《科技创新与品牌》杂志社科学前沿

淡水资源缺乏将不再成为问题

展会期间,精功集团董事局主席、绍兴精功声能科技有限公司董事长金良顺先生和沙特玛斯(扎伊阿)国际公司董事长瓦西姆.本.赛义德.努基提先生在品尝淡水展会期间,精功集团董事局主席、绍兴精功声能科技有限公司董事长金良顺先生和
沙特玛斯(扎伊阿)国际公司董事长瓦西姆.本.赛义德.努基提先生在品尝淡水


        2007年7月19日-22日在北京召开的全国中小型企业科技创新成果展览会上,一套由中国精功集团绍兴精功声能科技有限公司推出的利用流体声能淡化海水新技术装置吸引了参观展览的观众的眼球。在展览馆门口,绍兴精功声能科技有限公司总经理李立人当场向参观展览的观众提供了海水经流体声能海水淡化装置处理后可直接饮用的淡水。李立人介绍说:“这台移动式‘流体声能小分子团海水淡化处理系统’是公司开发利用声能技术的创新成果之一,它能够将海水脱盐后净化为淡水,日产淡水量高达30-40吨,一套尺寸为6×2.45×2(米)的标准设备方舱,每日最大淡水产量可达到100吨。利用这项新技术还可建设日产10万吨以上淡水的大型工厂化设备,满足沿海城市的饮用水需求。如果将这项技术产业化的话,将极大地解决沿海地区、岛屿和内陆苦咸水地区居民的饮水问题,以及长远解决我国甚至全球水资源短缺问题。”

        水资源紧缺问题由来已久

        当前,全世界大部分国家都面临着淡水资源短缺这一共同问题,虽然地球表面2/3的面积被水覆盖,但水储量的97%为海水和苦咸水。人类能够直接利用的淡水资源不足地球上水储量的0.7%。
        目前在中国有近300个城市缺水,其中114个城市严重缺水,主要分布在华北、东北、西北及沿海地区。据权威部门统计,中国的人均水资源占有量只为世界人均水资源占有量的1/4。远距离甚至跨区域调水固然能解决部分地区的燃眉之急,但是调水并不能增加水资源总量,而且投资越来越高。因此寻找一种更加经济、有效且具有长远意义的解决途径已成了当务之急。 
        作为物质形态的水,地球上并不缺乏,例如海水。如果能把海水通过有效的、经济可行的技术手段变成淡水,人类就可以从根本上解决水资源短缺的问题。目前,全世界有一百二十多个国家和地区采用海水或苦咸水淡化技术取得淡水。据统计,海水淡化系统与生产量以每年10%以上的速度在增加。亚洲国家如日本、新加坡、韩国、印尼与中国等也都积极发展或应用海水淡化做为替代水源,以增加自主水源的数量。

        技术创新,推出流体声能淡化海水装置   

        2007年初,精功声能科技有限公司自主开发研制成功新一代海水淡化装置的核心技术。流体声能海水淡化技术系统的设计,是将传统的各种蒸馏法、反渗透法海水淡化设备作为该系统的后续配套设备,用该系统的核心装置——流体声能海水淡化前处理设备,对海水进行前处理,经前处理后的海水已被改性,这种改性后的海水具有小分子团、重金属聚合、微生物“失活”以及氯化钠“絮凝”态等多种特征。将这种改性后的海水接入传统的海水淡化装置等附属设备后,可生产出优质小分子淡水。
        流体声能海水淡化处理系统已经申请了国家专利,发明专利受理号为200610080442.7,实用新型专利受理号为200620115415.4。
        此前国内外商业化使用最平常的海水淡化技术主要是传统的蒸馏法和反渗透法。然而这两种技术在工艺设计、设备整体性能、全寿命费用等方面都还存在缺陷,产水成本及能耗高、产出的淡水质量差。据测定,目前无论采用何种海水淡化设备生产的淡水,均不能长期饮用,其主要原因有两个,一是这些淡水的“养分”不够,长期饮用影响人的身体健康;二是海水淡化的过程中需要添加各种化学药剂,用来杀灭微生物和防止设备结垢,这样的淡水生产工艺环节,势必造成淡水产品的人为污染。如:采用蒸馏法制备的淡水,几乎接近蒸馏水,没有人体所需的矿物质和微量元素;采用反渗透膜法生产的淡水,需要先后加入适量的酸碱溶液,破坏了海水的天然品质,与此同时,还面临降低成本的难题。

        声能领域的技术突破
        
        流体声能技术研究和应用,在世界范围内都是一种突破与创新。
        声能同其它形式的能量一样,是可为人类所利用的能量。但是声学应用的世界性的难题是缺少强声能声源,因而不具有实验、推广和产业应用价值。目前,世界各国长寿命、自由声场、连续波可工业化应用的声源装置的声强,在气体环境中均低于154分贝,在液体环境中均低于120分贝;而完全具有中国人自主知识产权的原创技术——流体声能技术就解决了这个难题。该技术具有在自由声场状态下、在全声域(次声、可听声、超声、超高声)范围内、可任选的某单一频率、产生连续不间断高声强的特性。在气体中达到178分贝,在液体中达到130分贝。其技术关键是,以单个的独立强声源发生装置产生高声强的“集声”效应(类似于激光的能量集中效果)。

        流体声能淡化海水的主要工艺流程

        ⑴ 以流体声能处理装置与传统的蒸馏法海水淡化装置
        串联组合后形成的海水淡化工艺流程如下:


工艺流程图


        图中:
        ▲ 细实线框内所示设备为蒸馏法海水淡化设备;
        ▲ 虚线框内所示设备为原有淡化系统中采用新技术后可以取消的设备;
        ▲ 粗实线框内所示设备为本技术专有设备,新增。
        ⑵ 以流体声能处理装置与传统的反渗透法海水淡化装置
        串联组合后形成的海水淡化工艺流程如下:


工艺流程图

        图中:
        ▲ 细实线框内所示设备为反渗透法海水淡化设备;
        ▲ 虚线框内所示设备为原有淡化系统中采用新技术后可以取消的设备;
        ▲ 粗实线框内所示设备为本技术专有设备,新增。
        上述两种装置的技术核心,都采用了流体声能技术所具有的对流体空化和共振作用,实现了对海水的小分子化和超微细雾化,大大减弱了海水中各组分粒子之间的相互作用力,使其成为小分子海水。这种经过声能处理装置处理后的小分子海水,若进入常规蒸馏淡化装置,通过汽化膨胀和升腾,经快速冷凝、分离、过滤,分别得到淡水和盐卤及絮状的多种无机盐,从而达到高效蒸发分离的海水淡化目的;若进入常规反渗透淡化装置,则通过反渗透膜的过滤,分别得到淡水和浓水,从而达到高效过滤分离的海水淡化目的。
        以此技术进行海水淡化处理时,与未配备声能处理装置的普通海水淡化设备相比,其优越性便凸显出来了:经过流体声能技术的小分子海水,后续淡化处理所需的能量大大降低;小分子淡水出率大大提高;所得到的淡水,经国家认可的权威部门检测报告认定为富含多种对人体有益的微量元素和矿物质,各项指标均优于国家最新颁布的饮用水指标的规定,且口感甜润,适于饮用。

        成本控制影响生产技术选用

        流体声能小分子海水淡化设备可以按规模大小完成各种设计,以满足不同的使用需求。采用该项完备技术,既可以建设成日产淡水万吨级以上规模的海水淡化工厂,也可以小型化,用来满足海岛、沿海村落人群的使用需要。例如:工厂式和集装箱式。采用此项技术所需成本也不会高于传统海水淡化技术。
        下面以浙江舟山地区某日产10000吨可饮用淡水的传统(膜法)海水淡化工厂为例,将传统海水淡化生产成本与流体声能海水淡化生产成本做一对比。原项目建设总投资8000万元,其中固定资产投资7723万元。
        生产每吨淡水运行费用:
        1.各种药剂添加   0.40元/吨
        2.电力消耗       2.59元/吨(按每吨电耗3.7度,电价0.7元计算)
        3.膜更换费       0.65元/吨
        4.工资福利       0.089元/吨
        5.修理费用       0.133元/吨
        6.管理费用       0.045元/吨
        总成本:             3.91元/吨
        7.折旧:           1.544元/吨
        总费用:              5.45元/吨
        采用流体声能海水淡化技术后:
        1.增加设备装机功率1302千瓦;
        2.在原有反渗透设备不增加的条件下,产淡水量提高1倍以上;
        3.生产过程中不添加任何药剂,避免了生产过程中对水的人为损害;
        4.反渗透膜的寿命提高1倍以上;
        5.产品水为优质小分子团饮用淡水。
        6.可省去再建日产10000吨海水淡化厂的固定资产投资7723万元中1/3的费用。
        生产每吨小分子团淡水运行费用:
        1.电力消耗      1.88元/吨(按每吨电耗2.68度,电价0.7元计算)
        2.膜更换费       0.16元/吨
        3.工资福利       0.089元/吨
        4.修理费用       0.133元/吨
        5.管理费用       0.045元/吨
        总成本:             2.307元/吨
        6.折旧:          1.544元/吨
        总费用:             3.85元/吨
        由此看出,采用流体声能海水淡化技术后,原工厂的淡水产量,在不增加原有设备数量(场地、反渗透设备、泵等)的前提下,由原来的日产10000吨淡水,变成日产20000吨,生产规模翻番;单位(吨)生产成本可减少(5.95-3.85)1.60元,每日生产20000吨优质淡水,可降低成本32000.00元;每年可增加收入960万元(按300个生产日/年计算);另一方面可省去再建日产10000吨海水淡化厂所需固定资产投资(7723万元)1/3的费用。
        目前,绍兴精功声能科技有限公司已和沙特阿拉伯王国玛斯(扎伊阿)国际公司在沙特海水淡化生产领域结成了战略合作伙伴关系,双方已着手在沙特联合成立合资公司,采用投资建水厂、销售高端饮用水和成套设备的形式,推广流体声能海水淡化新技术。
        创新是企业永恒的主题,绍兴精功声能科技有限公司在利用流体声能方面不断研制开发新的技术项目,除了流体声能海水淡化技术以外,公司还推出了流体声能高效低耗水煤浆精浆制备技术、流体声能原油加工技术,企业在技术创新的基础上得到了不断的发展。