海水淡化技术及应用

□文/王琪谭永文

利用海水淡化等现代技术开辟新的水源，已经成为全世界的必然趋势，也是解决我国水资源短缺的重要途径之一。我国海水淡化研发始于20世纪50年代，在“十一五”期间得到了快速发展。2005年，国家发展改革委、国家海洋局、财政部联合发布《海水利用专项规划》。该规划是我国第一部有关海水淡化的规划。2011年底，我国海水淡化能力达到66×104m3/d，是2005年5×104m3/d的13倍以上。今年2月，国务院办公厅发布《关于加快发展海水淡化产业的意见》是旨在加快海水淡化产业发展，这也是国务院办公厅第一次发布海水淡化方面的产业规划，计划到2015年使海水淡化能力日均达到220到260×104m3，这将是现有处理能力的3倍以上。

经过多年科技攻关和工程示范，我国在反渗透、低温多效等主流海水淡化技术方面均取得重大突破。目前已掌握万吨级海水淡化装置成套制造技术，建成了具有自主知识产权的单套1.25×104m3/d低温多效和1×104m3/d反渗透海水淡化装置，主要技术和经济指标接近或达到国际先进水平。总体来看，虽说目前我国已具备全面快速发展的条件和基础，但是具有自主知识产权的海水淡化关键技术和设备还比较少，成套装置及部件制造能力较弱，应用规模小，海水淡化产业发展还不平衡。

主要海水淡化技术

进入21世纪，人们正致力于进一步提高反渗透膜的性能，如降低操作压力、提高膜的耐氧化性等；膜法与蒸馏法、膜法与膜法集成（hybrid），以降低制水成本、提高系统的可操作性；研究与开发新的海水淡化技术。

膜法（反渗透为主）和蒸馏法（多级闪蒸和低温多效为主）是当今世界广泛应用的两种海水淡化技术。2010年底已建成的海水淡化装机容量中，反渗透法（SWRO）占比最高，为60%，多级闪蒸蒸馏法（MSF）占比26.8%，排在第2位；多效蒸馏法（MED）占比8.0%，排在第3位，其他方法合计约5%。我国海水淡化技术主要是膜法（反渗透法）和热法（低温多效法、多级闪蒸法）两种，其中反渗透法占62%、低温多效法占37%、多级闪蒸法占1%。

——膜法反渗透技术。反渗透（RO）是在压力驱动下，溶剂（水）通过半透膜进入膜的低压侧，而溶液中的其他组分（如盐）被阻当在膜的高压侧并随浓缩水排出，从而达到有效的分离过程。

——热法海水淡化技术。热法海水淡化是最古老也是目前最广泛应用的一类海水淡化方法，主要包括多级闪蒸、低温多效、压汽蒸馏等。

——热膜偶合海水淡化技术。热膜耦合是当今世界海水淡化发展的技术趋势，其优势主要体现在以下几方面：一是减少海水取用量；二是利用蒸馏淡化水硼含量低的优点，降低淡化厂产水的硼含量；三

膜法（反渗透为主）和蒸馏法（多级闪蒸和低温多效为主）是当今世界广泛应用的两种海水淡化技术。截止到2010年，全球已有150多个国家（地区）在利用海水淡化技术，已建成和在建的海水淡化工厂有15000多个，合计装机容量为7170×104t/d是利用纳滤预处理，提高系统回收率；四是减少浓盐水的排放，更有利于浓盐水的综合利用。

海水淡化应用

世界海水淡化市场已颇具规模。截止到2010年，全球已有150多个国家（地区）在利用海水淡化技术，已建成和在建的海水淡化工厂有15000多个，合计装机容量为7170×104t/d。其中2010年底已建成装置的装机容量为6520×104t/d，在建装置的装机容量约为650×104t/d。30年内反渗透淡化成本降低了约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总投资额已达到340亿美元，且每年以15%-20%的速度递增，为中东、地中海及发达国家沿海经济发展做出了巨大贡献。

市政供水是海水淡化的主要应用领域，在已建装机容量中，市政供水占比最高，为63.1%，工业及电力占比31.4%次之。

（一）装置总数及类型

初步统计，截至2010年底，我国已建成投产的海水淡化装置总数为76套，总产水能力为 55.77×104m3/d；“十一五”期间已建成投产的海水淡化装置总数为43套，总产水能力为48.66×104m3/d。

从海水淡化所采用的技术看，反渗透和低温多效蒸馏是海水淡化工程中应用最多的方法。“十一五”期间，反渗透法以33.86×104m3/d的产水量，约占总产水能力的70%；低温多效蒸馏法以14.8×104m3/d的产水量，约占总产水能力的30%。从已建成投产的装置数看，反渗透法有38套，约占88%，而低温多效蒸馏法仅有5套，约占12%；其他海水淡化方法无。海水淡化方法所占产水量和装置数比例的差异是由于装置规模造成的，每套低温多效蒸馏装置的平均产水量为1.13×104m3/d，而每套反渗透装置的平均产水量仅为8910 m3/d。

（二）产水总量及用途

反渗透海水淡化技术应用于市政供水具有较大优势，几乎所有用于市政供水的海水淡化系统均采用了反渗透技术。然而，对于要求提供锅炉补给水和工艺纯水，且有低品位蒸汽或余热可利用的电力、石化等企业，低温多效蒸馏技术仍具有一定的竞争性。

“十一五”期间，已建成投产的43套海水淡化装置中，21套用于工业用水，占总装置数的49%；17套用于市政供水，占总装置数的40%，其他5套，占总装置数的11%。从产水量看，用于市政供水的合计产水量为13.54×104m3/d，占总产水量的27.8%，平均每套装置产水为0.796×104m3/d；用于工业用水的合计产水量为35.04×104m3/d，占总产水量的72%，平均每套装置产水为1.669×104m3/d；其他合计产水量为0.79 m3/d，占总产水量的0.2%，平均每套装置产水为0.158×104m3/d。在43套装置中，浙江省的嵊泗县是目前建成海水淡化装置最多的海岛县，先后建设了11套海水淡化装置，“十一五”期间建成投产的4套，海水淡化供水能力已占当地总供水能力的70%以上。另外，电力行业是应用海水淡化技术最多的行业，已建成投产的海水淡化装置13套，合计产水能力25.93×104m3/d，占已建成投产海水淡化装置总产水量的30%。

（三）产水能力及分布

在已建成投产的43套海水淡化装置中，浙江省占16套，山东省占10套，辽宁省占7套，天津市占3套，河北省占2套，广东省占2套，其他沿海省市占3套。

海水淡化发展方向

（一）国内海水淡化发展趋势

我国“十二五”期间海水淡化产业的发展目标是“到2015年，我国海水淡化能力达到220×104-260×104m3/d，对海岛新增供水量的贡献率达到50%以上，对沿海缺水地区新增工业供水量的贡献率达15%以上；海水淡化原材料、装备制造自主创新率达到70%以上；建立较为完善的海水淡化产业链，关键技术、装备、材料研发和制造能力达到国际先进水平”。

发展海水淡化产业要重点做好以下几项工作：一是加强关键技术和装备研发；二是提高工程技术水平；三是培育海水淡化产业基地；四是组建海水淡化产业联盟；五是实施海水淡化示范工程；六是建设海水淡化示范城市；七是推动使用海水淡化水。为加快落实海水淡化重点工作，各地政府应加大财税政策支持力度、实施金融和价格支持政策、完善法规标准、加强监督管理、强化宣传培训等多项政策措施。

（二）全球海水淡化市场发展趋势

预计到2015年，全球海水淡化市场有将近700-950亿美元规模，未来20年海水淡化市场增长较快有：中东地区、美国、澳大利亚、阿尔及利亚、西班牙、印度和中国。

海湾国家。海湾国家拥有全球最大的海水淡化市场，预测到2015年需新建的装置容量为1388×104t/d，预算将大于150亿美元，其中沙特为60亿美元、阿联酋为45亿美元、科威特为20亿美元，其它如伊拉克、约旦和阿曼等国家将以100%的速度增长。

地中海地区。到2015年地中海沿岸将是海水淡化市场发展最快的地区，预测年增长率为180%，其中，阿尔及利亚400×104t/d、利比亚 100×104t/d、以色列135×104t/d、西班牙 130×104t/d，预测投资约100亿美元。在地中海地区，反渗透海水淡化技术的市场占有率远远大于热法海水淡化技术。

美洲。美洲地区的海水淡化主要在美国，美国已建成投产的脱盐装置容量约为560×104m3/d，主要为苦咸水淡化。加勒比海地区主要为海水淡化。预测2015年，美国新增装机容量370×104m3/d，将超过加勒比海地区海水淡化装机容量，主要集中于佛罗里达、德克萨斯和南加州。加勒比海新增装机容量30×104m3/d，墨西哥新增装机容量40×104m3/d，智利新增装机容量11×104m3/d。

亚洲。到目前为止，亚洲地区脱盐技术的主导市场仍是工业领域的纯水制备和苦咸水淡化，但海水淡化已引起人们高度关注，应用规模不断扩大。预测到2015年，中国装机容量300×104m3/d（NDRC，2020年），印度装机容量 65×104m3/d，巴基斯坦装机容量21×104m3/d。

蒸馏和反渗透仍将是世界海水淡化工程中应用最多的两大主流技术，反渗透海水淡化的能耗在2.0-2.5 kWh/t。未来蒸馏法海水淡化装置仍将主要建在海湾国家，其他国家和地区以反渗透法为主。