多維度海水淡化技術比較及產業前瞻

李達然 徐秀萍 劉一操

摘 要：對比了國內外海水淡化技術應用的方法、規模、差距，并介紹了海水淡化技術的最新進展。比較了多級閃蒸、多效蒸餾、反滲透三種主流淡化技術的性能差異與適用條件，為海水淡化技術的選型提供了參考。并從實際需求與國家政策層面剖析了我國海水淡化產業的發展前景及巨大潛力。

關鍵詞：海水淡化 技術比較 產業前瞻

中圖分類號：TP747 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）04（a）-0052-02

隨著淡水資源的緊缺，世界各國爭相發展海水淡化產業。目前中東國家中的沙特、以色列等國家70%的淡水資源來源于海水淡化，美國、韓國等也積極發展海水淡化產業。2011年海水淡化新開工項目投資額達到100億美元，2012年達到120億美元，預計到2016年將達到180億美元以上[1]。我國是13個貧水國之一，人均淡水資源占有量僅為世界平均的1/4，作為確保我國淡水資源的一項戰略措施，海水淡化產業將蓬勃發展。

1 主流淡化技術特點比較

目前世界上主流海水淡化技術有：多級閃蒸（MSF）、多效蒸餾（MED）和反滲透（RO）。MSF技術最成熟，單機淡水容量也最大，達到7.6×104 m3/d[2]。同時其動力消耗較大，每生產一噸淡水耗電量為3.25～4.5 kWh。因為MSF工作溫度高，設備的結構和腐蝕速度快，需投入大量化學試劑或采用價格昂貴的耐腐蝕材料，因此成本高。MSF工作范圍小，為其設計值的80%～110%，且由于高腐蝕性，傳熱管易破裂，將導致產品水受污染；MSF設備初期投資大。

MED單機產水能力為3.6×104 m3/d。其能耗極低，每生產一噸淡水耗電量僅為0.9～1.2 kWh。因為原理不同，傳熱系數比MSF高，所需傳熱面積也更少；同時MED的工作范圍大，一般可以達到設計值的40% ～110%；MED設備初期投資較MSF小。

RO技術最大單機容量為2.1×104 m3/d，根據不同預處理工藝，噸水電耗在3.0～4.0 kWh之間。由于反滲透過程不存在相變，不用將水蒸發后再凝結，因此，其初期投資及造水成本均更低。RO技術主要控制壓力與反滲透膜，其裝置相對簡單，維護方便。但RO對源海水要求較高，需進行嚴格的預處理，反滲透膜更是需要定期更換。不同地區不同季節甚至同一天中不同時間段，海水溫度差異較大，當水溫很低時，預處理需要將海水加熱，如無廉價熱源，RO制水成本將大幅增加。

2 國內外選用技術的差異

從各國選用的海水淡化方法對比可看出，MSF多集中在海灣國家，如沙特阿拉伯、阿曼等[3]。具體原因是，海灣地區擁有豐富的石油資源，電廠利用廉價的油田氣發電，再建立起水電聯產模式，從汽輪機抽蒸汽進行海水淡化，因此能耗費用極低。同時，MSF單機容量最大，淡化產量高，技術也最成熟。另外，海灣地區夏天時的水溫高達40多度，含鹽量更是達到4×104 mg/L，再加上該地區石油污染嚴重，這些都限制了RO的應用。

RO的市場則主要分布在除海灣和南美外的世界其他地區。歐洲的海水淡化就主要采用RO，日本現有淡水技術也主要采用RO。美國在處理苦咸水方面RO技術應用最廣，且一直到2025年的淡水生產規劃基本上都采用膜法。如今隨著納濾、超濾、微濾技術的迅猛發展和廣泛應用，更為RO裝置的長期穩定運行提供了保證。

而我國的海水淡化工程則主要選用RO和MED技術，MSF雖在國際上占有較多份額且歷史悠久，但由于其高能耗和高投資等方面原因，基本不被采用。截止2012年，我國的海水淡化工程中，RO約占67%，MED約占27%[4]。

3 國內外海水淡化技術差距

截止2008年，世界海水淡化總體規模已達到6 421×104 m3/d，而截止2010年10月，國內淡化裝置規模也僅有50×104 m3/d。從單機規模看，國外多級閃蒸、低溫多效、反滲透也分別達到7.6×104、3.6×104和2.1×104 m3/d，正在建設和醞釀的有9×104 m3/d、4.5×104 m3/d和2.7×104 m3/d的單機規模。而國內自行設計的僅為1.2×104 m3/d、1.25×104 m3/d和1.0×104 m3/d[5]。

我國已建成的海水淡化工程中，自主完成建設的只占30%左右。如果以產水量計算，甚至還不到13%。我國的RO系統中，有80%的反滲透膜仍從國外進口。MED設備中的蒸汽噴射泵，至今也只有幾家公司進行研究。國產的阻垢劑在使用效果上也明顯劣于國外產品。

設備制造方面，我國從事海水淡化設備設計制造的企業剛剛起步，企業生成能力和規模有限，更沒有形成成熟的產業鏈。由于海水具有腐蝕性，設備原材料大部分依賴進口。加工工藝和加工精度上與國際先進制造企業還有較大差距，市場競爭力不足。

在水務市場上，當前我國已經形成了一套比較完備的水務體系，自來水可以享受保護性價格優惠。但由于海水淡化產業形成規模較晚，淡化水仍被獨立于現有自來水價格體系之外。雖然我國海水淡化產業處于發展期，但由于民間資本進入這個行業門檻高、投資回報周期長等，投資者大多持觀望態度。此外，我國現有的城市管網普遍為鑄鐵，而海水淡化生產的水普遍呈酸性，對現有的管網將造成腐蝕。因此，我國的海水淡化產業發展現狀同經濟社會的發展要求仍存在著較大差距。

4 我國海水淡化產業發展前景

2012年2月國務院下發了《關于加快發展海水淡化產業的意見》，2012年5月，國家發改委發布了《國家發展改革委辦公廳關于開展海水淡化產業發展試點示范工作的通知》，開展海水淡化產業示范工程建設。2012年8月國家有關部門又聯合發布了《海水淡化科技發展“十二五”專項規劃》，提出到2015年，我國海水淡化產業規模要達到220～260萬噸/日，對海島新增供水量的占比要提高到50%以上；海水淡化設備制造自主化率提高到70%；并建立起較為完善的海水淡化產業鏈。從《2013—2017年中國海水淡化產業深度調研與投資戰略規劃分析報告》來看，未來十年內海水淡化市場規模有超過5倍的成長空間，發展潛力巨大。因此，可以預期，“十二五”期間我國海水淡化裝備制造業產值將達180億元，相關工程配套產值可達90億元，售水產值為183億元[6]。

5 結論

經過以上對比與分析，多級閃蒸技術在海灣地區應用最廣，反滲透技術在歐美、日本等地區應用最廣，我國是低溫多效技術應用得最多。同時，我國的海水淡化產業無論是在產業規模還是在單機規模上與發達國家還有很大的差距，但是我國海水淡化項目的規模也正在逐漸擴大。目前幾種海水淡化技術都進入成熟階段，對于技術的選擇不存在唯一性，總體來說單獨設計的海水淡化廠適宜采用反滲透法，如果有電廠配套，則采用低溫多效技術更加經濟；若作為10萬噸級高需水量的廠礦企業供水水源，采用多級閃蒸則更加經濟可靠。相信隨著研究的深入和示范項目的開展，我國的海水淡化技術在未來必定會更具競爭力。

參考文獻

[1] 夏運彬，張慶國，于江寧.加強國際合作促進我省海水淡化產業發展[J].山東經濟戰略研究，2012（6）：27-30.

[2] 阮國嶺.海水淡化及其在電廠中的應用[J].電力設備，2006，7（9）：1-5.

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

[4] 劉非，楊喆，王建宏.我國海水淡化技術裝備現狀與發展方向[J].中國機電工業，2012（7）：102-103.

[5] 馮厚軍，謝春剛.中國海水淡化技術研究現狀與展望[J].化學工業與工程，2010，27（2）：103-109.

[6] 中經產業研究所.2013—2017年中國海水淡化產業深度調研與投資戰略規劃分析報告[R].北京：中經產業研究所，2013.