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上边的关系式显示对不同技术而言,能耗受不同参数影响。但如下图所示,总的而言,MSF的单位能耗或能量需求(SED)主要受闪蒸区间温度和阶数影响,而RO则受进水盐的浓度影响。
在SED的分析中我们可以得到一些很基础的重要信息:通过对四个重要参数各自改善10%对能耗变化的计算可以看出,盐浓度是最显著的影响因素,而它又主要受浓差极化现象影响。从这个角度来看,与研发诸如碳纳米管等自身具有高渗透性的膜相比,优化系统的流体力学获得好处更多。
其他OPEX因素
尽管在RO海水淡化厂中,能耗代表了最主要的OPEX成分(超过50%),化学品消耗和膜更换加起来的贡献率在15-25%之间,具体比例取决于进水水质、运行情况和膜寿命。膜寿命一般在5-7年,但也有人说通过更频繁和激进的化学品清洗可以使膜寿命延长至10年。
CAPEX
正如之前提到的,CAPEX跟地理位置有关,尤其是涉及到大量的土木工程和管网的情况。有些情况下,通过BOT等合同和相关资本运作,开支可以相对减轻。下表中几座知名海水淡化厂的CAPEX数据显示,单位流量的水费差异较大,但这跟场地情况相关,例如是否和其他厂共用设施、水输送规模和土木工程作业量等。
前景
尽管在一些能源价格低的国家(主要是中东地区),热法蒸馏组合厂依然可行。热法工艺的总成本从2000年至今几乎没有变化,大型组合厂的价格目前在$0.8-1.1/m³之间。
而经过过去15年能效20-30%的改进率,对应的RO技术单位价格约$0.5/m³。尤其是高压浓水能量回收技术使单位能耗从1990年的8.1 kWh/m³减少到今天的4 kWh/m³左右。热法和膜法海水淡化厂的比率已经从2005年的60:40变成35:65(2016年的数据)。
未来能效的进一步提高将集中在可再生能源的使用上。对于热法而言,太阳能和地热能是主要获取途径,对RO膜法而言则主要是光伏发电和风力发电。
MBR vs. 传统活性污泥技术
近几年关于MBR的成本分析研究(例如Young等人关于浸入式中空纤维膜的综述)已经显示一些MBR的总成本要优于经典的活性污泥技术,尽管MBR的OPEX更高。这些报告的作者一般认为MBR在CAPEX方面优势明显,因为土地成本高以及脱氮除磷的要求。而膜造价也从1992年的$400/㎡降至2005年的低于$50/㎡(参考浸入式平板膜),而市场主导产品浸入式中空纤维膜的运行情况则显示自20世纪90年代中期以来,能耗已经减少了一个数量级。
能耗
对于经典活性污泥法和MBR工艺来说,SED主要贡献因子是曝气,除了用于给生物质提供氧气之外,对于MBR,还用于膜的冲洗。
根据曝气器在反应器的深度,EA,m和EA,bio两个曝气能量参数略有不同,但都在0.016-0.025 kWh/Nm3(工艺曝气的略高,因为池深一点)。过去15年的时间里,商用膜的研发主要集中在提高膜冲洗的混合效果和曝气量的减少上。尽管如此,MBR的单位能耗依然较高,大型且已优化的MBR仍需0.5 kWh/m3。
其他OPEX因素
跟RO膜类似,不考虑“因地而异”的人工和其他劳务费用,MBR的OPEX成分主要也是由化学品的使用和膜更换构成的。如下图所示,膜更换的成本与膜的净通量和膜寿命相关。总的来说,如果不考虑清洗频率和其他维修需求,OPEX随通量和寿命的增加而减少。但是MBRs的运行费用永远都高于同等规模的活性污泥系统,尽管部分成本能够通过减少的占地面积、污泥量的减少和水质的提高有所抵消。
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