海水淡化技術及發展現狀

陳金婷，樊俊鋒，杜亞威

（1天津市化工設計院，天津市300193；2上海緯縱化工工程咨詢有限公司，上海市 200235；3河北工業大學海洋科學與工程學院，天津市 300130）

1 海水淡化技術簡介

海水淡化技術經過幾十年的發展已成為一種可靠的工業技術。目前海水淡化的主要方法有蒸餾法、膜法、結晶法、溶劑萃取法、離子交換法等，此外,還有太陽能淡化,核能淡化等。蒸餾法可分為三大類即多級閃蒸（MSF）、多效蒸發（MED）、壓汽蒸餾（VC）。膜法海水淡化技術從過程原理上主要有三種，即反滲透（RO）、電滲析（ED）、納濾（NF）。結晶法則由冷凍法和水合物法構成[1]。在諸多方法中，工業上主要有以下幾種：MSF、MED、VC、RO、ED，其中后者主要用于苦咸水淡化[2]。

多級閃蒸海水淡化是將經過加熱的海水,依次在多個壓力逐漸降低的閃蒸室中進行蒸發,將蒸汽冷凝而得到淡水。目前全球海水淡化裝置仍以多級閃蒸方法產量最大,技術最成熟,運行安全性高彈性大,主要與火電站聯合建設,適合于大型和超大型淡化裝置,主要在海灣國家采用。

反滲透海水淡化方法是一種以壓力為驅動力的分離技術，屬于物理脫鹽方法[3]。與傳統的蒸餾法相比，反滲透海水淡化過程不發生相變。從理論上講，它是最節能的海水淡化方法。在反滲透器中，在海水一側施加高于滲透壓的壓力（通常的壓力范圍在5.5～6.8MPa之間）[4,5]，由于海水和淡水之間滲透壓的原因,淡水會通過半透膜滲透到海水一側,利用這一原理,如果對海水一側施加大于海水滲透壓的外壓,那么海水中的純水將反滲透到淡水中,從而得到淡水。由于其較低的能耗,所以越來越多的國家把發展重心轉向反滲透法。

多效蒸發是將前一效蒸發器蒸發出來的二次蒸汽引入下一效蒸發器作為加熱蒸汽，并在下一效蒸發器中冷凝為蒸餾水，如此依次進行。多效蒸發與單效蒸發相比，熱能得到重復利用，造水比幾乎按效數成倍增加，技術簡單，所以應用比較廣泛[6]。

以上三種方法目前是海水淡化產業主要的方法，由于不同地區，海水水質不一樣，選的方法也不一樣。總體而言,反滲透因為投資費用低、運行費用低、能耗低、腐蝕輕、壽命長、維修難度低、大型化技術進展快而具有明顯的優勢,成為21世紀大型海水淡化的主要方法。

2 國外海水淡化產業現狀

國外對海水淡化技術的研究起步較早，世界上首個海水淡化工廠1954年建于美國德克薩斯州。聯合國關于非常規水源的報告指出，從1950～1985年的35年間，海水淡化的發展經歷了三個階段，即發展階段、開發階段和商業化階段。在這個期間主要研究開發反滲透、蒸餾、電滲析和冷凍法[7]。在此后的幾十年里蒸餾法和反滲透法都發揮了更大的作用，形成了當代海水淡化與苦咸水淡化技術與市場的主體。目前世界上大部分大型海水淡化廠多與大型發電站聯合建設，已成為當前大型海水淡化裝置的主要建設模式。水電聯產可以利用電站的蒸汽和電力為海水淡化裝置提供動力，從而實現能源高效利用和降低海水淡化成本。目前，全球海水淡化總產量已達日均6 348×104 t。用于全球海水淡化工程的投資以年20%～30%的增幅速度增長，2015年海水淡化工程總投資額預計將達564億美元[8]。全球海水淡化市場已頗具規模。根據國際脫鹽協會（IDA）的數據，截止至2009年底，全球已有150多個國家和地區再利用海水淡化技術，全球共建有1.4451萬個脫鹽工廠，合計日產水量近6000萬t。其中海水淡化日產水量約4000萬t，2009年新增水量近500萬t，年增長率約為15%。預計到2015年，全球海水淡化市場有將近700～950億美元的規模，未來20年國際海水淡化市場增長最快的仍然是中東地區，其次是美國、澳大利亞、阿爾及利亞、西班牙、印度和中國[9]。

3 國內的發展現狀、產業市場和發展趨勢

3.1 發展現狀

我國從1958年就開始研究海水淡化技術，1967～1969年全國組織海水淡化會戰，同時開展反滲透、電滲析和蒸餾等多種海水淡化方法的研究。自從1982年在西沙永興島建成我國第一座200m3/d電滲析海水淡化站的建設，經過30多年的努力我國海水淡化技術有了重大突破。我國先后又建成了舟山嵊山島用國外的膜組件建成500m3/d的海水RO淡化示范站，長海大長山島建成1000 m3/d的海水RO淡化站，山東長島和浙江嵊泗分別建成1000 m3/d的海水RO示范工程，威海和大連的華能電廠也都分別建了2000m3/d的海水RO淡化站。國家發改委高技術產業化項目“山東榮成日產10000噸級反滲透海水淡化示范工程”一期5000m3/d機組在榮成市石島；黃驊電廠日產2萬t海水淡化系統工程；華能玉環電廠日產3.5萬t海水淡化系統工程，開創了我國“雙膜法”海水淡化工藝的先例,首鋼京唐2.5萬t(MED)、天津大港新泉10萬t(RO)、天津北疆電廠I期10萬t(MED)等一批中大型海水淡化工程[13]。

反滲透和低溫多效蒸餾是國內海水淡化工程中應用最多的技術。2003年，我國海水淡化水產能尚不足3萬m3/d，但從2003年起，特別是“十一五”以來，我國海水淡化快速發展，海水淡化產能年均增長超過60%，截止2012年底，我國海水淡化水產能已達86萬m3/d。已建、在建和近期籌建的工程已超過100萬m3/d。

反滲透和低溫多效蒸餾兩大主流海水淡化技術得到較快發展，成本不斷降低。反滲透海水膜、高壓泵、能量回收裝置、反滲透膜壓力容器、海水預處理連續膜過濾組器等取得明顯進步；膜通量增加了近40%，脫鹽率由99.2%提高到99.7%以上；能量回收裝置的應用和不斷改進使能耗大幅降低，新一代正位移式能量回收裝置的回收效率達94%以上。我國已自主建成日產萬m3級反滲透海水淡化裝置，海水淡化工程進入大型化階段。目前，反滲透海水淡化投資為6000～8000元/m3，綜合產水成本為5～6元/m3[10]。

低溫多效蒸餾海水淡化具有水質好和可利用工廠余熱或低品位熱源的優點，主要應用于需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、鋼鐵等企業。我國自主建成了1.25萬m3/d低溫多效海水淡化蒸餾裝置，為大型熱法海水淡化工程的啟動奠定了基礎。

3.2 產業市場

海水淡化水目前主要用于電力和市政用水。現階段，我國發展海水淡化產業采取“政府引導，市場運作”的發展機制，主要靠企業主導，通過市場化運作；同時政府通過制定相關政策等必要的手段來引導和規范產業發展。國家和各級政府正在不斷加大對海水淡化產業發展的支持力度，增加投入，完善政策，強化試點示范；支持海水淡化產業健康快速發展。

我國已能生產出達到飲用水標準的海水淡化水，但國內的水資源狀況尚未到非喝淡化水不可的地步。淡化水作為飲用水不僅需要在定位上突破（國家還沒有將淡化海水納入水資源相關發展規劃，但未來將會有所變動），還需要在確保人身健康安全的前提下，從技術、工程、運行、標準和監管等多方面逐步推進[11]。

3.3 發展趨勢

2012年，《國務院辦公廳關于加快發展海水淡化產業的意見》指出，到2015年，我國海水淡化能力達到220萬～260萬m3/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到15%以上，大幅度提高苦咸水、微咸水的淡化利用能力。到2015年，在全國建成2O個海水淡化示范城市，建成2個日產能5萬～10萬t的國家級海水淡化重大示范工程和2O個日產能萬噸級海水淡化示范工程，5個濃鹽水綜合利用示范項目[12]。

《國家“十二五”海洋科學和技術發展規劃綱要》中指出，遼寧沿海經濟帶、河北曹妃甸工業區、天津濱海新區、山東半島藍色經濟區等沿海區域將率先迎來海洋經濟與產業的高速發展期。到2015年的海水科技發展重要任務中提出要培養海洋戰略性新興產業，開發高智能化的大型反滲透，低溫多效海水淡化成套技術和裝備，發展適用于海島的多能源耦合海水淡化裝置。

總之，如今我國完全掌握海水淡化技術，隨著裝置規模的擴大和技術的進步，造水成本仍有降低的空間。海水淡化有望替代南水北調工程解決我國北方水資源短缺問題。

［1］李憑力，馬佳，解利昕，等.冷凍法海水淡化技術新進展[J].化工進展，2005，24（7）：749-753.

［2］解利昕，李憑力，王世昌.海水淡化技術現狀及各種淡化方法的評述[J].化工進展，2003，22（10）：1081-1084.

［3］M.Mulder,Basic Principles of Membrane Technology.Kluwer Academic,Dordrecht.The Netherlands,2nd Edition,1996.

［4］B.Liberman,The importance of energy recovery devices in reverseosmosis desalination, http：//www.twdb.state.tx.us/Desalination/The%20Future%20of20Desalination%20in%20Texas%20%20Volume% 202/documents/C8.pdf#search =% 22The%20importance%20of%20energy%20 recovery%20devices%20in%20 reverse%20osmosis%20des alination%2290H.

［5］Desalination by reverse osmosis,http：//www.oas.org/usde/publications/Unit/oea59e/ch20.htm.

［6］R.Semiat,Desalination：present and future.Water Int.2000,25(1)：54-65.

［7］United Nations Report.Natural Resources,Water Series New York,1985,14：8.

［8］侯勇,王桂華.海水淡化技術現狀與發展[J].吉林電力，2011，39（1）：8-10.

［9］申屠勛玉,孟友國,趙丹青,等.海水淡化技術簡介及應用現狀[J].水工業市場，2011，12：41-46.

［10］國家發展改革委《海水淡化產業發展“十二五”規劃》(發改環資[2012]3867號).

［11］中國科學院信息咨詢中心,中國海水淡化產業調研與分析報告,2011,11.

［12］國務院辦公廳關于加快發展海水淡化產業的意見 (國辦發[2012]13號).

［13］王琪，鄭根江，譚永文.中國海水淡化工程運行狀況[J].水處理技術,2011,37(10)：12-14.