太阳能反渗透法海水淡化系统

蔡邦肖
（国家海洋局第二海洋研究所，杭州）

　　利用太阳能反渗碳透法淡化海水是八十年代初开的技术。本文阐明太阳能硅电池产生的电源直接用于反渗秀海水淡化系统，地域适应性强，流程简单，维护运行方便。生产1m³淡化耗电9kWh，反渗透产品水可作为饮用水或工农业生产用水。

一、前言

　　反渗透海水淡化运行的必要条件之一是需有驱动高压泵的电能。太阳光发电技术在海水淡化系统中的应用，使反渗透法能够在无商用电源或电力紧张的地区特别是海岛和沙漠地区淡化海水、苦咸水成为可能。
　　八十年代初，以太阳能电池为源的反渗海水淡化装置开始在世界上运行。本文以日本冲绳市濑户和因岛市细岛两个太阳能反透渗法海水淡化系统为例，阐述太阳能反渗透海水淡化系统的利用技术及其目前的水平，初步给出系统的有关设计参数与工艺流程，同时浅析太阳能反渗透海水淡化技术的可行性、实用性与经济性，从而展望太阳能反渗透海水淡化技术的前景。

二、冲绳市濑户太阳能反渗透法海水淡化系统

　　冲绳市濑户太阳能反渗透法海水淡化系统位于濑户离海岸较远的地带，由日立制造船有限公司于1982年底开始建造、1983年1月开始正式运转，日产水量15m³，反渗透产品水经后处理成饮料水。当时尚缺乏利用太阳光发电作为反渗透装置动力源的经验，因而该系统采用了太阳光发电负担装置的一半动力电源，另一半由商用电源以蓄电池方式供电。冲绳市太阳能发电为动力源的日产15m3海水淡化装置的太阳能电池与反渗透装置的概况分别列于表1、表2。
　　冲绳市太阳能反渗透法海水淡化系统流程如图1所示。由于PEC-1000膜耐氧化性能较差，因此在给水中必须添加60mg/L二亚硫酸钠（SBS），1.5mg/L灭菌用的次氯酸钠，2mg/L作为砂滤槽凝聚剂的氯化铁。这些化学药品每星期补加一次。

表1 冲绳市反渗透海水淡化系统的太阳能电池 　 型式 单晶硅 太阳能电池 效率 12%（120Wp/m²） 排列枚数与连接方式 152枚，19S×8Pa 有效总面积 43m² 最大容量 5320Wp 蓄电池容量 252V×45AmpH 直交变换器 型式 可控硅变换器 容量 3.5kVA.220V.3φ，60Hz

表2 冲绳市太阳能反渗透海水淡化装置 RO膜型式 东丽PEC-1000卷式膜 RO组件数 φ4″×12个 脱盐率（%） ≥99.7 产水量（m³/d） ≥15 高压泵 0.9m3/h×60×105Pa 2台 马 达 2.2kW/台 RO装置电耗 ≤5.64kW RO生产1m³淡化的电耗 ≤9kW

　

表3 冲绳市濑户太阳能反渗透海水淡化系统年度生产运行性能 月 太阳能电池的发电量（kWh/d) 日产水量（m³） 单位膜面积日产水量（L/m²） 生产效率（%） 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

　　根据当地的气象条件，如果一点都不用外部电源，就需要有60kWp的太阳能电池。表3列出了冲绳市濑户太阳能反渗透海水淡化系统从1983年1月至1984年10月期间每月生产运行性能性能。从表中可以看出，日照时间和日辐射量不同，太阳能电池的发电量大不相同，从而显著地影响反渗透产水量。5月份产水量最高，12月份产水量最低。1、2、11、12这四个月的产水量达不到设计值(日产15m3淡水)。因此，由于气象条件原因在太阳能电池供电不足时，采用蓄电池供电以维持正常的产水量是一个较为可取的工艺。

三、因岛市细岛太阳能反渗透法海水淡化系统

　　因岛市细岛太阳能反透渗法海水淡化系统位于因岛西北方向约500m的濑户内海的中央部位的小岛——细岛上。该岛面积0.76km²，入口约100人，居民以农业为主。该海水淡化系统是造水促进中心受新能源综合开发机构委托于1985年开始开发的。首先进行了地区选定条件的研究，基本工艺的设计，以及以气象资料为基础的发电量、造水量的模拟试验。据此在1985—1986年进行了系统的详细设计和制作，1986年末完成了淡化装置的建造并进行了试运转，1987年和1988年进行该系统的实际运转研究，寻求系统的最佳化，最后进行综合评价。
　　因岛市细岛太阳能反渗透法海水淡化系统占地面积2500m²。太阳能电池系列组合了单晶硅和多晶硅，总容量为30.4kWp，其中多晶硅为3.1kWp，其余为单晶硅。海水淡化系列设置了两级反渗透，一级反透渗生产饮料水，二级反渗透将一级的产品水进一步淡化后作为农业耕作栽培用水。表4列出了该太阳能反渗透海水淡化系统的概况。
　　因岛市细岛太阳能反渗透法海水淡化系统的流程如图2所示。该系统中各种供料泵全部由太阳能电池产生的直流电驱动，气象仪器、照明、空调等控制设备的电源为商用电源，因此太阳能电油的电能几乎没有因直交变换而损失。

　　目前尚未见到因岛市细岛太阳能反渗透法海水淡化系统的实际运行结果，但是根据1986年试运转的结果及气象资科所作模拟计算，可知该系统年间平均每天的产水量为：一级反渗透5.5m³，二级反渗透4.9m³。绍岛居民从1987年开始可以饮用该海水谈化系统生产的淡水，同时该岛平均每天需4.5m³农业耕作栽培用的淡水也开始由该淡化系统供给。

四、结 语

　　太阳能电池供电的反渗透海水淡化系统，由于不用外部电源，因此在海岛和沙漠地区建造和运行具有明显的优越性。淡化系统中配备一定容量的蓄电池，可以消除年度间气象、日照等因素对反渗透产水量的影响。为了使反渗透系统适应日辐射量的变化，可将太阳能电池进行直列式或并列式组合，淡化系统进行单列式或复列式组合，以提高海水淡化系统的生产能力。
　　反渗透淡化系统的二分之一以上的电耗是用于泵送海水到反渗透膜。因此，在提高反渗透膜的性能，使反渗透装置紧凑化，进一步改进谈化系统的工艺流程的同时，在反渗透设备上配置能量回收装置，则可望将现行的反渗透设备从海水制取1m³淡水的电耗从9—10kWh下降到6—7kWh。

参 考 文 献

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