海水淡化技术及发展现状

陈金婷，樊俊锋，杜亚威

（1天津市化工设计院，天津市300193；2上海纬纵化工工程咨询有限公司，上海市 200235；3河北工业大学海洋科学与工程学院，天津市 300130）

1 海水淡化技术简介

海水淡化技术经过几十年的发展已成为一种可靠的工业技术。目前海水淡化的主要方法有蒸馏法、膜法、结晶法、溶剂萃取法、离子交换法等，此外,还有太阳能淡化,核能淡化等。蒸馏法可分为三大类即多级闪蒸（MSF）、多效蒸发（MED）、压汽蒸馏（VC）。膜法海水淡化技术从过程原理上主要有三种，即反渗透（RO）、电渗析（ED）、纳滤（NF）。结晶法则由冷冻法和水合物法构成[1]。在诸多方法中，工业上主要有以下几种：MSF、MED、VC、RO、ED，其中后者主要用于苦咸水淡化[2]。

多级闪蒸海水淡化是将经过加热的海水,依次在多个压力逐渐降低的闪蒸室中进行蒸发,将蒸汽冷凝而得到淡水。目前全球海水淡化装置仍以多级闪蒸方法产量最大,技术最成熟,运行安全性高弹性大,主要与火电站联合建设,适合于大型和超大型淡化装置,主要在海湾国家采用。

反渗透海水淡化方法是一种以压力为驱动力的分离技术，属于物理脱盐方法[3]。与传统的蒸馏法相比，反渗透海水淡化过程不发生相变。从理论上讲，它是最节能的海水淡化方法。在反渗透器中，在海水一侧施加高于渗透压的压力（通常的压力范围在5.5～6.8MPa之间）[4,5]，由于海水和淡水之间渗透压的原因,淡水会通过半透膜渗透到海水一侧,利用这一原理,如果对海水一侧施加大于海水渗透压的外压,那么海水中的纯水将反渗透到淡水中,从而得到淡水。由于其较低的能耗,所以越来越多的国家把发展重心转向反渗透法。

多效蒸发是将前一效蒸发器蒸发出来的二次蒸汽引入下一效蒸发器作为加热蒸汽，并在下一效蒸发器中冷凝为蒸馏水，如此依次进行。多效蒸发与单效蒸发相比，热能得到重复利用，造水比几乎按效数成倍增加，技术简单，所以应用比较广泛[6]。

以上三种方法目前是海水淡化产业主要的方法，由于不同地区，海水水质不一样，选的方法也不一样。总体而言,反渗透因为投资费用低、运行费用低、能耗低、腐蚀轻、寿命长、维修难度低、大型化技术进展快而具有明显的优势,成为21世纪大型海水淡化的主要方法。

2 国外海水淡化产业现状

国外对海水淡化技术的研究起步较早，世界上首个海水淡化工厂1954年建于美国德克萨斯州。联合国关于非常规水源的报告指出，从1950～1985年的35年间，海水淡化的发展经历了三个阶段，即发展阶段、开发阶段和商业化阶段。在这个期间主要研究开发反渗透、蒸馏、电渗析和冷冻法[7]。在此后的几十年里蒸馏法和反渗透法都发挥了更大的作用，形成了当代海水淡化与苦咸水淡化技术与市场的主体。目前世界上大部分大型海水淡化厂多与大型发电站联合建设，已成为当前大型海水淡化装置的主要建设模式。水电联产可以利用电站的蒸汽和电力为海水淡化装置提供动力，从而实现能源高效利用和降低海水淡化成本。目前，全球海水淡化总产量已达日均6 348×104 t。用于全球海水淡化工程的投资以年20%～30%的增幅速度增长，2015年海水淡化工程总投资额预计将达564亿美元[8]。全球海水淡化市场已颇具规模。根据国际脱盐协会（IDA）的数据，截止至2009年底，全球已有150多个国家和地区再利用海水淡化技术，全球共建有1.4451万个脱盐工厂，合计日产水量近6000万t。其中海水淡化日产水量约4000万t，2009年新增水量近500万t，年增长率约为15%。预计到2015年，全球海水淡化市场有将近700～950亿美元的规模，未来20年国际海水淡化市场增长最快的仍然是中东地区，其次是美国、澳大利亚、阿尔及利亚、西班牙、印度和中国[9]。

3 国内的发展现状、产业市场和发展趋势

3.1 发展现状

我国从1958年就开始研究海水淡化技术，1967～1969年全国组织海水淡化会战，同时开展反渗透、电渗析和蒸馏等多种海水淡化方法的研究。自从1982年在西沙永兴岛建成我国第一座200m3/d电渗析海水淡化站的建设，经过30多年的努力我国海水淡化技术有了重大突破。我国先后又建成了舟山嵊山岛用国外的膜组件建成500m3/d的海水RO淡化示范站，长海大长山岛建成1000 m3/d的海水RO淡化站，山东长岛和浙江嵊泗分别建成1000 m3/d的海水RO示范工程，威海和大连的华能电厂也都分别建了2000m3/d的海水RO淡化站。国家发改委高技术产业化项目“山东荣成日产10000吨级反渗透海水淡化示范工程”一期5000m3/d机组在荣成市石岛；黄骅电厂日产2万t海水淡化系统工程；华能玉环电厂日产3.5万t海水淡化系统工程，开创了我国“双膜法”海水淡化工艺的先例,首钢京唐2.5万t(MED)、天津大港新泉10万t(RO)、天津北疆电厂I期10万t(MED)等一批中大型海水淡化工程[13]。

反渗透和低温多效蒸馏是国内海水淡化工程中应用最多的技术。2003年，我国海水淡化水产能尚不足3万m3/d，但从2003年起，特别是“十一五”以来，我国海水淡化快速发展，海水淡化产能年均增长超过60%，截止2012年底，我国海水淡化水产能已达86万m3/d。已建、在建和近期筹建的工程已超过100万m3/d。

反渗透和低温多效蒸馏两大主流海水淡化技术得到较快发展，成本不断降低。反渗透海水膜、高压泵、能量回收装置、反渗透膜压力容器、海水预处理连续膜过滤组器等取得明显进步；膜通量增加了近40%，脱盐率由99.2%提高到99.7%以上；能量回收装置的应用和不断改进使能耗大幅降低，新一代正位移式能量回收装置的回收效率达94%以上。我国已自主建成日产万m3级反渗透海水淡化装置，海水淡化工程进入大型化阶段。目前，反渗透海水淡化投资为6000～8000元/m3，综合产水成本为5～6元/m3[10]。

低温多效蒸馏海水淡化具有水质好和可利用工厂余热或低品位热源的优点，主要应用于需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、钢铁等企业。我国自主建成了1.25万m3/d低温多效海水淡化蒸馏装置，为大型热法海水淡化工程的启动奠定了基础。

3.2 产业市场

海水淡化水目前主要用于电力和市政用水。现阶段，我国发展海水淡化产业采取“政府引导，市场运作”的发展机制，主要靠企业主导，通过市场化运作；同时政府通过制定相关政策等必要的手段来引导和规范产业发展。国家和各级政府正在不断加大对海水淡化产业发展的支持力度，增加投入，完善政策，强化试点示范；支持海水淡化产业健康快速发展。

我国已能生产出达到饮用水标准的海水淡化水，但国内的水资源状况尚未到非喝淡化水不可的地步。淡化水作为饮用水不仅需要在定位上突破（国家还没有将淡化海水纳入水资源相关发展规划，但未来将会有所变动），还需要在确保人身健康安全的前提下，从技术、工程、运行、标准和监管等多方面逐步推进[11]。

3.3 发展趋势

2012年，《国务院办公厅关于加快发展海水淡化产业的意见》指出，到2015年，我国海水淡化能力达到220万～260万m3/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，在全国建成2O个海水淡化示范城市，建成2个日产能5万～10万t的国家级海水淡化重大示范工程和2O个日产能万吨级海水淡化示范工程，5个浓盐水综合利用示范项目[12]。

《国家“十二五”海洋科学和技术发展规划纲要》中指出，辽宁沿海经济带、河北曹妃甸工业区、天津滨海新区、山东半岛蓝色经济区等沿海区域将率先迎来海洋经济与产业的高速发展期。到2015年的海水科技发展重要任务中提出要培养海洋战略性新兴产业，开发高智能化的大型反渗透，低温多效海水淡化成套技术和装备，发展适用于海岛的多能源耦合海水淡化装置。

总之，如今我国完全掌握海水淡化技术，随着装置规模的扩大和技术的进步，造水成本仍有降低的空间。海水淡化有望替代南水北调工程解决我国北方水资源短缺问题。

［1］李凭力，马佳，解利昕，等.冷冻法海水淡化技术新进展[J].化工进展，2005，24（7）：749-753.

［2］解利昕，李凭力，王世昌.海水淡化技术现状及各种淡化方法的评述[J].化工进展，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,王桂华.海水淡化技术现状与发展[J].吉林电力，2011，39（1）：8-10.

［9］申屠勋玉,孟友国,赵丹青,等.海水淡化技术简介及应用现状[J].水工业市场，2011，12：41-46.

［10］国家发展改革委《海水淡化产业发展“十二五”规划》(发改环资[2012]3867号).

［11］中国科学院信息咨询中心,中国海水淡化产业调研与分析报告,2011,11.

［12］国务院办公厅关于加快发展海水淡化产业的意见 (国办发[2012]13号).

［13］王琪，郑根江，谭永文.中国海水淡化工程运行状况[J].水处理技术,2011,37(10)：12-14.