我国淡水资源严重匮乏,水资源供需矛盾突出,水资源短缺已经成为制约我国经济社会高质量发展的瓶颈之一。作为重要的自然资源,海水蕴含着巨量的淡水资源和“液体矿产资源”,是人类社会可持续发展的资源宝库,从海水中汲取人类所需的淡水资源已成为沿海国家广泛共识和经济发展的新增长点。全球已建成的海水淡化工厂接近 2 万座,海水淡化产能超过 1 亿吨/日。近年来,我国高度重视海水淡化产业发展,2022 年海水淡化规模已超过 210 万吨/日,但吨水电耗居高不下,超过 2.6kWh/m3,距海水淡化行业碳排放目标仍有较大差距;另一方面,海水淡化关键材料反渗透膜、核心装备高压泵及能量回收装置仍然高度依赖进口,亟需打破垄断。因此,开发低成本海水淡化工艺、关键技术及装备已成为我国大力发展海洋经济、加快建设海洋强国的重要途径。
海水淡化技术主要分为膜法及热法两类,采用膜技术的海水淡化工程约占全球总规模的 60%以上。我国海水淡化工程中,膜法约占 66%以上。膜法海水淡化工程主要由反渗透膜组件、高压泵及能量回收装置组成,高性能的海水淡化反渗透膜是膜法海水淡化技术的核心。
对反渗透膜系统中浓海水进行能量回收是大幅降低系统能耗的重要措施,高转化效 率的能量回收装置是浓海水余能回收的核心部件。按照工作原理,膜法海水淡化能量回 收装置主要分为水力涡轮式和功交换式两类。第一代和第二代能量回收装置以水力涡轮式为主,能量传递效率一般为 50~70%;第三代能量回收装置主要为基于正位移原理设计的阀控式和转子式能量回收装置,传递效率可达 90%以上,其中,美国 ERI 公司的Pressure Exchanger(PX)装置、瑞士 Calder 公司的 Dual Work Exchanger Energy Recovery
(DWEER)装置能量回收效率可以高达 95%以上,在同类产品中处于国际领先地位。我国能量回收装置研发起步较晚,2005 年,天津大学海水淡化与膜技术研究中心设计制造的 1000 吨/天阀控式能量回收装置能量回收效率达到 93%;2008 年,杭州帕尔水处理科技有限公司研制出第一代 IPX-65 能量回收装置,2015年在浙江舟山 六横10万 吨/天海水淡化工程中应用了 2 *1万吨/天海淡配套能回,能量回收效率达到 92.7%。现阶段,我国大型海水淡化工程中能量回收装置仍然主要依靠进口且价格昂贵,实现能量 回收设备的国产化、自主化已迫在眉睫。
基于上述研究背景及现状,帕尔公司研究团队在上述领域的研究基础上,通过高效率能量回收装置精密制造技术开发,实现海水淡化能量回收装置产品定型,并在山东滨州鲁北高新技术开发区建立规模大于 4万吨/日的海水淡化工程。