海水淡化

 　　1前景

　　《2013-2017年中國(guó)海水淡化產(chǎn)業(yè)深度調(diào)研與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報(bào)告》[1]顯示，我國(guó)已建和即將建成的工程累計(jì)海水淡化能力約為60萬(wàn)噸/日，從政策規(guī)劃來(lái)看，未來(lái)十年內(nèi)行業(yè)市場(chǎng)容量有5 倍以上的成長(zhǎng)空間，前景較為樂(lè)觀。目前淡化海水成本已降到4-5元/噸，經(jīng)濟(jì)可行性已經(jīng)大大提升，考慮到未來(lái)技術(shù)進(jìn)步帶來(lái)的成本下降，以及策扶等因素，未來(lái)海水淡化產(chǎn)業(yè)有望出現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)。

　　目前全球海水淡化技術(shù)超過(guò)20 余種，包括反滲透法、低多效、多級(jí)閃蒸、電滲析法、壓汽蒸餾、露點(diǎn)蒸發(fā)法、水電聯(lián)產(chǎn)、熱膜聯(lián)產(chǎn)以及利用核能、太陽(yáng)能、風(fēng)能、潮汐能海水淡化技術(shù)等等，以及微濾、超濾、納濾等多項(xiàng)預(yù)處理和后處理工藝。

　　從大的分類(lèi)來(lái)看，主要分為蒸餾法(熱法)和膜法兩大類(lèi)，其中低多效蒸餾法、多級(jí)閃蒸法和反滲透膜法是全球主流技術(shù)。一般而言，低多效具有節(jié)能、海水預(yù)處理要求低、淡化水品質(zhì)高等優(yōu)點(diǎn);反滲透膜法具有投資低、能耗低等優(yōu)點(diǎn)，但海水預(yù)處理要求高;多級(jí)閃蒸法具有技術(shù)成熟、運(yùn)行可靠、裝置產(chǎn)量大等優(yōu)點(diǎn)，但能耗偏高。前瞻網(wǎng)認(rèn)為，低多效蒸餾法和反滲透膜法是未來(lái)方向。預(yù)計(jì)“十二五”期間，我國(guó)海水淡化將達(dá)到150萬(wàn)-200萬(wàn)噸/日，是現(xiàn)有產(chǎn)能的三、四倍，投資規(guī)模將達(dá)到200億元左右。

　　2主要用途

　　第一個(gè)海水淡化工廠(chǎng)于1954 年建于美國(guó)，現(xiàn)在仍在得克薩斯的弗里波特(Freep-ort)運(yùn)轉(zhuǎn)著。佛羅里達(dá)州的基韋斯特(Key West)市的海水淡化工廠(chǎng)是世界上最大的一個(gè)，它供應(yīng)著城市用水?！『Ｋ饕菫榱颂峁╋嬘盟娃r(nóng)業(yè)用水，有時(shí)食用鹽也會(huì)作為副產(chǎn)品被生產(chǎn)出來(lái)。海水淡化在中東地區(qū)很流行，在某些島嶼和船只上也被使用。

　　3方法

　　現(xiàn)代意義上的海水淡化則是在第二次世界大戰(zhàn)以后才發(fā)展起來(lái)的。戰(zhàn)后由于國(guó)際資本大力開(kāi)發(fā)中東地區(qū)石油，使這一地區(qū)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，人口快速增加，這個(gè)原本干旱的地區(qū)對(duì)淡水資源的需求與日俱增。而中東地區(qū)獨(dú)特的地理位置和氣候條件，加之其豐富的能源資源，又使得海水淡化成為該地區(qū)解決淡水資源短缺問(wèn)題的現(xiàn)實(shí)選擇，并對(duì)海水淡化裝置提出了大型化的要求。

　　在這樣的背景下，20世紀(jì)60年代初，多級(jí)閃蒸海水淡化技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，現(xiàn)代海水淡化產(chǎn)業(yè)也由此步入了快速發(fā)展的時(shí)代。

　　海水淡化技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用始于干旱的中東地區(qū)，但并不局限于該地區(qū)。由于世界上70%以上的人口都居住在離海洋120公里以?xún)?nèi)的區(qū)域，因而海水淡化技術(shù)近20多年迅速在中東以外的許多國(guó)家和地區(qū)得到應(yīng)用。最新資料表明，到2003年止，世界上已建成和已簽約建設(shè)的海水和苦咸水淡化廠(chǎng)，其生產(chǎn)能力達(dá)到日產(chǎn)淡水3600萬(wàn)噸。目前海水淡化已遍及全世界125個(gè)國(guó)家和地區(qū)，淡化水大約養(yǎng)活世界5%的人口。海水淡化，事實(shí)上已經(jīng)成為世界許多國(guó)家解決缺水問(wèn)題，普遍采用的一種戰(zhàn)略選擇，其有效性和可靠性已經(jīng)得到越來(lái)越廣泛的認(rèn)同。

　　冷凍法

　　冷凍法，即冷凍海水使之結(jié)冰，在液態(tài)海水變成固態(tài)冰的同時(shí)鹽被分離出去。冷凍法與蒸餾法都有難以克服的弊端，其中蒸餾法會(huì)消耗大量的能源并在儀器里產(chǎn)生大量的鍋垢，而所得到的淡水卻并不多;而冷凍法同樣要消耗許多能源，但得到的淡水味道卻不佳，難以使用。

　　4原理

　　冷凍海水淡化法原理：海水三相點(diǎn)是使海水汽、液、固三相共存并達(dá)到平衡的一個(gè)特殊點(diǎn)。若壓力或溫度偏離該三相點(diǎn)，平衡被破壞，三相會(huì)自動(dòng)趨于一相或兩相。真空冷凍法海水淡化正是利用海水的三相點(diǎn)原理，以水自身為制冷劑，使海水同時(shí)蒸發(fā)與結(jié)冰，冰晶再經(jīng)分離、洗滌而得到淡化水的一種低成本的淡化方法。與蒸餾法、膜海水淡化法相比，冷凍海水淡化法能耗低，腐蝕、結(jié)垢輕，預(yù)處理簡(jiǎn)單，設(shè)備投資小，并可處理高含鹽量的海水，是一種較理想的海水淡化法。

　　5工藝

　　冷凍海水淡化法工藝之脫氣 由于海水中溶有的不凝性氣體在低壓條件下將幾乎全部釋放,且又不會(huì)在冷凝器內(nèi)冷凝。這將升高系統(tǒng)的壓力，使蒸發(fā)結(jié)晶器內(nèi)壓力高于二相點(diǎn)壓力，破壞操作的進(jìn)行。顯然減壓脫氣法適合本系統(tǒng)。

　　冷凍海水淡化法工藝之預(yù)冷 海水脫氣后可與蒸發(fā)結(jié)晶器內(nèi)排出的濃鹽水和淡化水產(chǎn)生熱交換，預(yù)冷至海水的冰點(diǎn)附近。

　　6淡化工藝

　　它們是影響海水蒸發(fā)與結(jié)冰速率的主要因素。

　　海水淡化法工藝之冰—鹽水是一固液系統(tǒng) 普通的分離方法均可使冰—鹽水得到分離，但分離方法不同，得到的冰晶含鹽量也不同。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明減壓過(guò)濾方法得到的冰晶含鹽量比常壓過(guò)濾方法得到的冰晶含鹽量低得多。

　　海水淡化法工藝之蒸汽冷凝 在蒸發(fā)結(jié)晶器內(nèi)，除海水析出冰晶以外，還將產(chǎn)生大量的蒸汽，這些蒸汽必須及時(shí)移走，才能使海水不斷蒸發(fā)與結(jié)冰。

　　7新技術(shù)

　　非加壓滲透吸附

　　非加壓吸附滲透海水淡化法，或稱(chēng)為“正向滲透法”，讓水通過(guò)多孔膜進(jìn)入一種超強(qiáng)吸水的吸附劑的鹽濃度甚至超過(guò)海水的溶液或固態(tài)物，但溶液里的特殊鹽分很容易蒸發(fā)。分固態(tài)鹽、液態(tài)鹽方向。固態(tài)鹽解吸附耗能更小。

　　另外兩種方法都在薄膜結(jié)構(gòu)上有了創(chuàng)新和改進(jìn)

　　碳納米管薄膜

　　一種用碳納米管來(lái)做薄膜的小孔，另一種滲透用的薄膜。

　　蛋白質(zhì)膜

　　薄膜的孔用引導(dǎo)水分子通過(guò)活細(xì)胞的細(xì)胞膜的蛋白質(zhì)來(lái)構(gòu)成。

　　8市場(chǎng)分析

　　世界上淡水資源不足，已成為人們?nèi)找骊P(guān)切的問(wèn)題。有人預(yù)言，19世紀(jì)爭(zhēng)煤，20世紀(jì)爭(zhēng)油，21世紀(jì)可能爭(zhēng)水。

　　作為水資源的開(kāi)源增量技術(shù)，海水淡化已經(jīng)成為解決全球水資源危機(jī)的重要途徑。到2006年，世界上已有120多個(gè)國(guó)家和地區(qū)在應(yīng)用海水淡化技術(shù)，全球海水淡化日產(chǎn)量約3775萬(wàn)噸，其中80%用于飲用水，解決了1億多人的供水問(wèn)題。

　　“向海洋要淡水”已經(jīng)形成了方興未艾的產(chǎn)業(yè)。截至2006年底，中國(guó)日淡化海水能力接近15萬(wàn)噸，比上一年翻一番。中國(guó)在反滲透法、蒸餾法等主流海水淡化關(guān)鍵技術(shù)方面均取得重大突破，完成了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的3000立方米/日低溫多效海水淡化工程，以及5000立方米/日反滲透海水淡化工程;海水直流冷卻技術(shù)已進(jìn)入萬(wàn)立方米/小時(shí)級(jí)產(chǎn)業(yè)化示范階段。中國(guó)海水淡化成本逐步下降，已接近5元/立方米。

　　中國(guó)海水淡化雖基本具備了產(chǎn)業(yè)化發(fā)展條件，但研究水平及創(chuàng)新能力、裝備的開(kāi)發(fā)制造能力、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和集成等方面與國(guó)外仍有較大的差距。當(dāng)務(wù)之急是盡快形成中國(guó)海水淡化設(shè)備市場(chǎng)的完整產(chǎn)業(yè)鏈條。圍繞制約海水淡化成本降低的關(guān)鍵問(wèn)題，發(fā)展膜與膜材料、關(guān)鍵裝備等核心技術(shù)，研發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的海水淡化新技術(shù)、新工藝、新裝備和新產(chǎn)品，提高關(guān)鍵材料和關(guān)鍵設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化率，增強(qiáng)自主建設(shè)大型海水淡化工程的能力。

　　未來(lái)20年內(nèi)國(guó)際海水淡化市場(chǎng)將有近700億美元的商機(jī)，中國(guó)應(yīng)占有充分份額。根據(jù)全國(guó)海水利用專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃，到2010年，中國(guó)海水淡化規(guī)模將達(dá)到每日80萬(wàn)至100萬(wàn)噸，2020年中國(guó)海水淡化能力達(dá)到每日250萬(wàn)至300萬(wàn)噸，尤其是國(guó)家積極支持海水淡化產(chǎn)業(yè)，自2008年1月1日起，企業(yè)的海水淡化工程所得將免征所得稅。中國(guó)海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景廣闊。

　　9國(guó)家政策

　　水利部正在考慮是否將海水淡化納入水利部整體規(guī)劃，以及地方水資源配置等相關(guān)規(guī)劃中。為此，水利部今年的一項(xiàng)重大課題就是《我國(guó)海水利用現(xiàn)狀、問(wèn)題及發(fā)展對(duì)策》。

　　從2011年7月25日開(kāi)始，水利部組織相關(guān)課題組赴天津、大連、青島、浙江、廈門(mén)以及唐山等六大沿海省市展開(kāi)為期一月的調(diào)研。此次調(diào)研是我國(guó)有史以來(lái)關(guān)于海水利用現(xiàn)狀、存在問(wèn)題的一次最大規(guī)模的調(diào)研。除國(guó)內(nèi)調(diào)研外，調(diào)研組還將特聘海水淡化專(zhuān)家對(duì)以色列、美國(guó)、日本、西班牙等海水淡化發(fā)展比較發(fā)達(dá)的國(guó)家進(jìn)行調(diào)研。業(yè)內(nèi)人士分析，相關(guān)調(diào)研報(bào)告將為海水淡化納入國(guó)家規(guī)劃以及地方水資源配置提供決策支撐。

　　[6]我國(guó)政府高度重視海水淡化工作，采取了一系列措施推動(dòng)海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展。“十一五”期間，我國(guó)海水淡化發(fā)展迅速。截止2010年底，已建成海水淡化裝置70多套，設(shè)計(jì)產(chǎn)能60萬(wàn)立方米/日，年均增長(zhǎng)率超過(guò)60%;具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)取得突破性進(jìn)展，反滲透海水膜、高壓泵、能量回收裝置等取得明顯進(jìn)步，脫鹽率由99.2%提高到99.7%以上;產(chǎn)業(yè)發(fā)展已具備條件，海水淡化市場(chǎng)已基本形成;各級(jí)政府高度重視海水淡化，社會(huì)各界普遍關(guān)注海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展。與此同時(shí)，在我國(guó)還存在對(duì)海水淡化戰(zhàn)略意義認(rèn)識(shí)不足、自主創(chuàng)新能力較弱、產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平低和配套政策不足等問(wèn)題。因此，統(tǒng)籌規(guī)劃，加快發(fā)展海水淡化產(chǎn)業(yè)是十分必要和緊迫的重要任務(wù)。根據(jù)《意見(jiàn)》精神，在充分調(diào)研和廣泛聽(tīng)取各方意見(jiàn)的基礎(chǔ)上，國(guó)家發(fā)展改革委組織編制了《海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十二五”規(guī)劃》(發(fā)改環(huán)資[2012]3867號(hào))。[6]

　　此外，由發(fā)改委牽頭，11個(gè)部委參與制定的《加快海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展的意見(jiàn)》已經(jīng)完成幾輪征求意見(jiàn)，并上報(bào)有關(guān)部門(mén)，年內(nèi)有望以國(guó)務(wù)院的名義出臺(tái)。發(fā)改委還將配套出臺(tái)《“十二五”海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》。分析人士指出，在此背景下，海水淡化產(chǎn)業(yè)將迎來(lái)發(fā)展黃金期，扶持政策有望密集出臺(tái)。

　　由于《中華人民共和國(guó)水法》未能將海水淡化列入水資源配置，海水利用也缺乏系統(tǒng)的法律規(guī)范，因此海水淡化的相關(guān)政策很難推進(jìn)。分析人士指出，若國(guó)家能給予海水利用工程與國(guó)家公益性水利工程同等的地位，將海水淡化納入國(guó)家水資源配置體系和區(qū)域水資源規(guī)劃，必將極大地促進(jìn)海水淡化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

　　隨著水資源緊缺問(wèn)題突顯以及國(guó)家的重視，海水淡化發(fā)展前景廣闊。據(jù)預(yù)測(cè)，未來(lái)五年，中國(guó)海水淡化的產(chǎn)能將翻番。“十二五”時(shí)期，我國(guó)海水淡化產(chǎn)能將達(dá)到200萬(wàn)至300萬(wàn)噸/天，投資規(guī)模將達(dá)200億元。

　　國(guó)家發(fā)改委日前印發(fā)《關(guān)于公布海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展試點(diǎn)單位名單(第一批)的通知》，多個(gè)城市、工業(yè)園區(qū)及海島等入選，并提出要大力發(fā)展海水淡化產(chǎn)業(yè)。這是2012年底國(guó)家出臺(tái)《海水淡化產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》后的首個(gè)配套政策。此次入選第一批名單的城市和海島等均在著力打造海洋經(jīng)濟(jì)，預(yù)示著海水淡化將借力海洋經(jīng)濟(jì)而進(jìn)入投資加速階段。市場(chǎng)分析認(rèn)為，“十二五”期間海水淡化產(chǎn)業(yè)投資需求有望突破200億元。

　　根據(jù)試點(diǎn)名單，浙江舟山市和深圳市等入選試點(diǎn)城市，天津?yàn)I海新區(qū)、河北滄州渤海新區(qū)入選試點(diǎn)園區(qū)，浙江鹿西鄉(xiāng)(島)入選試點(diǎn)海島，杭州水處理技術(shù)研究開(kāi)發(fā)中心入選產(chǎn)業(yè)基地，天津國(guó)投津能發(fā)電為海水淡化供水試點(diǎn)，甘肅慶陽(yáng)市環(huán)縣為苦咸水淡化試點(diǎn)。

　　政策要求，試點(diǎn)單位要積極推動(dòng)海水淡化水應(yīng)用，城市新增用水優(yōu)先使用海水淡化水;在保障公共飲用水安全的前提下將淡化水作為市政供水新的選項(xiàng);大力發(fā)展海水淡化產(chǎn)業(yè)。

　　值得注意的是，首批試點(diǎn)單位多為國(guó)家規(guī)劃的大力發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)地區(qū)。隨著海洋經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略地位日益提升，海水淡化產(chǎn)業(yè)化發(fā)展步伐將加快。根據(jù)相關(guān)規(guī)劃，“十二五”期間全國(guó)海洋經(jīng)濟(jì)投資將達(dá)8000億元，帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值突破7萬(wàn)億元，與海洋經(jīng)濟(jì)聯(lián)系較緊密的漁業(yè)、石油化工等行業(yè)，以及海工裝備等新興產(chǎn)業(yè)將借勢(shì)獲得巨大成長(zhǎng)空間。