脱塩のコスト

1. はじめに

1960年代に、淡水化は、世界のさまざまな地域や産業部門で使用するための許容可能な水質基準に到達するために、生理食塩水を処理する最, 2012). 気候変動、人口増加、工業化の影響は、水不足に重要な役割を果たし、水需要に大きな影響を与えてきました。 アフリカ、中東、アジアの多くの国は深刻な淡水ストレスにさらされており、2025年には水不足の増加が予想されています。 また、世界の人口のほぼ40％が海または海から100km以内に住んでいることに注意することも重要です（Ghaffour,et al. それによって、海水淡水化が水不足に対する世界の対応の不可欠な部分として正当化される。

本稿では、淡水化コストの概要と、関連する資本コスト（CAPEX）と維持管理コスト（OPEX）の主要な構成要素について説明します。 淡水化施設のコストの例は、期待できるコストの範囲を説明し、淡水化プロジェクトの概念計画と開発を支援するために提示されています。

2. 脱塩市場シェアと動向

脱塩の最も一般的な形態は、二つの技術タイプに分けることができます:

1. 熱脱塩（熱エネルギーを使用して高塩分水から留出物を分離する）、主に多重効果蒸留（MED）および多段フラッシュ蒸留（MSF）によって表される。 機械的蒸気圧縮（MVC）は、主に再利用の目的で高TDS（>45,000mg/l）および/または産業廃水を脱塩するために使用され、必ずしも飲料用ではありません。
2. 膜バリアとポンピングエネルギーを使用して高塩分水（通常は<45,000mg/l）から塩を分離する逆浸透（RO）膜分離。

淡水化技術は、汽水性地下水、地表水、海水、家庭排水および産業排水を含むがこれらに限定されない、多種多様な供給源からの水を処理することがで 海水淡水化技術が発達し、改善されるにつれて、海水淡水化プラントを建設するためのコストは減少している。 このコストの減少は、淡水化の受け入れ、成長、成功の主な要因の一つでした。 1960年代以降、水を脱塩するための多段フラッシュ蒸留（MSF）のコストは約10倍に減少し、10.00/m3のおおよその単位コストは1960年代にUS$1.00/m3（3.79/1000ガロン）未満に2010年に減少した。 現在、2017年には、一部の地域で、技術開発とエネルギー価格の低下により、MSFのコストは2010年から最大20％減少しています。 同様に、膜設計およびシステム統合における技術的改善は、過去20年間で汽水を脱塩するためのコストを半分以上減少させた(Ghaffour,et al., 2012). 例として、2012年にテキサス州水開発委員会は、汽水地下水を脱塩するための総生産コストは、容量のm3当たり0.29ドルから0.66ドル（千ガロン当たり1.09ドルから2.49ドル）であったと推定した（Arroyo,et al., 2012). しかし、2012年の水再利用協会の研究では、大規模な海水逆浸透（SWRO）プロジェクトのコスト動向は2005年以来平flat化しているように見えるが、それ以来、容量の0.79-2.38m3（thousand3.00-thousand9.00）の範囲で大きく変化していることが示されている（WRA、2012）。 この大きな変動は、セクション3で説明する多くのコスト要因と変数によるものです。

タイプ、位置およびエンドユーザーの適用によるショーの総脱塩容量そして成長の下の1から5）。

2.1総容量

総淡水化容量は64百万m3/日を超え、2010年には98百万m3/日に近い2015年でした。 図1は、21世紀におけるキャパシティの急速な成長を示しています(出典:GWI Desal Data&IDA)。

図1-全世界の海水淡水化能力(m3/d))

2.2地域別の成長と設備容量

場所別の最大の生産能力は、図2と図3からわかるように、淡水源と豊富なエネルギー資源の不足のため、中東にあります。 容量別の最大の淡水化ユーザーはサウジアラビア王国であり、米国、アラブ首長国連邦、オーストラリア、中国、クウェート、イスラエルが続いています。

図2-国別脱塩能力

2007年から2016年の9年間の上位15の脱塩市場を図3に示します。 米国は2012年以来、設置容量の最大の増加を示しています。

図3-淡水化市場シェア2007 – 2016

2.3 技術別の設置容量

図4は、設置容量と技術を示しています。 今日使用されている海水淡水化技術の主なタイプは逆浸透（RO）です。 ROの使用は、低OPEX（電気機械エネルギーと通常より高価な熱エネルギーを使用する）との間のトレードオフであった。 高い設備投資（膜の費用そして比較的短い生命、そう高い交換費用が原因で）。 長年にわたって、膜の価格は劇的に減り、膜の生命はROシステムを作動させる方法のよりよい給水の前処理そしてよりよい理解が原因で増加した。

図4-淡水化タイプ別の世界容量の合計

2.4 アプリケーションと用途別の設備容量

図5は、エンドユーザアプリケーション別の淡水化市場シェアを示しています。 淡水化のための地方自治体の使用は産業、力、潅漑および観光事業の使用に先行している総設置済み容量の最も大きい部分を妥協する。

図5-市場アプリケーション別の淡水化のグローバル容量

容量、場所、種類、用途などの上記の要因（セクション2）は、コストに 海水淡水化コストに直接影響を与える他の重要なサイト固有の要因があります。

3. 淡水化コストへの主な影響

淡水化コストに直接的かつ主要な影響を与える要因には、淡水化技術、生および製品の水質、取水および流出の種類、プラント

3.1海水淡水化技術

今日設置されている海水淡水化能力のほぼ95％は、熱（35％）または膜ベース（60％）のいずれかの技術である（Ghaffour,et al., 2012). 各タイプのシステムは他の相違の中の足跡、構造の材料、装置、前処理の条件、力および蒸気の条件で、かなり変わる。 技術の選択はまた操作上の費用に影響を与える前処理および後処理に使用される化学薬品のタイプを定める。

3.2場所

淡水化施設が建設されている場所は、プロジェクトの全体的なコストに大きな影響を与える可能性があります。 例えば、ＳＷＲＯ（海水逆浸透）淡水化プラントの場合、プラントは、取水管および複雑な取水構造のためのより高いコストを避けるために、海水取水源にできるだけ近くに配置されるべきである。 最適なプロジェクトの立地はまた海に戻って集中された塩水の排出ラインを減らす。 しかし、不動産取得コストは、土地コストが比較的短い距離で桁違いの差を示す可能性がある場所でより大きな水の伝達を必要とする可能性がある重要な要因である。 構造の観点から、注意深い考察はローカル土の状態のような項目のために推薦される(新しい土の盛り土か構造コンクリートの山を要求するかもしれ

3.3原水の品質

サイト固有の原水の品質は、脱塩ステップ自体に先立って必要な前処理ステップの数と種類、および脱塩プラントの全体的なサイジングに大きな影響を与える可能性があります。 原水の塩分濃度が増加するにつれて、より高い操作圧力（RO）および温度（熱）が通常増加しなければならないため、原水の総溶解固形分（TDS）レベルは運用コ より高い原水の塩分はまたROおよび熱システム両方のための原水のガロンごとの実行可能なプロダクト水回復を減らすかもしれません。 SWROの場合、小さな湾、湾または水路、海水の流れ、およびより大きな海水（すなわち、海洋）からの結果として生じる自然な混合などの領域では、最小限であ これらの地域は、外洋の水と比較して、より高い局所塩分レベル、より高い総浮遊固形分、より高い温度変動、およびより高い有機負荷および生物学的活 これらの要因はすべて、設計と建設の複雑さを追加し、したがって、CAPEXとOPEXの両方のコストを大幅に増加させる可能性があります。

さらに、給水温度はRO運転圧力コストに大きな影響を与え、給水温度が10º F低下した場合、給水圧力は10%から15%増加し、70º F以下になります（WRA、2012）。

ROシステムの場合、必要な製品の水質は、必要な膜パスの数を決定し、それによってコストに影響を与えます。

3.4取入口と流出

淡水化プラントに選択された取入口と流出のタイプは、プラントのコスト効率の高い設計と最適な運転のための最も重要な技術的考慮事項の一つである。 最も適した吸気タイプ（水没対開放吸気），プラントに対する吸気距離，吸気スクリーンの種類，吸気構造の種類，吸気パイプラインの種類（埋設対地上），海洋生物の衝突と巻き込みに関する環境への配慮などの重要な要素を評価する必要がある。 これらの項目のそれぞれに重要な費用の影響がある。 吸気システムのコストは、オープン吸気のための容量の千m3/日あたりlow0.13MM（mgdあたり$0.5MM）の低から千m3/日あたり0 0.79MM（$3.複雑なトンネルおよび沖合いの取入口のためのMGDごとの00MM）（WRA、2012年）。

吸排出構造コストの潜在的な意義を説明するために、塩分の上昇に非常に敏感な海洋生息地の近くに位置するSWROプラント排出には、精巧な濃縮排出ディフューザーシステムが必要であり、コストは淡水化プロジェクトの総支出の30パーセントを超える可能性がある。 対照的に、最も低い水の生産コストを持つ淡水化プラントは、非常に高い自然混合を伴う沿岸地域に位置する濃縮物排出物を有するか、または発電所の流出構造と組み合わされ、良好な初期混合およびより良好な排出プルーム散逸を可能にする。 これらの植物のための取入口および排出設備費用は通常総淡水化プラント費用の10%よりより少しである(WRA、2012)。

3.5前処理

前処理コストは前処理システムの種類と複雑さによって影響されます。 必要な前処理の種類は、プロジェクト現場の原水の品質によって異なります。 一部の生海水または汽水表層水は、有機物および生物活性が高く、DAF（溶解空気浮遊選鉱）およびUF（限外濾過）などのより堅牢な前処理技術を必要とする。 水中取入口または十分にベースの取入口を使用する他の原水源はシングルステップ媒体のろ過またはMF（Microfiltration）のようなより少ない前処理を、要求するかも

水再利用協会の記事”海水淡水化コスト”によると、前処理コストは、通常、千m3/日あたり$0.13MMからMG0.40MM（MGDあたりMG0.5MMから$1.5MM）の範囲である。 この範囲の下端には、従来の単段媒体濾過システムが十分である。 前処理の費用はMFまたはUFシステムに先行しているメディアフィルタまたは媒体のろ過の二段階のような付加的な前処理のステップが、加えられると

水源が排水である場合、通常は前処理コストが高くなります。 これは、高いカルシウムおよびマグネシウム（硬度）レベルを除去する必要性、微生物を破壊するための塩素化および脱塩素ステップの添加、またはUFを使用して高分子量の有機化合物を除去する必要性など、多くの要因が原因である可能性がある。

3.6エネルギー回収

ROシステムは、生の給水の浸透圧を克服するために高圧ポンプを使用します。 例えば、あるSWROの植物は70まで棒（1000のpsig）供給圧力を要求できる。 このプロセスからのROの濃縮物の塩水の流れは全面的なROのシステムエネルギー条件を減らすために回復することができる圧力エネルギーを含んで エネルギー回収技術は、全体的なエネルギー投入量を削減し、それによって営業費を削減します。

3.7電力

淡水化施設の提案された場所での現地のエネルギー価格、伝送距離、接続料金、およびおそらく関税は、接続された電力の供給価格を決定する上で重要な役割を果たす。 非常に大規模な熱淡水化プラントでは、このような組み合わせの固有の利点のために、施設を発電所と共配置することを検討することが有望であ

3.8治療後

最終製品の水質は、必要な治療後の特定のタイプを決定します。 治療後のステップは、追加のコストを追加します。 非常に低いTDSレベルを達成するか、またはホウ素または塩化物のような特定のイオンの濃度を許容可能なレベルまで低下させるための第2のROパスの必要性は、高価な選択肢になる可能性があります。 2パスROシステムは、通常、1パスROシステムよりも15％〜30％コストが高くなります（WRA、2012）。

また、生成物の水の安定化には、通常、pH調整と重炭酸アルカリ度の添加が必要であり、これは二酸化炭素、石灰および/または水酸化ナトリウムの組

水を利用する地域に近接する海岸に位置する淡水化プラントの場合、土地は通常、プレミアムで価格が設定されています。 使用地点および適切な電源に近い施設を配置するコストは、海岸または流通サービスエリアから遠く離れたプラントを移動することに関連する追加の取水および排出パイプラインの権利、パイプラインコスト、資材輸送、許可、労働および保守に関連するコストと比較する必要があります（WRA、2012）。

水源が排水である場合、処理後のコストは通常より高くなります。 これは、ウイルスを不活性化するための処理後の酸化、および廃塩水または固形物の処理コストの増加など、多くの要因に起因する可能性があります。

3.9現地インフラコスト

インフラコストには、土工、コンクリート、鉄鋼、構造物、排水、建築材料などの項目が含まれます。 プラントの場所によっては、これらの各項目のコストが大幅に異なる場合があります。 工業都市から遠く離れた遠隔地の工場は、通常、コンクリート生産施設や建築材料の十分な供給を持っている工業地帯の近くに建設された工場に対して、より高い建設コストを負担する必要があります。

3.10環境規制

各地域には独自の環境規則と規制があり、これらは単一の国の州ごとに異なる場合があります。 たとえば、カリフォルニア州のプロジェクトの許可コストは、フロリダ州の典型的な許可コストのほぼ四倍です（WRA、2012）。 カリフォルニア州に飲料水の生産のためのより厳しい規則や指針が脱塩のプロジェクトに規定する費用を加えるテキサスかフロリダのそれらと比 環境審査期間が長くなると、プロジェクトスケジュールが長くなり、通常はプロジェクトコストも高くなります。 実際には、カリフォルニア州のような州でプロジェクトを開発し、許可するために必要な年数は、非常に厳しい規制で、工場を建設し、起動を開始する （WRA, 2012)

4.0 コストコンポーネント-CAPEX

CAPEXは、直接コストと間接コストの二つの主要なカテゴリに細分されています。 直接コストには、設備、建物およびその他の構造物、パイプライン、およびサイト開発が含まれ、通常、総設備投資の50％から85％の範囲にあります。 残りの間接費用には、資金調達利息および手数料、工学、法的および管理上の費用、および不測の事態が含まれる（Ghaffour,et al., 2012). ほとんどの海水淡水化プラントの典型的な設備投資コストと部品は、次のようにさらに9つの部分に分けることができます：取水と原水の搬送、前処理、脱塩処理、後処理、製品の水の汲み上げと貯蔵; 電気および器械使用システム;植物の植物の建物、場所および市民仕事およびバランス;塩水の排出および固体処理;および雑多な工学および開発費。 資金調達手数料やその他の商業関連手数料などのその他の費用も考慮する必要があります。 図6は、SWROプラントの設備投資コスト内訳の一例を示しています。

図6–典型的なSWRO海水淡水化プラントの設備投資内訳（出典: アドバイザリアン)

設備投資は、かなりの程度、大規模な海水淡水化プラントの設置容量百万ガロンあたりのコストが 下の図7に基づいて、中規模の10MGD SWRO工場の建設には約80万ドルの費用がかかり、サンディエゴ近くの35MGD Carlsbad SWRO工場のような大規模な工場は250万ドルの費用がかかると予想される。 注:環境、許可および構造問題が原因で、その植物は大いに多くを要することを終えた。

図7-ユニット建設コスト対 SWROの植物のための容量

5.0 コストコンポーネント-OPEX

運用コスト(OPEX)は、一般的に二つの広いカテゴリに分類されます:固定費(例えば、労働、管理、機器や膜交換コスト、および財産料/税）および変動費（力、化学薬品および他の消耗品のような。 （Ａｒｒｏｙｏ，ｅｔ ａ ｌ．, 2012). ほとんどの海水淡水化プラントの典型的なOPEXコストとコンポーネントは、次のものからなる九つの部分にさらに細分することができます: パワー消費量、消耗品、固形廃棄物、化学薬品、労働、維持、装置の保証、植物のバランス&実用性、および他の固定費（管理、スペアー、不測の事態、等。）、図8に示すように。

図8–典型的なSWRO海水淡水化プラントOPEXの内訳（出典：Advisian)

6.0水を脱塩するための総コスト

ライフサイクルコストは、単位生産コストまたは年間コストとも呼ばれ、脱塩によって千ガロンまたは立方メートルの水を生産するコストであり、すべての設備投資債務サービスを含むおよびOPEXを考慮し、予測または実際のプラント運転係数によって調整することができる。 関連するすべての変数のために、これらの年間コストは非常に複雑になる可能性があり、プロジェクト間の単位生産コストの違いは直接比較できな せいぜい、過去のプラントコスト情報を使用して将来のコストを予測することは、通常、球場の推定値にのみなります。

図9は、完了したROプロジェクトのさまざまなタイプの年間コストが大きく変化していることを示しています。 示されたデータのベストフィットラインで表される平均コストは、非常に大きな植物（325,000m3/日）では約about0.70/m3（千ガロンあたりthousand2.65）であり、小さな植物（10,000m3/日）では1 1.25/m3（千ガロンあたり$4.75）に上昇する。

しかし、コストは3 3と高くなる可能性があります。高価な場所特定の取入口、排出および伝達の特性がある非常に小さい容量の植物のための20/m3（より少しにより4,000m3/dayか1MGD）。 除去の効果は摂取量、排出、運搬を低減し、狭線化した年率換算コストの範囲$0.53/m3ドル1.58/m3($2.00o$6.00当たりのガロン）RO植物や$0.11ドル1.10/m3($0.40に$4.00当たりのガロン）の海水ROプラント（WRA,2012).

図9–ROプラント単位の生産コスト対プロジェクト能力

ROプラント単位の生産コスト対プロジェクト能力

ROプラント単位の生産コスト対 プロジェクト容量

再利用のために産業排水を脱塩するコストは、これよりもはるかに大きい可能性があります。 例えば、WorleyParsons/Advisianは、アラビア湾地域に位置し、油田生産水を供給され、ボイラー給水を生産する35,000m3/日の淡水化プラントのCAPEXとOPEXを開発するための研究を行 その調査で発生した予算上の設備投資およびOPEXコストに基づいて、単位生産コストは図9を使用して予測されるよりも約4倍高くなりました。

下の図10は、MSF、MED、およびSWROの典型的なライフサイクルコスト比較を示しています。 図のように、熱淡水化技術であるMSFとMEDは、電気エネルギーに加えて蒸気（熱エネルギー）を必要とし、SWROと比較して総水ライフサイクルコストが高い主な理由

図10-脱塩技術用水の単位生産コスト

7.0淡水化施設コストの例

本稿で述べたように、淡水化施設の開発、建設、運営にかかるコストは、プラントの場所、原水の種類と品質、取水と流出の種類、使 これらの違いは、世界のある地域に建設された大規模な工場を、世界の別の地域に建設された小規模な工場よりも高価にし、OPEXに大きな違いをもたら これは、米国、中東、オーストラリアなど、世界中のさまざまな場所にある三つのSWRO工場の

表1に示されているプロジェクトによって示されています。

*1 支払、パイプラインの財政料金、miscを含んでいた所有者への総単価。 建設の改善、その他。 O/Mの費用、管理者の費用。 *2推定

1. Noreddine Ghaffour,Thomas M.Missimer,Gary L.Amy. “海水淡水化の経済性の技術的レビューと評価: より良い水供給の持続可能性のための現在および将来の課題。^”水の淡水化と再利用センター KAUST、2012年10月。
2. ホルヘ-アロヨ、サキブ-シラジ。 ^”Cost of汽水性地下水淡水化のテキサス州,”September2012.2012.2012.2012.
3. 水再利用協会。 “海水淡水化コスト、”月2012。
4. パンクラッツ、トム。 水の淡水化レポート、2010。
5. “オーストラリアの淡水化”プレゼンテーション、月2010。
6. サンディエゴ郡水庁。 “サンディエゴ郡水庁とポセイドン資源の間の水購入契約のための重要な用語の概要”プレゼンテーション、September2012。
7. GWI Desalデータ&IDA(Int. デサル アソシエーション）図1、図3、図5、図10のために。
8. Xavier Bernat,Oriol Gibert,Roger Guiu&Joana Tobella,Carlos Campos. “さまざまな使用のための脱塩の経済学。”水技術センター、バルセロナ、スペイン。
9. Robert Huehmer,Juan Gomez,Jason Curl,Ken Moore. “海水淡水化システムのコストモデリング。”脱塩の全体的な技術のリーダー、CH2Mの丘、米国。
10. グリック-H-ピーター、ヘザー-クーリー。 ^”The World’s Water2008-2009:The Biennial Report on Shewletwin Resources,”Pacific Institute.2008年10月20日閲覧。
11. 世界の水情報。 第12巻、第12号、2011年。