我國海水資源利用及其發(fā)展前景

顧正斌，張紅梅，鄧春芳

（1.河北水務(wù)集團(tuán)，河北石家莊 050021；2.河北省石津灌區(qū)管理局，河北石家莊 050021；3.河北省桃林口水庫管理局，河北 秦皇島 066004）

隨著社會經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和人口的急劇增加，用水量也成比例增加，但水資源并沒有增多，因此水資源緊缺的情況越來越嚴(yán)重。特別是重化工業(yè)向沿海布局，更加劇了沿海地區(qū)的用水緊張。作為水資源的開源增量技術(shù)，海水資源利用是解決我國沿海城市水資源短缺的必然趨勢。

1 海水資源利用的意義

1.1 海水覆蓋面廣、量大，具有良好的地域開發(fā)條件

我國擁有32 000 km長的海岸線，海運(yùn)成本低廉又量大，促使沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)高度發(fā)展。經(jīng)濟(jì)發(fā)展及人口的高度密集，又反過來刺激水資源需求的增長。沿海地區(qū)正處于河流的末端，水資源的供應(yīng)受上游用水牽制較大，水資源嚴(yán)重缺乏較其他地區(qū)更嚴(yán)重。沿海的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展為海水利用創(chuàng)造了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)，而海水利用又為解決水資源不足提供了切實(shí)的途徑。

1.2 海水水質(zhì)較穩(wěn)定，水量巨大，便于取用

海水的水質(zhì)雖然受入海河流水質(zhì)的影響，入海水量相對于巨大的海水量來說卻是微乎其微的。由于海水?dāng)?shù)量巨大、面積廣闊，在取用時(shí)無需建設(shè)大型的調(diào)蓄工程來解決供需水時(shí)間上不同步所造成的矛盾，且不會對海域產(chǎn)生大的不良的環(huán)境影響。

1.3 海水富含各種礦物質(zhì)及營養(yǎng)鹽，有利于綜合利用

海水中含有多種礦物質(zhì)，如鈉、鉀、鎂、溴等離子及化合物質(zhì)，除利用海水制鹽外，還可生產(chǎn)工業(yè)溴、氯化鉀、氯化鎂等化工產(chǎn)品。同時(shí)，海水中還含有磷酸鹽、硝酸鹽、亞硝酸鹽和銨鹽等營養(yǎng)鹽，這為海水直接用于灌溉及養(yǎng)殖創(chuàng)造了良好條件。海水淡化后，濃縮的鹽水能進(jìn)行綜合利用，不但可增加海水利用后的產(chǎn)品種類，還可通過增加的效益減少海水淡化成本，有利于海水利用產(chǎn)業(yè)的推廣和發(fā)展。

2 海水直接利用

海水直接利用就是用海水直接替代淡水的一種節(jié)水技術(shù)，如海水冷卻、海水沖廁、海水灌溉、海水沖塵、海水洗滌、消防等。

2.1 海水直接利用發(fā)展現(xiàn)狀

2.1.1 海水作為工業(yè)用水現(xiàn)狀

對于沿海水資源極度匱乏的地區(qū)和城市，海水直接利用可有效替代寶貴的淡水資源，把淡水節(jié)省下來用于更需要的地區(qū)，這對于建設(shè)節(jié)水型社會具有積極意義。以海水為工業(yè)冷卻水主要用于火力發(fā)電廠及核電廠，其次是石油化工企業(yè)和鋼鐵企業(yè)。青島市、大連市、上海金山區(qū)、天津軍糧城和大港等，是我國利用海水作為工業(yè)冷卻水最早的區(qū)域，并取得了巨大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

2.1.2 海水作為生活用水現(xiàn)狀

20世紀(jì)60年代以來，香港大規(guī)模地將海水用于沖廁，取得了很好的效益，成為海水作為生活用水方面的典范，近10年香港海水利用情況見表1。據(jù)統(tǒng)計(jì)，香港住宅用水中，沖廁用水約占30%～40%，即使用海水代替淡水沖廁可以減少住宅淡水用量的30%～40%，效果非常可觀。

表1 1989—1998年香港海水利用情況

2.2 海水直接利用途徑

海水經(jīng)滅菌、殺生及除藻處理后，可替代淡水，直接用作工業(yè)冷卻水、城市居民雜用水、農(nóng)業(yè)灌溉用水、環(huán)境用水及其他用水。

2.2.1 工業(yè)冷卻水

原海水經(jīng)換熱設(shè)備冷卻后直接用于工業(yè)冷卻用水，海水用作工業(yè)冷卻水涉及的技術(shù)問題包括海水取水、殺生、凈化、防腐、防垢和防附著等。海水冷卻技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，防腐和防海洋生物附著問題已基本解決。如，天津大港電廠采用鑄鐵輸水管道使用直流冷卻海水17億t/a，20多年僅涂過2次防腐材料而沒有更換管道。

2.2.2 城市居民雜用水

海水可用于沖廁、馬路灑水、消防等，其中以海水沖廁應(yīng)用最廣。香港是海水沖廁普及率最高的城市之一，已達(dá)70%，每天沖廁用水約為52萬m3；內(nèi)陸沿海城市如天津、青島和大連等也有少部分小區(qū)采用海水代替淡水沖廁。

2.2.3 農(nóng)業(yè)灌溉用水

早在20世紀(jì)60年代，南京大學(xué)就從英國引進(jìn)了抗鹽植物大米草，70年代末又從美國引進(jìn)互花米草，主要用于保灘、護(hù)堤、促淤，效果明顯。目前，我國海濱潮間帶已形成人工米草植被66.67余萬hm2。此外，海南大學(xué)1992年以來將鹽生植物紅樹的基因?qū)肫胀ㄇ炎印⒗苯罚煤Ｋ苯訚补啵@得了耐鹽能力明顯增強(qiáng)的后代。中國科學(xué)院1995年以來用生物技術(shù)培育耐海水蔬菜，已獲得10多個(gè)適于海水灌溉品種。

2.2.4 沖灰、煙氣洗滌等其他用水

國外很多工廠用海水作沖灰、煙氣洗滌水，節(jié)省了大量淡水資源，如海水脫硫工藝在挪威比較廣泛用于煉鋁廠、煉油廠等工業(yè)爐窯的煙氣脫硫，煙氣中的SO2被海水吸收，經(jīng)曝氣處理，將其氧化為硫酸鹽，有效地實(shí)現(xiàn)煙氣脫硫，既節(jié)約淡水又消除了SO2對大氣的污染。

2.3 海水直接利用經(jīng)濟(jì)效益分析

2.3.1 海水作為工業(yè)用水經(jīng)濟(jì)效益分析

海水直接利用的發(fā)展得益于其成本低，效益顯著。以威海華能電廠直接利用海水的成本效益分析為例，該電廠系統(tǒng)投資7 000萬元，發(fā)電容量為85萬kW，每天為發(fā)電機(jī)組提供180萬m3的海水冷卻水，這包括海水取水設(shè)施，預(yù)處理設(shè)施，殺菌、滅藻和防生物附著，防腐和犧牲陽極保護(hù)等。每千瓦的電，冷卻用海水投資不足百元。

2.3.2 海水作為生活用水經(jīng)濟(jì)效益分析

目前，在生活用海水方面作得較好的香港，其1999年供水（包括淡水和海水）成本為：運(yùn)行總支出為57.17億港元，其中購買廣東原水費(fèi)占38.9%、員工費(fèi)占28%、運(yùn)行和行政費(fèi)占22.8%、其他占10.3%。供水總收入為50.4億港元，其中水費(fèi)收入占47.2%、補(bǔ)貼占47.6%、其他占5.2%。供水的成本價(jià)為6.45港元/m3，海水供應(yīng)成本約為淡水供應(yīng)成本的30%、約2港元/m3。以利用海水量1.99億m3/a計(jì)，每年就可節(jié)省供水成本約9億港元。

2.3.3 海水灌溉經(jīng)濟(jì)效益分析

目前，我國已成功培育出耐鹽小麥及抗鹽耐海水蔬菜，在沿海灘涂上試行的海水灌溉農(nóng)業(yè)取得了一定成效。耐鹽小麥產(chǎn)量為5 000 kg/hm2，抗鹽耐海水蔬菜則為15 000 kg/hm2左右。自20世紀(jì)90年代以來，我國已在近30萬hm2荒堿地和沿海灘涂上種植了海水灌溉作物，若按海水蔬菜2元/kg計(jì)算，則可創(chuàng)直接經(jīng)濟(jì)收入90億元；若按耐鹽小麥計(jì)，則可產(chǎn)小麥1.5億kg；若海水農(nóng)業(yè)與海水養(yǎng)殖相結(jié)合，其效益則更可看好。

3 海水淡化

3.1 海水淡化發(fā)展現(xiàn)狀

我國海水淡化研究始于1958年海軍和中科院化學(xué)所合作進(jìn)行的電滲析技術(shù)研究。1967—l969年開展的全國海水淡化大會戰(zhàn)，也為反滲透法、電滲析法、蒸餾法等海水淡化技術(shù)打下了基礎(chǔ)。從20世紀(jì)90年代開始，隨著我國水資源短缺形勢日益嚴(yán)重，海水淡化進(jìn)入了大發(fā)展期，并從2000年開始走向規(guī)模化應(yīng)用。我國海水利用經(jīng)過40余年發(fā)展，海水淡化技術(shù)主體工藝已經(jīng)相對成熟，并且已經(jīng)單元化、模塊化，所以降低海水淡化成本的主要途徑是將海水淡化和能源供應(yīng)有效結(jié)合，實(shí)現(xiàn)能源的有效利用。發(fā)展風(fēng)能、太陽能、核能等新能源與海水淡化結(jié)合工藝與技術(shù)是近年海水淡化發(fā)展的主流方向。

2002年8月，秦皇島新源水產(chǎn)業(yè)有限公司開發(fā)研制的1t／d太陽能低溫多效（以下簡稱MED）試驗(yàn)裝置已經(jīng)成功，這是國內(nèi)第一臺MED裝置，標(biāo)志著我國已經(jīng)掌握了該項(xiàng)技術(shù)；2005年我國具備自主知識產(chǎn)權(quán)的第一臺3 000 t/d MED海水淡化設(shè)備在青島黃島發(fā)電廠投入運(yùn)行；目前，南京市利用風(fēng)能已建成100 t/d淡水的風(fēng)電海水淡化裝置，從而實(shí)現(xiàn)了風(fēng)能與海水淡化的有機(jī)結(jié)合。

在海水淡化技術(shù)方面，我國已全面掌握國際上已經(jīng)商業(yè)化的蒸餾法和反滲透（膜）法海水淡化主流技術(shù)，“十五”期間已經(jīng)進(jìn)入工程示范階段。目前在天津、山東、浙江、河北等地建成規(guī)模在500～35 000 m3/d海水（苦咸水）淡化示范工程已達(dá)16項(xiàng)，裝機(jī)總量達(dá)11.1萬m3/d；在建海水淡化設(shè)施達(dá)15項(xiàng)，總裝機(jī)規(guī)模超過45萬m3/d。我國的海水淡化技術(shù)已達(dá)國際先進(jìn)水平。

3.2 海水淡化技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

3.2.1 成本與能耗分析對比

海水淡化的成本主要受技術(shù)方法、裝置規(guī)模、工程投資、能源價(jià)格的影響較大。據(jù)國內(nèi)外研究和實(shí)踐可知，反滲透法是海水淡化綜合成本最低的工藝方法。國家發(fā)改委在海水淡化高技術(shù)產(chǎn)業(yè)示范專項(xiàng)中指出，反滲透裝置規(guī)模不低于5 000 t/d，蒸餾法裝置規(guī)模不低于1萬 t/d，此時(shí)才能達(dá)到經(jīng)濟(jì)規(guī)模。同時(shí)，淡化工程投資與淡化成本呈正比，國產(chǎn)機(jī)電產(chǎn)品平均成本水平比國外低25%左右，實(shí)現(xiàn)海水淡化設(shè)備國產(chǎn)化后，國產(chǎn)淡化水裝置工程費(fèi)用將比國外同類產(chǎn)品降低20%～30%，相應(yīng)淡化成本可降低10%～15%，表2-3分別說明了國產(chǎn)設(shè)備與進(jìn)口設(shè)備在海水淡化工程中的投資情況。由表中數(shù)據(jù)可以看出，反滲透方法具有明顯的成本優(yōu)勢，通過設(shè)備國產(chǎn)化降低工程投資是降低制水成本的重要途徑。

表2 國產(chǎn)與進(jìn)口海水淡化裝置單位投資費(fèi)用比較元/（m3·d）

表3 6萬m3/d海水淡化廠投資估算 萬元

3.2.2 不同淡水取用方式經(jīng)濟(jì)效益對比

目前，解決我國沿海地區(qū)水資源短缺的主要途徑有開采地下水、遠(yuǎn)距離調(diào)水及海水淡化。近年來，海水淡化技術(shù)研究開發(fā)在國內(nèi)外都有新的進(jìn)展和突破，用核能、太陽能、風(fēng)能替代常規(guī)能源進(jìn)行海水淡化的技術(shù)已基本可行，與核能、風(fēng)能等新能源結(jié)合成為近一步降低海水淡化成本的趨勢。核能淡化成本甚至只需1元/m3左右，風(fēng)能淡化成本為3元/m3左右。若完全從成本考慮，海水淡化并不比大型遠(yuǎn)距離調(diào)水工程高出很多，且海水淡化的保證程度更高。如果進(jìn)行海水淡化副產(chǎn)品的綜合利用，把濃縮的海水用來制鹽和提取化學(xué)元素，成本可望進(jìn)一步降低。隨著自來水價(jià)格機(jī)制的調(diào)整和海水淡化技術(shù)的提高，海水淡化的單位成本實(shí)際上是很有競爭力的。幾種淡水獲取方式的成本比較，見表4。

表4 幾種淡水獲取方式的成本比較

遠(yuǎn)程調(diào)水雖是一種重要的水資源調(diào)劑和優(yōu)化配置方式，明渠調(diào)水輸水量大，緩解水資源短缺效果明顯，但耗資巨大，水資源損耗大、易污染、占地多。管道調(diào)水水質(zhì)易于控制、滲漏蒸發(fā)小、節(jié)省土地、運(yùn)行可靠，但輸水量相對較小。開采地下水可作為一個(gè)重要的開源措施，具有開采工程量相對較小、成本低、可以補(bǔ)充部分水源等優(yōu)點(diǎn)，但由于地下水超采導(dǎo)致地下水位下降和地面沉降，在沿海地區(qū)甚至引發(fā)海水入侵。在干旱、半干旱缺水地區(qū)再過度地增加地下水的開發(fā)是不現(xiàn)實(shí)的，我們不能以犧牲環(huán)境而換取經(jīng)濟(jì)效益，現(xiàn)時(shí)地下水的開采成本是在沒有考慮環(huán)境成本下的結(jié)果。總之，從經(jīng)濟(jì)和環(huán)境角度考慮，海水淡化是沿海地區(qū)開辟淡水資源的戰(zhàn)略途徑。

4 海水利用發(fā)展前景

隨著世界水危機(jī)的日益加劇、科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，潛在的市場需求為海水利用提供了巨大的空間，我國已擁有強(qiáng)大的工業(yè)基礎(chǔ)、豐富的人力資源及技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，在解決困擾海水利用的一系列難題方面取得了突破性進(jìn)展。目前，我國海水利用產(chǎn)業(yè)化條件已成熟，發(fā)展前景明朗。

4.1 海水直接利用發(fā)展前景

由于我國不少沿海城市水資源結(jié)構(gòu)單一，大多過度依賴地表水和過度開采地下水，海水利用特別是海水直接利用在優(yōu)化沿海城市水資源結(jié)構(gòu)中未能充分發(fā)揮有效的淡水資源替代作用。因而，在《全國海水利用專項(xiàng)規(guī)劃》中明確提出了海水直接利用的中長期發(fā)展目標(biāo)。2020年，海水直接利用能力達(dá)到1 000億m3/a。可以看出，未來海水直接利用量將在我國水資源可用量中占據(jù)相當(dāng)?shù)谋壤绱艘?guī)模的海水直接利用量將有效置換出淡水資源，緩解沿海地區(qū)工農(nóng)業(yè)和居民生活用水危機(jī)，發(fā)揮巨大的替代水源作用。

4.2 海水淡化發(fā)展前景

海水淡化產(chǎn)出的淡化水有廣泛的市場用途，如工業(yè)用水、島嶼用水、沿海城市居民用水、內(nèi)陸人飲解困用水等。目前，以飲用水占主要份額（約60%），工業(yè)用水和電廠等鍋爐用水次之，三者之和占90%以上，并有明顯的應(yīng)用優(yōu)勢。

2015年，我國海水淡化能力將達(dá)220萬～260萬m3/d，對海島新增供水量的貢獻(xiàn)率達(dá)50%以上，對沿海缺水地區(qū)新增工業(yè)供水量的貢獻(xiàn)率達(dá)15%以上；全國建成20個(gè)海水淡化示范城市；建成2個(gè)日產(chǎn)能5萬～10萬t的國家級海水淡化重大示范工程和20個(gè)日產(chǎn)能萬t級海水淡化示范工程，5個(gè)濃鹽水綜合利用示范項(xiàng)目。

5 結(jié)論與建議

隨著2011年中央1號文件的頒布、中央水利工作會議和全國海水淡化工作會議的召開，我國海水利用迎來了歷史上最好的發(fā)展時(shí)期。為保證海水資源綜合利用順利實(shí)施，現(xiàn)提出以下措施：

（1）加大政府扶持力度。由于我國現(xiàn)行《中華人民共和國水法》中并沒有將海水列入水資源范疇，有關(guān)海水淡化的相關(guān)政策很難推進(jìn)。因此，需要改革現(xiàn)行的水資源制度，將海水淡化納入政府補(bǔ)貼配置范疇，由政府為海水淡化水進(jìn)入市場提供一定的補(bǔ)貼。或者在沿海地區(qū)特別是沿海缺水地區(qū)和海島，加快建立能夠反映資源稀缺性、科學(xué)合理的水價(jià)形成機(jī)制，提高供水企業(yè)使用海水淡化水的積極性。

（2）大力推廣海水利用示范工程。鼓勵(lì)沿海缺水地區(qū)在保障公共飲用水安全的前提下積極創(chuàng)建海水淡化示范城市，城市新增用水優(yōu)先使用海水淡化水，積極發(fā)展海水淡化產(chǎn)業(yè)。2015年，在全國將建成20個(gè)海水淡化示范城市。選擇居民較多、淡水匱乏、關(guān)系國家海洋權(quán)益的海島作為海水淡化示范海島，將海水淡化水作為這些海島新增供水的第一水源。鼓勵(lì)結(jié)合地區(qū)特點(diǎn)，建設(shè)以海水淡化水作為重要水源的示范工業(yè)園區(qū)。加強(qiáng)示范工程建設(shè)，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，并進(jìn)行推廣。

（3）降低海水淡化成本。制約海水利用發(fā)展的主要因素是海水淡化成本較高，能源消耗較高，可通過充分利用風(fēng)能、太陽能等自然資源使得淡化海水的成本降低，特別是國內(nèi)的沿海城市和一些島嶼有著充分的風(fēng)能和太陽能資源，從而更好地推廣海水利用產(chǎn)業(yè)。

（4）加強(qiáng)專業(yè)人才培養(yǎng)。我國在海水利用技術(shù)領(lǐng)域人才較缺乏，因而很有必要提高和培養(yǎng)這方面人員的業(yè)務(wù)水平，可通過學(xué)術(shù)交流會、研討會的形式，有計(jì)劃、有層次地對技術(shù)人員進(jìn)行培訓(xùn)，從而促進(jìn)海水淡化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

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