地球水資源總量雖然很大，但其中97.5%是海水，淡水僅占2.5%，而在這有限的淡水資源中，90%是人類難以企及的南北兩極冰蓋、冰川、冰雪，人類目前能夠利用的淡水資源只占全球水資源總量的0.26%。

 

然而隨著人口膨脹與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的迅速擴大，全球工業(yè)用水量已增加了20倍。淡水供需矛盾日益突出。

 

在淡水資源威脅人類生存的當下，海水淡化絕對是一個福音。如果能將取之不盡、用之不竭的海水轉(zhuǎn)化成人類所需的淡水，并能使之規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化，將意味著未來人類不再為水而愁。

 

近日有媒體報道，北控水務集團有關(guān)負責人表示，已完全掌握大型海水淡化項目的核心技術(shù)。3年后，位于河北唐山境內(nèi)的曹妃甸海水淡化項目日產(chǎn)能可達100萬噸，經(jīng)過270公里的輸水管線，可將淡化后達到自來水標準的渤海海水源源不斷地送到京城。這不僅意味著北京市民將有望喝上“海水”，也意味著這一新興產(chǎn)業(yè)離人們的生活漸行漸近。

 

———— 海水淡化的方式 ————

 

蒸餾法蒸發(fā)水 反滲透膜法脫鹽

 

據(jù)北控水務集團介紹，之所以選址曹妃甸來做海水淡化，是因為它有地理位置的優(yōu)勢，受洋流影響，曹妃甸海域?qū)偾鍧嵑Ｓ�，水質(zhì)明顯優(yōu)于渤海灣其他海域，而且該項目所使用的海水均來自海面以下15米。

 

為什么要選擇海面以下15米的海水呢？中關(guān)村海水淡化產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的秘書長單位北京賽諾水務的技術(shù)總監(jiān)張松建說，海水淡化的取水有兩種方式，一種是表面式取水，另一種是海面下取水。“兩者最大的區(qū)別就是水質(zhì)不同。”表面式取水，主要利用潮差用引水渠將海水引入淡化廠，這種方法取水簡單，但由于海水表面污染物、微生物較多，水質(zhì)較差，因此海水的預處理系統(tǒng)比較復雜。而曹妃甸項目則采取海面下取水，這種取水方式取水較困難，但是由于水質(zhì)較好因此預處理簡單。

 

張松建指出，海水經(jīng)過取水和預處理后，就該進入淡化的環(huán)節(jié)了。目前海水的淡化技術(shù)主要分為熱法和膜法兩種。熱法又叫蒸餾法，其原理很簡單，就是把海水加熱蒸發(fā)，蒸汽冷凝為淡水。常用的熱法海水淡化又包括兩種方式：多級閃蒸和低溫多效蒸餾。其中，多級閃蒸是把海水加熱到120℃左右，然后進入到一系列壓力逐漸降低的蒸發(fā)器內(nèi)，一部分海水在壓力突然降低的情況下會以“閃電”般的速度蒸發(fā)，蒸汽遇冷凝結(jié)成為淡水，剩余的海水進入下一個壓力更低的蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)。而低溫多效蒸餾則是把海水在真空蒸發(fā)器內(nèi)加熱到70℃左右時蒸發(fā)，產(chǎn)生的蒸汽用于加熱下一個蒸發(fā)器內(nèi)的海水，同時蒸汽遇冷變成淡水。

 

由于海水腐蝕性很強，再加上120℃的高溫，會加速對金屬的腐蝕和結(jié)垢，因此采用多級閃蒸法對淡化裝備的材質(zhì)要求較高，造成設備整體價格的昂貴。而采用低溫多效蒸餾法由于溫度沒有那么高，因此對設備的腐蝕結(jié)垢程度大大降低，使得設備材質(zhì)的要求降低，使用壽命延長，運行維護簡單，且由于需要的溫度低，因此低溫多效蒸餾法可以利用工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)中的廢熱或余熱，因此近5年來，從全球范圍來看，低溫多效蒸餾法正在逐步取代多級閃蒸法。

 

膜法主要是利用反滲透膜對海水進行淡化，反滲透膜就像一個篩子，當對海水施加一定壓力時，只有體積小的水分子能通過反滲透膜，而體積大的鹽分則不能通過。現(xiàn)在一般反滲透膜的孔徑只有十分之一納米。在這個孔徑下，水中的鹽分、比細菌更小的病毒，以及作為離子態(tài)存在的重金屬都不能通過。

 

海水淡化后會留下一些鹽度很高的濃鹽水，這些濃鹽水的含鹽量比海水的含鹽量要高約1倍，按照國際行業(yè)通常做法，這部分濃鹽水是可以直排入海的，排放的時候會采取一些措施，盡量減少對周邊海域的影響。但是張松建指出，由于渤海灣屬于半封閉海灣，自身的置換能力差，有關(guān)專家推測渤海灣的海水完全置換一遍需要20—30年。這樣如果直接將濃鹽水排入渤海灣中，就會導致渤海灣的海水鹽度逐漸上升，對海洋環(huán)境造成影響。因此曹妃甸項目，海水淡化后的濃鹽水將不會直接排入渤海灣，而是給附近的鹽化工企業(yè)作為鹽化工的原料水，進行加工處理。

 

———— 后處理必不可少 ————

 

飲用水添口感 工業(yè)用水增品質(zhì)

 

經(jīng)過淡化后的海水是不是就可以直接飲用了呢？其實并不是這樣的。張松建說，一套完整的海水淡化系統(tǒng)分為若干單元，包括取水、預處理、淡化和后處理。后處理的作用就是根據(jù)不同需求，進一步把海水淡化后的水進行后加工。具體到作為飲用水，就要進行水質(zhì)調(diào)節(jié)，包括礦化、調(diào)整酸堿度、脫硼等使其達到符合自來水的飲用標準。

 

以曹妃甸項目為例，據(jù)北控水務集團相關(guān)負責人介紹，考慮到飲用水標準中的礦物質(zhì)含量有利于人體健康，曹妃甸項目淡化工藝后就加了礦化程序，使溶解在水中和游離在管道中的二氧化碳與碳酸鈣顆粒反應，提高水的堿度和硬度，從而使口感達到最佳狀態(tài)。

 

此外，張松建說，海水淡化后的產(chǎn)品水純度較高，隨之帶來的問題就是腐蝕性強，而城市的管網(wǎng)一般是鑄鐵的，如果將這種純度較高的水輸送到管網(wǎng)，容易導致管網(wǎng)腐蝕，影響水的質(zhì)量和口感，因此要在后處理時調(diào)整腐蝕性。

 

作為市政用水，淡化后的水要進行后處理；作為工業(yè)用水，后處理也一樣必不可少。

 

張松建舉例說，如果海水淡化后的水是作為發(fā)電廠用水，由于發(fā)電廠需要高純水，而海水淡化產(chǎn)品水的水質(zhì)不能滿足高純水的水質(zhì)要求。因此后處理就要對淡化后的水進行進一步的脫鹽，使之成為符合要求的高純水。

 

———— 讓高成本降下來 ————

 

減少淡化能耗 提高設備國產(chǎn)化

 

目前，北京民用自來水價格為每噸4元，淡化海水經(jīng)過特殊工藝處理后長途進京，會不會提高居民用水價格？對此，北控水務給出了這樣一組數(shù)據(jù)：淡化海水出廠水價在每噸4.5元左右，輸送成本為2.5元/噸—3.5元/噸，到京水價可控制在7元/噸—8元/噸。

 

雖然北控水務海水淡化事業(yè)部投資經(jīng)理張一蘭解釋說，目前政府部門一直對居民用水進行價格補貼，海淡水進京后只是替代或補充部分水源，不會對居民水價造成影響，但高昂的成本一直是制約海水淡化發(fā)展的瓶頸。

 

如何讓海水淡化的成本降下來呢？

 

張松建指出，海水淡化的成本取決于很多因素，首先直接影響其成本的就是能耗，降低能耗可以降低成本。他認為，膜法海水淡化可通過技術(shù)改進，提高膜性能，優(yōu)化工藝組合，通過研究能量回收裝置提高能量回收率，從而降低能耗，減少碳排放量。熱法海水淡化可以發(fā)展水電聯(lián)產(chǎn)模式，充分利用低成本的低品位廢熱，結(jié)合熱泵系統(tǒng)的應用提高低品位熱源品質(zhì)，實現(xiàn)廢熱的回收利用；同時，通過不斷的技術(shù)進步，提高換熱效率，降低能耗。此外，還可以通過實現(xiàn)國產(chǎn)化，用國產(chǎn)的設備取代進口設備來降低投資。

 

“比如電廠用蒸汽發(fā)電，蒸汽通過汽輪機做功后，要用冷卻水將其冷卻，以便循環(huán)使用。一般沿海的發(fā)電廠都用海水做冷卻水，在冷卻蒸汽的同時海水的溫度也相應升高。”張松建說，“由于反滲透所需要的壓力和水的溫度成反比，即水溫越高所需要的壓力就越小，因此用這樣的冷卻水做水源，就可以節(jié)約一部分能耗，成本也就降下來了。”

 

其實，這些年來隨著技術(shù)的發(fā)展，海水淡化的成本一直在下降。“2000年的時候海水淡化的成本一噸在10元左右，到現(xiàn)在已經(jīng)可以做到將一噸淡水的成本控制在5元左右。”

 

———— 仍面臨兩個欠缺 ————

 

大項目缺經(jīng)驗 設備多依賴進口

 

“我認為海水淡化在中國還是非常有前景的。”張松建說，首先中國水資源匱乏。海水淡化屬于非常規(guī)資源，不受環(huán)境、氣候的影響。其次，我國工業(yè)企業(yè)用水大戶很多集中在沿海地區(qū)，這些區(qū)域的工業(yè)也最發(fā)達，海水淡化就近利用有其地域優(yōu)勢。再次，沿海地區(qū)的人口非常密集，用水需求量大且逐年增加。

 

早在上世紀70年代，我國海水淡化技術(shù)就已有了相關(guān)應用，即針對一些島嶼的小規(guī)模海水淡化。截至2011年國內(nèi)海水淡化總產(chǎn)量達到了每天60多萬噸。從2003年開始，這個產(chǎn)業(yè)取得了較快的發(fā)展。但是“目前，我們國家海水淡化仍有兩個欠缺。”張松建說，第一個欠缺是缺乏大規(guī)模海水淡化項目的建設和運行經(jīng)驗。國外海水淡化廠的日生產(chǎn)能力已經(jīng)達到了50萬噸甚至80萬噸，而我國已應用的最大規(guī)模海水淡化項目僅為10萬噸。第二個欠缺就是我們?nèi)狈ψ约旱漠a(chǎn)品，海水淡化的核心設備和材料大都依賴于進口。張松建指出，根據(jù)《海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十二五”規(guī)劃》目標，到2015年，我國要建立自主技術(shù)研發(fā)、裝備制造、工程設計建設和應用、原材料生產(chǎn)等完整的海水淡化產(chǎn)業(yè)體系，海水淡化原材料、裝備制造自主創(chuàng)新率達到70%以上，但目前我國海水淡化設備的國產(chǎn)化率僅能達到30%—40%。

 

雖然近幾年國家開始重視海水淡化產(chǎn)業(yè)，去年相繼出臺了《關(guān)于加快發(fā)展海水淡化產(chǎn)業(yè)的意見》以及《海水淡化科技發(fā)展“十二五”專項規(guī)劃》，但張松建仍然認為，要想取得海水淡化的更大發(fā)展還需要國家更多配套政策的大力支持。

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