海水淡化被某些人視為解決全球缺水問(wèn)題的一劑靈丹妙藥。但是該技術(shù)由于能耗過(guò)高而逐漸不被業(yè)界重視。一直以來(lái)，在大型工程中，業(yè)界都習(xí)慣采用離心泵。本文討論基于正排量泵的解決方案，泵制造商聲稱(chēng)它們具有卓越的節(jié)能性。

　　雖然地球表面70%都是水，但是其中的可用水量少于1%。研究表明，缺水問(wèn)題影響了世界上近五分之一的人口，并且這一數(shù)字有望在20年內(nèi)逐步攀升到五分之三。

　　GE公司憑借其創(chuàng)新的IPER系統(tǒng)，已經(jīng)找到了一種能夠攻克大型海水淡化設(shè)施技術(shù)難關(guān)的解決方案，該方案使得與泵水相關(guān)的能源需求減少了至少10%。

　　位于美國(guó)明尼蘇達(dá)州Minnetonka的GE 公司能源與水利部的全球產(chǎn)品管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)人Erik Hanson稱(chēng)，這一最新的技術(shù)方案提供了一臺(tái)集成式泵和能源回收裝置，用于日產(chǎn)水量達(dá)1000立方米的SeaPRO海水反滲透系統(tǒng)。

　　“IPER是一臺(tái)專(zhuān)門(mén)用于海水淡化應(yīng)用的水泵，” Hanson說(shuō)。“其獨(dú)特之處在于，如今大部分海水淡化應(yīng)用的日產(chǎn)水量都超過(guò)了1000立方米，相應(yīng)地，水泵的日處理水量是該數(shù)據(jù)的2.5到3倍，但是在這種規(guī)�；蛘吒�大規(guī)模的海水淡化應(yīng)用中，缺乏合適的正排量(PD)泵。這些系統(tǒng)幾乎一直都使用離心泵。在流量小于1000立方米的海水淡化應(yīng)用中，有非常合適的正排量泵，它們極為節(jié)能，但是不適合更大型的系統(tǒng)，直到IPER的出現(xiàn)才解決了這一難題。”

　　低流量海水淡化裝置通常已經(jīng)采用PD泵，因?yàn)樗鼈冃�率高，可用性佳。這些小型、高效的泵通過(guò)使用一種固定的幾何結(jié)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)式軸向活塞或者曲柄傳動(dòng)活塞來(lái)對(duì)泵腔內(nèi)的水加壓。

　　隨著腔體尺寸和泵送流量的增大，這些小型PD泵都面臨著一些機(jī)械難題，而大型PD泵因?yàn)榫哂休^大的曲軸或者較高的曲軸轉(zhuǎn)速，能夠克服這些機(jī)械難題，但是這些方案帶來(lái)了嚴(yán)重的振動(dòng)和維護(hù)問(wèn)題。

　　差別

　　不同于那些大型PD泵，IPER是一種基于正排量技術(shù)的高效海水淡化泵，其中的排水液壓缸并非由快速轉(zhuǎn)動(dòng)的大型曲軸來(lái)驅(qū)動(dòng)，而是由高效的液壓泵和液壓缸來(lái)驅(qū)動(dòng)，有利于平穩(wěn)、緩慢地工作，使振動(dòng)和損耗降低到最小程度。

　　“業(yè)界普遍認(rèn)為，理論上PD泵的能量傳輸效率比一直旋轉(zhuǎn)的離心泵更高，” Hanson說(shuō)。“于是，我們采用一種大型PD泵，即IPER。”

　　能量回收

　　大功率PD泵實(shí)際上是在水泵中結(jié)合了海水淡化系統(tǒng)中所需的能量回收技術(shù)。該液壓傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)排水設(shè)備內(nèi)的三根雙動(dòng)活塞，與傳統(tǒng)的PD泵相比，它以非常低的循環(huán)速度來(lái)完成該項(xiàng)工作。

　　“它們搖晃、振動(dòng)，所以這里真正的創(chuàng)新點(diǎn)在于我們徹底拋棄了曲柄，而代之以液壓技術(shù)，” Hanson說(shuō)。“所以我們有三臺(tái)內(nèi)部裝有活塞桿的液壓缸;雙動(dòng)活塞意味著在液壓缸的兩端都能產(chǎn)生動(dòng)作。”

　　活塞由與液壓泵相連的一臺(tái)液壓缸來(lái)驅(qū)動(dòng)，該液壓缸不是以1500或者3000rpm的轉(zhuǎn)速來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)，而是按照每分鐘12個(gè)周期的頻率來(lái)運(yùn)動(dòng)。

　　令人感到吃驚的是，在GE公司向市場(chǎng)推出該產(chǎn)品之前，沒(méi)有任何公司采取類(lèi)似的舉措。Hanson無(wú)法解釋其原因。

　　“我想告訴你，這樣的改造思路最初源自業(yè)內(nèi)的一家公司，但是它們無(wú)法繼續(xù)執(zhí)行下去，”他說(shuō)。“于是，我們收購(gòu)了該公司，得到了最初的設(shè)計(jì)方案，接著在過(guò)去的一年半中，我們對(duì)其進(jìn)行了大規(guī)模的改造，使其更加完善。我們提出了一些傳統(tǒng)的改造思路，并成功地使其在工作中得以實(shí)施。”

　　GE深知客戶(hù)們重視可靠性，所以它對(duì)自己的設(shè)備進(jìn)行為期半年的試驗(yàn)，并且將與幾家有密切合作關(guān)系的廠(chǎng)商共同進(jìn)行試驗(yàn)，將泵放置在它們的裝置中運(yùn)轉(zhuǎn)，以便獲得數(shù)據(jù)來(lái)證明IPER的可靠性。

　　“我們已經(jīng)在工廠(chǎng)內(nèi)對(duì)IPER進(jìn)行了大量的試驗(yàn)，”他說(shuō)。“我們得到了大量的數(shù)據(jù)，基于這些數(shù)據(jù)，我可以肯定地說(shuō)，IPER比市場(chǎng)上現(xiàn)有的最優(yōu)秀的技術(shù)節(jié)能10%。”

　　對(duì)于能耗成本為每千瓦小時(shí)20-35美分的應(yīng)用場(chǎng)合來(lái)說(shuō)，這樣一臺(tái)設(shè)備節(jié)能10%意味著它能夠迅速提高投資回報(bào)收益率。

　　“有些用戶(hù)的能耗成本居高不下，我想他們會(huì)最先采用IPER，而有些用戶(hù)的能耗成本很低，他們可能暫時(shí)還不適應(yīng)IPER，” Hanson補(bǔ)充道，他解釋說(shuō)后者會(huì)在較長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)堅(jiān)持使用離心泵。

　　海水101

　　全球大部分海水的鹽度在3.5%到4%之間，而在某些地區(qū)，如中東，海水鹽度略微偏高一些。

　　“用于含鹽較少或者含鹽較多海水的反滲透(RO)系統(tǒng)彼此看起來(lái)幾乎一樣;唯一的區(qū)別是其工作的壓力不同，” Hanson說(shuō)。“水中所含鹽分越多，水的滲透壓力就越高，你所需的凈化壓力也就越高。”鹽的含量會(huì)影響壓力;因此，它會(huì)影響你采用哪類(lèi)設(shè)備來(lái)處理該壓力。

　　“所以，海水反滲透系統(tǒng)彼此的差別看起來(lái)并不明顯，” Hanson說(shuō)。“唯一的區(qū)別是，如果你要去除更多的鹽分，那么泵就需要工作在更高的壓力下。”

　　IPER系統(tǒng)適用于高含鹽量的所有壓力范圍;無(wú)論含鹽較少或者較多，你都可以使用它，但是海水的鹽度越高，IPER的工作壓力就越高。

　　如今的大部分海水淡化操作都集中在中東或者東南亞地區(qū)，其原因包括當(dāng)?shù)氐乃�資源短缺，工業(yè)化和人口增長(zhǎng)。

　　“在中東，缺乏足夠的水進(jìn)行循環(huán)，” Hanson說(shuō)。“在東南亞地區(qū)，雖然有較豐富的降水，但是在像新加坡這樣的地區(qū)，人口眾多，工業(yè)發(fā)達(dá)，因此當(dāng)?shù)貙?duì)水的需求量相當(dāng)大。”

　　據(jù)Hanson介紹，澳大利亞和印尼也在從事大量的海水淡化工作。

　　雖然海水淡化應(yīng)用呈現(xiàn)分割的市場(chǎng)格局，其中涉及到眾多的參與者，但是這給需要水的人們帶來(lái)了好處。

　　脫鹽

　　除了泵，GE公司最近還推出了AquaSel水處理系統(tǒng)，Hanson形容它是“一項(xiàng)有趣、創(chuàng)新的發(fā)明。”

　　“IPER是一種適合于海水淡化應(yīng)用的泵，AquaSel是集多種技術(shù)于一體的一整套系統(tǒng)，旨在提高產(chǎn)水量，”他說(shuō)。“如今，使用RO的用戶(hù)能從供水中回收75%到80%的凈水，剩余的25%到30%是鹽溶液。”

　　AquaSel能夠使你的整體水回收率提高到99%以上，并且無(wú)需使水沸騰或者添加沉淀化學(xué)劑，因此提高了水的回收率，而不會(huì)有任何損失。

　　“通過(guò)這種作法，你能夠減少處理成本，這對(duì)于有些用戶(hù)來(lái)說(shuō)是相當(dāng)高昂的一項(xiàng)成本，除此之外，由于你重用了大量的水，所以實(shí)際上減少了你所需要購(gòu)買(mǎi)的水量，” Hanson說(shuō)。“這不僅相當(dāng)節(jié)能而且減少了工作成本。”

　　由于它只是鹽水而非環(huán)境問(wèn)題，所以大多數(shù)裝瓶公司和飲料企業(yè)并沒(méi)有真正高效地用水。AquaSel幫助這些公司從浪費(fèi)的水中回收30%的部分，并將它們集中在一起，使其通過(guò)壓濾機(jī)，以去除其中的固體鹽分。然后你只需要簡(jiǎn)單地將這些鹽當(dāng)作固體廢料處理即可。

　　除了這兩種產(chǎn)品，GE還研發(fā)出了其最新式的膜生物反應(yīng)器LEAPmbr，Hanson這樣形容它，“無(wú)論是處理城市生活廢水還是工業(yè)廢水，它都是目前市場(chǎng)上最新穎、最有效的水處理方法。”

　　“如果你要處理的廢液流中會(huì)發(fā)生生物反應(yīng)，那么有機(jī)物就會(huì)被該生物反應(yīng)所消耗，”他說(shuō)。“水流過(guò)濾膜，該濾膜將清除那些有機(jī)物，于是從濾膜的另一端流出了可用于其它一些用途的水。”最終得到的產(chǎn)物是淡水。