光投向国家海水淡化建设,而传统大型水厂向现有储存设施供水并不在其计划内。该国现已开始在特定地区建设小型分散式海水淡化厂。
分散式海水淡化公司Desolenator联合创始人Alexei Levene告诉水技术在线:“海水淡化是水行业中发展最快的行业之一。以往来看,海水淡化基础设施过大、能耗高,倾向于把海水淡化厂迁移出去,而不宜建在当地。确实,大型集中式工厂存在一些弊端。例如,印度大型煤电厂所生产的电能被传输至全国各地,其中,有50%~70%的能源在传输过程中被损失。同时,生活在城市中的大多数人之用水均来源于化石燃料运水车,这将同时损害道路和环境”。
“在世界大多数地方,特别是对于那些偏僻小型社区,分散式供水系统更有意义。由于水需要能源,在保证其自身水安全的同时,也实现了能源安全。此外,在确保水安全和能源安全后,就可以种植粮食,实现粮食安全。这就是海水淡化方兴未艾的缘由所在”。
分散式海水淡化方案如何因地制宜?
分散式海水淡化解决方案的一个显著优势是灵活性。这些系统可以根据不同需求进行设计,并部署在不同的地点。例如,在供水基础设施薄弱的城市,分散式海水淡化厂有助于缓解饮用水短缺。
同样,在分散式海水淡化方案帮助下,受限于碱性水(苦盐水)的沿海社区,可以迅速实现水的自给自足。这些系统可以设计成各种规模,从面向社区的小型工厂到面向工业部门的大型工厂。
此外,分散式设计减轻了对基础设施的需求,这使得小型工厂能建设在靠近人口中心的水源地,以满足用水需求。分散式设计在全球许多地区和国家正在迅速取代集中式设计。
有哪些分散式海水淡化方案?
1. 水下海水淡化
图1 Waterise开发的新型分散式海水淡化方法
(图片来自Aquatech)
该公司称,这种方法可以大大节省能源和占地面积,通过在水下部署集装箱式海水淡化系统,利用天然静水预膜压力实现海水淡化。
在挪威,其位于博克纳峡湾的试点项目已经证明,与传统反渗透技术相比,能源使用量减少了40%。此外,该公司认为,该方案所需土地比陆地工厂少80%。
由挪威股东私人拥有的Waterise公司正在推进其在沙特阿拉伯的首个商业应用。该公司还在西班牙、埃及、加那利群岛等国家商谈,以推广该技术。
2. 太阳能海水淡化
Desolenator是一种太阳能/热能分散式海水淡化方案,利用太阳能将海水可持续地转化为饮用水或超纯水;其专利技术从太阳中获取的能量是传统光伏电池板的4倍,可实现零有害化学品、零膜和零能量间断。循环技术与零液体排放相结合,能够在不产生有毒盐水的情况下生产出高质量的水和盐,这是颠覆行业的海水淡化循环方案。
图2 Desolenator海水淡化方案示意图
图片来自Aquatech
2022年,Desolenator为迪拜水电局(DEWA)交付了旗舰工厂。目前,Desolenator正在扩大模块化装置的规模,每个装置每小时可生产40 m 3 淡水,其平均制水成本低于1美元/(m 3 ·d)。最近,该公司与阿布扎比食品、农业和技术公司——Silal合作了试点项目,利用太阳能海水淡化技术生产淡水用于灌溉,并为温室提供可持续冷却水。
3. 海浪海水淡化
Oneka技术公司开发了利用海浪可再生、可持续海水淡化装置。它在智利Algarrobo码头部署的系统在实现可持续发展目标,且不损害该国天然淡水资源情况下,帮助矿业公司获取所需大量用水。
图3 Oneka技术公司开发的海水淡化装置
(图片来自Aquatech)
此外,Oneka在佛罗里达州(美国)建立了一个示范点,首个Iceberg装置每天能够生产多达50 m 3 的淡水。不仅如此,Oneka还与加利福尼亚州布拉格堡市(美国)和新斯科舍省巴林顿市(加拿大)建立了合作关系,为社区提供可持续海水淡水方案。该公司最近宣布,它正在与AF Theriault、H 2 O Innovation和新斯科舍省巴灵顿镇(加拿大)合作开展Canada's Ocean Supercluster(OCC)项目。
Oneka技术公司首席执行官和联合创始人Dragan Tutic在接受水技术在线采访时说:“对海水淡化需求与日俱增,但海水淡化往往依赖化石燃料。为了解开这一桎梏,人们正在开发可持续方法。然而,保守的水务部门往往对未经测试的技术持怀疑态度。为了解决这一问题,公司正在调整商业模式。解决方案之一是将水作为服务提供,从而将财务和环境风险转移给供应商。法规是海水淡化项目的另一个挑战,当局支持对环境影响最小化的方案。强调诸如没有碳排放、不占土地、取水安全和盐水负责处理这样的具有环境效益的新海水淡化方法”。