Опреснительные установки. Водоопреснительные установки на морских судах: типы, принцип работы, характеристики

Заявка на подбор оборудования

Опреснительные установки-AQUAVIT MB 10 — цена,характеристики,инструкции

Обратноосмотическая опреснительная установка МВ 10

Описание обратноосмотической опреснительной установки (ОУ) АКВАВИТ.

Обратноосмотическая опреснительная установка (ОУ) работает по принципу обратного осмоса. С помощью давления происходит непрерывное деление морской воды на концентрат и пресную воду (пермеат) без использования химикатов.

Оборудование предварительной обработки питающей воды, компоненты обратноосмотической установки, система управления монтируются на общей раме.

Система управления постоянно измеряет качество произведенной воды, при ненадлежащем качестве воды (пермеата) производится сброс в дренаж.

Пуск и остановка ОУ осуществляется автоматически датчиками верхнего и нижнего уровня в накопительной ёмкости.

Системой предусмотрена автоматическая промывка ОУ пресной водой для предотвращения биологического загрязнения.

Конструкция оптимизирована для удовлетворения требований эффективного обслуживания и ремонта.

ОУ имеет маркировку в соответствии с требованиями «Технического регламента о безопасности объектов внутреннего водного транспорта» (утв. постановлением Правительства РФ от 12 августа 2010 г. №623).

Производительность установки 10 м3 пресной воды в сутки (24 часа) при температуре 10⁰С.

Трубы внутри установки входят в комплект поставки и изготовлены из коррозионностойкого материала. Все опоры, поддерживающие трубы, крепятся к раме.

Габаритные размеры ОУ ДхШхВ 1600х920х1050.

Питание электрооборудования обеспечивается судовой распределительной сетью: 690/400/230В, 3 ф., 50 Гц (при заказе необходимо уточнить).

Оборудование соответствует требованиям Правила технического наблюдения за постройкой судов и изготовлением материалов и изделий (ПТНП) Российского морского регистра судоходства (РМРС). Сертификация РМРС предлагается в качестве отдельной опции.

Эксплуатационные условия

Перед опреснением вода должна быть очищена от хлора, железа, алюминия, кремниевой кислоты, механических частиц, органических и биологических загрязнений и т.д., для чего питающая вода перед поступлением в обратноосмотическую опреснительную установку МВ 10 проходит ступень предварительной очистки, необходимой для снижения содержания механических частиц и других загрязняющих веществ, которые могут разрушить структуру мембраны, заблокировать трубопровод или повредить насос высокого давления. Для этого используется песочный фильтр грубой очистки ФП 35.

Для очищения питающей воды перед подачей в песочный фильтр грубой очистки ФП 35 требуется повысить давление в питающей линии до 0,5-6 бар, что обеспечивается питательным насосом BNM.

После прохождения питающей воды через обратноосмотическую опреснительную установку

МВ 10 образуются два потока. Один из них – поток опресненной воды (пермеат), второй – концентрированный соляной раствор (концентрат), который сбрасывается в дренаж.

Опресненная вода (пермеат) из обратноосмотической опреснительной установки МВ 10 подается в кондуктометр для измерения качества воды (электропроводности). Пермеат ненадлежащего качества (показатель электропроводности выше допустимого порога) сбрасывается в дренаж.

Активный хлор, при незначительной концентрации в воде, может вызвать разрушение структуры мембраны. Если в системе обратного осмоса опресняется хлорсодержащая вода, нужно предусмотреть на стадии предварительной очистки устройство дозирования (для добавления антискаланта) ДАХ.

Для сохранности качества опресненной воды на долгий период времени необходимо добавлять хлор, который со временем выветривается. Необходимо добавлять хлор в строго регламентированных объемах и в определенное время, для чего предназначено устройство дозирования (для добавления хлора) ДБХ.

Установку необходимо периодически промывать для очистки всех трубопроводов и мембран от отложений минеральных солей (например, карбоната кальция, сульфата кальция, сульфата бария, сульфата стронция, сульфата кальция), оксидов/гидроксидов металлов (например, железа, марганца, никеля, меди, цинка), а также коллоидов неорганического происхождения, для снижения содержания органических веществ природного происхождения и при консервации установки. Для этого используется ёмкость химической очистки ЕХО 1080 и специальная химия, которая входит в комплект запасных частей на один год эксплуатации.

Для получения питьевой воды необходимо восстановить макроэлементный состав опресненной воды с помощью минерализатора ФМ 40. Ёмкость минерализатора заполнен специальной минерализующим материалом.

Бактерицидный УФ-обеззараживатель УФ-03 разработан специально для уничтожения вредных бактерий и вирусов, присутствующих в воде. Рабочее действие УФ-обеззараживателя УФ-03 основано на физическом принципе электромагнитного ультрафиолетового облучения, гарантирующем полную безопасность санитарно-бытовой и питьевой воды.

В зимний период необходимо подогревать питательную воду с помощью теплообменника водо-водяного ТВВ или подогревателя электрического ПВЭ. Для ТВВ подвод теплоносителя осуществляется от ДГ, ВДГ или котла в виде замкнутого контура. Управление осуществляется через 3 ходовых клапана, которые переключают магистраль, в зависимости от сезонности.

Для автоматического поддержания необходимого давления воды в системе санитарно-бытового и питьевого водоснабжения судна используется гидрофор Г05 из AISI 316.

Яхтенное оборудование «ПРИЧАЛ» / Опреснительные установки разборного и модульного типов

По мере увеличения нехватки воды растет число опреснительных установок

Примерно в 30 милях к северу от Сан-Диего, на побережье Тихого океана, находится опреснительная установка Клода «Бад» Льюиса Карлсбад, крупнейшая попытка превратить соленую воду в пресную в Северной Америке.

Каждый день 100 миллионов галлонов морской воды проталкиваются через полупроницаемые мембраны, образуя 50 миллионов галлонов воды, которая подается по трубам для муниципальных пользователей. Карловы Вары, полностью введенные в эксплуатацию в 2015 году, производят около 10 процентов пресной воды 3.1 миллион человек в регионе используют воду, что примерно в два раза дороже, чем другой основной источник воды.

Дорого, да, но жизненно важно для того, чтобы он был местным и надежным. «Засуха — это повторяющееся состояние здесь, в Калифорнии, — сказал Джереми Кратчфилд, менеджер по водным ресурсам Управления водного хозяйства округа Сан-Диего. «В 2017 году мы только что вышли из пятилетней засухи. Завод снизил нашу зависимость от импортных поставок, что иногда бывает проблематично здесь, в Калифорнии. Так что это компонент надежности.”

Второй завод, аналогичный Карлсбаду, строится в Хантингтон-Бич, Калифорния, с той же производительностью 50 миллионов галлонов в день. В настоящее время в Калифорнии имеется 11 опреснительных заводов, и еще 10 планируются.

Стоимость опресненной воды снижается по мере развития технологии и увеличения стоимости других источников

Давно шли на опреснение, короче — на опреснение.На протяжении десятилетий нам говорили, что однажды он превратит океаны соленой воды в пресную и утолит жажду мира. Но прогресс был медленным.

Сейчас ситуация меняется, поскольку опреснение начинает применяться во многих местах по всему миру. Несколько факторов объединяются, чтобы ввести в строй новые заводы. Население быстро выросло во многих местах, испытывающих нехватку воды, в том числе в некоторых частях Китая, Индии, Южной Африки и США, особенно в Аризоне и Калифорнии. Кроме того, засуха — отчасти из-за изменения климата — происходит во многих регионах, которые еще не так давно считали, что их запасов достаточно.

Сан-Диего — одно из таких мест. При средиземноморском климате Южной Калифорнии и отсутствии грунтовых вод в год выпадает всего 12 дюймов осадков в год, поэтому половину воды регион получает из далекой реки Колорадо. Однако количество снега, выпадающего в Скалистых горах и поддерживающего течение этой могучей реки, за последние два десятилетия значительно уменьшилось, и, по мнению некоторых исследователей, это может быть частью постоянного иссушения Запада. Изменение климата — очень реальное явление для менеджеров по водным ресурсам на Юго-Западе и в других местах.

За последнее десятилетие уровень опреснения неуклонно растет. Джонс и др., Наука об окружающей среде, 2019

Между тем, стоимость опресненной воды снижается по мере развития технологий и роста стоимости других источников.За последние три десятилетия стоимость опреснения снизилась более чем вдвое.

Тем не менее, бум де-салона не означает, что везде, где есть выход к морю, был найден новый источник пресной воды. Обстоятельства играют большую роль. «По мере увеличения численности населения и истощения существующих запасов поверхностных вод, истощения или загрязнения грунтовых вод, проблемы становятся острыми, и есть выбор, который необходимо сделать» по поводу удаления солей, — сказал Майкл Кипарски из Института воды Уиллера при Университете Калифорния, Юридическая школа Беркли.«В мире есть места, где сокращение выбросов экономически целесообразно, где существует большая нагрузка на водные ресурсы плюс много доступных энергоресурсов», например, на Ближнем Востоке.

Сторонники De-sal признают, что отрасль должна противостоять и решать некоторые серьезные экологические проблемы, чтобы она продолжала расти. Опреснение требует огромного количества энергии, которая в некоторых местах в настоящее время вырабатывается ископаемым топливом. Кипарски предупреждает о петле обратной связи, при которой необходимо больше обесцвечивания по мере того, как планета нагревается, что приводит к увеличению выбросов парниковых газов.Кроме того, есть серьезные опасения по поводу ущерба морской жизни от водозаборных систем завода и особо соленых сточных вод.

В настоящее время более 300 миллионов человек во всем мире получают воду на опреснительных установках от юго-запада США до Китая.

Первые крупномасштабные предприятия по очистке солей были построены в 1960-х годах, и сейчас во всем мире насчитывается около 20 000 предприятий, которые превращают морскую воду в пресную. Королевство Саудовская Аравия с очень небольшим количеством пресной воды и дешевыми энергозатратами на ископаемое топливо, которое оно использует на своих заводах по очистке солей, производит самую свежую воду из всех стран, пятую часть от общего объема воды в мире.

Австралия и Израиль также являются крупными игроками. Когда засуха тысячелетия охватила юго-восток Австралии с конца 1990-х до 2009 года, водные системы в регионе упали до малой доли их емкости хранения. Столкнувшись с кризисом, Перт, Мельбурн и другие города приступили к массовому строительству опреснительных заводов. Строительство станции в Мельбурне, которая предоставила первую воду в 2017 году, обошлось в 3,5 миллиарда долларов, и она обеспечивает треть поставок в город. Это критически важно, потому что в регионе за последние 20 лет количество осадков было ниже среднего в течение 18 лет.

Израиль тоже делает ставку на опреснение. У него пять действующих заводов, и в планах еще пять. Хроническая нехватка воды теперь уходит в прошлое, поскольку более половины внутренних потребностей страны удовлетворяются за счет воды из Средиземного моря.

По данным Международной ассоциации по опреснению воды, в настоящее время более 300 миллионов человек во всем мире получают воду с опреснительных заводов.

Рабочий на открытии опреснительной установки в Дейр-эль-Балахе в центральной части Газы в 2017 году.СКАЗАЛ ХАТИБ / AFP / Getty Images)

Но, несмотря на необходимость, заводы по переработке солей не будут строиться на каждой береговой линии. Основным препятствием является стоимость строительства завода и стоимость обработки воды. Управление водоснабжения округа Сан-Диего платит около 1200 долларов за акро-фут воды, добываемой из реки Колорадо и дельты реки Сакраменто Сан-Хоакин и перекаченной на сотни миль в Южную Калифорнию. Такая же сумма с завода в Карловых Варах — достаточная для обеспечения семьи из пяти человек в течение года — стоит около 2200 долларов.Поскольку озеро Мид — резервуар воды реки Колорадо на границе Невады и Аризоны, которая снабжает Сан-Диего — резко падает, оно может когда-нибудь, возможно, в ближайшие несколько лет, больше не сможет снабжать Сан-Диего. Уверенность превыше всего.

De-sal, однако, страдает некоторыми серьезными экологическими проблемами. Существует два типа опреснения: термическое, при котором вода нагревается, а затем улавливается конденсат, и обратный осмос, при котором морская вода проходит через поры мембраны, которые во много раз меньше диаметра человеческого волоса.Это улавливает молекулы соли, но позволяет более мелким молекулам воды проходить. Оба требуют большого количества энергии, и выбросы парниковых газов, создаваемые необходимой электроэнергией, особенно на Ближнем Востоке, где ископаемое топливо производит электричество, вносят значительный вклад в глобальное потепление.

Есть и экологические последствия. Чтобы сделать галлон пресной воды, требуется два галлона морской воды, а это значит, что оставшийся галлон является соленым. От него избавляются, возвращая его в океан, и — если это не сделать должным образом путем его распространения на большие площади — он может истощить океан кислорода и оказать негативное влияние на морскую жизнь.

Недавнее исследование показало, что проблема отходов рассола в процессе опреснения недооценивается на 50 процентов.

В исследовании Института воды, окружающей среды и здоровья ООН, опубликованном ранее в этом году, утверждается, что проблема отходов рассола недооценена на 50 процентов и что при смешивании с химическими веществами, предназначенными для предотвращения загрязнения систем, рассол токсичен и вызывает серьезное загрязнение.

Другая проблема связана с засасыванием морской воды для обработки. Когда рыба или другой крупный организм застревает на приемной решетке, она умирает или получает травму; кроме того, в систему засасываются личинки, икра и планктон рыб, которые погибают.

«В нашем рационе мы [втягиваем] крошечные маленькие организмы, которые составляют около полутора фунтов взрослой рыбы в день», — сказала Джессика Джонс, представитель компании Poseidon Water, владеющей заводом в Карловых Варах. «Чтобы смягчить это, мы восстанавливаем 66 акров водно-болотных угодий в заливе Сан-Диего.И нам только что разрешили новый забор, который уменьшит воздействие ».

Опреснительный завод Туас в Сингапуре, открывшийся в 2018 году, может производить 30 миллионов галлонов пресной воды в день.Ассошиэйтед Пресс

По словам Хизер Кули, директора по исследованиям Тихоокеанского института, «Влияние на морскую жизнь очень малоизвестно. На объектах не было большого мониторинга ». Стратегия, которая все чаще используется для устранения или уменьшения этой проблемы, заключается в том, чтобы зарыть водозаборники морской воды под морское дно и использовать песчаное дно океана в качестве естественного фильтра.

В 2016 году Калифорния приняла Поправку по опреснению воды, которая ужесточила правила приема и утилизации рассола.Сторонники опреснения утверждают, что изменения были обременительными и замедляют продвижение к будущему с опреснением воды.

Из-за высокой стоимости обработки морской воды и воздействия на океан большая часть недавнего роста опреснения была связана с использованием солоноватой воды. Твердые вещества в солоноватой воде составляют одну десятую количества в океанской воде, и это значительно удешевляет процесс.

Большая часть недавнего развития опреснения была связана с использованием солоноватой воды, которую дешевле обрабатывать, чем морскую воду.

Аризона, испытывающая постоянную нехватку воды и сталкивающаяся с нехваткой воды в реке Колорадо, рассматривает как завод по очистке морской воды в партнерстве с Мексикой, у которой есть доступ к океану, которого нет у штата, так и заводы, которые могут обрабатывать 600 миллионов акров земли. -футы залежей солоноватой воды, по оценкам государства.

В Техасе сейчас 49 муниципальных опреснительных заводов, которые перерабатывают солоноватую воду, как поверхностную, так и подземную.Сан-Антонио в настоящее время строит крупнейший завод по опреснению солоноватой воды в стране. На первом этапе он производит 12 миллионов галлонов в день, что достаточно для 40 000 семей, но к 2026 году завод, известный как h3Oaks, будет производить 30 миллионов галлонов в день. Удаление солей из солоноватой воды стоит от 1000 до 2000 долларов за акр-фут.

Кули из Тихоокеанского института утверждает, что прежде чем строить очистные сооружения, муниципалитеты должны полностью реализовать программы сохранения, способствовать повторному использованию питьевой воды — повторному использованию сточных вод, также известному как рециркуляция из туалета в кран, — или обрабатывать ливневые стоки.«Имеет смысл сначала выбрать более дешевые варианты, а более дорогие варианты оставить в будущем, чтобы они были разработаны, когда они вам понадобятся», — сказала она.

Correction, 8 июля 2019 г .: В более ранней версии этой статьи неверно указывалось, что в Хантингтоне, штат Калифорния, строится опреснительная установка. Он строится в Хантингтон-Бич, Калифорния.

Опреснение

• Школа наук о воде ГЛАВНАЯ • Темы водопользования • Темы качества воды •

Жажда? Как насчет чашки прохладной освежающей морской воды?

Нет, не понимайте нас буквально! Люди не могут пить соленую воду.Но из соленой воды можно превратить пресноводный , что и является целью этого портативного надувного солнечного аппарата (он даже упаковывается в крошечный пакет). Этот процесс называется опреснением, и он все чаще используется во всем мире для обеспечения людей необходимой пресной водой. Большая часть Соединенных Штатов имеет или может получить доступ к достаточным запасам пресной воды для питьевых целей. Но пресная вода может быть в дефиците во многих частях страны и мира. И по мере того, как население продолжает расти, нехватка пресной воды будет возникать все чаще, хотя бы в определенных местах.В некоторых районах соленая вода (например, из океана ) превращается в пресную воду для питья.

«Простое» препятствие, которое необходимо преодолеть, чтобы превратить морскую воду в пресную, — это удалить растворенную соль в морской воде. Это может показаться таким же простым, как кипячение морской воды в кастрюле, улавливание пара и его конденсация обратно в воду (дистилляция). Доступны и другие методы, но эти текущие технологические процессы должны осуществляться в больших масштабах, чтобы быть полезными для больших групп населения, а текущие процессы являются дорогостоящими, энергоемкими и включают крупномасштабные объекты.

Что делает воду соленой?

Что мы подразумеваем под «соленой водой»? Солевой раствор содержит значительные количества (называемые «концентрациями») растворенных солей. В этом случае концентрация — это количество (по весу) соли в воде, выраженное в «частях на миллион» (ppm). Если в воде концентрация растворенных солей составляет 10 000 частей на миллион, то один процент от веса воды приходится на растворенные соли.

Вот наши параметры для соленой воды:

• Пресная вода — менее 1000 частей на миллион
• Слабосоленая вода — от 1000 до 3000 частей на миллион
• Умеренно соленая вода — от 3000 до 10 000 частей на миллион
• Сильно соленая вода — от 10 000 до 35 000 частей на миллион

Кстати, в океанской воде содержится около 35 000 промилле соли.

Вид на опреснительную установку обратного осмоса в Барселоне, Испания.

Кредит: Джеймс Греллье

Мировая потребность в пресной воде

Дефицит ресурсов пресной воды и потребность в дополнительных источниках воды уже критически важны для многих засушливых регионов мира и будут приобретать все большее значение в будущем. Многие засушливые районы просто не имеют ресурсов пресной воды в виде поверхностных вод, таких как реки и озера.У них могут быть только ограниченные подземных водных ресурсов , некоторые из которых становятся более солоноватыми по мере продолжения добычи воды из водоносных горизонтов. Солнечное опреснение используется природой для образования дождя , который является основным источником пресной воды на Земле.

Другой метод: Обратный осмос

Другой способ опреснения соленой воды — это процедура «обратного осмоса». Проще говоря, вода, содержащая растворенные молекулы соли, проталкивается через полупроницаемую мембрану (по сути, фильтр), в которой более крупные молекулы соли не проходят через отверстия мембраны, а более мелкие молекулы воды проходят.

Обратный осмос — эффективное средство для опреснения соленой воды, но оно более дорогое, чем другие методы. Поскольку в будущем цены снизятся, использование установок обратного осмоса для опреснения большого количества соленой воды должно стать более распространенным.

Опреснение — это не современная наука

Дистилляционное опреснение — одна из первых форм очистки воды в мире, которая до сих пор остается популярным решением для очистки воды во всем мире. В древние времена многие цивилизации использовали этот процесс на своих кораблях для преобразования морской воды в питьевую.Сегодня опреснительные установки используются для преобразования морской воды в питьевую на кораблях и во многих засушливых регионах мира, а также для очистки воды в других районах, загрязненной естественными и неестественными загрязнителями. Дистилляция, пожалуй, единственная технология очистки воды, которая наиболее полно снижает самый широкий спектр загрязняющих веществ в питьевой воде.

В природе этот основной процесс отвечает за водный (гидрологический) цикл . Солнце поставляет энергию, которая заставляет воду испаряться из поверхностных источников, таких как озера, океаны и ручьи.Водяной пар в конечном итоге вступает в контакт с более холодным воздухом, где он повторно конденсируется с образованием росы или дождя. Этот процесс можно имитировать искусственно и быстрее, чем в природе, с использованием альтернативных источников нагрева и охлаждения.

Вы можете попробовать это дома!

• Выкопать яму в земле
• Поставьте на дно ямы емкость, которая будет использоваться для сбора конденсированной воды
• Накройте яму пластиковым листом (можно использовать камни или другие тяжелые предметы, чтобы удерживать ее над ямой)
• Убедитесь, что самая нижняя часть пластикового листа парит прямо над чашей
• Оставьте «ловушку» для воды на ночь, и утром можно будет набрать воду из чаши

Кредит: Даниэле Пуглиси

Ваша личная опреснительная установка

Помните, как вы смотрели на картинку вверху этой страницы, на которой запечатлен плавающий солнечный неподвижный объект? Тот же процесс, который управляет этим устройством, также может быть применен, если вы окажетесь в пустыне и вам нужно выпить воды.

Низкотехнологичный подход к достижению этого заключается в создании «солнечного перегонного куба», который использует солнечное тепло для запуска процесса дистилляции, чтобы вызвать образование росы на чем-то вроде пластиковой пленки. Диаграмма справа иллюстрирует это. Использование морской воды или растительного материала в корпусе дистиллятора создает влажный воздух, который из-за кожуха, образованного пластиковым листом, нагревается солнцем. Влажный воздух конденсирует капли воды на нижней стороне пластикового листа, и из-за поверхностного натяжения капли воды прилипают к листу и перемещаются вниз в желоб, из которого они могут потребляться.

Некоторые факты об опреснении

• По оценкам, около 30% орошаемых земель в мире страдают от проблем с засолением, и восстановление считается очень дорогостоящим.
• По данным Международной опреснительной ассоциации, в июне 2015 года во всем мире работало 18 426 опреснительных установок, производящих 86,8 миллиона кубических метров воды в день, обеспечивая водой 300 миллионов человек. Этот показатель увеличился с 78,4 млн кубометров в 2013 году, что на 10,71% больше, чем за 2 года.
• Наиболее важные пользователи опресненной воды находятся на Ближнем Востоке (в основном Саудовская Аравия, Кувейт, Объединенные Арабские Эмираты, Катар и Бахрейн), которые используют около 70% мировых мощностей; и в Северной Африке (в основном в Ливии и Алжире), где используется около 6% мировых мощностей.
• Среди промышленно развитых стран Соединенные Штаты являются одним из наиболее важных пользователей опресненной воды, особенно в Калифорнии и некоторых частях Флориды. Стоимость опреснения помешала более частому использованию опреснителя.

Чтобы подробнее узнать о опреснительных установках, перейдите по ссылкам ниже.

* Часть этой информации поступила от Фонда образования в области водных ресурсов и от Государственной администрации Corpus Christi TAMU-CC.

Опреснение в Китае и Калифорнии

Портовый город Тяньцзинь отчаянно нуждается в воде. Запасы поверхностных и грунтовых вод в этом обширном мегаполисе на северо-востоке Китая сократились до опасно низкого уровня из-за десятилетий сокращения количества осадков и чрезмерной эксплуатации реки Хай, протекающей через город.По данным Бюро по охране окружающей среды Тяньцзиня, водные ресурсы города на душу населения составляют одну двадцатую от среднего показателя по стране, что намного ниже контрольного показателя ООН для региона, испытывающего нехватку воды. Несмотря на то, что Тяньцзинь поощряет экономию воды и ее учет среди жилых и промышленных пользователей, он все еще сталкивается с дефицитом, который заставляет его полагаться на крупномасштабную инфраструктуру водоснабжения, такую ​​как Проект перекачки воды Юг-Север и опреснение морской воды.

В США разворачивается похожая ситуация.После продолжительной засухи в период с 2011 по 2015 годы инвестиции Калифорнии в опреснительные установки для снабжения пресной водой засушливого юга штата росли в геометрической прогрессии. В то время как большинство американских опреснительных установок используются для очистки менее соленой «солоноватой воды» из рек и заливов, крупномасштабные операции с морской водой начали распространяться в Калифорнии, а также во Флориде и Техасе. В одной только Калифорнии есть 11 муниципальных заводов по опреснению морской воды, и еще 10 предлагается. В 2015 году компания Poseidon Water LLC из Южной Калифорнии открыла крупнейшее в Америке предприятие по опреснению воды в Карловых Варах, которое в настоящее время обеспечивает около 10 процентов потребности Сан-Диего в воде.Обладая способностью производить 54 миллиона галлонов воды в день, этот новый опреснительный завод, а также еще один завод, который в настоящее время находится в стадии строительства в Хантингтон-Бич, могут обеспечить водную безопасность в Южной Калифорнии.

В то время как Китай в настоящее время имеет 140 опреснительных заводов, в Соединенных Штатах есть более 400 муниципальных заводов, еще сотни микрозаводов используются в нефтегазовой промышленности. Около двух третей опресненной воды в США поступает в муниципальные системы водоснабжения, в то время как тяжелая промышленность потребляет только 18 процентов.Китай, напротив, направляет две трети своей опресненной воды на электростанции, производство стали и нефтехимию. Остальные мелкие предприятия обслуживают изолированные островные сообщества или прибрежные города. В настоящее время на опреснение приходится лишь 1,2 процента внутреннего водоснабжения Китая, что делает морскую воду и солоноватую воду крайне недоиспользуемым ресурсом в этой страдающей от засухи стране. В целом сектор опреснения воды в Калифорнии более эффективен, чем зарождающаяся отрасль в Китае, и, таким образом, имеет преимущества с точки зрения конкурентоспособности затрат и управления окружающей средой.

Фотография предоставлена: Вид с воздуха на опреснительную установку Клода «Бада» Льюиса в Карлсбаде, Калифорния. Использовано с разрешения Управления водного хозяйства округа Сан-Диего, все права защищены.

Несмотря на серьезные проблемы с водной безопасностью, цены на грунтовые и поверхностные воды в Тяньцзине и других городах Китая являются одними из самых низких среди крупнейших экономик мира. В то время как центральное правительство экспериментировало с повышением цен на бытовое и коммерческое водопользование, тарифы на воду в Китае остаются на 70-80 процентов ниже международных стандартов, по ставкам, которые часто не позволяют предприятиям водоснабжения покрывать свои затраты.Напротив, опресненная вода основана на дорогих импортных технологиях и стоит на 50–140 процентов больше за тонну, чем обычная водопроводная вода. Таким образом, очень немногие китайские предприятия готовы перейти с дешевых источников пресной воды на опресненную воду.

Тяньцзиньский опреснительный завод Beijiang продает менее 35 процентов своей производственной мощности, составляющей почти 53 миллиона галлонов в день, и требует огромных государственных субсидий, чтобы оставаться на плаву. Чтобы создать жизнеспособный рынок опреснения и способствовать лучшему сохранению воды в целом, китайское правительство могло бы обратиться к калифорнийской модели установления муниципальных цен на воду, отражающей истинную ценность воды.

Из-за засухи 2011–2015 годов правительство штата Калифорния и местные предприятия водоснабжения повысили цены и ввели строгую политику экономии воды. Сочетание более высоких цен и технологических инноваций для снижения стоимости эксплуатации опреснительных установок помогло Калифорнии создать относительно стабильный и экономичный рынок опреснения. В 2019 году Businesswire сообщил, что завод в Карловых Варах был финансово сильным, и Fitch Ratings повысило рейтинг облигаций завода, чтобы отразить его «высокие операционные показатели» и ожидания того, что положительная тенденция в производительности сохранится.

Помимо стоимости, быстрый рост опреснения в Китае вызывает две основные экологические проблемы: углеродный след и сброс рассола. Опреснение является наиболее энергоемким способом снабжения пресной водой, и в Китае эти установки в основном работают на угле. В период с 2006 по 2016 год годовое потребление энергии опреснительной промышленностью Китая увеличилось почти в двадцать раз, до ежегодных выбросов углерода более 1600 мегатонн, что эквивалентно дополнительным 350 миллионам автомобилей на дорогах.В Тяньцзине старые установки по термическому опреснению являются крупным источником этих выбросов, в то время как более современные установки, использующие мембранную конструкцию «обратного осмоса» — такие как установка Hyflux в Даганге, введенная в эксплуатацию в 2009 году, — имеют меньший углеродный след.

Рассол, высококонцентрированный побочный продукт опреснения морской воды, создает еще один серьезный экологический след. Этот сверхсолевой раствор морской воды и других добавленных химикатов может нанести вред водным экосистемам при сбросе обратно в океан.По оценкам исследователей из Пекинского педагогического университета, к концу 2020 года сброс рассола увеличится до 1,5 миллиона кубических метров в день, что эквивалентно более чем 600 плавательным бассейнам олимпийского размера каждый день. Растущая соленость океана из-за опреснительных заводов уже препятствует производству фитопланктона в заливе Цзяочжоу в провинции Шаньдун и, вероятно, способствует цветению водорослей в море возле провинции Хэбэй, которое нарушило аквакультуру, нанося вред местной экономике.

Напротив, строгие правила Калифорнии в отношении загрязнения и сброса рассола вынудили опреснительную промышленность штата уменьшить свое воздействие на окружающую среду.Под контролем государства на заводе в Карловых Варах установлены теплообменники, которые сокращают энергопотребление завода на 46 процентов и сокращают выбросы углерода на 42 000 метрических тонн в год. Завод также покупает кредиты на возобновляемые источники энергии и участвует в лесовосстановлении, чтобы компенсировать свои выбросы.

Фотография предоставлена: Вид с воздуха на опреснительную установку Клода «Бада» Льюиса в Карлсбаде, Калифорния, с разрешения Управления водного хозяйства округа Сан-Диего, все права защищены.

В 2015 году Poseidon Water объявила, что ее новый завод в Хантингтон-Бич в Лос-Анджелесе будет использовать зачетные средства, чтобы стать первым в Калифорнии крупномасштабным водоочистным сооружением, полностью нейтральным по выбросам углерода, и что завод в Карлсбаде также быстро движется к нейтралитету. Эми Чен, директор Управления водного хозяйства округа Сан-Диего Программы городского водного округа, также отметила в интервью, что опреснение в Южной Калифорнии снижает потребность в импортируемой воде, перекачиваемой с севера в рамках энергоемкого проекта водоснабжения штата, сокращая использование электроэнергии и предотвращение выбросов.

Для борьбы с загрязнением рассолом Калифорния приняла Поправку по опреснению воды в 2016 году, которая ужесточила ограничения на забор воды и сброс рассола на предприятиях по всему штату. Многие опреснительные заводы в Калифорнии внедряют инновации для очистки своих сточных вод. Завод в Карловых Варах потребляет 299 миллионов галлонов в день из лагуны Агуа-Гедионда для разбавления рассола перед его сбросом. Благодаря такой адаптации сбросы с завода в Карловых Варах всего на 20 процентов больше солености, чем обычная морская вода, по сравнению со стандартными 50 процентами с других заводов.Со своей стороны, завод в Хантингтон-Бич планирует установить систему диффузора рассола, чтобы помочь рассеять рассол в океане после выпуска. Наконец, как Китай, так и Соединенные Штаты начали внедрять пилотные проекты с нулевым сбросом жидкости, в которых используются бассейны испарения для превращения рассола в товарную поваренную соль, хотя эта практика еще далеко не повсеместна.

С развитием этой технологии защитники окружающей среды и государственные регулирующие органы начали сомневаться в том, стоит ли опреснение своей соли.На протяжении десятилетий Тихоокеанский институт проводил подробные исследования экономических затрат и экологических проблем, которые все еще преследуют промышленность в Калифорнии. WWF утверждает, что опреснение отвлекает города от инвестиций в более устойчивые варианты, такие как водосбережение и повторное использование сточных вод. Тяньцзинь, например, представляет собой один из «модельных городов Китая для экономии воды». Но, как и многие города Калифорнии, Тяньцзинь по-прежнему испытывает острую нехватку воды.

По мнению китайских и калифорнийских специалистов по водным ресурсам, гарантия водной безопасности опреснением на данный момент окупается.«Эти заводы — не серебряная пуля, и они не решат всех наших проблем с водоснабжением», — говорит Скотт Хьюстон из муниципального водного округа Западного бассейна в Калифорнии, «… но вы все же смотрите на опреснение, потому что оно может быть 100% надежной частью вашего водоснабжения ». В Китае на Всекитайском собрании народных представителей в этом году было предложено «быстрое развитие использования морской воды» в качестве средства «смягчения дисбаланса спроса и предложения» в прибрежных районах и сокращения эксплуатации ценных ресурсов подземных вод.

Столкнувшись с быстрой индустриализацией и сокращающимися возможностями, опреснение стало лучшей надеждой для обоих регионов избежать хронической нехватки воды. На этих выжженных берегах опреснение никуда не денется.

Особая благодарность Эми Чен и Скотту Хьюстону за их вклад в эту статью.

Уильям М. Райхер был стажером-исследователем на Китайском экологическом форуме зимой 2020 года. Он проживает в Окленде, штат Калифорния, и в настоящее время изучает правительство, государственную политику и китайский язык в Дартмутском колледже.

Источники: Азиатский банк развития, Businesswire, Департамент водных ресурсов Калифорнии, California Water Boards, Caixin, Carlsbad Desalination Project, CGTN, China Daily, Chinadialogue, Китайское общество океанографии, Исследовательская служба Конгресса, Энергетика, Energy Recovery Inc., FINA, The Guardian, Hyflux, IDE Technologies, Международная ассоциация опреснения, Международные реки, Журнал повторного использования и опреснения воды, KPCC, Lenntech, MIT Technology Review, The New York Times, Регистр округа Ориндж, Тихоокеанский институт , Институт международной экономики Петерсона, Poseidon Water, The Sacramento Bee, Управление водного хозяйства округа Сан-Диего, Наука об окружающей среде, Департамент внутренних дел США по мелиорации, Агентство по охране окружающей среды США, Кампания Value of Water, Вода, Финансирование водоснабжения и Управление, Сеть водного следа, Журнал Wired, Всемирный фонд дикой природы, Yale Environment 360.

Кредит на ведущую фотографию : Водопроводные трубы на опреснительной установке, любезно предоставлены Управлением водоснабжения округа Сан-Диего, все права защищены.

Почему опреснение не является ответом на все проблемы с водой в Калифорнии?

Помимо опасений по поводу расходов, Бернетт лично заинтересован в решении экологических проблем опреснения. Он сын двух морских биологов, и состояние его деда Дэвида Паккарда в Кремниевой долине стало неотъемлемой частью создания аквариума Монтерей-Бей.Сам Бернетт работал над климатическими правилами в Агентстве по охране окружающей среды США, прежде чем стать мэром Кармела.

«Я посвятил свою профессиональную жизнь борьбе с изменением климата, — говорит Бернетт. — Моя семья очень привержена охране здоровья наших океанов. Итак, я защищаю проект, который имеет большой углеродный след и, если его не сделать правильно, может нанести вред океанам.”

Бернетт встретил меня на пляже, где река Кармель впадает в Тихий океан. Рядом дамы в соломенных шляпах тащили на песок мольберты и краски, чтобы запечатлеть живописный пейзаж. Бернетт сказал мне, что в дизайнерских солнцезащитных очках и в свежей синей рубашке, опреснение было последним средством общины.

«Мы изучили широкий спектр возможностей, — говорит он. — Все было на столе — захват айсбергов и их обрушение, наполнение огромных воздушных шаров водой с севера и их обрушение.«

Опреснение произошло потому, что местному коммерческому поставщику воды, California American Water Company, было сказано найти новый источник. На протяжении десятилетий Кэл-Ам полагался на реку Кармель, но затем пришел приказ о прекращении действия, предназначенный для защиты стальной форели, находящейся в реке под угрозой исчезновения. Были годы споров и соперничества за дизайн. Крайний срок был установлен на конец следующего года — крайний срок, который предложенная Cal Am опреснительная установка не выдержит. Тем не менее, план движется вперед.

«По сути, это экологический проект, — говорит Бернетт.”

Входы и выходы

При строительстве опреснительной установки необходимо учитывать три основных экологических фактора: как поступает морская вода, как отделяется питьевая вода и что происходит с солью после этого.

[edge_animation left = «auto»]

Самый простой приемник — это, по сути, соломинка в океане — конструкция, которая рискует заманить в ловушку и убить морскую жизнь. Одно из решений — прикрепить решетку к концу такой трубы, но даже в этом случае крошечные личинки и икра все равно могут засасываться.Вместо этого регулирующие органы, как правило, предпочитают так называемое «подземное поступление».

На прибрежном участке цементной компании в заливе Монтерей, California American в настоящее время работает над проверкой концепции этого подхода. Они используют наклонно-направленное бурение, подобное той технологии, которую нефтяные компании используют для добычи ископаемого топлива. Идея состоит в том, чтобы создать наклонный колодец на сотни футов, проходящий под дюнами к месту под волнами. Cal Am надеется высосать пару тысяч галлонов воды в минуту, находясь ниже 200 футов песка и хорошо изолирован от уязвимых морских обитателей.

Чтобы перекачать столько воды, потребуется огромная мощность.

«Наши счета за электроэнергию, несомненно, растут», — сказал мне инженер проекта.

Это вторая проблема, связанная с опреснением: как только морская вода попадает на растение, ее нужно протолкнуть через мембраны, достаточно мелкие, чтобы соль не могла пройти через них.Это требует огромного давления — порядка мойки высокого давления.

Сотрудник небольшого опреснительного завода сказал мне, что для производства воды, достаточной для 1200 домов, требовалось 25 000 долларов в месяц. В случае с Cal Am они надеются заключить сделку по обеспечению электростанции метаном с близлежащей свалки.

Еще один элемент дизайна, который пока находится в стадии разработки, решает третью проблему процесса опреснения: вся эта соль должна куда-то уйти.

Только половина морской воды, подаваемой на опреснительную установку, становится питьевой.Вся отделившаяся соль концентрируется в другой половине в виде рассола, который намного плотнее морской воды. В результате его нелегко снова подмешать.

Если его по неосторожности сбросить обратно в океан, он тонет и может убить любую морскую жизнь, имеющую несчастье поселиться на морском дне внизу.

Перемешивание соленого побочного продукта с океаном может быть связано с использованием опрыскивателей или, в случае Cal Am, существующего водостока, который близлежащее региональное агентство по контролю загрязнения воды Монтерея использует для удаления сточных вод.Это труба, которая выходит в море на тысячи футов с небольшими отверстиями, расположенными на расстоянии десяти футов друг от друга, поэтому слишком много рассола не вылилось бы в одном месте.

Предполагается, что опреснительное предприятие не начнет поставлять воду потребителям в течение нескольких лет, а тем временем ему предстоит пройти через чащу регулирующих органов, необходимую для получения разрешений.

Необязательно или неизбежно?

В последние годы проекты по опреснению воды рассматривались в таких местах, как округ Марин и Санта-Крус, но в итоге из-за скептицизма были отодвинуты на второй план.Критики утверждали, что между проблемами, связанными с окружающей средой, и стоимостью инженерных решений, технология часто приносит больше проблем, чем она того стоит.

В той мере, в какой консервация возможна, делать это намного проще и дешевле. Мэр Бернетт говорит, что города на полуострове Монтерей почти выжали из этой губки на все сто: люди там обходятся 60 галлонами в день — меньше половины того, что используют многие калифорнийцы.

Сьюзан Джордан из Калифорнийской сети защиты прибрежных районов давно критикует опреснение.По ее словам, действительно, сообществам следует сначала исчерпать все остальные возможности.

«Если вы собираетесь делать что-то вроде опреснения, — говорит Джордан, — вам нужно убедиться, что вы делаете все возможное с точки зрения сохранения, повторного использования воды, повторного использования воды, и вам не нужны неустойчивые развитие, которое просто увековечивает вашу проблему или проблему государства ».

Вопрос о том, что представляет собой устойчивое развитие, лежит в основе дебатов по опреснению. Контраргумент, который я услышал от Скотта Малони, вице-президента Poseidon Water, звучит так: что, если альтернативы нет?

«Большую озабоченность вызывает изменение климата и то, что произойдет через десять и двадцать лет», — говорит Малони, чья компания строит большой завод за пределами Сан-Диего и надеется добавить еще один, подобный ему, в Хантингтон-Бич.«Можете ли вы действительно рассчитывать на то, что река Колорадо или Северная Калифорния и дальше будут обеспечивать водой подавляющее большинство населения штата?»

Я спросил нескольких человек, какой процент от общего портфеля опреснения воды в Калифорнии может когда-нибудь составлять, и только Малони был готов сделать предположение. Он говорит, что такие заводы наиболее эффективны, когда они построены большими, что дает эффект масштаба. По его словам, между этим и строгим процессом выдачи разрешений вы, вероятно, сможете пересчитать количество жизнеспособных участков на двух руках.

«И поэтому я думаю, что вы можете рассматривать где-то от 10 до 20 процентов муниципального и промышленного спроса штата», — говорит Малони.

Стоит отметить, что, казалось бы, не учитывается сельское хозяйство; Малони предполагает, что опреснитель будет обслуживать прибрежное городское население штата.

На Ближнем Востоке опреснение обходится дорого.

БАРКА, Оман — На берегу Аравийского моря две массивные трубы, каждая более шести футов в диаметре, уходят от огороженного участка в воду.

Трубы работают как мощные соломинки, всасывая морскую воду и отправляя ее через ряд резервуаров и фильтров.

Опреснительная установка Барка 4 — самая новая и самая крупная в Омане. Работающий на природном газе, завод был запущен в прошлом году и на полной мощности может производить 74 миллиона галлонов питьевой воды в день — этого достаточно, чтобы заполнить 112 плавательных бассейнов олимпийского размера.

Оман полагается на опреснение, потому что его крайняя нехватка воды оставляет мало других вариантов.В этом уголке Аравийского полуострова нет ни одной реки, которая протекает круглый год, а откачка воды из колодцев привела к истощению водоносных горизонтов и позволила соленой воде просачиваться в грунтовые воды вдоль побережья.

Всего в стране девять крупных опреснительных заводов и 47 небольших заводов, которые, по заявлению правительства, обеспечивают около 86% питьевой воды в стране.

Себастьян Де ла Гард и Эстель Клермон, менеджеры опреснительного завода Барка 4 в Омане, останавливаются, чтобы посмотреть на один из резервуаров во время осмотра объекта.
(Фото: Ян Джеймс / Республика Аризона)

Технология дорогая и энергоемкая, и правительство сильно субсидирует плату за воду, чтобы поддерживать низкие цены.

Другие страны Аравийского полуострова также зависят от опреснительных заводов, субсидируемых государством. В Катаре, Бахрейне, Кувейте, Объединенных Арабских Эмиратах и ​​Саудовской Аравии правители в течение многих лет вкладывали нефтегазовых богатств в растения, которые превращают морскую воду в постоянное снабжение их растущего населения в городах Персидского залива от Дохи до Дубая.

Ни один другой регион на Земле не опресняет столько воды. По оценкам экспертов, на Ближний Восток приходится более 60% мировых мощностей по опреснению воды.

Другие страны, испытывающие нехватку воды, такие как Марокко и Австралия, также начали использовать океаны. А на засушливом юго-западе Америки руководители водного хозяйства и городские планировщики все чаще обращаются к опреснению воды как к потенциальному частичному решению для городов, водоснабжение которых находится под давлением из-за чрезмерного использования, многолетней засухи и последствий изменения климата.

Первая опреснительная установка в Омане была запущена в 1976 году, и с тех пор количество установок на берегу Оманского залива неуклонно растет.

Завод «Барка 4» стоимостью 314 млн долларов был построен консорциумом компаний во главе с Suez, который будет эксплуатировать завод в течение 20 лет по контракту.

Во время экскурсии по заводу менеджеры парижской компании рекламировали технологию обратного осмоса как передовую.

«Энергопотребление на этом заводе очень низкое, — сказала Эстель Клермон, менеджер по эксплуатации и техническому обслуживанию.

По сравнению с другими старыми установками, «Барка 4» потребляет примерно на четверть меньше энергии, работающей на газе, на единицу произведенной воды. Клермон сказал, что это представляет собой будущее опреснения, поскольку затраты продолжают снижаться с технологическими улучшениями.

Она и другие менеджеры в касках шли рядом с одной из гигантских бежевых водозаборных труб, вьющихся от берега в сторону завода. Они поднялись по лестнице на платформу и посмотрели с перил на глубокий прямоугольный бассейн, в который втекала морская вода.

По словам Клермон, установка может перекачивать до 7,1 миллиона галлонов морской воды в час. По ее словам, бессолевая вода, выходящая из завода, обеспечивает около одной пятой опресненной воды в стране.

Глядя на открытый резервуар, где вода поднималась и закручивалась водоворотами, коллега-менеджер Себастьян Де ла Гард объяснил, что на первом этапе обработки удаляются водоросли и другие частицы.

Коричневатая вода каскадом стекала вниз по водопаду, расположенному сбоку от лечебной платформы.Часть того, что отфильтровано, оказывается в виде концентрированного ила, который отправляется на свалку. В процессе также образуется очень соленый рассол, который снова выливается в залив.

На другой стороне завода появляется синяя труба шириной почти 5 футов, изгибающаяся над дорогой. Он доставляет питьевую воду в Маскат, столицу, и другие города на побережье.

Недавно построенная опреснительная установка Барка 4 производит питьевую воду, которая перекачивается в Маскат и другие прибрежные города Омана.

(Фото: Ян Джеймс / Республика Аризона)

Страной, официально называемой Султанатом Оман, с 1970 года управляет султан Кабус бин Саид. Он и его правительство выделили значительную часть природного газа в стране на производство электроэнергии и работу опреснительных установок, сохраняя при этом низкие тарифы на воду за счет крупных субсидий.

В своем последнем годовом отчете Государственное управление водного хозяйства перечислило сумму, эквивалентную 404 миллионам долларов США, в виде субсидий на 2018 год — около 1 доллара США.1 миллион в день.

На протяжении многих лет правительство регулярно добавляло новые опреснительные установки, чтобы не отставать от роста потребления воды и роста населения, которое выросло примерно до 5 миллионов с прибытием иммигрантов из Индии, Бангладеш, Пакистана и других стран.

В Омане опреснительные установки на берегу Аравийского моря обеспечивают около 86% питьевой воды страны. Республика | azcentral.com

«Объем опресненной воды растет, потому что у правительства есть политика водоснабжения, что означает, что всякий раз, когда нам нужно больше воды, мы строим новые опреснительные установки», — сказал Слим Зекри, профессор, возглавляющий отдел экономики природных ресурсов в Sultan Qaboos. Университет.

Он сказал, что низкие расценки на воду уже давно означают отсутствие «управления спросом» или финансовых стимулов для сохранения людьми. Государственный бюджет был сжат, в то время как потребление воды на душу населения увеличилось.

«Опреснение довольно дорогое и энергозависимое, — сказал Зекри, — и нам нужно думать о решениях на будущее».

Он сказал, что это должно означать существенное повышение цен на воду при продолжении обеспечения экономичных тарифов для людей с низкими доходами.

Домовладельцы и предприятия уже давно платят за воду в размере 2 байса за галлон в оманской валюте, что составляет около доллара за 200 галлонов.(Эта субсидируемая цена, хотя и невысока, но все же выше той, которую люди платят за воду в некоторых частях Соединенных Штатов. Например, средний покупатель, имеющий дом на одну семью в Фениксе, платит около 60 центов за 200 галлонов.)

“ Опреснение является довольно дорогостоящим и энергозависимым процессом, и нам нужно думать о решениях на будущее ».

После многих лет замораживания цен Управление водоснабжения Омана объявило в этом году о повышении ставок для клиентов, которые используют более 5000 галлонов в месяц.Выше этого уровня люди будут платить на 25% больше.

Зекри сказал, что это незначительное увеличение все равно не покроет расходы на водоснабжение и не станет эффективным стимулом для людей использовать меньше.

Он сказал, что цены на воду следует повышать еще больше, чтобы стимулировать сохранение и стимулировать инвестиции в водосберегающие технологии. По его словам, принятие мер по управлению спросом на воду также поможет ограничить сокращение водоносных горизонтов, которые упали из-за сильной откачки грунтовых вод, и поможет Оману подготовиться к тому, что изменение климата приведет к более высоким температурам и изменениям в структуре осадков.

«Я совершенно уверен, что водой можно управлять должным образом и мы сможем избежать водного кризиса, — сказал Зекри, — если мы внедрим соответствующие стратегии управления».

Рашид аль-Абри, помощник директора министерства водоснабжения Омана, сказал, что правительственные чиновники стремятся улучшить свои подходы к управлению водными ресурсами и рассматривают альтернативы в дополнение к опреснению, включая повторное использование более очищенных сточных вод, некоторые из которых сейчас используются. для орошения придорожной растительности в городах.

Использование большего количества оборотной воды, по его словам, должно помочь решить проблему нехватки воды в стране и снизить нагрузку на водоносные горизонты.

В то время как опресненная вода течет в краны в городах на побережье, грунтовые воды остаются основным источником для ферм и многих внутренних городов.

Некоторые оманские фермеры в горных районах все еще зависят от древних систем водных туннелей, называемых афлай. Каналы были вырыты вручную много веков назад для отбора подземных источников воды на горных склонах.Вода течет через подземные ходы и в открытые акведуки, питая такие культуры, как финики и лимоны, а также травы, которыми жители деревни кормят коз и коров.

В то время как многие афлайи все еще текут, некоторые истощились и высохли, поскольку колодцы и насосы фермеров и городов залили водоносные горизонты и понизили уровень грунтовых вод.

Древний акведук, называемый фаладжем, улавливает грунтовые воды у подножия Оманских гор Хаджар и змей через сельскохозяйственные угодья, питательные финиковые пальмы и другие культуры.

(Фото: Ян Джеймс / Республика Аризона)

В другом месте, на прибрежной равнине Батина, откачка грунтовых вод для сельского хозяйства также нанесла серьезный ущерб. За десятилетия в результате откачки морская вода попала в грунтовые воды, что сделало их слишком солеными для сельскохозяйственных культур.

Зекри и другие исследователи работают над поддерживаемым правительством проектом по отслеживанию использования воды на фермах, чтобы начать решение проблемы, которая продолжает усугубляться.

«Мы наблюдаем проникновение морской воды на расстояние до 12 километров (7 миль) вглубь суши», — сказал Зекри. «И мы наблюдаем, как многие плантации выцветают, умирают из-за засоления».

НАЦИЯ ПРОТИВ НЕОБХОДИМОСТИ ВОДОСНАБЖЕНИЯ И ИЗМЕНЕНИЯ КЛИМАТА

Вдоль дорог возле опреснительного завода «Барка-4» некоторые сельхозугодья высохли и заброшены. Вторгшаяся морская вода испортила грунтовые воды много лет назад. Фермеры оставили после себя пыльные поля и мертвые пальмы.

Некоторые оманские фермеры покупают свои собственные небольшие опреснительные установки для использования солоноватых грунтовых вод, которые в противном случае были бы непригодны для выращивания сельскохозяйственных культур.

Но когда сверхсоленый рассол от процесса не утилизируется должным образом, он может еще больше загрязнить водоносные горизонты, сказал Захер бин Кахлед ас-Сулаймани, президент организации под названием Водное общество Омана.

«Проблема в том, что соленость растет год от года», — сказал ас-Сулеймани. «И накачка увеличилась».

Его группа провела семинары, чтобы узнать, как фермеры могут лучше управлять рассолом.

В Маскате также находится Ближневосточный исследовательский центр опреснения воды, учреждение, созданное в 1996 году в рамках мирного процесса на Ближнем Востоке.Центр фокусируется на исследованиях и обучении, продвигая опреснение как решение, которое может помочь решить проблему нехватки воды и уменьшить напряженность.

Автозапуск

Показать миниатюры

Показать подписи

Опреснение стало «техно-исправлением», которое выбирают правительства на Аравийском полуострове, потому что оно предоставило путь чтобы справиться с нехваткой воды и обеспечить быстрый рост, одновременно служа политическим целям монархов региона, — сказал Лоран Ламберт, доцент кафедры государственной политики Дохинского института аспирантуры.

По его словам, по всему региону Персидского залива лидеры сосредоточили свое внимание на демонстрации возможностей своих правительств посредством крупных проектов водной инфраструктуры, создавая имидж «большой — значит мощный», одновременно обеспечивая население водой по сильно субсидируемым ценам.

В Катаре, который является крупнейшим в мире экспортером сжиженного природного газа, вода для бытовых нужд полностью поступает с опреснительных заводов, а вода для граждан бесплатна.

«Нет смысла вкладывать средства в действительно, очень дорогие формы водоснабжения, когда у вас есть гораздо более доступная вода.

Другие страны, такие как Кувейт, Саудовская Аравия и Объединенные Арабские Эмираты, также субсидируют опресненную воду, взимая с людей часть стоимости.

По мере того, как эта система с годами укреплялась, правительства оказались в цикле опреснения все большего количества воды, в то время как денежные и энергетические затраты продолжали расти.

«Очень трудно отменить субсидии, и очень трудно изменить отношение людей к тому, что они считают естественным бесплатным.«Это вода. Почему мы должны за это платить? » «Таков менталитет, который существует у нас во всем регионе», — сказал Ламберт.

Страны сжигают все больше природного газа, а иногда и нефти, чтобы управлять заводами, сказал Ламберт. Это приводит к увеличению выбросов парниковых газов, вызывающих потепление планеты, и также снижает количество продаваемого на международном уровне топлива, сокращая доходы правительства.

Но правительства продолжают нести большие финансовые потери, сказал он, потому что идея реформирования системы и сокращения субсидий широко рассматривается как политически неприемлемая.

«Я называю это устойчивой неустойчивостью, имея в виду, что правительство тем не менее платит», — сказал Ламберт. «Они предпочитают вносить небольшие поправки, но оставлять все как есть, а не делать людей несчастными».

Фонтан течет в Музее исламского искусства в Дохе, Катар, на фоне горизонта города. Доха быстро росла в течение последних двух десятилетий и полагается на опресненную воду.
(Фото: Ян Джеймс / Республика Аризона)

И хотя растения продолжают гудеть, экологический след выходит за рамки загрязнения, вызванного сжиганием ископаемого топлива.

Рассол необходимо куда-то утилизировать, и обычно его сбрасывают обратно в море.

«У вас есть места, где образуется огромное количество соли, поэтому вы можете убить рыболовство, вы можете убить дикую природу», — сказал Ламберт. «Вы можете добавить стресса к местным кораллам, которые долгое время были нишей».

Суэцкие менеджеры завода «Барка 4» заявили, что они провели мониторинг и считают, что рассол с завода не вредит окружающей морской среде.

Партнерами Suez по проекту являются японская Itochu Corp., французская Engie и оманская компания WJ Towell.

По всему региону Персидского залива опреснительные установки являются прибыльным бизнесом для ряда иностранных компаний, среди которых японская Sumitomo Corp., французская компания Veolia и американская Bechtel Group.

Опреснительный бизнес процветает в засушливых и испытывающих нехватку водных ресурсов регионах по всему миру, при этом количество заводов растет в городах Израиля, Иордании и Египта, а также Испании, Сингапура и Южной Африки.

КАРТИРОВАНИЕ ВОДЫ МИРА: НАСА обнаруживает «отпечатки пальцев человека» во многих областях

На побережье Калифорнии опреснительная установка Клода «Бада» Льюиса Карлсбада в округе Сан-Диего начала свою работу в 2015 году и в настоящее время является крупнейшим заводом в мире. Соединенные Штаты, производящие около 50 миллионов галлонов питьевой воды в день. Это самая дорогая вода из всех источников Сан-Диего, и жители этого района платят одни из самых высоких тарифов на воду в стране.

К северу, в Санта-Барбаре, в 2017 году начал работу давно закрытый завод.

Компания Poseidon Water предложила еще один крупный завод в Хантингтон-Бич, где план вызвал разногласия по поводу экологических проблем и прогнозируемых затрат. Другие объекты были предложены вдоль Тихоокеанского побережья в таких местах, как Монтерей и Дана-Пойнт.

Рабочие проходят мимо одного из зданий опреснительной установки Барка 4 в Омане.

(Фото: Ян Джеймс / Республика Аризона)

Не имеющая выхода к морю Аризона изучает возможность сотрудничества с Мексикой по опреснению воды из моря Кортеса. Усилия по изучению этой концепции активизировались в 2017 году, когда Мексика и правительство США взяли на себя обязательство в рамках соглашения по реке Колорадо совместно изучить возможность строительства опреснительной установки.

В соглашении, получившем название «Протокол 323», перечислены потенциальные местоположения завода, включая Тихоокеанское побережье, наполненную сточными водами реку Нью-Ривер на границе Мексики и Калифорнии и берег моря Кортеса.

Страны сформировали рабочую группу с представителями федеральных и государственных агентств.

Группа консультантов в настоящее время готовит исследование по оценке потенциала опреснения воды из моря Кортеса. Они изучают технологии, возможные местоположения вдоль побережья Соноры между Пуэрто-Пеньяско и Пуэрто-Либертад, а также потенциальное воздействие на морскую среду.

Опреснительная установка Barka 4 в Омане может перекачивать до 7 вод.1 миллион галлонов морской воды в час.

(Фото: Ян Джеймс / Республика Аризона)

Исследование планируется выпустить в следующем году. Теоретически опреснительная установка могла бы принести пользу Аризоне посредством водообмена, при котором некоторые пользователи воды реки Колорадо в Мексике вместо этого получали бы опресненную воду, высвобождая речную воду для Аризоны.

Эта концепция упоминается как один из множества вариантов в новом отчете «Долгосрочные варианты увеличения объема воды для Аризоны», который консультанты подготовили для группы, назначенной губернатором.Дуг Дьюси позвонил в Совет по увеличению количества воды, инновациям и охране окружающей среды. Наряду с опреснением океана в отчете перечислены такие варианты, как опреснение солоноватых грунтовых вод в Аризоне или перенос грунтовых вод из отдаленных сельских районов в быстрорастущие города штата.

Опреснительная установка Барка 4 — самая новая и самая крупная в Омане.
(Фото: Ян Джеймс / Республика Аризона)

Отчасти причина отсутствия конкретного предложения заключается в том, что, похоже, опреснению еще недостаточно поддержки, сказала Сара Портер, директор Центра водных ресурсов Кайла. Политика в Университете штата Аризона.

«Пока в этом нет необходимости. Но есть признание того, что он может понадобиться в будущем», — сказала она.

Оценки того, сколько воды может поступать из опреснительной установки, показывают, что это количество будет, самое большее, около 100 000 акров-футов в год, сказал Портер, относительно небольшое количество по сравнению с общим отводом реки Колорадо в Аризоне в 2,8 миллиона акров-футов. .

«Я думаю, что опреснение океана — не тот ответ, о котором мечтают многие люди», — сказал Портер, член губернаторского совета по водным ресурсам.«Это будет самая дорогая вода, когда-либо разработанная для Аризоны, и она просто не будет обеспечивать запасы, которые люди предполагают».

Помимо затрат на очистку воды, по ее словам, существуют экологические проблемы, и приграничные соглашения об обмене водой также будут сложными.

Портер ездил в Израиль в прошлом году с группой из Торгово-промышленной палаты Аризоны, и они посетили большой опреснительный завод в Ашкелоне.

«Удивительно, что они делают с опреснением океана.И я надеюсь, что в Аризоне никогда не будет такого дефицита воды, с которым сталкивается Израиль, — сказал Портер. — Нет смысла вкладывать средства в действительно, очень дорогие формы водоснабжения, когда у вас есть гораздо более доступная вода. . »

Морская вода заполняет резервуар на опреснительной установке Барка 4 в Омане.
(Фото: Ян Джеймс / Республика Аризона)

Портер сказал, что у Аризоны все еще есть потенциал для расширения существующих запасов за счет сохранения и повторного использования очищенной воды.По ее словам, есть также возможности для большего числа добровольных сделок по водоснабжению, подобных тем, которые были согласованы в рамках Плана действий в связи с засухой на реке Колорадо. В рамках плана индейская община реки Гила и индейские племена реки Колорадо предоставят часть своей воды в обмен на выплаты, чтобы помочь Аризоне справиться с сокращением водопотребления.

Первые сокращения в рамках сделки по реке Колорадо произойдут в следующем году, когда Аризона, Невада и Мексика оставят часть выделенной им воды в озере Мид, чтобы снизить риск дальнейшего разрушения истощенного водохранилища.

В долгосрочной перспективе опреснение морской воды могло бы помочь как часть стратегии адаптации к изменению климата, сказал Портер, но вряд ли это произойдет, пока Аризона сначала не «сорвет все нижние плоды, которые, вероятно, включает опреснение солоноватых грунтовых вод в некоторых местах ».

Тем не менее, глядя в будущее, Портер сказал, что партнерство по опреснению морской воды, вероятно, в конечном итоге произойдет в Мексике.

«Если бы мне пришлось держать пари, я бы держала пари, что это будет рассмотрено в течение 30 лет», — сказала она.«Это самый надежный источник муниципальной воды во многих отношениях, так что это будет преимуществом, и мы ожидаем роста».

В конечном счете, решение о том, имеет ли смысл опреснение — для пустыни на юго-западе и в других частях мира — будет зависеть от рассмотрения любых других альтернатив и взвешивания того, окупятся ли высокие затраты, связанные с обращением к морю.

Опреснительная установка Barka 4 в Омане была построена консорциумом компаний во главе с Suez, который будет эксплуатировать установку в течение 20 лет по контракту.

(Фото: Ян Джеймс / Республика Аризона)

Обратитесь к репортеру Яну Джеймсу по адресу [email protected] или 602-444-8246. Следуйте за ним в Twitter: @ByIanJames

Охват экологической информации на сайте azcentral.com и в Республике Аризона поддерживается грантом Благотворительного фонда Нины Мейсон Пуллиам. Следите за новостями группы по экологической отчетности The Republic на сайте environment.azcentral.com и OurGrandAZ в Facebook, Twitter и Instagram.

Стоимость опреснения — Advisian

1. Введение

В 1960-х годах опреснение стало одним из наиболее важных способов очистки соленой воды с целью доведения ее до приемлемых стандартов качества воды для использования в различных частях мира и промышленных секторах (Ghaffour, et al., 2012). Последствия изменения климата, роста населения и подъема индустриализации сыграли значительную роль в нехватке воды и оказали существенное влияние на спрос на воду.Большое количество стран в Африке, на Ближнем Востоке и в Азии испытывают серьезный дефицит пресной воды и столкнутся с прогнозируемым увеличением дефицита воды в 2025 году. Также важно отметить, что почти 40 процентов населения мира живет в пределах 100 км. океана или моря (Ghaffour, et al., 2012), тем самым оправдывая опреснение морской воды как неотъемлемую часть реакции земного шара на нехватку воды.

В этом документе представлен обзор стоимости опреснения и основных компонентов связанных капитальных затрат (CAPEX) и затрат на эксплуатацию и техническое обслуживание (OPEX).Были представлены примеры затрат на опреснительные установки, чтобы проиллюстрировать диапазон ожидаемых затрат и помочь в концептуальном планировании и разработке проектов опреснения.

2. Доля рынка опреснения и тенденции развития

Наиболее распространенные формы опреснения можно разделить на два типа технологий:

1. Термическое опреснение (с использованием тепловой энергии для отделения дистиллята от воды с высокой соленостью), представленное, в основном, многоэтапной дистилляцией (MED) и многоступенчатой ​​мгновенной дистилляцией (MSF).Механическое сжатие паров (MVC) в основном используется для опреснения сточных вод с высоким TDS (> 45 000 мг / л) и / или промышленных сточных вод с целью их повторного использования и не обязательно для питья.
2. Мембранное разделение с обратным осмосом (RO), в котором используется мембранный барьер и энергия накачки для отделения солей от воды с высокой соленостью (обычно <45 000 мг / л).

Технологии опреснения позволяют очищать воду из самых разных источников, включая, помимо прочего, солоноватые грунтовые воды, поверхностные воды, морскую воду, бытовые и промышленные сточные воды.По мере развития и совершенствования технологий опреснения стоимость строительства опреснительных установок снижалась. Это снижение стоимости было одним из основных факторов принятия, роста и успеха опреснения. С 1960-х годов стоимость многоступенчатой ​​мгновенной дистилляции (MSF) для опреснения воды снизилась примерно в 10 раз, с приблизительной удельной стоимостью 10 долларов США / м3 в 1960-х годах до менее 1 доллара США / м3 (3,79 доллара США за куб. 1000 галлонов) в 2010 году. В настоящее время в 2017 году в некоторых местах стоимость MSF снизилась на 20 процентов по сравнению с 2010 годом из-за технологического развития и более низких цен на энергию.Точно так же технологические усовершенствования в конструкции мембран и системной интеграции снизили стоимость опреснения солоноватой воды более чем вдвое за последние два десятилетия (Ghaffour, et al., 2012). Например, в 2012 году Совет по развитию водных ресурсов Техаса подсчитал, что общие производственные затраты на опреснение солоноватых подземных вод колеблются от 0,29 до 0,66 долларов за м3 мощности (от 1,09 до 2,49 долларов за тысячу галлонов) (Arroyo, et al., 2012). Однако исследование Ассоциации повторного использования воды, проведенное в 2012 году, показало, что тенденции затрат на крупные проекты обратного осмоса морской воды (SWRO), похоже, стабилизировались с 2005 года, но широко варьировались в пределах $ 0.От 79 до 2,38 долларов за м3 (от 3 до 9 долларов за тысячу галлонов) мощности с тех пор (WRA, 2012). Такой широкий разброс обусловлен множеством факторов стоимости и переменных, которые будут обсуждаться в Разделе 3.

Диаграммы (рис. 1–5) ниже показывают общую мощность опреснения и рост по типу, местоположению и приложениям конечного пользователя.

2,1 Общая вместимость

Общая мощность опреснения превысила 64 миллиона м3 / день в 2010 году и приблизилась к 98 миллионам м3 / день в 2015 году. На Рисунке 1 показано, как быстро увеличивалась мощность в 21 веке (Источник: GWI Desal Data & IDA).

Рисунок 1 — Общая мировая мощность опреснения (м3 / сут) [Источник: исх. 7]

2.2 Прирост и установленная мощность по регионам

Самая большая производственная мощность по местоположению находится на Ближнем Востоке из-за отсутствия источников пресной воды и обильных энергоресурсов, как видно из диаграмм 2 и 3. Крупнейшим пользователем опреснения по мощности является Королевство Саудовская Аравия, затем США, ОАЭ, Австралия, Китай, Кувейт и Израиль.

Рисунок 2 — Мощность опреснения по странам [Источник: исх. 10]

15 крупнейших рынков опреснения воды за девятилетний период с 2007 по 2016 год показаны на Рисунке 3. Соединенные Штаты продемонстрировали самый большой рост установленной мощности с 2012 года.

Рисунок 3 — Доля рынка опреснения, 2007–2016 гг. [Источник: исх. 7]

2.3 Установленная мощность по технологиям

На рис. 4 показана зависимость установленной мощности от технологии. Преобладающим типом технологии опреснения, используемой сегодня, является обратный осмос (RO).Использование обратного осмоса представляет собой компромисс между низким OPEX (использование электромеханической энергии по сравнению с обычно более дорогой тепловой энергией) и высокими CAPEX (из-за стоимости и относительно короткого срока службы мембран, что приводит к высокой стоимости замены). С годами цены на мембраны резко снизились, а срок службы мембран увеличился благодаря лучшей предварительной обработке питательной воды и лучшему пониманию того, как работать с системами обратного осмоса.

Рисунок 4 — Общая мировая мощность по типу опреснения [Источник: исх. 1]

2.4 Установленная мощность по приложениям и использованию

На рис. 5 показана доля рынка опреснения по приложениям конечного пользователя. Муниципальное использование для опреснения составляет большую часть общей установленной мощности, за которой следует промышленность, электроэнергетика, ирригация и туризм.

Рисунок 5 — Глобальные возможности опреснения по рыночным приложениям [Источник: исх. 7]

Факторы, указанные выше (раздел 2), такие как емкость, местоположение, тип и применение, оказывают значительное влияние на стоимость.Существуют и другие важные специфические для участка факторы, которые напрямую влияют на стоимость опреснения, которые обсуждаются в следующем разделе.

3. Существенное влияние на стоимость опреснения

Факторы, которые имеют прямое и значительное влияние на стоимость опреснения, включают, помимо прочего, технологию опреснения, качество сырой и получаемой воды, тип забора и сброса, расположение завода или проекта, тип используемой рекуперации энергии, цена на электроэнергию, потребности доочистки, хранение, распределение, затраты на местную инфраструктуру и экологические нормы.

3.1 Технология опреснения воды

Сегодня почти 95 процентов установленных опреснительных мощностей приходится на тепловую (35 процентов) или мембранную (60 процентов) технологию (Ghaffour, et al., 2012). Каждый тип системы значительно различается по площади основания, материалам конструкции, оборудованию, требованиям к предварительной обработке, потребляемой мощности и пару, а также другим отличиям. Выбор технологии также определит тип химикатов, которые будут использоваться для предварительной и последующей обработки, что повлияет на эксплуатационные расходы.

3,2 Расположение

Площадка, на которой будет построена опреснительная установка, может существенно повлиять на общую стоимость проекта. Например, для опреснительной установки SWRO (обратного осмоса морской воды) установка должна быть расположена как можно ближе к источнику забора морской воды, чтобы избежать более высоких затрат на водозаборные трубопроводы и сложные водозаборные сооружения. Оптимальное расположение для проекта также сократит линию сброса концентрированного рассола обратно в море. Однако стоимость приобретения недвижимости является значительным фактором, который может потребовать большей пропускной способности воды в местах, где стоимость земли может отличаться на несколько порядков на относительно небольших расстояниях.С точки зрения строительства, рекомендуется тщательно учитывать такие факторы, как местные почвенные условия (может потребоваться новая засыпка грунтом или конструкционные бетонные сваи) и близость к надежному источнику энергии, чтобы снизить затраты на передачу электроэнергии.

3.3 Качество сырой воды

Качество сырой воды для конкретного объекта может иметь большое влияние на количество и тип этапов предварительной обработки, необходимых перед этапом опреснения, а также на общий размер опреснительной установки.Общий уровень растворенных твердых веществ (TDS) в исходной воде напрямую влияет на эксплуатационные расходы, поскольку более высокие рабочие давления (RO) и температуры (термические) обычно должны увеличиваться по мере увеличения солености исходной воды. Более высокая соленость сырой воды может также снизить возможное извлечение воды из продукта на галлон сырой воды как для систем обратного осмоса, так и для тепловых систем. В случае SWRO, в таких областях, как небольшие бухты, заливы или каналы, течения с морской водой и возникающее в результате естественное перемешивание с более крупными массами морской воды (т.э., океан) может быть минимальным. Эти районы могут иметь более высокий уровень солености, более высокое общее содержание взвешенных веществ, более высокие колебания температуры, а также более высокие органические нагрузки и биологическую активность по сравнению с водой в открытом океане. Все эти факторы усложняют проектирование и строительство и, следовательно, могут значительно увеличить как капитальные, так и эксплуатационные затраты.

Кроме того, температура питательной воды оказывает большое влияние на затраты на рабочее давление обратного осмоса, при этом давление питания увеличивается на 10–15 процентов при падении температуры питательной воды на 10 F ниже 70 ⁰F (WRA, 2012).

Для системы обратного осмоса требуемое качество воды в продукте будет определять количество требуемых проходов через мембрану, что влияет на затраты.

3,4 Впуск и выпуск

Тип входа и выхода, выбранный для опреснительной установки, является одним из наиболее важных технических соображений для рентабельной конструкции и оптимальной работы установки. Необходимо оценить важные факторы, такие как наиболее подходящий тип водозабора (погружной или открытый), расстояние до водозабора относительно установки, тип водозаборных решеток, тип конструкции водозабора, тип всасывающего трубопровода (заглубленный). против.над землей), а также экологические соображения в отношении столкновения с морскими обитателями и их увлечения. Каждый из этих элементов имеет значительное влияние на стоимость. Стоимость водозаборной системы может варьироваться от минимума в 0,13 млн долларов за тысячу м3 / день (0,5 млн долларов за MGD) для открытого водозабора до 0,79 млн долларов за тысячу м3 / день (3,00 млн долларов за MGD) для сложного туннеля и на море. поступления (WRA, 2012).

Чтобы проиллюстрировать потенциальную значимость затрат на сооружения водозабора и сброса, сбросы заводов SWRO, расположенные рядом с морскими средами обитания, которые очень чувствительны к повышенной солености, требуют сложных систем диффузоров для сброса концентрата, стоимость которых может превышать 30 процентов от общих расходов по проекту опреснения.Напротив, опреснительные установки с самыми низкими затратами на производство воды имеют сбросы концентрата либо в прибрежных районах с очень высоким естественным перемешиванием, либо в сочетании с водосточными сооружениями электростанции, что обеспечивает хорошее начальное перемешивание и лучшее рассеивание шлейфа сброса. Затраты на приемно-сбросные сооружения для этих станций обычно составляют менее 10 процентов от общих затрат на опреснительные установки (WRA, 2012).

3.5 Предварительная обработка

Стоимость предварительной обработки зависит от типа и сложности системы предварительной обработки.Требуемый тип предварительной обработки зависит от качества неочищенной воды на строительной площадке. Некоторые источники неочищенной морской воды или солоноватоводных поверхностных вод имеют высокий уровень органической и биологической активности и требуют более надежных технологий предварительной обработки, таких как DAF (флотация растворенным воздухом) и UF (ультрафильтрация). Другие источники неочищенной воды, в которых используются затопленные водозаборы или водозаборы из колодцев, могут потребовать меньшей предварительной обработки, такой как одноступенчатая фильтрация через среду или MF (микрофильтрация).

Согласно статье Ассоциации повторного использования воды, озаглавленной «Затраты на опреснение морской воды», затраты на предварительную очистку обычно составляют от 0 долларов.От 13 млн до 0,40 млн долларов за тысячу м3 / день (от 0,5 до 1,5 млн долларов за мегабайт). В нижней части этого диапазона подходят обычные одноступенчатые системы фильтрации среды. Затраты на предварительную обработку увеличиваются по мере добавления дополнительных этапов предварительной обработки, таких как двухступенчатые фильтры со средой или фильтрация с использованием систем MF или UF.

Затраты на предварительную очистку обычно выше, если источником воды являются сточные воды. Это может быть связано со многими факторами, такими как необходимость удаления высоких уровней кальция и магния (жесткость), добавление стадий хлорирования и дехлорирования для уничтожения микробов или необходимость использования ультрафильтрации для удаления высокомолекулярных органических соединений.

3,6 Рекуперация энергии

используются насосы высокого давления для преодоления осмотического давления сырой питательной воды. Например, для некоторых установок SWRO может потребоваться давление подачи до 70 бар (1000 фунтов на кв. Дюйм). Поток солевого раствора концентрата обратного осмоса от этого процесса содержит энергию давления, которую можно рекуперировать, чтобы снизить общие потребности системы обратного осмоса в энергии. Технологии рекуперации энергии снижают общее потребление энергии, тем самым снижая эксплуатационные расходы.

3.7 Электроэнергия

Местные цены на электроэнергию, расстояние передачи, плата за подключение и, возможно, тарифы в предполагаемом месте расположения опреснительной установки играют важную роль в определении цены поставки за подключенную электроэнергию. Для очень больших тепловых опреснительных установок рассмотрение возможности совмещения установки с электростанцией может быть многообещающим из-за неотъемлемых преимуществ такой комбинации.

3,8 Последующая обработка

Качество воды в конечном продукте будет определять конкретный тип необходимой доочистки.Этапы последующей обработки приводят к дополнительным расходам. Необходимость во втором проходе обратного осмоса для достижения очень низких уровней TDS или снижения концентрации определенных ионов, таких как бор или хлорид, до приемлемых уровней может быть дорогостоящим вариантом. Двухпроходная система обратного осмоса обычно будет на 15–30 процентов дороже, чем однопроходная система обратного осмоса (WRA, 2012).

Кроме того, стабилизация получаемой воды обычно требует корректировки pH и добавления бикарбонатной щелочности, что может быть выполнено с использованием комбинации диоксида углерода, извести и / или гидроксида натрия, и, опять же, это увеличивает дополнительные расходы.

Для опреснительных заводов, расположенных на побережье в непосредственной близости от населенных пунктов, использующих воду, земля обычно имеет повышенную цену. Стоимость размещения объекта ближе к месту использования и подходящего источника энергии следует сопоставить с затратами, связанными с дополнительными полосами отвода и отвода трубопровода, затратами на трубопровод, транспортировкой материалов, разрешениями, рабочей силой и техническим обслуживанием, связанными с перемещением завода. дальше от побережья или от зоны обслуживания распределения (WRA, 2012).

Затраты на доочистку обычно выше, если источником воды являются сточные воды. Это может быть связано со многими факторами, такими как окисление после обработки для инактивации вирусов и более высокая стоимость утилизации отработанного рассола или твердых частиц.

3,9 Затраты на местную инфраструктуру

Затраты на инфраструктуру включают такие статьи, как земляные работы, бетон, сталь, конструкции, дренаж и строительные материалы. В зависимости от местоположения завода стоимость каждого из этих предметов может значительно различаться.Удаленные предприятия, расположенные далеко от промышленных городов, как правило, будут нести более высокие затраты на строительство по сравнению с заводами, которые строятся рядом с предприятиями по производству бетона и промышленными зонами, которые имеют достаточный запас строительных материалов.

3.10 Экологические нормы

Каждый географический регион будет иметь свой собственный набор экологических правил и положений, и они также могут варьироваться от штата к штату в пределах одной страны. Например, затраты на выдачу разрешений для проектов в Калифорнии почти в четыре раза превышают типичные затраты на выдачу разрешений во Флориде (WRA, 2012).В Калифорнии действуют более строгие правила и / или инструкции по производству питьевой воды по сравнению с Техасом или Флоридой, что увеличивает нормативные затраты на проект по опреснению воды. Более длительные периоды экологической экспертизы также могут удлинить график проекта, что также обычно приводит к более высоким затратам на проект. Фактически, количество лет, необходимых для разработки и разрешения проекта в таком штате, как Калифорния, с очень строгими правилами, может быть значительно больше, чем время, необходимое для строительства завода и начала запуска.(WRA, 2012)

4.0 Компоненты затрат — CAPEX

CAPEX подразделяется на две основные категории прямых и косвенных затрат. Прямые затраты включают оборудование, здания и другие сооружения, трубопроводы и застройку площадки и обычно составляют от 50 до 85 процентов от общих капитальных затрат. Остальные косвенные расходы включают финансовые проценты и сборы, инженерные, юридические и административные расходы, а также непредвиденные расходы (Ghaffour, et al., 2012). Типичные капитальные затраты и компоненты для большинства опреснительных установок можно разделить на следующие девять частей: забор и транспортировка неочищенной воды; предварительная обработка; опреснение; лечение после; перекачка и хранение продуктовой воды; система электрооборудования и приборов; заводские здания, строительно-монтажные работы и баланс завода; сброс рассола и обращение с твердыми частицами; и прочие расходы на проектирование и разработку.Также необходимо учитывать другие расходы, такие как сборы за финансирование и другие коммерческие сборы. На рисунке 6 показан один из примеров разбивки затрат на капитальные вложения для завода SWRO.

Рисунок 6 — Типичная разбивка капитальных затрат на опреснительную установку SWRO (Источник: Advisian)

CAPEX в значительной степени зависит от масштаба, так как более крупные опреснительные установки стоят меньше на миллион галлонов установленной мощности. Как показано на Рисунке 7 ниже, установка среднего размера 10 MGD SWRO будет стоить около 80 миллионов долларов, а строительство большого завода, такого как 35 MGD Carlsbad SWRO возле Сан-Диего, будет стоить 250 миллионов долларов. Примечание. Из-за проблем с окружающей средой, разрешениями и строительством этот завод в конечном итоге стал стоить намного дороже.

Рисунок 7 — Стоимость строительства агрегата в зависимости от мощности для заводов SWRO [Источник: исх. 3]

5.0 Компоненты затрат — OPEX

Операционные расходы (OPEX) обычно делятся на две широкие категории: постоянные затраты (такие как затраты на рабочую силу, административные расходы, затраты на замену оборудования и мембран, а также сборы / налоги на недвижимость [в зависимости от местности] и т. Д.) И переменные затраты (такие как электроэнергию, химикаты и другие расходные материалы.(Арройо и др., 2012). Типичные эксплуатационные расходы и компоненты для большинства опреснительных установок можно подразделить на девять частей, включающих следующее: потребление энергии, расходные материалы, твердые отходы, химикаты, рабочая сила, техническое обслуживание, гарантия на оборудование, баланс завода и коммунальных услуг и другие постоянные расходы (административные , запасные части, непредвиденные обстоятельства и т. д.), как показано на Рисунке 8.

Рисунок 8 — Типовая разбивка эксплуатационных расходов опреснительной установки SWRO (Источник: Advisian)

6.0 Общая стоимость опреснения воды

Стоимость жизненного цикла, также называемая себестоимостью единицы продукции или стоимостью в годовом исчислении, представляет собой стоимость производства тысячи галлонов или кубических метров воды путем опреснения и учитывает все капитальные затраты (включая обслуживание долга) и операционные затраты, и может быть скорректирована на прогнозируемые или фактические коэффициент эксплуатации завода. Из-за всех задействованных переменных эти годовые затраты могут быть очень сложными, а различия в себестоимости единицы продукции между проектами не могут быть напрямую сопоставимы. В лучшем случае прогноз будущих затрат с использованием прошлой информации о стоимости завода обычно приводит только к приблизительным оценкам.

Рисунок 9 показывает, что годовые затраты для различных типов завершенных проектов RO сильно различались. Средние затраты, представленные наиболее подходящей линией в представленных данных, составляют около 0,70 доллара США / м3 (2,65 доллара США за тысячу галлонов) для очень крупных заводов (325000 м3 / день) и возрастают до 1,25 доллара США / м3 (4,75 доллара США за тысячу галлонов) для небольших растений (10 000 м3 / сутки).

Однако затраты могут достигать 3,20 долл. США / м3 для станций очень небольшой мощности (менее 4000 м3 / день или 1 млн. Д.м.), которые имеют дорогостоящие особенности забора, выгрузки и транспортировки для конкретных участков.Устранение эффектов забора, сброса и транспортировки снижает и сужает годовой диапазон затрат с 0,53 долл. США / м3 до 1,58 долл. США / м3 (от 2,00 долл. США до 6,00 долл. США за тысячу галлонов) для установок SWRO и от 0,11 до 1,10 долл. США / м3 (от 0,40 до 4,00 долл. США за тысячу галлонов) для установок обратного осмоса с солоноватой водой (WRA, 2012).

Рисунок 9 — Производственная стоимость единицы оборудования обратного осмоса в сравнении с проектной мощностью [Источник: исх. 9]

Стоимость опреснения промышленных сточных вод для повторного использования может быть намного выше этой. Например, компания WorleyParsons / Advisian провела исследование по разработке капитальных и операционных затрат для опреснительной установки объемом 35 000 м3 / день, расположенной в районе Персидского залива и получающей воду из нефтяных месторождений и производящей питательную воду для котлов.Исходя из бюджетных и операционных затрат, полученных в этом исследовании, себестоимость единицы продукции была примерно в четыре раза выше, чем можно было бы спрогнозировать с помощью Рисунка 9.

На рисунке 10 ниже показано сравнение типичных затрат жизненного цикла MSF, MED и SWRO для производства одного кубического метра (264 галлона) воды в день. Как показано, MSF и MED, являющиеся технологиями термического опреснения, требуют пара (тепловой энергии) в дополнение к электроэнергии, что является основной причиной более высоких общих затрат на жизненный цикл воды по сравнению с SWRO.

Рисунок 10 — Себестоимость единицы воды для технологий опреснения [Источник: исх. 7]

7,0 Примеры затрат на опреснительное оборудование

Как отмечается в этом документе, стоимость разработки, строительства и эксплуатации опреснительной установки зависит от местоположения установки, типа и качества неочищенной воды, типа забора и сброса, используемых технологий опреснения и систем рекуперации энергии, стоимость электроэнергии, необходимая доочистка и хранение, затраты на распространение и экологические нормы.Эти различия могут сделать большой завод, построенный в одном регионе мира, более дорогим, чем небольшой завод, построенный в другом регионе мира, и привести к значительным различиям в OPEX. Об этом свидетельствуют проекты, представленные в

Таблица 1 для трех заводов SWRO, расположенных в разных точках земного шара, таких как США, Ближний Восток и Австралия.

Список литературы

1. Нореддин Гаффур, Томас М. Миссимер, Гэри Л.Эми. «Технический обзор и оценка экономики опреснения воды: текущие и будущие проблемы для повышения устойчивости водоснабжения». Центр опреснения и повторного использования воды КАУСТ, октябрь 2012 г.
2. Хорхе Арройо, Сакиб Ширази. «Стоимость опреснения солоноватых подземных вод в Техасе», сентябрь 2012 г.
3. Ассоциация повторного использования воды. «Затраты на опреснение морской воды», январь 2012 г.
4. Панкрац, Том. Отчет об опреснении воды , 2010.
5. Крисп, Гэри.Презентация «Опреснение в Австралии», май 2010 г.
6. Управление водоснабжения округа Сан-Диего. Презентация «Обзор основных условий соглашения о закупке воды между Управлением водоснабжения округа Сан-Диего и Poseidon Resources», сентябрь 2012 г.
7. GWI Desal Data & IDA (Int. Desal. Association) для рисунка 1, рисунка 3, рисунка 5, рисунка 10.
8. Ксавье Бернат, Ориоль Гиберт, Роджер Гиу и Жоана Тобелла, Карлос Кампос. «Экономика опреснения для различных целей.”Центр водных технологий, Барселона, Испания.
9. Роберт Хюмер, Хуан Гомес, Джейсон Керл, Кен Мур. «Моделирование затрат на опреснительные системы». Мировой лидер в области опреснительных технологий, Ch3M HILL, США.
10. Глейк Х. Питер, Хизер Куули. «Вода мира, 2008–2009 годы: двухгодичный отчет о пресноводных ресурсах», Тихоокеанский институт.
11. Глобальная разведка водных ресурсов . Volume 12, Issue 12, декабрь 2011.

Утоление жажды мира с помощью морской воды, сбрасывающей токсичный рассол в океаны

Рост населения и сокращение водоснабжения побудили людей во многих местах, включая Ближний Восток, Австралию, Калифорнию и Китай, смотреть на океаны и другие соленые воды как на источник новой питьевой воды.Но опреснительные установки энергоемки и создают потенциально вредные для окружающей среды отходы, называемые рассолом (состоящие из концентрированной соли и химических остатков), которые сбрасываются в океан, закачиваются под землю или распространяются по суше.

Несмотря на экологические угрозы, «не было всеобъемлющей оценки рассола — сколько мы производим», — говорит Манзур Кадир, заместитель директора Института воды, окружающей среды и здоровья Университета Организации Объединенных Наций. Поэтому он и его коллеги рассчитали эту цифру и обнаружили, что она на 50 процентов больше, чем предыдущая приблизительная оценка отрасли опреснения.Фактически, этого достаточно, чтобы покрывать Флориду 30 сантиметрами рассола ежегодно.

Количество рассола, производимого опреснительной установкой, зависит от источника воды — такого как морская вода или солоноватая (полусоленая) вода — и от типа используемой технологии, — говорит Кадир. Обратный осмос, который проталкивает воду через мембрану для удаления соли, является сегодня наиболее широко используемой технологией и производит 69 процентов опресненной воды в мире. При использовании с морской водой он образует в среднем 42 процента воды и 58 процентов рассола при «коэффициенте извлечения» 0.42. Два других метода, называемые «тепловыми» технологиями, работают за счет нагрева воды до пара, чтобы отделить соль и произвести около 25 процентов опресненной воды в мире и гораздо больше отходов рассола. Один из таких процессов, называемый «многоступенчатая флэш-дистилляция», имеет коэффициент извлечения всего 0,22.

Поскольку о сбросе рассола не сообщалось всесторонне, Кадир и его коллеги рассмотрели коэффициенты извлечения для различных комбинаций типов воды и технологий опреснения в научной литературе.Они также изучили уровни соли в воде, входящей и выходящей из небольшого количества растений, для которых можно было найти такие данные. На основе этих данных они смогли рассчитать средние коэффициенты извлечения для более чем 80 процентов опресненной воды, производимой во всем мире. Они обнаружили, что вместо того, чтобы создавать один литр рассола на каждый литр производимой пресной воды, как обычно предполагалось, опреснение в среднем имеет коэффициент, близкий к 1,5: 1. Исследование, проведенное при поддержке ООН, было опубликовано в декабре в году. Наука об окружающей среде в целом .

Возвращение соли в океан может не показаться проблемой для окружающей среды. Люди склонны думать: «Это морская вода. Это пришло оттуда. Какая разница?» говорит Хизер Кули, директор по исследованиям Тихоокеанского института, независимой организации по исследованию водных ресурсов, базирующейся в Калифорнии. Такое отношение могло быть причиной того, что было проведено мало исследований эффектов сброса рассола в конкретных местах. Тем не менее, некоторые общие последствия очевидны.

Выбросы с предприятий, использующих тепловые технологии, могут быть намного горячее, чем в океане; Согласно докладу 2012 года, посвященному Аравийскому (так называемому Персидскому) заливу, эпицентру опреснения, это может быть «фатальным для морской флоры и фауны и может вызвать длительные изменения в составе и численности видов».С другой стороны, установки обратного осмоса не оказывают сильного теплового воздействия.

Химические вещества, особенно хлор, которые смертельны для многих организмов, обычно нейтрализуются перед сбросом. Но отходы рассола могут содержать остатки чистящих химикатов, побочные продукты реакции и тяжелые металлы от коррозии оборудования. Мики Трамер, вице-президент по продажам и маркетингу израильской IDE Technologies (крупного производителя опреснительных технологий), говорит, что химические вещества — по крайней мере, с собственных заводов компании — имеют незначительное влияние.По его словам, химикаты обрабатываются, а вода разбавляется перед сливом, поэтому их количество очень мало. «Это не выливание ведер с химикатами в воду», — отмечает он. Однако различные технологии опреснения приводят к различным уровням химического загрязнения рассола.

И даже опреснительная промышленность соглашается, что концентрированная соль является проблемой. Поскольку он тяжелее морской воды, рассол имеет тенденцию оседать на дно прибрежных районов, куда он попадает, если он не разбавлен.Избыток соли снижает растворенный в воде кислород, что приводит к удушению животных на морском дне. Существуют технологии, позволяющие уменьшить количество отходов рассола перед их удалением или вывести из них загрязняющие вещества для коммерческого использования, но это, как правило, непомерно дорого. Вместо этого растения используют другие стратегии, чтобы минимизировать ущерб.

Одна из таких альтернатив включает размещение растений в местах, где сильные течения помогают рассеивать рассол. Но это не всегда возможно. Например, Персидский залив неглубокий, в нем отсутствуют сильные течения, и из-за плотин вверх по течению и из-за того, что люди в этом регионе забирают воду для питья и орошения, приток пресной воды замедляется до тонкой струйки.Залив также является вместилищем соленой «попутной воды» нефтегазовой промышленности. В результате этих факторов, залив сейчас примерно на 25 процентов соленее, чем обычная морская вода, а горячие точки вдвое или втрое превышают обычную соленость. Помимо вреда для морской флоры и фауны, чрезмерная соленость также делает опреснение воды более сложным и дорогостоящим. Красное и Средиземное моря также становятся более солеными.

Некоторые заводы прилагают усилия для лучшего перемешивания рассола в океане при сбросе либо путем использования нескольких выпускных отверстий для отходов, которые распределяют его по большей площади, либо путем создания давления в потоке отходов, чтобы рассеять его силой.Недавнее шестилетнее исследование Сиднейского опреснительного завода в Австралии показало, что его напорный диффузор снижает избыточную соленость в прибрежных районах, куда сбрасываются сточные воды. Но аномально быстрый поток не позволил видам с медленно плавающими личинками, таким как трубчатые черви, кружевные кораллы и губки, колонизировать зону воздействия. В то же время увеличилось количество видов, которые процветают в условиях высокого стока, таких как ракушки и двустворчатые моллюски, говорит ведущий автор исследования Грэм Кларк, старший научный сотрудник Школы биологии, наук о Земле и окружающей среде Университета Нового Южного Уэльса. .Исследование показало, что попытка уменьшить вред от чрезмерного засоления может изменить состав видов, обитающих в районе водосбора. «Это небольшой урок для отрасли», — говорит он, рассматривая влияние гидродинамических изменений. Тем не менее, добавляет он, последствия «менее зловещие… чем токсический эффект высокой солености».

Другой метод, используемый многими заводами по всему миру, — это смешивание рассола перед утилизацией с морской водой, используемой для охлаждения расположенных поблизости электростанций. Но в исследовании, опубликованном в январе на заводе в Карловых Варах недалеко от Сан-Диего, где используется этот метод, исследователи обнаружили, что соленость в зоне сброса превышала допустимый уровень, а шлейф рассола простирался намного дальше от берега, чем разрешено.

Связанный подход еще более сомнительный, говорит Кули. Используемый на опреснительной установке в Санта-Барбаре, Калифорния, он смешивает отходы рассола с очищенными сточными водами для их разбавления. «Мы могли бы обрабатывать и повторно использовать эти [сточные воды]», — говорит она. «Для меня не имеет большого смысла брать эту воду, насыпать в нее кучу соли, опускать ее в океан, а затем вынимать ее и удалять соль».

Вместо опреснения, повторное использование сточных вод могло бы быть лучшим вариантом для использования в первую очередь во многих засушливых районах, — говорит Кули.Калифорния, Аризона и город-штат Сингапур были пионерами в этой области, используя очищенные сточные воды для орошения сельскохозяйственных культур и ландшафтов, а также питьевую воду. Кули отмечает, что сохранение — еще один часто упускаемый из виду подход к проблеме истощения запасов воды; некоторые системы водоснабжения теряют более половины воды из-за протечек. Городские районы также могут расширять зеленые насаждения, чтобы улавливать больше ливневой воды, вместо того, чтобы пытаться отвести ее как можно быстрее.

В некоторых местах опреснение все еще может сыграть свою роль, говорит Кули, но общинам следует обратиться к нему после исчерпания вариантов, которые являются менее дорогими, менее энергоемкими и менее вредными для окружающей среды.