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新能源与海水淡化结合的技术途径

新能源与海水淡化结合的技术途径

发布日期:2016-11-09 11:40 来源: 点击:

新能源与海水淡化结合的技术途径


    海水淡化是能量密集型产业,传统的海水淡化过程需要燃烧煤炭等化石能源为其提供热源或动力,在消耗不可再生能源的同时也增加了环境污染。开发和利用太阳能、风能和核能等新能源进行海水淡化具有现实意义。


太阳能海水淡化:闪蒸工艺可作为蒸馏法的研发对象

    太阳能海水淡化系统实际上是将太阳能利用装置和传统海水淡化装置相结合,用太阳能代替传统能源供给海水淡化所需能量,太阳能的主要利用方式有光热和光伏两种。

    太阳能海水淡化可以分为直接法和间接法,直接法是将集能部分和脱盐部分结合,而间接法则分开。


    直接蒸馏法中,海水在集热管内直接加热最终产生蒸汽,集热管内产生汽-水两相流动,不稳定的两相流将增加管段的流动损耗甚至造成集热管过热和选择性吸取涂层永久损坏,因此直接蒸馏法存在流动稳定性问题;间接蒸馏法中,导热流体在集热管中循环,海水在另一个不与集热器直接接触的容器内通过热交换器被加热并产生蒸汽,这种方法的缺点是导热流体难以制取并且导热流体具有燃烧和分解的潜在风险。


    闪蒸海水淡化也属于蒸馏法的一种,加压的海水在集热管中被加热,然后在独立的气室中闪蒸为蒸汽,海水在集热管内由于压力较高保持单相流动,这种以海水直接作为导热流体且单相流动的方法可有效避免上述问题,因此兼具直接法和间接法优点的闪蒸技术比较适宜作为蒸馏法的研究和开发对象。


    国外太阳能海水淡化技术发展已有几十年,规模较大的是2002年建成的位于希腊可再生能源中心的130t/h太阳能反渗透海水淡化工程。我国浙江省舟山市岱山县大鱼山岛于2010年建成一套5m3/d的光伏太阳能海水淡化示范工程,工程包括光伏发电系统、海水预处理、反渗透处理和系统控制等四大部分,利用“光伏效应”将太阳光辐射能转化为直流电能,再通过逆变器将直流电转换成交流电为海水淡化设备供电。


风能海水淡化:非并网风能+反渗透法 技术发展潜力大

    风能海水淡化主要有两种形式:风电海水淡化(分离式)和风力直接驱动海水淡化(耦合式)。分离式是先将风能转化为电能,然后再驱动脱盐单元进行海水淡化;耦合式是将风能转化的机械能直接用于驱动脱盐单元进行海水淡化。


    由于风能具有间歇性与不可调度的特点,高占比的风力发电与电网系统并接后将对电网安全及品质造成一定的冲击,因此海水淡化(含苦咸水淡化)也是有效利用风能的又一途径,但在应用中须采用相关的调节装置解决风能波动性问题。风能海水淡化特别适合于那些既缺电又缺淡水的脱离大陆电网的孤岛。

    建于西班牙加那利群岛一座独立风电海水淡化厂,曾对比研究了反渗透法、压缩蒸汽法和电渗析法对风电波动性和随机性的适应性问题,研究表明反渗透法与风能结合在技术和经济上最佳。我国正在建设中的非并网风能淡化海水示范项目位于江苏省大丰港经济开发区,设计方案是将风电直接输送给反渗透海水淡化装置,这种方式在减少对电网影响的同时还可提高风能利用率,该方案中还包含有海水制氢的产业延伸计划。


核能海水淡化:蒸馏法宜选择多效蒸馏工艺

    核能在海水淡化中的应用主要是以核电站或低温核反应堆与海水淡化厂耦合的形式实现的,可以利用反应堆直接产生的蒸汽和核电站汽轮机抽汽进行蒸馏法海水淡化,也可以利用核电机组供电进行膜法海水淡化。

    与核电站相比,低温核供热反应堆不发电仅供汽,适合与蒸馏法海水淡化耦合。考虑到多效蒸馏工艺中产品淡水侧的压力大于核反应堆产生蒸汽侧的压力,蒸汽中可能含有的放射性物质不容易渗透到产品淡水中,因此蒸馏法核能海水淡化应优先选择多效蒸馏工艺。


    国外在核能海水淡化领域具有丰富的设计和运行经验,技术已经相对成熟。我国核电站中首个海水淡化系统于2010年在辽宁省大连市红沿河核电厂投产,该系统通过混凝、沉淀、过滤和反渗透脱盐等技术,每天提供约1万吨淡水以满足一期工程4台GW级核电机组生产和生活用水需求。



重庆废水治理


您可能喜欢的文章,再循环理念引领英国固废处理


    在欧盟指令的引导下,英国近年来调整了国内废物治理政策,通过不断完善固体废弃物的立法制度,加强了对固体废弃物的管理,逐步实现了废弃物最大限度减量、回收和循环利用。据笔者研究,英国在固体废弃物管理方面主要有以下几个方面值得借鉴。

  理念带动立法,构筑了较为完善的立法体系

  英国在19世纪40年代末即开始了有关固体废弃物管理的立法,1848年的《公共健康法》以及1866年的《卫生法》都主张固体废弃物不能危害到公众的健康,而1974年《污染控制法》和1989年《污染控制法(修正案)》则主张应对废弃物进行安全的控制和处理。

  在这一阶段,英国对固体废弃物的管理主要侧重于对废弃物危险的控制,强调废物的排放和处理环节都应尽可能做到无害化,以降低废物对生态环境以及人们生命健康可能造成的损害,但总体上遵循的依然是一种对“用之即弃”的固体废弃物的“末端治理”。

  随着1990年《环境保护法》的出台,可持续发展的思想逐步影响到英国固体废弃物管理理念的转变。

  英国1991年的《可控废弃物管理规定》、1994年的《废弃物许可证管理规定》和《废物管理条例》、1995年的《环境法》、1998年的《废物减量法》、1999年的《污染防治法》以及2003年的《家庭生活垃圾再循环法》改变了将废弃物直接送往垃圾场填埋的传统做法,开始注重加强对废弃物整个生命周期的管理,强调废弃物的减量化、资源化和循环再利用的理念,这就意味着英国在对待废弃物处置的态度上,已逐渐从单纯地强调“无害化”向“减量化、再利用”的方向转变。

  英国的固体废物立法同时也受到国际义务特别是欧盟指令的推动。2008年欧盟指令要求,到2020年欧盟区域内的家庭垃圾循环再利用率应达到50%,建筑垃圾的回收和恢复率应提高到70%。受此影响,英国进一步加大了立法更新和战略制定的步伐。2010年出台的《环境许可条例》精简和整合了《废弃物管理许可》、《污染防治和控制》等有关废弃物管理的规定,形成了统一的管理框架。2012年7月,英国议会经审议又通过了《废弃物条例》,进一步要求做好废弃物分类工作,以保证废弃物的回收操作符合欧盟指令的要求。

  源头分类管理,确立了区分对待、循环优先的管理级次

  废弃物的分类收集是妥善处置和实现回收利用的基本前提。英国2012年7月通过的《废弃物条例》强调,自2015年1月1日起,对废纸、金属、塑料和玻璃等可回收废弃物,各机构必须承诺做到分类收集。根据相关法律,废弃物的生产者必须对废弃物进行源头分类,后续回收利用人也应在接手时履行可循环利用废弃物装置的义务,以确保废弃物之间未混合存放,保障废弃物在未受污染的前提下进入循环利用的轨道。

  分类收集制度可以实现对不可回收废弃物和可回收废弃物的区别对待。不可回收废弃物的着力点在于减量化生产。为此,英国近年来先后在全国50万个垃圾箱上安装了芯片,用以监测居民垃圾的产生情况。居民一旦被发现扔掉的垃圾超过限量,必须缴纳额外的处理费用,甚至可能因此遭受每吨150英镑罚金的处罚。而对于只倾倒少量垃圾的家庭,政府则予以适当的奖励,通过“奖惩分明”来实现不可回收垃圾的减量化。

  此外,对于可回收废弃物,英国政府也给予了很多政策上的倾斜。一方面,对各地方政府进行废物回收再利用给予资金上的支撑;另一方面,对从事废弃物回收和循环利用的企业给予税收优惠和免税的支撑。

  规范许可制度,建立了专门、规范化的管理秩序

  在英国,废弃物管理部门分为废弃物规管部门、收集部门以及处置部门3个部门。不同的行政机构在废弃物管理中饰演的角色是不一样的,通过废弃物收运、处置和管理的分离,能够更好地避免废弃物管理中存在的权责不清、监管牟利及监管真空等现象。

  英国1994年的《废物管理许可证管理规定》确立了废物管理许可证制度,2010年英国又制定了专门的《环境许可条例》,整合了原有的废物管理许可体系。根据英国法律的规定,所有参与废弃物的收集、贮存、回收、运输、处置、经纪的企业均需到环境署进行登记,只有获得合法的行政许可,才能从事废弃物的经营,除非获得了“许可证豁免”。

  最初,许可证制度集中在废物的处置上,自从欧盟颁布了废物管理框架法令后,许可证制度又拓展到废物的贮存、处理和回收利用。为了拥有许可证,废物处置的相关当事人必须向环境署证明他们能够对废弃物进行安全处置和妥善回收利用。

  为了保证许可证制度的顺利实施,英国还规定了一系列违反许可证制度的犯罪行为。一旦废弃物的有关当事人在所提交的许可证持有、出让、放弃申请中有提供虚假信息的行为,或在吊销许可证之后持证人拒不采取环境署所要求采取的必要环保措施行为,或违反法定的注意义务时,将遭受不受限制的罚款和最高刑为5年的监禁。

  通过规范、严格的许可证制度,英国让真正有能力的人参与废弃物的回收与循环利用工作,大大改善了废物处置的无序状态。

  注意义务法定,建立了过程追踪、信息化运作的管理体系

  在英国废弃物管理的法律实践中,法定的注意义务(指行为人在作出某种行为时,应能预见到自己的行为可能产生的某种损害后果,并且做好防范措施,避免损害后果的发生)是每一个废弃物相关当事人必须遵守的基本义务,无论是废弃物的最初生产者、中间运输人还是后续回收利用者,都应当采取一切妥善的措施对废弃物进行处置和管理。

  英国对违反废弃物管理注意义务当事人的处罚是极为严厉的。一旦发生未经许可随意倾倒垃圾或不遵守回收利用顺序等违反注意义务的情形,环境保护部门可对相关责任方进行行政处罚,严重时还可将相关责任方起诉至法院,请求法院判以刑事处罚或实施监禁。

  根据英国1996年《废弃物管理注意义务的行为守则》的规定,持有“被控制的”废弃物的主体必须做好有关废弃物事项的记录,具体应包括废弃物来源于何种生产或经营场所、废弃物的物质构成和通用学名、废弃物产生的具体工序以及废弃物的物理和化学分析等信息。所做的记录必须尽可能地详尽,特别是对于不同类别的废弃物应分别进行包装,并在外包装上予以详细标记与说明,确保能够避免之后废弃物的受让方对废弃物的不当处理。

  此外,英国还建立了信息核查制度,规定废弃物的后手接收人有义务核查前手转让人所转移的废弃物与信息清单中的说明是否相符,若不相符可拒绝签收转运清单。此外,英国还加大了对废弃物的“网络化”管理,通过建立信息共享和查询机制,让社会公众和企业能够随时了解废弃物的处置动态以及循环利用的市场需求,推动信息网络更好地服务于废弃物的管理。


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