探秘IDE海水淡化的核心技術(shù)
以色列IDE公司成立于1965年,作為以色列海水淡化領(lǐng)域的王牌企業(yè),利用先進(jìn)的熱法和膜法技術(shù),IDE為客戶提供和運(yùn)行各種淡化和水處理解決方案,是世界海水淡化的先驅(qū)者和領(lǐng)導(dǎo)者。IDE的代表作——以色列阿什克隆、海德拉和索萊克海水淡化工廠,這些世界最大的海水淡化水廠在全球反滲透領(lǐng)域具有里程碑的意義。
利伯曼(Boris Liberman)博士是IDE副總裁、膜法技術(shù)總監(jiān),從事海水淡化相關(guān)工作已超過了20年,他負(fù)責(zé)包括壓力中心概念、直接滲透清洗、16英寸膜垂直排列、PRO和IDE PROGREENTM淡化技術(shù)在內(nèi)的多項(xiàng)技術(shù)突破。記者采訪了利伯曼博士,他將帶領(lǐng)我們一起探秘IDE眾多專利新技術(shù),為我們展示淡化技術(shù)如何利用天然菌種,實(shí)施無需添加任何化學(xué)藥劑的海水淡化綠色方案。
水工業(yè)市場(chǎng):在全球水資源緊缺的大背景下,IDE有哪些最新的認(rèn)識(shí)和理念?IDE核心技術(shù)的發(fā)展方向是什么?
利伯曼:水資源短缺一直困擾以色列,為此,政府始終致力于建設(shè)節(jié)水型社會(huì),并強(qiáng)調(diào)生態(tài)平衡的理念,同時(shí)千方百計(jì)開拓新的淡水資源渠道,把海水淡化看作解決水資源問題的根本出路。自1999年起,在政府的大力鼓勵(lì)下,以色列相關(guān)企業(yè)開始通過海水淡化徹底改變國(guó)家缺水的狀態(tài)。目前以色列大約70%的飲用水來自海水淡化,未來在2020年計(jì)劃整個(gè)以色列的海水淡化水源將完全替代水庫(kù)水源,海水淡化將100%覆蓋全國(guó)用水要求。
在全球水資源緊缺的大背景下,我們一直非常關(guān)注行業(yè)發(fā)展,目前海水淡化發(fā)展的關(guān)注點(diǎn)在于環(huán)保,因此,我們的注意力主要放在綠色的解決方案上。我們最新的研究方向是PROGREENTM綠色技術(shù)方案,也就是全程不使用化學(xué)品的“綠色解決方案”。我們所使用的方案,能夠避免海水預(yù)處理過程中經(jīng)常使用的藥物,比如氯、化學(xué)藥品和絮凝劑等等,而采用對(duì)環(huán)境友好的生物處理法。在海德拉水廠中,我們使用的正是這種PROGREENTM綠色方案,利用菌種進(jìn)行海水淡化系統(tǒng)里的預(yù)處理。這些菌種來源于自然界,我們所需要做的只是把這些天然菌種提煉出來為我們所用,而不去破壞或殺滅它們,與大海同行所以不會(huì)產(chǎn)生毒素、引起海洋污染。
在技術(shù)與環(huán)保結(jié)合方面,我們的理念是利用海水里的細(xì)菌(細(xì)菌的種類非常非常多,每立方厘米海水里大約有3000個(gè)菌種),我們挑選適合他們生長(zhǎng)的條件進(jìn)行培養(yǎng),達(dá)到海水淡化預(yù)處理的目的,而不是消滅細(xì)菌。通過轉(zhuǎn)變觀念,給海水提供一種適合菌種生長(zhǎng)的環(huán)境,從而達(dá)到技術(shù)和自然相協(xié)調(diào)的作用,讓美好的自然界得以正常維持,而不會(huì)遭受破壞或改變。至于成本方面,伴隨著全球的發(fā)展,需水量會(huì)越來越大,而海水淡化最關(guān)鍵的目標(biāo)是降低水的成本。通過節(jié)約用水成本,為人們提供更便宜的水,提供更多的水。我們的目標(biāo)是讓人們擁有足夠的水資源,而不需要辛苦地“省水”。
水工業(yè)市場(chǎng):IDE新研發(fā)的海水淡化技術(shù)主要有哪些?請(qǐng)簡(jiǎn)單介紹IDE海水淡化的成功案例?
利伯曼:IDE的每一個(gè)水廠都有自己量身定制的特色,都是采用最新的技術(shù)。IDE核心技術(shù),概況起來就是“三大技術(shù)和兩個(gè)創(chuàng)新”。
1、壓力中心:用于降低能耗;
2、綠色技術(shù):用于防止污染;
3、16英寸膜:用于減少占地面積,減少膜用量,擴(kuò)大產(chǎn)水量。當(dāng)然,隨著水廠規(guī)模的擴(kuò)大,還會(huì)繼續(xù)研制24英寸膜、智能膜等。
4、在線清洗DOC:污垢是膜法海水淡化過程中令人頭疼的問題,污堵會(huì)堵塞膜,常規(guī)的做法是不定期的加藥清洗,加藥清洗會(huì)造成成本問題,還對(duì)膜的壽命產(chǎn)生影響。IDE發(fā)明的在線清洗DOC系統(tǒng),無需添加任何化學(xué)藥劑,當(dāng)壓力達(dá)到一定系數(shù),自動(dòng)啟動(dòng)系統(tǒng)中的壓力對(duì)膜進(jìn)行清洗的程序。這種清洗程序既對(duì)膜壽命沒有損害,又不使用化學(xué)藥品,節(jié)省成本又大大延長(zhǎng)膜的壽命。在線清洗不需要停機(jī),所有處理程序均可24小時(shí)如常運(yùn)行。一般情況下海水淡化處理膜的更換率為15%,而IDE膜更換率控制在1%左右。
5、滲透延遲PRO:目前還處于研發(fā)階段。
歷經(jīng)50年的研發(fā),以色列海水淡化技術(shù)的安全性、經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性等都經(jīng)受住了時(shí)間和實(shí)踐的檢驗(yàn),我們?yōu)槿蚋鲊?guó)提供了多個(gè)成功的大型海水淡化工廠,比如阿什科隆、海德拉和索萊克等等。這些海水淡化工廠在當(dāng)時(shí)以至今日,都具有里程碑的意義。
首先,阿什科隆是世界第一個(gè)超大產(chǎn)水量海水反滲透 (SWRO) 淡化廠,每日產(chǎn)水量40萬立方米。阿什科隆的水價(jià)僅為0.53 美元/m3,同時(shí)專門定制工廠的每個(gè)要素,使在當(dāng)?shù)丨h(huán)境中實(shí)現(xiàn)性能最大化和成本最低化,為海水淡化成本設(shè)定了新的起點(diǎn)。阿什科隆使用的海水淡化技術(shù)主要是RO反滲透技術(shù),主要系統(tǒng)包括 IDE 專有的壓力中心設(shè)計(jì)、三根管路取水、能量回收系統(tǒng) (ERS) 和獨(dú)特的脫硼系統(tǒng)。
其次,海德拉每日產(chǎn)水量52.6萬立方米,曾是世界最大的海水反滲透 (SWRO) 淡化廠。2010 年 5 月海德拉的竣工,確認(rèn)了其在大型脫鹽淡化市場(chǎng)上明確的領(lǐng)導(dǎo)地位,是脫鹽淡化行業(yè)的里程碑事件。IDE 在海德拉工廠的設(shè)計(jì)中采用了專有的三中心(泵中心、膜中心和能量回收中心)、串聯(lián)的硼處理和其他技術(shù)以降低能量需求和提高整體效率。
索萊克水廠每日產(chǎn)水量62.4萬立方米,于2013年開始運(yùn)行,是繼海德拉之后世界上規(guī)模最大的又一個(gè)反滲透海水淡化廠。索萊克水廠采用創(chuàng)新設(shè)計(jì)的突破性技術(shù),在大型水廠中引入 16 英尺膜組件垂直布局;同時(shí),利用 IDE 專有的壓力中心設(shè)計(jì)、雙管式取水、ERS(能量回收系統(tǒng))以及獨(dú)特的除硼系統(tǒng),確保水廠中的每一個(gè)因素都是根據(jù)需要特制的“量身定制”方式,以達(dá)到最大的性能、最低的成本。
水工業(yè)市場(chǎng):自1965年成立至今,IDE最注重的技術(shù)核心(特點(diǎn))是什么?鑒于中國(guó)在引進(jìn)外國(guó)先進(jìn)技術(shù)的過程中,常常遇到一些設(shè)備在質(zhì)量或使用效果上,難以達(dá)到進(jìn)口設(shè)備的技術(shù)水準(zhǔn)的情況。如果中國(guó)企業(yè)引進(jìn)IDE的技術(shù)或設(shè)備,應(yīng)該注重借鑒和學(xué)習(xí)的地方是什么?
利伯曼:我認(rèn)為技術(shù)或者說技術(shù)核心,最主要的關(guān)鍵點(diǎn)在于細(xì)節(jié),特別細(xì)節(jié)的方面,也就是通常所說的“細(xì)節(jié)決定成敗”。IDE技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)“不在原料,而在技術(shù)”。在一般人看來,海水淡化要達(dá)到經(jīng)濟(jì)、高效、穩(wěn)定,確保投資無風(fēng)險(xiǎn)、運(yùn)行安全,保證水廠的高利用率包括可接受的水價(jià),需要大量的“高科技”投入。但這些復(fù)雜的科學(xué)技術(shù)均來源于對(duì)“細(xì)節(jié)”的追求和研究。根據(jù)不同的項(xiàng)目條件,合理地選擇工藝,無論是熱法還是膜法,而絕非一提到海水淡化就要么是膜法要么是熱法。
比如對(duì)于“膜”的認(rèn)識(shí)。榮獲“2014年度海水淡化水廠”獎(jiǎng)項(xiàng)的索萊克水廠與其他大型海水反滲透設(shè)施的革命性區(qū)別,正是在全球首次應(yīng)用了16英寸的膜并且垂直布置。與常規(guī)的8英寸膜相比,這種創(chuàng)新方式減少了大量占地面積,節(jié)省了大量膜件部件、膜殼和聯(lián)管管件的數(shù)量規(guī)格,且易于快速安裝維護(hù)。
對(duì)比而言,中國(guó)不乏制造高水平的泵、閥門、控制系統(tǒng)以及膜等設(shè)備產(chǎn)品的廠商,即便IDE在國(guó)內(nèi)推廣的項(xiàng)目中,80%的設(shè)備也是就地取材、國(guó)內(nèi)制造,但這并不意味著“國(guó)產(chǎn)化”的成功。如何把這些部件有機(jī)地組合在一起,確保經(jīng)濟(jì)、高效、穩(wěn)定運(yùn)行和低水價(jià),才是一個(gè)成功的海水淡化廠最需要的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn),而這恰恰是IDE的核心競(jìng)爭(zhēng)力。海水淡化廠是一個(gè)整體,不是部件,這就好比買汽車,不能一味地追求發(fā)動(dòng)機(jī),而是要看整體配置、綜合成本。比如膜組件的規(guī)模和數(shù)量,并非越大越好、越多越好。膜組件規(guī)模太小、太少,會(huì)影響產(chǎn)能和投資,但規(guī)模太大、太多,反而會(huì)增加成本和故障率,嚴(yán)重影響穩(wěn)定運(yùn)行和效率。因此,膜組件的使用數(shù)量和規(guī)模應(yīng)選取一個(gè)平衡點(diǎn),不能太大,在實(shí)際設(shè)計(jì)中都有特定的計(jì)算公式。單個(gè)比較膜組件,差別也許很細(xì)微,但當(dāng)成萬個(gè)膜組件集成在一起時(shí),效果就會(huì)非常明顯。
再比如對(duì)能源的利用,要精打細(xì)算。能耗成本占據(jù)了海水淡化成本的30%到50%左右,這直接影響制水成本,許多海水淡化廠都自建電廠來“省錢”。但是以色列海德拉水廠因受地形限制,無法建設(shè)獨(dú)立的發(fā)電廠,只能從市政電網(wǎng)購(gòu)電。我們經(jīng)過分析研究,設(shè)計(jì)發(fā)明了錯(cuò)峰運(yùn)行技術(shù),即白天電價(jià)高峰期,以基本滿足設(shè)備運(yùn)行需求為目標(biāo);夜晚電價(jià)優(yōu)惠期,利用設(shè)備余量,滿負(fù)荷運(yùn)行,確保全天產(chǎn)水量達(dá)到52.6萬噸。雖然只是一個(gè)細(xì)節(jié)優(yōu)化,卻解決了高成本的關(guān)鍵性問題。這種對(duì)細(xì)節(jié)的極致追求,讓IDE在海水淡化技術(shù)中不斷推陳出新,創(chuàng)造了諸多奇跡。
正是基于對(duì)細(xì)節(jié)的考慮,IDE始終秉承了量身定制的理念。索萊克水廠、海德拉水廠、阿什克隆水廠,作為反滲透(SWRO)水廠都是世界頂尖級(jí)的。但是,你或許想把圖紙拿過來,在中國(guó)的海邊建一個(gè)同樣的水廠,實(shí)際上并不會(huì)達(dá)到理想的效果,因?yàn)槟愕囊幌盗凶匀缓涂陀^條件并不相同。建設(shè)海水淡化廠絕不是“一張圖紙”,項(xiàng)目選址的地理位置、海水取水口的設(shè)定、當(dāng)?shù)貧夂驐l件、可利用的能源、海水的溫度及水質(zhì)等條件甚至取水口位置、輸水管線距離和高度等諸多細(xì)節(jié)都影響著水廠的效率和成本,應(yīng)在設(shè)計(jì)之初優(yōu)先考慮。在設(shè)計(jì)過程中的復(fù)雜技術(shù)調(diào)整和優(yōu)化,更需要根據(jù)每一個(gè)水廠的各自條件需要而特制,以達(dá)到最大的性能,最低的成本。這就是IDE一貫的“量身定制”模式。
水工業(yè)市場(chǎng):從全球范圍來看,IDE最引以為榮的成就有哪些?未來幾年在中國(guó)市場(chǎng)發(fā)展的規(guī)劃是什么?
利伯曼:40多年以來,IDE為全世界40個(gè)國(guó)家建設(shè)了400多個(gè)水廠,日產(chǎn)量達(dá)350萬立方米,這是IDE最為之驕傲的一份成績(jī)單。雖然IDE業(yè)務(wù)覆蓋全球,但仍將中國(guó)視為最大的、最重要的海水淡化市場(chǎng),在中國(guó)配備了最完整的團(tuán)隊(duì),將中國(guó)的項(xiàng)目列為優(yōu)先等級(jí),使用最先進(jìn)的技術(shù)。但是,目前中國(guó)的海水淡化市場(chǎng)仍較為平靜,許多項(xiàng)目仍在醞釀之中。海水淡化投資巨大,如果在沒有充足的工程經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)的前提下貿(mào)然進(jìn)行,一旦出現(xiàn)問題,損失巨大。當(dāng)然,除了關(guān)鍵技術(shù)外,還面臨水價(jià)和供水調(diào)度商業(yè)約定等問題,需要系統(tǒng)地考慮技術(shù)條件、行業(yè)背景、市場(chǎng)環(huán)境、政府需求和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等多項(xiàng)因素和整體環(huán)境。
中國(guó)水資源短缺已迫在眉睫,加強(qiáng)對(duì)海水淡化的研發(fā),提高技術(shù)實(shí)力固然重要,但對(duì)于用戶來說,更希望能將成果直接拿來,“短平快”地投入使用,解決局部缺水的狀態(tài)。從這一點(diǎn)看,IDE在海水淡化領(lǐng)域幾十年的豐富工程實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn),對(duì)于中國(guó)乃至世界的海水淡化產(chǎn)業(yè)尤為珍貴,這也是IDE存在的原因。實(shí)際上,IDE的業(yè)務(wù)涉及水處理行業(yè)的方方面面,公司80%的人為專業(yè)技術(shù)人員和世界級(jí)專家。最近,IDE還成立了“海水淡化醫(yī)院”,面向全世界上萬家海水淡化廠,針對(duì)其中的不安全、高耗能、低效率等問題提供技術(shù)支持和設(shè)計(jì)優(yōu)化,這在世界范圍內(nèi)還是首次。目前IDE還研發(fā)了延遲滲透技術(shù)(PRO),在冬季對(duì)水量需求少的情況下,通過反滲透水廠裝置余量與其他水源包括中水混合來發(fā)電,可以讓膜法海水淡化廠實(shí)現(xiàn)水電聯(lián)產(chǎn)。該技術(shù)預(yù)計(jì)2-3年內(nèi)將投入市場(chǎng)。
IDE與中國(guó)企業(yè)除了承包式的合作之外,還有其他一些細(xì)節(jié)性的合作。在與國(guó)外先進(jìn)企業(yè)合作的過程中,中國(guó)企業(yè)也可以學(xué)到很多東西。面臨行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng),IDE不斷開發(fā)新的技術(shù),知識(shí)的積累就像雪山的積雪一樣,要通過不斷的積累獲取,不斷地增加自己的高度;沒有積累過程的知識(shí)就像新雪一樣很容易融化,是不牢固的。希望IDE與中國(guó)企業(yè)通過戰(zhàn)略合作,可以達(dá)到雙贏局面,我們對(duì)此也抱以很大的希望和信心。
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