海水淡化技術及應用

□文/王琪譚永文

利用海水淡化等現(xiàn)代技術開辟新的水源，已經(jīng)成為全世界的必然趨勢，也是解決我國水資源短缺的重要途徑之一。我國海水淡化研發(fā)始于20世紀50年代，在“十一五”期間得到了快速發(fā)展。2005年，國家發(fā)展改革委、國家海洋局、財政部聯(lián)合發(fā)布《海水利用專項規(guī)劃》。該規(guī)劃是我國第一部有關海水淡化的規(guī)劃。2011年底，我國海水淡化能力達到66×104m3/d，是2005年5×104m3/d的13倍以上。今年2月，國務院辦公廳發(fā)布《關于加快發(fā)展海水淡化產(chǎn)業(yè)的意見》是旨在加快海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展，這也是國務院辦公廳第一次發(fā)布海水淡化方面的產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，計劃到2015年使海水淡化能力日均達到220到260×104m3，這將是現(xiàn)有處理能力的3倍以上。

經(jīng)過多年科技攻關和工程示范，我國在反滲透、低溫多效等主流海水淡化技術方面均取得重大突破。目前已掌握萬噸級海水淡化裝置成套制造技術，建成了具有自主知識產(chǎn)權的單套1.25×104m3/d低溫多效和1×104m3/d反滲透海水淡化裝置，主要技術和經(jīng)濟指標接近或達到國際先進水平?？傮w來看，雖說目前我國已具備全面快速發(fā)展的條件和基礎，但是具有自主知識產(chǎn)權的海水淡化關鍵技術和設備還比較少，成套裝置及部件制造能力較弱，應用規(guī)模小，海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展還不平衡。

主要海水淡化技術

進入21世紀，人們正致力于進一步提高反滲透膜的性能，如降低操作壓力、提高膜的耐氧化性等；膜法與蒸餾法、膜法與膜法集成（hybrid），以降低制水成本、提高系統(tǒng)的可操作性；研究與開發(fā)新的海水淡化技術。

膜法（反滲透為主）和蒸餾法（多級閃蒸和低溫多效為主）是當今世界廣泛應用的兩種海水淡化技術。2010年底已建成的海水淡化裝機容量中，反滲透法（SWRO）占比最高，為60%，多級閃蒸蒸餾法（MSF）占比26.8%，排在第2位；多效蒸餾法（MED）占比8.0%，排在第3位，其他方法合計約5%。我國海水淡化技術主要是膜法（反滲透法）和熱法（低溫多效法、多級閃蒸法）兩種，其中反滲透法占62%、低溫多效法占37%、多級閃蒸法占1%。

——膜法反滲透技術。反滲透（RO）是在壓力驅(qū)動下，溶劑（水）通過半透膜進入膜的低壓側(cè)，而溶液中的其他組分（如鹽）被阻當在膜的高壓側(cè)并隨濃縮水排出，從而達到有效的分離過程。

——熱法海水淡化技術。熱法海水淡化是最古老也是目前最廣泛應用的一類海水淡化方法，主要包括多級閃蒸、低溫多效、壓汽蒸餾等。

——熱膜偶合海水淡化技術。熱膜耦合是當今世界海水淡化發(fā)展的技術趨勢，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾方面：一是減少海水取用量；二是利用蒸餾淡化水硼含量低的優(yōu)點，降低淡化廠產(chǎn)水的硼含量；三

膜法（反滲透為主）和蒸餾法（多級閃蒸和低溫多效為主）是當今世界廣泛應用的兩種海水淡化技術。截止到2010年，全球已有150多個國家（地區(qū)）在利用海水淡化技術，已建成和在建的海水淡化工廠有15000多個，合計裝機容量為7170×104t/d是利用納濾預處理，提高系統(tǒng)回收率；四是減少濃鹽水的排放，更有利于濃鹽水的綜合利用。

海水淡化應用

世界海水淡化市場已頗具規(guī)模。截止到2010年，全球已有150多個國家（地區(qū)）在利用海水淡化技術，已建成和在建的海水淡化工廠有15000多個，合計裝機容量為7170×104t/d。其中2010年底已建成裝置的裝機容量為6520×104t/d，在建裝置的裝機容量約為650×104t/d。30年內(nèi)反滲透淡化成本降低了約2/3，淡化水能耗降到3 kWh/t，淡化水成本在0.5美元/t左右。2010年全球海水淡化工程總投資額已達到340億美元，且每年以15%-20%的速度遞增，為中東、地中海及發(fā)達國家沿海經(jīng)濟發(fā)展做出了巨大貢獻。

市政供水是海水淡化的主要應用領域，在已建裝機容量中，市政供水占比最高，為63.1%，工業(yè)及電力占比31.4%次之。

（一）裝置總數(shù)及類型

初步統(tǒng)計，截至2010年底，我國已建成投產(chǎn)的海水淡化裝置總數(shù)為76套，總產(chǎn)水能力為 55.77×104m3/d；“十一五”期間已建成投產(chǎn)的海水淡化裝置總數(shù)為43套，總產(chǎn)水能力為48.66×104m3/d。

從海水淡化所采用的技術看，反滲透和低溫多效蒸餾是海水淡化工程中應用最多的方法?！笆晃濉逼陂g，反滲透法以33.86×104m3/d的產(chǎn)水量，約占總產(chǎn)水能力的70%；低溫多效蒸餾法以14.8×104m3/d的產(chǎn)水量，約占總產(chǎn)水能力的30%。從已建成投產(chǎn)的裝置數(shù)看，反滲透法有38套，約占88%，而低溫多效蒸餾法僅有5套，約占12%；其他海水淡化方法無。海水淡化方法所占產(chǎn)水量和裝置數(shù)比例的差異是由于裝置規(guī)模造成的，每套低溫多效蒸餾裝置的平均產(chǎn)水量為1.13×104m3/d，而每套反滲透裝置的平均產(chǎn)水量僅為8910 m3/d。

（二）產(chǎn)水總量及用途

反滲透海水淡化技術應用于市政供水具有較大優(yōu)勢，幾乎所有用于市政供水的海水淡化系統(tǒng)均采用了反滲透技術。然而，對于要求提供鍋爐補給水和工藝純水，且有低品位蒸汽或余熱可利用的電力、石化等企業(yè)，低溫多效蒸餾技術仍具有一定的競爭性。

“十一五”期間，已建成投產(chǎn)的43套海水淡化裝置中，21套用于工業(yè)用水，占總裝置數(shù)的49%；17套用于市政供水，占總裝置數(shù)的40%，其他5套，占總裝置數(shù)的11%。從產(chǎn)水量看，用于市政供水的合計產(chǎn)水量為13.54×104m3/d，占總產(chǎn)水量的27.8%，平均每套裝置產(chǎn)水為0.796×104m3/d；用于工業(yè)用水的合計產(chǎn)水量為35.04×104m3/d，占總產(chǎn)水量的72%，平均每套裝置產(chǎn)水為1.669×104m3/d；其他合計產(chǎn)水量為0.79 m3/d，占總產(chǎn)水量的0.2%，平均每套裝置產(chǎn)水為0.158×104m3/d。在43套裝置中，浙江省的嵊泗縣是目前建成海水淡化裝置最多的海島縣，先后建設了11套海水淡化裝置，“十一五”期間建成投產(chǎn)的4套，海水淡化供水能力已占當?shù)乜偣┧芰Φ?0%以上。另外，電力行業(yè)是應用海水淡化技術最多的行業(yè)，已建成投產(chǎn)的海水淡化裝置13套，合計產(chǎn)水能力25.93×104m3/d，占已建成投產(chǎn)海水淡化裝置總產(chǎn)水量的30%。

（三）產(chǎn)水能力及分布

在已建成投產(chǎn)的43套海水淡化裝置中，浙江省占16套，山東省占10套，遼寧省占7套，天津市占3套，河北省占2套，廣東省占2套，其他沿海省市占3套。

海水淡化發(fā)展方向

（一）國內(nèi)海水淡化發(fā)展趨勢

我國“十二五”期間海水淡化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展目標是“到2015年，我國海水淡化能力達到220×104-260×104m3/d，對海島新增供水量的貢獻率達到50%以上，對沿海缺水地區(qū)新增工業(yè)供水量的貢獻率達15%以上；海水淡化原材料、裝備制造自主創(chuàng)新率達到70%以上；建立較為完善的海水淡化產(chǎn)業(yè)鏈，關鍵技術、裝備、材料研發(fā)和制造能力達到國際先進水平”。

發(fā)展海水淡化產(chǎn)業(yè)要重點做好以下幾項工作：一是加強關鍵技術和裝備研發(fā)；二是提高工程技術水平；三是培育海水淡化產(chǎn)業(yè)基地；四是組建海水淡化產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟；五是實施海水淡化示范工程；六是建設海水淡化示范城市；七是推動使用海水淡化水。為加快落實海水淡化重點工作，各地政府應加大財稅政策支持力度、實施金融和價格支持政策、完善法規(guī)標準、加強監(jiān)督管理、強化宣傳培訓等多項政策措施。

（二）全球海水淡化市場發(fā)展趨勢

預計到2015年，全球海水淡化市場有將近700-950億美元規(guī)模，未來20年海水淡化市場增長較快有：中東地區(qū)、美國、澳大利亞、阿爾及利亞、西班牙、印度和中國。

海灣國家。海灣國家擁有全球最大的海水淡化市場，預測到2015年需新建的裝置容量為1388×104t/d，預算將大于150億美元，其中沙特為60億美元、阿聯(lián)酋為45億美元、科威特為20億美元，其它如伊拉克、約旦和阿曼等國家將以100%的速度增長。

地中海地區(qū)。到2015年地中海沿岸將是海水淡化市場發(fā)展最快的地區(qū)，預測年增長率為180%，其中，阿爾及利亞400×104t/d、利比亞 100×104t/d、以色列135×104t/d、西班牙 130×104t/d，預測投資約100億美元。在地中海地區(qū)，反滲透海水淡化技術的市場占有率遠遠大于熱法海水淡化技術。

美洲。美洲地區(qū)的海水淡化主要在美國，美國已建成投產(chǎn)的脫鹽裝置容量約為560×104m3/d，主要為苦咸水淡化。加勒比海地區(qū)主要為海水淡化。預測2015年，美國新增裝機容量370×104m3/d，將超過加勒比海地區(qū)海水淡化裝機容量，主要集中于佛羅里達、德克薩斯和南加州。加勒比海新增裝機容量30×104m3/d，墨西哥新增裝機容量40×104m3/d，智利新增裝機容量11×104m3/d。

亞洲。到目前為止，亞洲地區(qū)脫鹽技術的主導市場仍是工業(yè)領域的純水制備和苦咸水淡化，但海水淡化已引起人們高度關注，應用規(guī)模不斷擴大。預測到2015年，中國裝機容量300×104m3/d（NDRC，2020年），印度裝機容量 65×104m3/d，巴基斯坦裝機容量21×104m3/d。

蒸餾和反滲透仍將是世界海水淡化工程中應用最多的兩大主流技術，反滲透海水淡化的能耗在2.0-2.5 kWh/t。未來蒸餾法海水淡化裝置仍將主要建在海灣國家，其他國家和地區(qū)以反滲透法為主。