海水淡化少即是多——通过减少海水淡化工艺的能耗来提高收益

　　海水淡化被某些人视为解决全球缺水问题的一剂灵丹妙药。但是该技术由于能耗过高而逐渐不被业界重视。一直以来，在大型工程中，业界都习惯采用离心泵。本文讨论基于正排量泵的解决方案，泵制造商声称它们具有卓越的节能性。

　　虽然地球表面70%都是水，但是其中的可用水量少于1%。研究表明，缺水问题影响了世界上近五分之一的人口，并且这一数字有望在20年内逐步攀升到五分之三。

　　GE公司凭借其创新的IPER系统，已经找到了一种能够攻克大型海水淡化设施技术难关的解决方案，该方案使得与泵水相关的能源需求减少了至少10%。

　　位于美国明尼苏达州Minnetonka的GE 公司能源与水利部的全球产品管理系统负责人Erik Hanson称，这一最新的技术方案提供了一台集成式泵和能源回收装置，用于日产水量达1000立方米的SeaPRO海水反渗透系统。

　　“IPER是一台专门用于海水淡化应用的水泵，” Hanson说。“其独特之处在于，如今大部分海水淡化应用的日产水量都超过了1000立方米，相应地，水泵的日处理水量是该数据的2.5到3倍，但是在这种规模或者更大规模的海水淡化应用中，缺乏合适的正排量(PD)泵。这些系统几乎一直都使用离心泵。在流量小于1000立方米的海水淡化应用中，有非常合适的正排量泵，它们极为节能，但是不适合更大型的系统，直到IPER的出现才解决了这一难题。”

　　低流量海水淡化装置通常已经采用PD泵，因为它们效率高，可用性佳。这些小型、高效的泵通过使用一种固定的几何结构和旋转式轴向活塞或者曲柄传动活塞来对泵腔内的水加压。

　　随着腔体尺寸和泵送流量的增大，这些小型PD泵都面临着一些机械难题，而大型PD泵因为具有较大的曲轴或者较高的曲轴转速，能够克服这些机械难题，但是这些方案带来了严重的振动和维护问题。

　　差别

　　不同于那些大型PD泵，IPER是一种基于正排量技术的高效海水淡化泵，其中的排水液压缸并非由快速转动的大型曲轴来驱动，而是由高效的液压泵和液压缸来驱动，有利于平稳、缓慢地工作，使振动和损耗降低到最小程度。

　　“业界普遍认为，理论上PD泵的能量传输效率比一直旋转的离心泵更高，” Hanson说。“于是，我们采用一种大型PD泵，即IPER。”

　　能量回收

　　大功率PD泵实际上是在水泵中结合了海水淡化系统中所需的能量回收技术。该液压传动装置驱动排水设备内的三根双动活塞，与传统的PD泵相比，它以非常低的循环速度来完成该项工作。

　　“它们摇晃、振动，所以这里真正的创新点在于我们彻底抛弃了曲柄，而代之以液压技术，” Hanson说。“所以我们有三台内部装有活塞杆的液压缸;双动活塞意味着在液压缸的两端都能产生动作。”

　　活塞由与液压泵相连的一台液压缸来驱动，该液压缸不是以1500或者3000rpm的转速来运转，而是按照每分钟12个周期的频率来运动。

　　令人感到吃惊的是，在GE公司向市场推出该产品之前，没有任何公司采取类似的举措。Hanson无法解释其原因。

　　“我想告诉你，这样的改造思路最初源自业内的一家公司，但是它们无法继续执行下去，”他说。“于是，我们收购了该公司，得到了最初的设计方案，接着在过去的一年半中，我们对其进行了大规模的改造，使其更加完善。我们提出了一些传统的改造思路，并成功地使其在工作中得以实施。”

　　GE深知客户们重视可靠性，所以它对自己的设备进行为期半年的试验，并且将与几家有密切合作关系的厂商共同进行试验，将泵放置在它们的装置中运转，以便获得数据来证明IPER的可靠性。

　　“我们已经在工厂内对IPER进行了大量的试验，”他说。“我们得到了大量的数据，基于这些数据，我可以肯定地说，IPER比市场上现有的最优秀的技术节能10%。”

　　对于能耗成本为每千瓦小时20-35美分的应用场合来说，这样一台设备节能10%意味着它能够迅速提高投资回报收益率。

　　“有些用户的能耗成本居高不下，我想他们会最先采用IPER，而有些用户的能耗成本很低，他们可能暂时还不适应IPER，” Hanson补充道，他解释说后者会在较长的一段时间内坚持使用离心泵。

　　海水101

　　全球大部分海水的盐度在3.5%到4%之间，而在某些地区，如中东，海水盐度略微偏高一些。

　　“用于含盐较少或者含盐较多海水的反渗透(RO)系统彼此看起来几乎一样;唯一的区别是其工作的压力不同，” Hanson说。“水中所含盐分越多，水的渗透压力就越高，你所需的净化压力也就越高。”盐的含量会影响压力;因此，它会影响你采用哪类设备来处理该压力。

　　“所以，海水反渗透系统彼此的差别看起来并不明显，” Hanson说。“唯一的区别是，如果你要去除更多的盐分，那么泵就需要工作在更高的压力下。”

　　IPER系统适用于高含盐量的所有压力范围;无论含盐较少或者较多，你都可以使用它，但是海水的盐度越高，IPER的工作压力就越高。

　　如今的大部分海水淡化操作都集中在中东或者东南亚地区，其原因包括当地的水资源短缺，工业化和人口增长。

　　“在中东，缺乏足够的水进行循环，” Hanson说。“在东南亚地区，虽然有较丰富的降水，但是在像新加坡这样的地区，人口众多，工业发达，因此当地对水的需求量相当大。”

　　据Hanson介绍，澳大利亚和印尼也在从事大量的海水淡化工作。

　　虽然海水淡化应用呈现分割的市场格局，其中涉及到众多的参与者，但是这给需要水的人们带来了好处。

　　脱盐

　　除了泵，GE公司最近还推出了AquaSel水处理系统，Hanson形容它是“一项有趣、创新的发明。”

　　“IPER是一种适合于海水淡化应用的泵，AquaSel是集多种技术于一体的一整套系统，旨在提高产水量，”他说。“如今，使用RO的用户能从供水中回收75%到80%的净水，剩余的25%到30%是盐溶液。”

　　AquaSel能够使你的整体水回收率提高到99%以上，并且无需使水沸腾或者添加沉淀化学剂，因此提高了水的回收率，而不会有任何损失。

　　“通过这种作法，你能够减少处理成本，这对于有些用户来说是相当高昂的一项成本，除此之外，由于你重用了大量的水，所以实际上减少了你所需要购买的水量，” Hanson说。“这不仅相当节能而且减少了工作成本。”

　　由于它只是盐水而非环境问题，所以大多数装瓶公司和饮料企业并没有真正高效地用水。AquaSel帮助这些公司从浪费的水中回收30%的部分，并将它们集中在一起，使其通过压滤机，以去除其中的固体盐分。然后你只需要简单地将这些盐当作固体废料处理即可。

　　除了这两种产品，GE还研发出了其最新式的膜生物反应器LEAPmbr，Hanson这样形容它，“无论是处理城市生活废水还是工业废水，它都是目前市场上最新颖、最有效的水处理方法。”

　　“如果你要处理的废液流中会发生生物反应，那么有机物就会被该生物反应所消耗，”他说。“水流过滤膜，该滤膜将清除那些有机物，于是从滤膜的另一端流出了可用于其它一些用途的水。”最终得到的产物是淡水。