海水淡化技術及應用

□文/王琪譚永文

利用海水淡化等現代技術開辟新的水源，已經成為全世界的必然趨勢，也是解決我國水資源短缺的重要途徑之一。我國海水淡化研發始于20世紀50年代，在“十一五”期間得到了快速發展。2005年，國家發展改革委、國家海洋局、財政部聯合發布《海水利用專項規劃》。該規劃是我國第一部有關海水淡化的規劃。2011年底，我國海水淡化能力達到66×104m3/d，是2005年5×104m3/d的13倍以上。今年2月，國務院辦公廳發布《關于加快發展海水淡化產業的意見》是旨在加快海水淡化產業發展，這也是國務院辦公廳第一次發布海水淡化方面的產業規劃，計劃到2015年使海水淡化能力日均達到220到260×104m3，這將是現有處理能力的3倍以上。

經過多年科技攻關和工程示范，我國在反滲透、低溫多效等主流海水淡化技術方面均取得重大突破。目前已掌握萬噸級海水淡化裝置成套制造技術，建成了具有自主知識產權的單套1.25×104m3/d低溫多效和1×104m3/d反滲透海水淡化裝置，主要技術和經濟指標接近或達到國際先進水平。總體來看，雖說目前我國已具備全面快速發展的條件和基礎，但是具有自主知識產權的海水淡化關鍵技術和設備還比較少，成套裝置及部件制造能力較弱，應用規模小，海水淡化產業發展還不平衡。

主要海水淡化技術

進入21世紀，人們正致力于進一步提高反滲透膜的性能，如降低操作壓力、提高膜的耐氧化性等；膜法與蒸餾法、膜法與膜法集成（hybrid），以降低制水成本、提高系統的可操作性；研究與開發新的海水淡化技術。

膜法（反滲透為主）和蒸餾法（多級閃蒸和低溫多效為主）是當今世界廣泛應用的兩種海水淡化技術。2010年底已建成的海水淡化裝機容量中，反滲透法（SWRO）占比最高，為60%，多級閃蒸蒸餾法（MSF）占比26.8%，排在第2位；多效蒸餾法（MED）占比8.0%，排在第3位，其他方法合計約5%。我國海水淡化技術主要是膜法（反滲透法）和熱法（低溫多效法、多級閃蒸法）兩種，其中反滲透法占62%、低溫多效法占37%、多級閃蒸法占1%。

——膜法反滲透技術。反滲透（RO）是在壓力驅動下，溶劑（水）通過半透膜進入膜的低壓側，而溶液中的其他組分（如鹽）被阻當在膜的高壓側并隨濃縮水排出，從而達到有效的分離過程。

——熱法海水淡化技術。熱法海水淡化是最古老也是目前最廣泛應用的一類海水淡化方法，主要包括多級閃蒸、低溫多效、壓汽蒸餾等。

——熱膜偶合海水淡化技術。熱膜耦合是當今世界海水淡化發展的技術趨勢，其優勢主要體現在以下幾方面：一是減少海水取用量；二是利用蒸餾淡化水硼含量低的優點，降低淡化廠產水的硼含量；三

膜法（反滲透為主）和蒸餾法（多級閃蒸和低溫多效為主）是當今世界廣泛應用的兩種海水淡化技術。截止到2010年，全球已有150多個國家（地區）在利用海水淡化技術，已建成和在建的海水淡化工廠有15000多個，合計裝機容量為7170×104t/d是利用納濾預處理，提高系統回收率；四是減少濃鹽水的排放，更有利于濃鹽水的綜合利用。

海水淡化應用

世界海水淡化市場已頗具規模。截止到2010年，全球已有150多個國家（地區）在利用海水淡化技術，已建成和在建的海水淡化工廠有15000多個，合計裝機容量為7170×104t/d。其中2010年底已建成裝置的裝機容量為6520×104t/d，在建裝置的裝機容量約為650×104t/d。30年內反滲透淡化成本降低了約2/3，淡化水能耗降到3 kWh/t，淡化水成本在0.5美元/t左右。2010年全球海水淡化工程總投資額已達到340億美元，且每年以15%-20%的速度遞增，為中東、地中海及發達國家沿海經濟發展做出了巨大貢獻。

市政供水是海水淡化的主要應用領域，在已建裝機容量中，市政供水占比最高，為63.1%，工業及電力占比31.4%次之。

（一）裝置總數及類型

初步統計，截至2010年底，我國已建成投產的海水淡化裝置總數為76套，總產水能力為 55.77×104m3/d；“十一五”期間已建成投產的海水淡化裝置總數為43套，總產水能力為48.66×104m3/d。

從海水淡化所采用的技術看，反滲透和低溫多效蒸餾是海水淡化工程中應用最多的方法。“十一五”期間，反滲透法以33.86×104m3/d的產水量，約占總產水能力的70%；低溫多效蒸餾法以14.8×104m3/d的產水量，約占總產水能力的30%。從已建成投產的裝置數看，反滲透法有38套，約占88%，而低溫多效蒸餾法僅有5套，約占12%；其他海水淡化方法無。海水淡化方法所占產水量和裝置數比例的差異是由于裝置規模造成的，每套低溫多效蒸餾裝置的平均產水量為1.13×104m3/d，而每套反滲透裝置的平均產水量僅為8910 m3/d。

（二）產水總量及用途

反滲透海水淡化技術應用于市政供水具有較大優勢，幾乎所有用于市政供水的海水淡化系統均采用了反滲透技術。然而，對于要求提供鍋爐補給水和工藝純水，且有低品位蒸汽或余熱可利用的電力、石化等企業，低溫多效蒸餾技術仍具有一定的競爭性。

“十一五”期間，已建成投產的43套海水淡化裝置中，21套用于工業用水，占總裝置數的49%；17套用于市政供水，占總裝置數的40%，其他5套，占總裝置數的11%。從產水量看，用于市政供水的合計產水量為13.54×104m3/d，占總產水量的27.8%，平均每套裝置產水為0.796×104m3/d；用于工業用水的合計產水量為35.04×104m3/d，占總產水量的72%，平均每套裝置產水為1.669×104m3/d；其他合計產水量為0.79 m3/d，占總產水量的0.2%，平均每套裝置產水為0.158×104m3/d。在43套裝置中，浙江省的嵊泗縣是目前建成海水淡化裝置最多的海島縣，先后建設了11套海水淡化裝置，“十一五”期間建成投產的4套，海水淡化供水能力已占當地總供水能力的70%以上。另外，電力行業是應用海水淡化技術最多的行業，已建成投產的海水淡化裝置13套，合計產水能力25.93×104m3/d，占已建成投產海水淡化裝置總產水量的30%。

（三）產水能力及分布

在已建成投產的43套海水淡化裝置中，浙江省占16套，山東省占10套，遼寧省占7套，天津市占3套，河北省占2套，廣東省占2套，其他沿海省市占3套。

海水淡化發展方向

（一）國內海水淡化發展趨勢

我國“十二五”期間海水淡化產業的發展目標是“到2015年，我國海水淡化能力達到220×104-260×104m3/d，對海島新增供水量的貢獻率達到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；海水淡化原材料、裝備制造自主創新率達到70%以上；建立較為完善的海水淡化產業鏈，關鍵技術、裝備、材料研發和制造能力達到國際先進水平”。

發展海水淡化產業要重點做好以下幾項工作：一是加強關鍵技術和裝備研發；二是提高工程技術水平；三是培育海水淡化產業基地；四是組建海水淡化產業聯盟；五是實施海水淡化示范工程；六是建設海水淡化示范城市；七是推動使用海水淡化水。為加快落實海水淡化重點工作，各地政府應加大財稅政策支持力度、實施金融和價格支持政策、完善法規標準、加強監督管理、強化宣傳培訓等多項政策措施。

（二）全球海水淡化市場發展趨勢

預計到2015年，全球海水淡化市場有將近700-950億美元規模，未來20年海水淡化市場增長較快有：中東地區、美國、澳大利亞、阿爾及利亞、西班牙、印度和中國。

海灣國家。海灣國家擁有全球最大的海水淡化市場，預測到2015年需新建的裝置容量為1388×104t/d，預算將大于150億美元，其中沙特為60億美元、阿聯酋為45億美元、科威特為20億美元，其它如伊拉克、約旦和阿曼等國家將以100%的速度增長。

地中海地區。到2015年地中海沿岸將是海水淡化市場發展最快的地區，預測年增長率為180%，其中，阿爾及利亞400×104t/d、利比亞 100×104t/d、以色列135×104t/d、西班牙 130×104t/d，預測投資約100億美元。在地中海地區，反滲透海水淡化技術的市場占有率遠遠大于熱法海水淡化技術。

美洲。美洲地區的海水淡化主要在美國，美國已建成投產的脫鹽裝置容量約為560×104m3/d，主要為苦咸水淡化。加勒比海地區主要為海水淡化。預測2015年，美國新增裝機容量370×104m3/d，將超過加勒比海地區海水淡化裝機容量，主要集中于佛羅里達、德克薩斯和南加州。加勒比海新增裝機容量30×104m3/d，墨西哥新增裝機容量40×104m3/d，智利新增裝機容量11×104m3/d。

亞洲。到目前為止，亞洲地區脫鹽技術的主導市場仍是工業領域的純水制備和苦咸水淡化，但海水淡化已引起人們高度關注，應用規模不斷擴大。預測到2015年，中國裝機容量300×104m3/d（NDRC，2020年），印度裝機容量 65×104m3/d，巴基斯坦裝機容量21×104m3/d。

蒸餾和反滲透仍將是世界海水淡化工程中應用最多的兩大主流技術，反滲透海水淡化的能耗在2.0-2.5 kWh/t。未來蒸餾法海水淡化裝置仍將主要建在海灣國家，其他國家和地區以反滲透法為主。