我國海水資源利用及其發展前景

顧正斌，張紅梅，鄧春芳

（1.河北水務集團，河北石家莊 050021；2.河北省石津灌區管理局，河北石家莊 050021；3.河北省桃林口水庫管理局，河北 秦皇島 066004）

隨著社會經濟的高速發展和人口的急劇增加，用水量也成比例增加，但水資源并沒有增多，因此水資源緊缺的情況越來越嚴重。特別是重化工業向沿海布局，更加劇了沿海地區的用水緊張。作為水資源的開源增量技術，海水資源利用是解決我國沿海城市水資源短缺的必然趨勢。

1 海水資源利用的意義

1.1 海水覆蓋面廣、量大，具有良好的地域開發條件

我國擁有32 000 km長的海岸線，海運成本低廉又量大，促使沿海地區經濟高度發展。經濟發展及人口的高度密集，又反過來刺激水資源需求的增長。沿海地區正處于河流的末端，水資源的供應受上游用水牽制較大，水資源嚴重缺乏較其他地區更嚴重。沿海的社會經濟發展為海水利用創造了良好的物質基礎，而海水利用又為解決水資源不足提供了切實的途徑。

1.2 海水水質較穩定，水量巨大，便于取用

海水的水質雖然受入海河流水質的影響，入海水量相對于巨大的海水量來說卻是微乎其微的。由于海水數量巨大、面積廣闊，在取用時無需建設大型的調蓄工程來解決供需水時間上不同步所造成的矛盾，且不會對海域產生大的不良的環境影響。

1.3 海水富含各種礦物質及營養鹽，有利于綜合利用

海水中含有多種礦物質，如鈉、鉀、鎂、溴等離子及化合物質，除利用海水制鹽外，還可生產工業溴、氯化鉀、氯化鎂等化工產品。同時，海水中還含有磷酸鹽、硝酸鹽、亞硝酸鹽和銨鹽等營養鹽，這為海水直接用于灌溉及養殖創造了良好條件。海水淡化后，濃縮的鹽水能進行綜合利用，不但可增加海水利用后的產品種類，還可通過增加的效益減少海水淡化成本，有利于海水利用產業的推廣和發展。

2 海水直接利用

海水直接利用就是用海水直接替代淡水的一種節水技術，如海水冷卻、海水沖廁、海水灌溉、海水沖塵、海水洗滌、消防等。

2.1 海水直接利用發展現狀

2.1.1 海水作為工業用水現狀

對于沿海水資源極度匱乏的地區和城市，海水直接利用可有效替代寶貴的淡水資源，把淡水節省下來用于更需要的地區，這對于建設節水型社會具有積極意義。以海水為工業冷卻水主要用于火力發電廠及核電廠，其次是石油化工企業和鋼鐵企業。青島市、大連市、上海金山區、天津軍糧城和大港等，是我國利用海水作為工業冷卻水最早的區域，并取得了巨大的社會效益和經濟效益。

2.1.2 海水作為生活用水現狀

20世紀60年代以來，香港大規模地將海水用于沖廁，取得了很好的效益，成為海水作為生活用水方面的典范，近10年香港海水利用情況見表1。據統計，香港住宅用水中，沖廁用水約占30%～40%，即使用海水代替淡水沖廁可以減少住宅淡水用量的30%～40%，效果非常可觀。

表1 1989—1998年香港海水利用情況

2.2 海水直接利用途徑

海水經滅菌、殺生及除藻處理后，可替代淡水，直接用作工業冷卻水、城市居民雜用水、農業灌溉用水、環境用水及其他用水。

2.2.1 工業冷卻水

原海水經換熱設備冷卻后直接用于工業冷卻用水，海水用作工業冷卻水涉及的技術問題包括海水取水、殺生、凈化、防腐、防垢和防附著等。海水冷卻技術經過幾十年的發展，防腐和防海洋生物附著問題已基本解決。如，天津大港電廠采用鑄鐵輸水管道使用直流冷卻海水17億t/a，20多年僅涂過2次防腐材料而沒有更換管道。

2.2.2 城市居民雜用水

海水可用于沖廁、馬路灑水、消防等，其中以海水沖廁應用最廣。香港是海水沖廁普及率最高的城市之一，已達70%，每天沖廁用水約為52萬m3；內陸沿海城市如天津、青島和大連等也有少部分小區采用海水代替淡水沖廁。

2.2.3 農業灌溉用水

早在20世紀60年代，南京大學就從英國引進了抗鹽植物大米草，70年代末又從美國引進互花米草，主要用于保灘、護堤、促淤，效果明顯。目前，我國海濱潮間帶已形成人工米草植被66.67余萬hm2。此外，海南大學1992年以來將鹽生植物紅樹的基因導入普通茄子、辣椒，用海水直接澆灌，獲得了耐鹽能力明顯增強的后代。中國科學院1995年以來用生物技術培育耐海水蔬菜，已獲得10多個適于海水灌溉品種。

2.2.4 沖灰、煙氣洗滌等其他用水

國外很多工廠用海水作沖灰、煙氣洗滌水，節省了大量淡水資源，如海水脫硫工藝在挪威比較廣泛用于煉鋁廠、煉油廠等工業爐窯的煙氣脫硫，煙氣中的SO2被海水吸收，經曝氣處理，將其氧化為硫酸鹽，有效地實現煙氣脫硫，既節約淡水又消除了SO2對大氣的污染。

2.3 海水直接利用經濟效益分析

2.3.1 海水作為工業用水經濟效益分析

海水直接利用的發展得益于其成本低，效益顯著。以威海華能電廠直接利用海水的成本效益分析為例，該電廠系統投資7 000萬元，發電容量為85萬kW，每天為發電機組提供180萬m3的海水冷卻水，這包括海水取水設施，預處理設施，殺菌、滅藻和防生物附著，防腐和犧牲陽極保護等。每千瓦的電，冷卻用海水投資不足百元。

2.3.2 海水作為生活用水經濟效益分析

目前，在生活用海水方面作得較好的香港，其1999年供水（包括淡水和海水）成本為：運行總支出為57.17億港元，其中購買廣東原水費占38.9%、員工費占28%、運行和行政費占22.8%、其他占10.3%。供水總收入為50.4億港元，其中水費收入占47.2%、補貼占47.6%、其他占5.2%。供水的成本價為6.45港元/m3，海水供應成本約為淡水供應成本的30%、約2港元/m3。以利用海水量1.99億m3/a計，每年就可節省供水成本約9億港元。

2.3.3 海水灌溉經濟效益分析

目前，我國已成功培育出耐鹽小麥及抗鹽耐海水蔬菜，在沿海灘涂上試行的海水灌溉農業取得了一定成效。耐鹽小麥產量為5 000 kg/hm2，抗鹽耐海水蔬菜則為15 000 kg/hm2左右。自20世紀90年代以來，我國已在近30萬hm2荒堿地和沿海灘涂上種植了海水灌溉作物，若按海水蔬菜2元/kg計算，則可創直接經濟收入90億元；若按耐鹽小麥計，則可產小麥1.5億kg；若海水農業與海水養殖相結合，其效益則更可看好。

3 海水淡化

3.1 海水淡化發展現狀

我國海水淡化研究始于1958年海軍和中科院化學所合作進行的電滲析技術研究。1967—l969年開展的全國海水淡化大會戰，也為反滲透法、電滲析法、蒸餾法等海水淡化技術打下了基礎。從20世紀90年代開始，隨著我國水資源短缺形勢日益嚴重，海水淡化進入了大發展期，并從2000年開始走向規模化應用。我國海水利用經過40余年發展，海水淡化技術主體工藝已經相對成熟，并且已經單元化、模塊化，所以降低海水淡化成本的主要途徑是將海水淡化和能源供應有效結合，實現能源的有效利用。發展風能、太陽能、核能等新能源與海水淡化結合工藝與技術是近年海水淡化發展的主流方向。

2002年8月，秦皇島新源水產業有限公司開發研制的1t／d太陽能低溫多效（以下簡稱MED）試驗裝置已經成功，這是國內第一臺MED裝置，標志著我國已經掌握了該項技術；2005年我國具備自主知識產權的第一臺3 000 t/d MED海水淡化設備在青島黃島發電廠投入運行；目前，南京市利用風能已建成100 t/d淡水的風電海水淡化裝置，從而實現了風能與海水淡化的有機結合。

在海水淡化技術方面，我國已全面掌握國際上已經商業化的蒸餾法和反滲透（膜）法海水淡化主流技術，“十五”期間已經進入工程示范階段。目前在天津、山東、浙江、河北等地建成規模在500～35 000 m3/d海水（苦咸水）淡化示范工程已達16項，裝機總量達11.1萬m3/d；在建海水淡化設施達15項，總裝機規模超過45萬m3/d。我國的海水淡化技術已達國際先進水平。

3.2 海水淡化技術經濟分析

3.2.1 成本與能耗分析對比

海水淡化的成本主要受技術方法、裝置規模、工程投資、能源價格的影響較大。據國內外研究和實踐可知，反滲透法是海水淡化綜合成本最低的工藝方法。國家發改委在海水淡化高技術產業示范專項中指出，反滲透裝置規模不低于5 000 t/d，蒸餾法裝置規模不低于1萬 t/d，此時才能達到經濟規模。同時，淡化工程投資與淡化成本呈正比，國產機電產品平均成本水平比國外低25%左右，實現海水淡化設備國產化后，國產淡化水裝置工程費用將比國外同類產品降低20%～30%，相應淡化成本可降低10%～15%，表2-3分別說明了國產設備與進口設備在海水淡化工程中的投資情況。由表中數據可以看出，反滲透方法具有明顯的成本優勢，通過設備國產化降低工程投資是降低制水成本的重要途徑。

表2 國產與進口海水淡化裝置單位投資費用比較元/（m3·d）

表3 6萬m3/d海水淡化廠投資估算 萬元

3.2.2 不同淡水取用方式經濟效益對比

目前，解決我國沿海地區水資源短缺的主要途徑有開采地下水、遠距離調水及海水淡化。近年來，海水淡化技術研究開發在國內外都有新的進展和突破，用核能、太陽能、風能替代常規能源進行海水淡化的技術已基本可行，與核能、風能等新能源結合成為近一步降低海水淡化成本的趨勢。核能淡化成本甚至只需1元/m3左右，風能淡化成本為3元/m3左右。若完全從成本考慮，海水淡化并不比大型遠距離調水工程高出很多，且海水淡化的保證程度更高。如果進行海水淡化副產品的綜合利用，把濃縮的海水用來制鹽和提取化學元素，成本可望進一步降低。隨著自來水價格機制的調整和海水淡化技術的提高，海水淡化的單位成本實際上是很有競爭力的。幾種淡水獲取方式的成本比較，見表4。

表4 幾種淡水獲取方式的成本比較

遠程調水雖是一種重要的水資源調劑和優化配置方式，明渠調水輸水量大，緩解水資源短缺效果明顯，但耗資巨大，水資源損耗大、易污染、占地多。管道調水水質易于控制、滲漏蒸發小、節省土地、運行可靠，但輸水量相對較小。開采地下水可作為一個重要的開源措施，具有開采工程量相對較小、成本低、可以補充部分水源等優點，但由于地下水超采導致地下水位下降和地面沉降，在沿海地區甚至引發海水入侵。在干旱、半干旱缺水地區再過度地增加地下水的開發是不現實的，我們不能以犧牲環境而換取經濟效益，現時地下水的開采成本是在沒有考慮環境成本下的結果。總之，從經濟和環境角度考慮，海水淡化是沿海地區開辟淡水資源的戰略途徑。

4 海水利用發展前景

隨著世界水危機的日益加劇、科學技術水平的不斷提高，潛在的市場需求為海水利用提供了巨大的空間，我國已擁有強大的工業基礎、豐富的人力資源及技術經驗，在解決困擾海水利用的一系列難題方面取得了突破性進展。目前，我國海水利用產業化條件已成熟，發展前景明朗。

4.1 海水直接利用發展前景

由于我國不少沿海城市水資源結構單一，大多過度依賴地表水和過度開采地下水，海水利用特別是海水直接利用在優化沿海城市水資源結構中未能充分發揮有效的淡水資源替代作用。因而，在《全國海水利用專項規劃》中明確提出了海水直接利用的中長期發展目標。2020年，海水直接利用能力達到1 000億m3/a。可以看出，未來海水直接利用量將在我國水資源可用量中占據相當的比例，如此規模的海水直接利用量將有效置換出淡水資源，緩解沿海地區工農業和居民生活用水危機，發揮巨大的替代水源作用。

4.2 海水淡化發展前景

海水淡化產出的淡化水有廣泛的市場用途，如工業用水、島嶼用水、沿海城市居民用水、內陸人飲解困用水等。目前，以飲用水占主要份額（約60%），工業用水和電廠等鍋爐用水次之，三者之和占90%以上，并有明顯的應用優勢。

2015年，我國海水淡化能力將達220萬～260萬m3/d，對海島新增供水量的貢獻率達50%以上，對沿海缺水地區新增工業供水量的貢獻率達15%以上；全國建成20個海水淡化示范城市；建成2個日產能5萬～10萬t的國家級海水淡化重大示范工程和20個日產能萬t級海水淡化示范工程，5個濃鹽水綜合利用示范項目。

5 結論與建議

隨著2011年中央1號文件的頒布、中央水利工作會議和全國海水淡化工作會議的召開，我國海水利用迎來了歷史上最好的發展時期。為保證海水資源綜合利用順利實施，現提出以下措施：

（1）加大政府扶持力度。由于我國現行《中華人民共和國水法》中并沒有將海水列入水資源范疇，有關海水淡化的相關政策很難推進。因此，需要改革現行的水資源制度，將海水淡化納入政府補貼配置范疇，由政府為海水淡化水進入市場提供一定的補貼。或者在沿海地區特別是沿海缺水地區和海島，加快建立能夠反映資源稀缺性、科學合理的水價形成機制，提高供水企業使用海水淡化水的積極性。

（2）大力推廣海水利用示范工程。鼓勵沿海缺水地區在保障公共飲用水安全的前提下積極創建海水淡化示范城市，城市新增用水優先使用海水淡化水，積極發展海水淡化產業。2015年，在全國將建成20個海水淡化示范城市。選擇居民較多、淡水匱乏、關系國家海洋權益的海島作為海水淡化示范海島，將海水淡化水作為這些海島新增供水的第一水源。鼓勵結合地區特點，建設以海水淡化水作為重要水源的示范工業園區。加強示范工程建設，總結經驗，并進行推廣。

（3）降低海水淡化成本。制約海水利用發展的主要因素是海水淡化成本較高，能源消耗較高，可通過充分利用風能、太陽能等自然資源使得淡化海水的成本降低，特別是國內的沿海城市和一些島嶼有著充分的風能和太陽能資源，從而更好地推廣海水利用產業。

（4）加強專業人才培養。我國在海水利用技術領域人才較缺乏，因而很有必要提高和培養這方面人員的業務水平，可通過學術交流會、研討會的形式，有計劃、有層次地對技術人員進行培訓，從而促進海水淡化產業的發展。

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