未來水產業:如何解地球之渴

與太陽能、核能等新能源和清潔能源結合是海水淡化與環境和諧、降低成本走向大型化的趨勢

在1995年的美國科幻電影《未來水世界》中，透過導演的大膽極端假設，公元2500年的地球由于兩極冰層融化，世界變成一片汪洋，人類不得不漂流在海上，淡水和泥土貴比黃金。影片的第一組鏡頭即是海行者駕駛著一葉孤帆漂蕩在無垠的藍色海洋，依靠一種裝置將人體排泄物凈化來完成內外水分循環。面對觸手可及、取之不盡的汪洋，竟解不了人類之渴，不禁讓人深思:我們未來的水從哪里來?

聯合國發表的一份報告稱，如果不采取節水措施，未來20年世界人均淡水供應會減少三分之一，淡水危機將進一步加劇。據聯合國估計，每人每天至少需要50升水，但人均用水量在發達國家與發展中國家間差距明顯。

地球表面雖然70%被水所覆蓋。但淡水僅占其中3%的份額，除卻凝固在冰川和冰山中的固態水，剩下只約0.3%的地表水以及地下水。淡水資源不僅少而珍貴且時空分布不均衡，危機之談也非新事，上世紀50年代即有此說。當發現這塊蛋糕既小還不夠吃的時候，人類將目光雄心勃勃地投向海洋，計劃戰略性地向藍色寶庫要水。海水淡化技術經過半個多世紀的發展已經較為成熟，從前只為少數有財力而缺水的沙漠地帶國家所大規模應用，但隨著淡水儲量的不斷縮減以及脫鹽技術的日趨完善，海水淡化逐漸從沙漠走向城市、從熱帶延伸溫帶。

目前，已有120多個國家和地區開展了海水淡化工作，并成為一些國家水資源的重要組成部分。太平洋研究所2009年的報告顯示，沙特阿拉伯以日均淡化500萬噸海水位列全球之首，美國、阿聯酋、科威特和日本緊隨其后。

海水淡化ABC

推廣和大規模應用淡化海水，最大阻力來自于其昂貴的成本。在過去50年中，得益于技術的突飛猛進和脫鹽工藝的不斷完善，淡化成本降低了約三分之二。

淡化海水最終價格形成的決定機制包含淡化廠的投資、運營及維護成本。鹽分高低首先奠定了淡化的成本基礎，其次淡化廠產能也是重要因素，一般說來規模越大越有利于降低成本。能源消耗則是最為關鍵的決定性因素，它占到運營成本的20%～50%，取決于燃料價格及所采用的技術。

目前，世界上海水淡化技術已達十來種，根據不同優勢和特點因地制宜滿足人類的生產、生活需要。這其中，蒸餾法、電滲析法、反滲透法達到了工業化規模生產應用，多為大型海水淡化項目采用。

我們都知道，水在常規氣壓下，加熱到100℃會沸騰成為蒸汽。蒸餾法便是利用水的液氣態變化這一物理原理，如果適當加溫的海水加入真空或接近真空的蒸餾室，瞬間蒸發為水蒸氣后冷凝為蒸餾水，即為淡水。蒸餾法可分為多效蒸餾法(Multi-Effect)、蒸汽壓縮法(Vapor Compression)和多級閃蒸法(Multi-Stage Flash)。依據MSF技術建造的淡化裝置可造得較大，將多個真空蒸發室連接起來，具有產量大、技術成熟、安全性高、彈性大的特點，適于建設大型淡化廠。此外還能與熱電廠聯合建設，利用余熱加熱海水，水電聯產降低成本。目前主要在海灣國家采用，世界最大規模工程位于沙特阿拉伯，日產45萬噸。

電滲析法(Electrodialysis)和反滲透技術(Reverse Osmosis)都屬于膜分離淡化法，前者利用一種特制薄膜，在電力作用下將鹽類離子從海水中分離出來成為淡水。電滲析法還可以作為水質處理手段，在污水處理中發揮功效。

反滲透技術利用只允許溶劑透過、不允許溶質透過的半透膜，將海水與淡水分隔開來。其最大優點是節能，能耗僅為電滲析法的1/2，蒸餾法的1/40。因此，從1974年起，美、日等發達國家先后把發展重心轉向反滲透法。

RO技術進步發展速度最快，除解決沿海地區和島嶼用水緊張狀況之外，還廣泛用于苦咸水淡化以及純水和超純水的制備。經過50多年的研究、開發和產業化，工藝過程也逐漸成熟，使本體能耗在3千瓦時/噸淡水以下，成為從海水制取引用水最廉價的方法，具備較強競爭力。近幾年來，反滲透技術由于其投資少、能耗低、成本便宜、建設周期短等優點，已多次在國際海水淡化招標中勝出。

目前，全球海水淡化日產量已經達到6300多萬噸，并且還在以每年10%～30%的速度攀升，其中80%用于飲用水，解決了1億多人的供水問題。海水淡化作為淡水資源的替代與增量技術，愈來愈受到重視和支持，成為未來解“地球之渴”的可行性方案和重要途徑。

英倫篇——

溫帶島國始踏淡化之路

霧都亦缺水

位于英國東南部地區的倫敦，受北大西洋暖流和西風影響，屬溫帶海洋性氣候，終年溫和濕潤，多雨霧天氣。這座被稱為“霧都”的城市，坐擁泰晤士河，面朝北海，似乎與缺水扯不上干系。在很多人看來這里理應降雨豐沛、水源充足，但據英國最大的供水機構泰晤士水務公司說，其實倫敦的年均降水量僅為600多毫米，大體上與北京相差無異。

倫敦現有人口755萬，過去20年間增長約60多萬，預計2021年這一數字將達到820萬，由此可見，居民日常用水將是城市供水一筆不小的開支。而2005～2006年，英國各地發生持續干旱，倫敦更是遭遇百年來最嚴重旱情，政府實行限水措施、加強用水管制，草坪噴灑、游泳池、洗車等均受到限制。當人工降雨、淡水陸運已不能緩解用水緊張時，倫敦供水機構甚至擬從北冰洋引冰山解“倫敦之渴”。

英國環保局指出，近年來城市人口的不斷膨脹、氣候變化的影響以及偶發的旱情，是使城市常常面臨供水壓力的重要原因。

倫敦人的后備水源

這座英倫島國第一座海水淡化廠位于倫敦東部貝克頓，兩年前開建并于今年6月竣工，可在需要時隨時啟動，為倫敦和英國東南地區的居民供應自來水。

泰晤士水務公司說，現在全球已有約14000座海水淡化廠，但大部分使用兩階段反滲透，而這座廠首次采用改進后的四級反滲透技術，能將85%的鹽水淡化為飲用水，效率和產能都得到提高。

該公司修建的淡化設施耗資270萬英鎊，以可再生能源——提煉自廢棄食用油的“生物柴油”為燃料，日淡化能力達14萬噸水，可以滿足100萬人口的日均需求。據悉，只有在極端熱旱天氣，淡化設備才會啟動，用以補充倫敦地區供水不足。

海水淡化與水管防漏并行

這個名為“泰晤士門戶”的海水淡化項目曾在2006年的審批中半路流產，當時遭到倫敦市長的堅決反對，認為這項工程投入高、能耗大，且污染環境，不如修復水管來得直接。

泰晤士水務公司作為英國最大的供水機構，擁有380座水庫、100家水處理廠、228個水泵站、3.1萬千米管道設施，在倫敦及泰晤士河流域的用戶超過1360萬。水務處主任約翰·哈爾索爾說，這些建于19世紀晚期的供水管道歷經百年滄桑，三分之一的水管在“二戰”德軍空襲轟炸下和酸性土壤腐蝕后發生嚴重破損。目前，公司已經更換了超過2000公里的水管，每米花費約600英鎊。但漏水狀況仍令人擔憂，據統計去年的日均漏水量達到89.4萬噸，占日供水量的34%左右，相當于344個奧運會標準游泳池的總水量。

談到工廠的建成，公司總裁馬丁·貝格斯說，4年前的那場旱災還歷歷在目，我們不能抱著僥幸心理自我安慰，而應努力避免災難重現。在大力解決管道漏水問題的同時，海水淡化廠將為倫敦地區的用水安全提供雙重保障，全面提升城市的供水系統能力。

北美篇——

在太平洋中插一根吸管

西海岸水危機日益突出

1952年，美國設立鹽水局進行淡化技術研究，1974年轉為資源技術局，致力于推動脫鹽技術的進步與應用。第一個海水淡化工廠于1954年建于美國得克薩斯的弗里波特，主要提供飲用水和農業用水，濃縮的海水有時也用于生產食用鹽。

位于太平洋南岸的加利福尼亞的歷史是用金礦、鐵路和水寫成的。水資源開發在美國加州歷史上舉足輕重，特別是對于該州的農業生產。加州的農業在過去60年一直處于美國的領先地位，是全國最大的農產品出口基地。在加州的水源利用中，農業灌溉占了80%，其余20%為城市用水。其中商業用水、城市工業和市政機構用水占城市用水的1/3，另外2/3是城市居民用水。近些年，氣候變化和人口急劇增長所帶來的水資源供需矛盾日益嚴重，水源短缺成為加州發展的突出問題。

加州的水危機可追溯至百年前，甚至出現在導演羅曼·波蘭斯基以30年代的洛杉磯為背景的電影《唐人街》里。盡管在過去的一個多世紀里，前后修建的許多大型水泵和數千公里水管與運河所構成的先進供水系統為這里源源不斷地輸送著淡水，但加州仍然焦渴得像困在海上極度缺水的船員。過去幾年中的持續干旱與高溫天氣，使得加州的主要水庫降到了近二十年來的最低水平，州政府被迫對多數居民實施強制性用水管制，而加州最主要的地表水倉庫——位于內華達山脈的積雪場面積也在不斷縮小。

與此同時，人口稠密的南加州地區仍以每年20多萬人的速度持續增長著。

飲“海”能否止渴

在加州1000多公里南北綿延的海岸線上，大大小小的海水淡化工程備受關注。加州海岸現約有21個海水淡化工廠，大部分利用美國目前技術領先的反滲透淡化技術。

洛杉磯以北150公里的圣巴巴拉市城區有一座海水淡化廠，建于上世紀90年代初，耗資3400萬美元，起初是作為一個臨時性的緊急供水站應對當時嚴重的旱情。一根760米長的管道從工廠延伸到太平洋，將海水以低壓泵入過濾器中進行預處理，初級和二級過濾器首先除去了海水里的顆粒物質。接著水泵再將只剩鹽分的海水加壓通過反滲透膜，成為飲用水直接導入自來水管。1996年加州海岸委員會批準工廠投入長期使用，除在干旱時期為城市供水外，還將以備加州其他地區不時之需。

很多人將海水淡化作為解決缺水問題的最終途徑，但似乎目前海水淡化的規模還不能滿足大量人口的需要。據加州太平洋機構報道，即便再建8座海水淡化工廠，也只能滿足南加州7%的水需求。

面對日益嚴峻的用水形勢，加州政府于2009年批準在圣地亞哥市建設一座西半球最大的海水淡化廠，預計2011年項目完工后可日供飲用水約18900噸，滿足30萬人每日需要量，相當于當地10%的飲用水需求。

環保與發展的博弈

盡管當前形勢不容樂觀，水資源專家仍然認為節約用水是解決加州水資源危機最廉價、最便捷、最環保的措施，而非增加水量。

而環保主義者批評，海水淡化廠不僅耗費大量能源，還會把海洋中的魚蝦、浮游生物卷入機器中;高鹽度的鹵水直接排放會對海洋生物產生威脅，而且大型的淡化設備還影響了海岸的美觀。

“顯然對于淡水的需求是存在的，但是當前出現一個誤區，就是為了建設海水淡化工廠，全然不顧及環境保護的問題。”舊金山著名環保組織“塞拉俱樂部”的海岸項目主任說。

這些抗議聲，也促使了當地水務機構對項目開發者提出了建設濕地和處理廢水有毒物質的要求。在這場關乎生存的博弈中，希望結果可以是雙贏。

這一根根插入太平洋的吸管，但愿不是人類在飲鴆止渴。

中東篇——

水比油貴的沙漠王國

“幸福的沙漠”

一半以上國土被沙漠覆蓋，氣候炎熱干燥，年均降雨不超過200毫米，然而就是這個神奇的地方演繹著一個悖論般的傳奇:水資源極度匱乏，但農業卻發展迅速，不僅千畝荒漠化為綠洲良田，糧食自給有余還出口小麥、蔬菜等農作物。其國名在阿拉伯語中意為“幸福的沙漠”，似乎是應驗著先輩的愿景和祝福，這個國家就是沙特阿拉伯。

石油換淡水

石油儲量位居全球首位，海水淡化產量也出人意料居世界第一，沙特阿拉伯用黑色的液體黃金換取生命之源，形成這樣一個奇特的循環:淡水鮮見沙漠，沙漠富含石油，石油助產淡水。

沙特大規模進行海水淡化始于上世紀60年代，隨著沙特石油工業的發展和經濟多元化發展計劃的實施，缺水問題日益突出。沙特制定計劃在沿海地區建立海水淡化廠，利用多級閃蒸法，在淡化的同時以蒸汽帶動渦輪機發電，以降低高昂的能耗成本。

目前，東部的阿拉伯灣和西部的紅海沿岸共有30多個大規模海水淡化和發電一體化工廠，日產淡水約500萬噸，為全國70%左右的城市居民提供用水的同時，還可供電280萬千瓦。

沙特財政部長說，每天大約有150萬桶原油用于全國范圍內的海水淡化，一旦能源價格走高，也將帶動水價隨之上漲。

新能源涉水淡化技術

為了降低對石油的依賴，沙特積極尋找著海水淡化的替代能源和新技術。今年年初，沙特公布了一項與IBM合作的研究發展計劃，利用太陽能和納米技術來淡化海水，有望將能源成本降低40%，進一步提高產效。

該廠將建于沙特東北部城市阿爾卡夫及(Al-khafji)，為淡化提供電力的超高聚光光伏發電技術，能效是目前一般光電設備的3倍。考慮到沙漠地帶的高溫狀況，IBM研究人員設計的特殊工藝將使光電板在炙烤下也能長效抗熱運行自如。

這座沙漠中的太陽能海水淡化廠預計2012年建成，屆時將可為本城10萬戶居民每日供應3萬噸凈化水。據悉，沙特另有8座海水淡化廠計劃在建，新能源將在沙漠王國的未來水源中扮演越來越重要的角色。

化危機為契機 開源也要節流

今天，淡化水約占全世界飲用水總量的1%。不管是先行者還是后進生，各國政府對海水淡化技術和產業化發展的重視都達到了一個新的高度。專家稱，海水淡化的國際市場容量已經達到20多億美元，未來20年淡化領域有近700億美元商機，“朝陽產業”顯現出巨大的市場潛力。

然而，陽光背后總會有陰影。巨大的能耗以及淡化產生的廢水，不僅是成本因素，更是需要著重考慮的環境因素。

未來，與太陽能、核能等新能源和清潔能源結合是海水淡化與環境和諧、降低成本走向大型化的趨勢。據測算如果把世界上廢棄的低品位核燃料全部利用，可建立300余座20萬千瓦的低溫核供熱堆。倘若將這些熱量全部用于海水淡化，每天可生產2400萬噸優質淡化水，供養人口超過2億。澳大利亞西海岸城市柏斯(Perth)附近的一個新建廠，就使用附近風力發電廠出產的可再生能源——風電，除此之外該廠的現代化海水進水系統和廢水排水系統均能把對海洋生物的影響最降到最低，是未來建設環境友好型海水淡化廠的典范。

面對淡水危機，我們還需審慎前行，開源的同時更要懂得節流，預防能耗加劇氣候變化，防止污染威脅本已有限的天然水源。否則，地球之渴誰來解?