我國海水淡化領(lǐng)域標準體系建設(shè)探討[1]

文/張大全 樊智峰 高立新

我國海水淡化領(lǐng)域標準體系建設(shè)探討[1]

文/張大全1樊智峰2高立新1

為促進我國海水淡化產(chǎn)業(yè)進一步發(fā)展，加快標準體系建設(shè)勢在必行。本文介紹了我國海水淡化標準體系建設(shè)的狀況，總結(jié)了面向戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的海水淡化標準綜合體，探討了新形勢下海水淡化標準建設(shè)發(fā)展的方向。

海水淡化 標準體系 飲用水質(zhì)

當(dāng)今世界淡水資源日趨匱乏，各國面臨加速水資源的開發(fā)、解決淡水危機的重要課題。海水淡化是實現(xiàn)新水源生產(chǎn)，緩解淡水資源危機的重要途徑之一。海水淡化標準化工作是海水淡化產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的重要技術(shù)支撐，是規(guī)范海水淡化生產(chǎn)和管理, 保障供水安全，促進海水淡化行業(yè)健康快速發(fā)展的有效措施。本文總結(jié)了我國海水淡化標準體系建設(shè)狀況，探討了新形勢下海水淡化標準發(fā)展的方向。

一、海水淡化現(xiàn)狀

人類面臨陸上淡水緊缺和物質(zhì)資源不斷消耗的威脅，開發(fā)利用海水是發(fā)展的必然趨勢。例如，以色列70%生活用水來自海水淡化。近年來，世界上海水淡化正向高效化、低能化和規(guī)模化的目標發(fā)展，反滲透（RO）、低溫多效（LT-MED）和多級閃蒸（MSF）適用于大型海水淡化工程，成為商業(yè)化應(yīng)用的主流海水淡化技術(shù)。2015年，全球海水淡化產(chǎn)能約為9.423×107m3/d。據(jù)某全球企業(yè)增長咨詢公司調(diào)研數(shù)據(jù)，2015年世界海水淡化市場總值已達117億美元。我國沿海地區(qū)經(jīng)濟發(fā)達、人口多，水資源短缺問題已經(jīng)成為制約經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展的重要瓶頸。根據(jù)水利部《全國水資源綜合規(guī)劃》預(yù)測，在采用各種節(jié)水、調(diào)水措施后，到2030年我國沿海地區(qū)的年缺水量仍將達到214億m3，而海水淡化將很可能成為解決水資源短缺的唯一途徑。

二、我國海水淡化標準體系建設(shè)現(xiàn)狀

1. 海水淡化標準體系

我國海水淡化技術(shù)經(jīng)過50多年的發(fā)展，在蒸餾法、反滲透法等主流海水淡化技術(shù)方面取得了重大突破, 成為世界上自主掌握海水淡化關(guān)鍵技術(shù)的國家之一。近10年，伴隨我國海水淡化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，我國海水淡化標準化工作也逐步得到提升。2006年，國家標準化管理委員會、國家發(fā)展和改革委員會、科技部和國家海洋局聯(lián)合發(fā)布了《海水利用標準發(fā)展計劃》，海水淡化標準是其中的重要組成部分。2009年以來，已有相關(guān)海水利用標準體系表的研究成果，將該體系分為基礎(chǔ)通用、海水淡化、海水冷卻、海水化學(xué)資源利用、大生活用海水5 個標準子體系。海水淡化標準子體系又由基礎(chǔ)通用標準、產(chǎn)品標準、檢驗標準、技術(shù)規(guī)范等部分組成。其中的技術(shù)規(guī)范又被分為：蒸餾法海水淡化技術(shù)、膜法海水淡化技術(shù)、電滲透式海水淡化技術(shù)、移動式海水淡化技術(shù)、其他海水淡化技術(shù)等（見圖1）。

圖1 海水淡化標準體系

2. 海水淡化標準綜合體

2014年，中國海洋標準化技術(shù)委員會海水淡化及綜合利用分技術(shù)委員會獲國家標準化管理委員會批準籌建。該分技術(shù)委員會主要負責(zé)海水淡化和綜合利用領(lǐng)域的標準化工作（不包括化學(xué)、分離膜和制鹽領(lǐng)域）。國標委等十二部委聯(lián)合發(fā)布《2014年戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)標準綜合體指導(dǎo)目錄》，將“海水淡化標準綜合體”和13項相關(guān)標準納入其中，涉及水資源、機械制造、化工、樹脂制造、分離膜等領(lǐng)域。海水淡化標準綜合體是指圍繞海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展的標準集合體，主要包括：

① 蒸餾法海水淡化工程設(shè)計規(guī)范，如：HY/T 115-2008《蒸餾法海水淡化工程設(shè)計規(guī)范》；

② 蒸餾法海水淡化裝置用鋁合金傳熱管；

③ 卷式反滲透膜元件技術(shù)要求；

④ 反滲透膜測試方法，如：GB/T 32373-2015《反滲透膜測試方法》；

⑤ 超濾膜測試方法，如：GB/T 32360-2015《超濾膜測試方法》；

⑥ 海水淡化預(yù)處理膜技術(shù)設(shè)計規(guī)范，如：GB/T 31327-2014《海水淡化預(yù)處理膜系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》；

⑦ 海水淡化膜系統(tǒng)測試評價方法，如：GB/T 32359-2015《海水淡化反滲透膜裝置測試評價方法》；

⑧ 液體除菌用微孔膜折疊過濾芯性能檢測方法；

⑨ 納濾膜測試方法；

⑩ 反滲透能量回收裝置通用技術(shù)規(guī)范，如：GB/T 30299-2013《反滲透能量回收裝置通用技術(shù)規(guī)范》；

?海水淡化反滲透裝置運行管理規(guī)范，如：GB/T 31328-2014《海水淡化反滲透系統(tǒng)運行管理規(guī)范》；

?分離膜外殼，如：GB/T 30300-2013《分離膜外殼》；

?滲透汽化膜測試方法。

這13類海水淡化標準涉及海水淡化主要技術(shù)層面，對于海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要的促進作用。這13類標準有的已存在，有的還屬空白。需要強調(diào)的是，每一類標準可以有多項相關(guān)標準支撐。按照《目錄》發(fā)布機構(gòu)的要求，“海水淡化標準綜合體”的制定將以國務(wù)院辦公廳發(fā)布的《國務(wù)院辦公廳關(guān)于加快發(fā)展海水淡化產(chǎn)業(yè)的意見》、國家發(fā)改委發(fā)布的《“十二五”海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》和科技部《海水淡化科技發(fā)展“十二五”專項規(guī)劃》等文件為依托進行編制。

隨著我國海水淡化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，目前已發(fā)布了一批海水淡化國家標準、行業(yè)標準和地方標準。截至2016年9月，我國已發(fā)布實施海水淡化相關(guān)標準超過90項，包括國家標準（含國軍標）22項，行業(yè)標準70項，如HY/T 176-2014《海水中鐵細菌的測定 MPN法》、HY/T 177-2014《海水中硫酸鹽還原菌的測定MPN法》、HY/T 178-2014《海水堿度的測定pH電位滴定法》、HY/T 198-2015《海水淡化膜用阻垢劑阻垢性能的測定 人工濃海水碳酸鈣沉積法》、GB/T 30665-2014《化學(xué)品 海水中的生物降解性 密閉瓶法》、GB/T 31316-2014《海水陰極保護總則》、GB/T 31328-2014、GB/T 32359-2015《海水淡化反滲透膜裝置測試評價方法》、GB/T 32569-2016《海水淡化裝置用不銹鋼焊接鋼管》。這些新增標準涵蓋了海水水質(zhì)監(jiān)測、工程設(shè)計、運行管理等方面。

2015年，由首鋼京唐公司和首鋼國際工程公司等單位聯(lián)合起草編制的《鋼鐵行業(yè)海水淡化技術(shù)規(guī)范 第1部分：低溫多效蒸餾法》國家標準通過審定。該國家標準以YB/T 4256.1-2012《鋼鐵行業(yè)海水淡化技術(shù)規(guī)范 第1部分：低溫多效蒸餾法》為基礎(chǔ)，對原行業(yè)標準中低溫多效蒸餾法海水淡化的范圍、規(guī)范性引用文件、術(shù)語和定義、介質(zhì)要求、系統(tǒng)要求、材料及設(shè)備要求、運行、維護與監(jiān)測、檢驗方法等進行了全面、系統(tǒng)的修訂和補充，這應(yīng)屬于工程設(shè)計標準。

3. 我國海水淡化標準體系中存在的主要問題和分析

目前，國際標準化組織（ISO）、美國國家標準學(xué)會（ANSI）等標準化組織已經(jīng)發(fā)布了大量海水淡化標準，主要集中在基礎(chǔ)標準、方法標準、針對飲用水安全制定的安全標準和運行監(jiān)測等方面，已經(jīng)形成了較為完整的海水淡化及綜合利用標準體系。我國海水淡化標準研究相對滯后，在海水源水水質(zhì)標準、淡化水水質(zhì)標準、海水淡化裝置技術(shù)標準等方面還有待完善。

① 海水源水水質(zhì)標準

GB 3097-1997《海水水質(zhì)標準》，按照海域的不同使用功能和保護目標，將海水水質(zhì)分為四類，并規(guī)定了每一類的海水水質(zhì)指標：“第一類適用于海洋漁業(yè)水域，海上自然保護區(qū)和珍稀瀕危海洋生物保護區(qū)；第二類適用于水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)，海水浴場，人體直接接觸海水的海上運動或娛樂區(qū)，以及與人類食用直接有關(guān)的工業(yè)用水區(qū)；第三類適用于一般工業(yè)用水區(qū)，濱海風(fēng)景旅游區(qū)；第四類適用于海洋港口水域，海洋開發(fā)作業(yè)區(qū)”。該標準并不涉及海水淡化的水源水質(zhì)。海水源水水質(zhì)不僅對海水淡化預(yù)處理工藝、后續(xù)脫鹽淡化工藝及運營成本影響巨大，對于飲用主體的心理接受度也有重大影響。目前，淡水源水水質(zhì)評價主要依據(jù)是CJ 3020-1993《生活飲用水水源水質(zhì)標準》，該標準適用于城鄉(xiāng)集中式生活飲用水的水源水質(zhì)，對于淡化水的海水源水卻沒有相應(yīng)標準。根據(jù)我國海洋環(huán)境狀況公報顯示：我國海洋環(huán)境質(zhì)量狀況總體較好，但近岸海城水體污染、生態(tài)受損等環(huán)境問題依然突出。其中，未達到第一類海水水質(zhì)標準的海域面積為 17萬km2、水質(zhì)為劣四類的近岸海域面積約為 6.8萬km2。針對我國近海海域不同污染狀況，應(yīng)建立海水水源地保護區(qū)，完善海水淡化海水源中的有機物污染、SDI（淤泥密度指數(shù)）、溫度、濁度和鹽度等影響海水淡化運行的重要指標，制定海水源水水質(zhì)標準和相應(yīng)淡化水水源地的管理標準，規(guī)范管理，優(yōu)化沿海水資源結(jié)構(gòu)。

② 淡化水水質(zhì)標準

當(dāng)前，我國生活飲用水的衛(wèi)生評價主要是依據(jù)GB 5749-2006《生活飲用水衛(wèi)生標準》進行的，該標準以飲水安全為基點，以水源水是地表水和地下水為前提，以有害、有毒的污染物最大限量值指標為主。淡化水，水呈弱酸性，缺乏有益的礦物鹽。因此，一般需要對淡化海水進行后續(xù)的礦化處理（摻加天然淡水、加堿、礦石過濾等），以提高礦物質(zhì)含量和堿度。但目前生活飲用水標準中缺少有益于人體健康指標的最低限量值，難以全面地評估海水淡化水的水質(zhì)。例如，反滲透海水淡化對海水中硼的去除率為80%左右，導(dǎo)致淡化水中的硼含量超標（世界衛(wèi)生組織（WHO）規(guī)定飲用水中硼含量不得高于0.3 mg/L），硼含量高會對人體的神經(jīng)和生殖系統(tǒng)產(chǎn)生危害，也直接影響到植物的生長以及動物的發(fā)育。

此外，海水淡化的原水中含有多種海洋微生物、藻類和細菌，為防止海水淡化裝置中生物繁殖、腐蝕、結(jié)垢等，在處理過程中常加入多種化學(xué)藥劑或生物藥劑，這都可能導(dǎo)致淡化水中含有多種現(xiàn)行水質(zhì)標準控制之外的生物和/或化學(xué)污染物。因此，為了保證飲水安全，需要對淡化水的多個指標進行水質(zhì)監(jiān)測，并根據(jù)實際情況對現(xiàn)行的水質(zhì)標準作適當(dāng)?shù)男薷摹?/p>

WHO《飲用水水質(zhì)準則》明確指出適用海水淡化水，但應(yīng)考慮海水自身所具有的特殊屬性以及其在淡化、后處理、運輸?shù)确矫媾c傳統(tǒng)工藝的不同。海水淡化水的標準應(yīng)根據(jù)其用途，建立不同的標準評價體系，如海水淡化水根據(jù)用途作為飲水需符合生活飲用水水質(zhì)標準，若作為農(nóng)田灌溉水則需符合農(nóng)田灌溉水質(zhì)標準。工業(yè)用淡化水已有相應(yīng)的水質(zhì)標準，在GB/T 50619-2010《火力發(fā)電廠海水淡化工程設(shè)計規(guī)范》確定了反滲透海水淡化產(chǎn)品水作為工業(yè)水時建議執(zhí)行的水質(zhì)控制指標：總硬度不宜小于40 mg/L（以 CaCO3計）；堿度不宜小于40 mg/L（以CaCO3計）；pH值（25 ℃）宜為8. 0～9.0。

因此，參考現(xiàn)有GB 5749-2006的框架，充分考慮海水的固有特點和海水淡化工藝，選擇適宜的衛(wèi)生學(xué)指標，制定相應(yīng)的海水淡化水水質(zhì)安全標準、海水淡化水水質(zhì)調(diào)整規(guī)范方法，這對促進海水淡化產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，推進海水淡化水進入市政供水管網(wǎng)具有重要意義。

③ 海水淡化裝置技術(shù)標準

海水淡化裝置技術(shù)標準發(fā)展不平衡，缺乏系統(tǒng)性，一些重要的技術(shù)標準缺失，如缺乏蒸餾法海水淡化裝置用鋁合金傳熱管標準，海水淡化裝置能效標準等。我國海水淡化及相關(guān)裝備制造業(yè)發(fā)展迅速，形成了反滲透與低溫多效蒸餾兩大主流技術(shù)，部分已達到國際先進水平，初步具有國際競爭力。但是，海水淡化裝置核心設(shè)備和技術(shù)（包括：反滲透膜、能量回收裝置、高壓泵、耐蝕材料等）依舊有待突破。我國應(yīng)以海水淡化裝備制造業(yè)為主線，加快海水淡化裝置核心設(shè)備設(shè)計制造和海水淡化裝置能效評定等標準的制定。此外，國內(nèi)能夠承擔(dān)海水淡化技術(shù)標準驗證實驗的單位較少，很多海水淡化技術(shù)標準因缺乏實驗驗證導(dǎo)致進度滯后，比如對蒸餾法海水淡化的熱交換管的選材方面，缺少大型實驗室模擬腐蝕裝置，因而不能明確標準的技術(shù)指標，在一定程度上制約了我國海水淡化和相關(guān)裝備制造業(yè)的發(fā)展速度。

4.“十三五”期間我國海水淡化標準建設(shè)思考

目前，我國海水淡化仍處于產(chǎn)業(yè)發(fā)展階段，主要體現(xiàn)在海水淡化產(chǎn)能較低，其規(guī)模僅為世界的1%，這與我國占世界1/5人口總量和世界第二大經(jīng)濟體地位嚴重不符，與我國嚴峻的供水形勢也不相稱。

海水淡化標準化工作是海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一項基礎(chǔ)性工作，對推進水資源可持續(xù)利用具有重要的支撐作用。目前, 我國海水淡化行業(yè)標準化建設(shè)工作非常緊迫, 我國亟需加強海水淡化和綜合利用產(chǎn)業(yè)共性技術(shù)標準、工程與裝備技術(shù)標準、檢驗檢測方法標準的研制工作，建立完善我國海水淡化標準體系，為海水淡化新產(chǎn)品研發(fā)、技術(shù)提升提供有力的技術(shù)支撐和保障。2015年9月，國家海洋局開始啟動《中國海洋標準化“十三五”發(fā)展規(guī)劃》編制工作，并于2016年5月通過專家評審，這將為我國海水淡化標準化工作開展提供技術(shù)指引。

海洋經(jīng)濟正成為全球經(jīng)濟新的增長點，隨著“21世紀海上絲綢之路”等國家戰(zhàn)略的提出，國家正積極穩(wěn)妥地推進海洋生態(tài)文明建設(shè)。我們應(yīng)以此為契機，完善海水淡化裝備制造的相關(guān)標準，培育龍頭企業(yè)，形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模，積極拓展海外海水淡化市場，為海水淡化裝備“走出去”打下基礎(chǔ)。同時，完善海水淡化安全標準，積極關(guān)注海水淡化和可再生能源耦合等新技術(shù)及其標準體系建設(shè)，注重創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)、供水、標準和管理等五大體系的建設(shè)，促進技術(shù)研發(fā)、裝備制造、工程應(yīng)用、用水保障、標準規(guī)范和管理協(xié)調(diào)等六個重點領(lǐng)域發(fā)展，促進我國海水淡化產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。預(yù)計“十三五”時期，隨著海水淡化領(lǐng)域膜分離和熱法分離技術(shù)在理論、技術(shù)、裝備、過程等全鏈條的創(chuàng)新提升，隨著海水淡化標準體系的逐步完善，標準質(zhì)量水平不斷提升,標準間的配套協(xié)調(diào)進一步增強，將為我國海水淡化產(chǎn)業(yè)的迅速崛起提供標準化支撐保障。

The construction of standardization system is imperative to promote the development of China’s seawater desalination industry. This paper introduces the construction of the seawater desalination standard system in China, summarizes the standard system of seawater desalination which is positioned as the strategic emerging industry, and discusses the future development of seawater desalination standardization construction under the new situation.

Seawater desalination; Standard system; Drinking water quality

（作者單位：1上海電力學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院；2上海電氣海水淡化工程技術(shù)公司）

注：[1] 基金項目：國家科技支撐項目（2014BAB04B01），上海市產(chǎn)業(yè)化標準項目（14DZ0500700）。