海水淡化

 　　1前景

　　《2013-2017年中國海水淡化產(chǎn)業(yè)深度調研與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報告》[1]顯示，我國已建和即將建成的工程累計海水淡化能力約為60萬噸/日，從政策規(guī)劃來看，未來十年內行業(yè)市場容量有5 倍以上的成長空間，前景較為樂觀。目前淡化海水成本已降到4-5元/噸，經(jīng)濟可行性已經(jīng)大大提升，考慮到未來技術進步帶來的成本下降，以及策扶等因素，未來海水淡化產(chǎn)業(yè)有望出現(xiàn)爆發(fā)式增長。

　　目前全球海水淡化技術超過20 余種，包括反滲透法、低多效、多級閃蒸、電滲析法、壓汽蒸餾、露點蒸發(fā)法、水電聯(lián)產(chǎn)、熱膜聯(lián)產(chǎn)以及利用核能、太陽能、風能、潮汐能海水淡化技術等等，以及微濾、超濾、納濾等多項預處理和后處理工藝。

　　從大的分類來看，主要分為蒸餾法(熱法)和膜法兩大類，其中低多效蒸餾法、多級閃蒸法和反滲透膜法是全球主流技術。一般而言，低多效具有節(jié)能、海水預處理要求低、淡化水品質高等優(yōu)點;反滲透膜法具有投資低、能耗低等優(yōu)點，但海水預處理要求高;多級閃蒸法具有技術成熟、運行可靠、裝置產(chǎn)量大等優(yōu)點，但能耗偏高。前瞻網(wǎng)認為，低多效蒸餾法和反滲透膜法是未來方向。預計“十二五”期間，我國海水淡化將達到150萬-200萬噸/日，是現(xiàn)有產(chǎn)能的三、四倍，投資規(guī)模將達到200億元左右。

　　2主要用途

　　第一個海水淡化工廠于1954 年建于美國，現(xiàn)在仍在得克薩斯的弗里波特(Freep-ort)運轉著。佛羅里達州的基韋斯特(Key West)市的海水淡化工廠是世界上最大的一個，它供應著城市用水?！『Ｋ饕菫榱颂峁╋嬘盟娃r(nóng)業(yè)用水，有時食用鹽也會作為副產(chǎn)品被生產(chǎn)出來。海水淡化在中東地區(qū)很流行，在某些島嶼和船只上也被使用。

　　3方法

　　現(xiàn)代意義上的海水淡化則是在第二次世界大戰(zhàn)以后才發(fā)展起來的。戰(zhàn)后由于國際資本大力開發(fā)中東地區(qū)石油，使這一地區(qū)經(jīng)濟迅速發(fā)展，人口快速增加，這個原本干旱的地區(qū)對淡水資源的需求與日俱增。而中東地區(qū)獨特的地理位置和氣候條件，加之其豐富的能源資源，又使得海水淡化成為該地區(qū)解決淡水資源短缺問題的現(xiàn)實選擇，并對海水淡化裝置提出了大型化的要求。

　　在這樣的背景下，20世紀60年代初，多級閃蒸海水淡化技術應運而生，現(xiàn)代海水淡化產(chǎn)業(yè)也由此步入了快速發(fā)展的時代。

　　海水淡化技術的大規(guī)模應用始于干旱的中東地區(qū)，但并不局限于該地區(qū)。由于世界上70%以上的人口都居住在離海洋120公里以內的區(qū)域，因而海水淡化技術近20多年迅速在中東以外的許多國家和地區(qū)得到應用。最新資料表明，到2003年止，世界上已建成和已簽約建設的海水和苦咸水淡化廠，其生產(chǎn)能力達到日產(chǎn)淡水3600萬噸。目前海水淡化已遍及全世界125個國家和地區(qū)，淡化水大約養(yǎng)活世界5%的人口。海水淡化，事實上已經(jīng)成為世界許多國家解決缺水問題，普遍采用的一種戰(zhàn)略選擇，其有效性和可靠性已經(jīng)得到越來越廣泛的認同。

　　冷凍法

　　冷凍法，即冷凍海水使之結冰，在液態(tài)海水變成固態(tài)冰的同時鹽被分離出去。冷凍法與蒸餾法都有難以克服的弊端，其中蒸餾法會消耗大量的能源并在儀器里產(chǎn)生大量的鍋垢，而所得到的淡水卻并不多;而冷凍法同樣要消耗許多能源，但得到的淡水味道卻不佳，難以使用。

　　4原理

　　冷凍海水淡化法原理：海水三相點是使海水汽、液、固三相共存并達到平衡的一個特殊點。若壓力或溫度偏離該三相點，平衡被破壞，三相會自動趨于一相或兩相。真空冷凍法海水淡化正是利用海水的三相點原理，以水自身為制冷劑，使海水同時蒸發(fā)與結冰，冰晶再經(jīng)分離、洗滌而得到淡化水的一種低成本的淡化方法。與蒸餾法、膜海水淡化法相比，冷凍海水淡化法能耗低，腐蝕、結垢輕，預處理簡單，設備投資小，并可處理高含鹽量的海水，是一種較理想的海水淡化法。

　　5工藝

　　冷凍海水淡化法工藝之脫氣 由于海水中溶有的不凝性氣體在低壓條件下將幾乎全部釋放,且又不會在冷凝器內冷凝。這將升高系統(tǒng)的壓力，使蒸發(fā)結晶器內壓力高于二相點壓力，破壞操作的進行。顯然減壓脫氣法適合本系統(tǒng)。

　　冷凍海水淡化法工藝之預冷 海水脫氣后可與蒸發(fā)結晶器內排出的濃鹽水和淡化水產(chǎn)生熱交換，預冷至海水的冰點附近。

　　6淡化工藝

　　它們是影響海水蒸發(fā)與結冰速率的主要因素。

　　海水淡化法工藝之冰—鹽水是一固液系統(tǒng) 普通的分離方法均可使冰—鹽水得到分離，但分離方法不同，得到的冰晶含鹽量也不同。實驗結果表明減壓過濾方法得到的冰晶含鹽量比常壓過濾方法得到的冰晶含鹽量低得多。

　　海水淡化法工藝之蒸汽冷凝 在蒸發(fā)結晶器內，除海水析出冰晶以外，還將產(chǎn)生大量的蒸汽，這些蒸汽必須及時移走，才能使海水不斷蒸發(fā)與結冰。

　　7新技術

　　非加壓滲透吸附

　　非加壓吸附滲透海水淡化法，或稱為“正向滲透法”，讓水通過多孔膜進入一種超強吸水的吸附劑的鹽濃度甚至超過海水的溶液或固態(tài)物，但溶液里的特殊鹽分很容易蒸發(fā)。分固態(tài)鹽、液態(tài)鹽方向。固態(tài)鹽解吸附耗能更小。

　　另外兩種方法都在薄膜結構上有了創(chuàng)新和改進

　　碳納米管薄膜

　　一種用碳納米管來做薄膜的小孔，另一種滲透用的薄膜。

　　蛋白質膜

　　薄膜的孔用引導水分子通過活細胞的細胞膜的蛋白質來構成。

　　8市場分析

　　世界上淡水資源不足，已成為人們日益關切的問題。有人預言，19世紀爭煤，20世紀爭油，21世紀可能爭水。

　　作為水資源的開源增量技術，海水淡化已經(jīng)成為解決全球水資源危機的重要途徑。到2006年，世界上已有120多個國家和地區(qū)在應用海水淡化技術，全球海水淡化日產(chǎn)量約3775萬噸，其中80%用于飲用水，解決了1億多人的供水問題。

　　“向海洋要淡水”已經(jīng)形成了方興未艾的產(chǎn)業(yè)。截至2006年底，中國日淡化海水能力接近15萬噸，比上一年翻一番。中國在反滲透法、蒸餾法等主流海水淡化關鍵技術方面均取得重大突破，完成了自主知識產(chǎn)權的3000立方米/日低溫多效海水淡化工程，以及5000立方米/日反滲透海水淡化工程;海水直流冷卻技術已進入萬立方米/小時級產(chǎn)業(yè)化示范階段。中國海水淡化成本逐步下降，已接近5元/立方米。

　　中國海水淡化雖基本具備了產(chǎn)業(yè)化發(fā)展條件，但研究水平及創(chuàng)新能力、裝備的開發(fā)制造能力、系統(tǒng)設計和集成等方面與國外仍有較大的差距。當務之急是盡快形成中國海水淡化設備市場的完整產(chǎn)業(yè)鏈條。圍繞制約海水淡化成本降低的關鍵問題，發(fā)展膜與膜材料、關鍵裝備等核心技術，研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權的海水淡化新技術、新工藝、新裝備和新產(chǎn)品，提高關鍵材料和關鍵設備的國產(chǎn)化率，增強自主建設大型海水淡化工程的能力。

　　未來20年內國際海水淡化市場將有近700億美元的商機，中國應占有充分份額。根據(jù)全國海水利用專項規(guī)劃，到2010年，中國海水淡化規(guī)模將達到每日80萬至100萬噸，2020年中國海水淡化能力達到每日250萬至300萬噸，尤其是國家積極支持海水淡化產(chǎn)業(yè)，自2008年1月1日起，企業(yè)的海水淡化工程所得將免征所得稅。中國海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景廣闊。

　　9國家政策

　　水利部正在考慮是否將海水淡化納入水利部整體規(guī)劃，以及地方水資源配置等相關規(guī)劃中。為此，水利部今年的一項重大課題就是《我國海水利用現(xiàn)狀、問題及發(fā)展對策》。

　　從2011年7月25日開始，水利部組織相關課題組赴天津、大連、青島、浙江、廈門以及唐山等六大沿海省市展開為期一月的調研。此次調研是我國有史以來關于海水利用現(xiàn)狀、存在問題的一次最大規(guī)模的調研。除國內調研外，調研組還將特聘海水淡化專家對以色列、美國、日本、西班牙等海水淡化發(fā)展比較發(fā)達的國家進行調研。業(yè)內人士分析，相關調研報告將為海水淡化納入國家規(guī)劃以及地方水資源配置提供決策支撐。

　　[6]我國政府高度重視海水淡化工作，采取了一系列措施推動海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展。“十一五”期間，我國海水淡化發(fā)展迅速。截止2010年底，已建成海水淡化裝置70多套，設計產(chǎn)能60萬立方米/日，年均增長率超過60%;具有自主知識產(chǎn)權的技術取得突破性進展，反滲透海水膜、高壓泵、能量回收裝置等取得明顯進步，脫鹽率由99.2%提高到99.7%以上;產(chǎn)業(yè)發(fā)展已具備條件，海水淡化市場已基本形成;各級政府高度重視海水淡化，社會各界普遍關注海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展。與此同時，在我國還存在對海水淡化戰(zhàn)略意義認識不足、自主創(chuàng)新能力較弱、產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平低和配套政策不足等問題。因此，統(tǒng)籌規(guī)劃，加快發(fā)展海水淡化產(chǎn)業(yè)是十分必要和緊迫的重要任務。根據(jù)《意見》精神，在充分調研和廣泛聽取各方意見的基礎上，國家發(fā)展改革委組織編制了《海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十二五”規(guī)劃》(發(fā)改環(huán)資[2012]3867號)。[6]

　　此外，由發(fā)改委牽頭，11個部委參與制定的《加快海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展的意見》已經(jīng)完成幾輪征求意見，并上報有關部門，年內有望以國務院的名義出臺。發(fā)改委還將配套出臺《“十二五”海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》。分析人士指出，在此背景下，海水淡化產(chǎn)業(yè)將迎來發(fā)展黃金期，扶持政策有望密集出臺。

　　由于《中華人民共和國水法》未能將海水淡化列入水資源配置，海水利用也缺乏系統(tǒng)的法律規(guī)范，因此海水淡化的相關政策很難推進。分析人士指出，若國家能給予海水利用工程與國家公益性水利工程同等的地位，將海水淡化納入國家水資源配置體系和區(qū)域水資源規(guī)劃，必將極大地促進海水淡化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

　　隨著水資源緊缺問題突顯以及國家的重視，海水淡化發(fā)展前景廣闊。據(jù)預測，未來五年，中國海水淡化的產(chǎn)能將翻番。“十二五”時期，我國海水淡化產(chǎn)能將達到200萬至300萬噸/天，投資規(guī)模將達200億元。

　　國家發(fā)改委日前印發(fā)《關于公布海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展試點單位名單(第一批)的通知》，多個城市、工業(yè)園區(qū)及海島等入選，并提出要大力發(fā)展海水淡化產(chǎn)業(yè)。這是2012年底國家出臺《海水淡化產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》后的首個配套政策。此次入選第一批名單的城市和海島等均在著力打造海洋經(jīng)濟，預示著海水淡化將借力海洋經(jīng)濟而進入投資加速階段。市場分析認為，“十二五”期間海水淡化產(chǎn)業(yè)投資需求有望突破200億元。

　　根據(jù)試點名單，浙江舟山市和深圳市等入選試點城市，天津濱海新區(qū)、河北滄州渤海新區(qū)入選試點園區(qū)，浙江鹿西鄉(xiāng)(島)入選試點海島，杭州水處理技術研究開發(fā)中心入選產(chǎn)業(yè)基地，天津國投津能發(fā)電為海水淡化供水試點，甘肅慶陽市環(huán)縣為苦咸水淡化試點。

　　政策要求，試點單位要積極推動海水淡化水應用，城市新增用水優(yōu)先使用海水淡化水;在保障公共飲用水安全的前提下將淡化水作為市政供水新的選項;大力發(fā)展海水淡化產(chǎn)業(yè)。

　　值得注意的是，首批試點單位多為國家規(guī)劃的大力發(fā)展海洋經(jīng)濟地區(qū)。隨著海洋經(jīng)濟戰(zhàn)略地位日益提升，海水淡化產(chǎn)業(yè)化發(fā)展步伐將加快。根據(jù)相關規(guī)劃，“十二五”期間全國海洋經(jīng)濟投資將達8000億元，帶動產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值突破7萬億元，與海洋經(jīng)濟聯(lián)系較緊密的漁業(yè)、石油化工等行業(yè)，以及海工裝備等新興產(chǎn)業(yè)將借勢獲得巨大成長空間。