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太陽能海水淡化Solar-Desalination技術

利用太陽能反滲碳透法淡化海水是八十年代初開的技術。本文闡明太陽能硅電池產生的電源直接用于反滲秀海水淡化系統,地域適應性強,流程簡單,維護運
行方便。生產1m3淡化耗電9kwh,瓷覆匪勺魑盟蜆づ┮瞪盟
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  一、前言

  反滲透海水淡化運行的必要條件之一是需有驅動高壓泵的電能。太陽光發電技術在海水淡化系統中的應用,使反滲透法能夠在無商用電源或電力緊張的地區
特別是海島和沙漠地區淡化海水、苦咸水成為可能。

  八十年代初,以太陽能電池為源的反滲海水淡化裝置開始在世界上運行。本文以日本沖繩市瀨戶和因島市細島兩個太陽能反透滲法海水淡化系統為例,闡述
太陽能反滲透海水淡化系統的利用技術及其目前的水平,初步給出系統的有關設計參數與工藝流程,同時淺析太陽能反滲透海水淡化技術的可行性、實用性與經
濟性,從而展望太陽能反滲透海水淡化技術的前景。

  二、沖繩市瀨戶太陽能反滲透法海水淡化系統

  沖繩市瀨戶太陽能反滲透法海水淡化系統位于瀨戶離海岸較遠的地帶,由日立制造船有限公司于1982年底開始建造、1983年1月開始正式運轉,日產水量
15m3,反滲透產品水經后處理成飲料水。當時尚缺乏利用太陽光發電作為反滲透裝置動力源的經驗,因而該系統采用了太陽光發電負擔裝置的一半動力電源,另
一半由商用電源以蓄電池方式供電。沖繩市太陽能發電為動力源的日產15m3海水淡化裝置的太陽能電池與反滲透裝置的概況分別列于表1、表2。

  沖繩市太陽能反滲透法海水淡化系統流程如圖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。這些化學藥品每星期補加一次。

  

  

  根據當地的氣象條件,如果一點都不用外部電源,就需要有60kwp的太陽能電池。表3列出了沖繩市瀨戶太陽能反滲透海水淡化系統從1983年1月至1984年10
月期間每月生產運行性能性能。從表中可以看出,日照時間和日輻射量不同,太陽能電池的發電量大不相同,從而顯著地影響反滲透產水量。5月份產水量最高,
12月份產水量最低。1、2、11、12這四個月的產水量達不到設計值(日產15m3淡水)。因此,由于氣象條件原因在太陽能電池供電不足時,采用蓄電池供電以維持
正常的產水量是一個較為可取的工藝。

  三、因島市細島太陽能反滲透法海水淡化系統

  因島市細島太陽能反透滲法海水淡化系統位于因島西北方向約500m的瀨戶內海的中央部位的小島——細島上。該島面積0.76km2,入口約100人,居民以農業
為主。該海水淡化系統是造水促進中心受新能源綜合開發機構委托于1985年開始開發的。首先進行了地區選定條件的研究,基本工藝的設計,以及以氣象資料為基礎的發電量、造水量的模擬試驗。據此在1985—1986年進行了系統的詳細設計和制作,1986年末完成了淡化裝置的建造并進行了試運轉,1987年和1988年進行該系統的實際運轉研究,尋求系統的最佳化,最后進行綜合評價。

  因島市細島太陽能反滲透法海水淡化系統占地面積2500m2。太陽能電池系列組合了單晶硅和多晶硅,總容量為30.4kwp,其中多晶硅為3.1kwp,其余為單晶
硅。海水淡化系列設置了兩級反滲透,一級反透滲生產飲料水,二級反滲透將一級的產品水進一步淡化后作為農業耕作栽培用水。表4列出了該太陽能反滲透海水
淡化系統的概況。

  因島市細島太陽能反滲透法海水淡化系統的流程如圖2所示。該系統中各種供料泵全部由太陽能電池產生的直流電驅動,氣象儀器、照明、空調等控制設備的
電源為商用電源,因此太陽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島太陽能反滲透法海水淡化系統的實際運行結果,但是根據1986年試運轉的結果及氣象資科所作模擬計算,可知該系統年間平均每天
的產水量為:一級反滲透5.5m3,二級反滲透4.9m3。紹島居民從1987年開始可以飲用該海水談化系統生產的淡水,同時該島平均每天需4.5m3農業耕作栽培用的淡
水也開始由該淡化系統供給。

  四、結語

  太陽能電池供電的反滲透海水淡化系統,由于不用外部電源,因此在海島和沙漠地區建造和運行具有明顯的優越性。淡化系統中配備一定容量的蓄電池,可
以消除年度間氣象、日照等因素對反滲透產水量的影響。為了使反滲透系統適應日輻射量的變化,可將太陽能電池進行直列式或并列式組合,淡化系統進行單列
式或復列式組合,以提高海水淡化系統的生產能力。

  反滲透淡化系統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,進一步改進談化系統的工藝流程
的同時,在反滲透設備上配置能量回收裝置,則可望將現行的反滲透設備從海水制取1m3淡水的電耗從9—10kwh下降到6—7kwh。

  參考文獻

  [1]佐藤根弘之,造水技術,12(1986),2,23—25.

  [2]久保田昌治等,造水技術,13(1987),3,31—32.

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