我国海水淡化现状与开发方案研究

黄鹏飞，王小军，张 寅，王生辉，王晓丽，李东洋

(1.自然资源部天津海水淡化与综合利用研究所，天津 300192；2.南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，江苏南京 210029；3.水利部应对气候变化研究中心，江苏南京 210029)

海水淡化水作为补充淡水的有效方式，不受时空、季节和气候影响，且产水水质较好、水量稳定。目前，我国海水淡化技术基本成熟，产业发展迅速，规模持续增长，已成为沿海缺水城市和海岛解决工业用水的重要手段。为进一步促进海水淡化产业发展，加快海水淡化纳入水资源统一配置，文章在梳理我国海水淡化技术、政策及标准发展现状的基础上，分析了当前我国海水淡化存在的主要问题，并提出未来我国海水淡化发展与开发利用的方案，以期为加快非常规水源利用提供参考。

1 我国海水淡化发展情况

1.1 海水淡化技术发展现状

我国海水淡化相关技术研究始于1958年，起初采用的是电渗析技术[1](Electrodialysis，ED)，1982年，在西沙永兴岛建成第一个200 t/d的电渗析海水淡化站[2]。随着科学技术的不断发展，海水淡化技术从电渗析法逐步过渡到膜法和蒸馏法。目前，世界上主流的海水淡化技术为反渗透(Reverse osmosis，RO)、低温多效(Multiple Effect Distillation，MED)和多级闪蒸(Multiple stage Flash System，MSF)，我国在反渗透和低温多效海水淡化技术方面达到或接近国际先进水平。

根据《2017年全国海水利用报告》[3]，截至2017年底，全国已建成海水淡化工程136个，海水淡化工程规模为118.9万t/d。从淡化产水用户来看，主要为工业用水和生活用水。其中，用于工业的淡化规模为79.1万t/d，占总规模的66.6%(火电企业为31.6%，核电企业为 4.6%，化工企业为 5.1%，石化企业为12.3%，钢铁企业为13.0%)；用于居民用水的淡化规模为39.4万t/d，占总工程规模的33.1%；其他用途的淡化规模为 3 975 t/d，占 0.3%。

从技术应用来看，我国应用较广的海水淡化技术主要为反渗透、低温多效、多级闪蒸和电渗析。其中，反渗透和低温多效应用最为广泛。截至2017年底，全国已建反渗透淡化工程117个，工程规模为 81.4万t/d，占总规模的 68.4%；已建低温多效淡化工程16个，工程规模为 36.9 万t/d，占总规模的 31.04%。此外，多级闪蒸淡化工程1个，电渗析淡化2个。

海水淡化产水成本主要由投资成本、运行维护成本和能源消耗成本构成[4]，通常约4元/t～8元/t，主要包括：电力成本、维护成本和折旧等。其中，应用反渗透海水淡化工艺的海水淡化成本约为4.03元/t～6.87元/t，应用低温多效海水淡化工艺的海水淡化成本约为5.61元/t～7.36元/t，具体如表1所示。

表1 RO和MED工艺海水淡化成本对比表Tab.1 The cost comparison of RO and MED seawater desalination

1.2 海水淡化政策与标准现状

目前，海水淡化产业政策不断完善，主要有：

(1)税费补贴

依据《中华人民共和国企业所得税法实施条例(草案)》，将海水淡化工程作为国家引导企业投资的基础设施项目实行“三免三减半”的税收优惠。财政部明确海水淡化增值税、所得税、节能节水环保设备的采购费用税费减免。

《全国海水利用“十三五”规划》提出对符合条件的海水利用首台重大技术装备保险保费进行补贴[5]。

(2)项目补贴。

国家财政部、国家海洋局联合开展国家海洋经济创新发展区域示范项目，每个区域示范城市补贴2亿元，海水利用产业是其支持的三个方向之一。

海岛海水淡化项目补贴最多占总投资比例的30%(封顶3 000万元)，包括装置建设和必要管网铺设(出厂一定合理范围内)；工业和城市支持项目总投资的15%(封顶2 000万元)[6]。

(3)优惠电价。

国家发展和改革委员会于2013年发布了《关于国家发改委调整销售电价分类结构有关问题的通知》(发改价格[2013]973号)，要求逐步调整销售电价分类结构，规范适用范围[7]。

国家发展和改革委员发布《关于创新和完善促进绿色发展价格机制的意见》，提出2015年底前，对实行两部制电价的污水处理企业用电以及海水淡化用电，免收需量(容量)电费”，这些电价价格水平在0.65元/kW·h左右，其中容量电费折价约0.09元，免收容量电费之后，可降低企业用电成本14%左右[8]。

在地方层面相关政策方面，主要有：

(1)优惠电价。

浙江省物价局转发了关于国家发改委调整销售电价分类结构有关问题的通知》[9]，要求 “自2013-12-01起，海水淡化用电由工业用电转为农业用电”，以促进海水淡化产业发展，缓解海岛和沿海地区水资源短缺矛盾，保障用水安全。转换成农业用电后，淡化水的成本可降低1元/t。浙江舟山六横万吨级反渗透海水淡化示范工程由舟山市普陀区六横水务公司投资兴建，工程采用电力来自于国家电网，浙江省对海水淡化产业实行优惠电价政策，工程用电按农业生产用电，价格为0.82元/kW·h。

山东省物价局《关于海水淡化项目用电价格的批复》(鲁价格一发〔2017〕118号)，百发、董家口海水淡化项目：按非居民用户0.555元/kW·h(含税)标准执行；山东物价局《关于烟台市海水淡化用电价格有关事项的通知》(鲁价格一发〔2018〕11号)，长岛、崆峒岛海水淡化项目：按非居民用户0.555元/kW·h(含税)标准执行[10]。

(2)财政补贴。

浙江舟山市嵊泗县，在工程运营方面采取统筹管理模式，嵊泗县所有海水淡化工程均由归菜园镇海水淡化厂统一管理调配。淡化海水直接并入市政管网，与其他水源统筹使用，并对水质情况进行实时跟踪监测[11]。此外，嵊泗县当地政府对海水淡化工程的建设和运营给予了多方面资助。2008年，嵊泗县财政包括“嵊山镇海水淡化工程专项资金”在内的4个项目共涉及财政资金2 001万元。自2008年起，嵊泗县设立专项资金补偿海水淡化企业，县财政每年安排250万元专项资金，用于支持企业运营费用，补偿海水淡化企业因制水成本高于售水收入所引起的差价亏损。县财政根据各海水淡化企业年不同制水供水量确定不同的补贴标准。嵊山、洋山海水淡化企业补贴2.7元/t，菜园海水淡化企业补贴0.77元/t。

伴随我国海水淡化产业的发展，我国海水淡化标准化工作也逐步得到提升。截止2016年，在海水淡化领域已发布基础通用标准2项，蒸馏法海水淡化标准4项，膜法海水淡化标准38项，海水淡化管理标准1项。

2 我国海水淡化发展中存在的主要问题

(1)公众对海水淡化的认识不足。

总体来看，我国海水淡化相关工作起步较晚，社会各界及公众对海水淡化及其利用仍存在一定误区。在笔者调研以及文件阅读过程中，发现多数公众对海水淡化在缓解水资源危机的重要性认识不足，同时对海水淡化水作为生活用水存在疑虑，对海水淡化浓盐水环境影响及缓解措施认识不足，进而导致当前对海水淡化纳入水资源统一配置缺乏普遍认同[12]。

(2)海水淡化技术缺乏竞争力。

近年来在国家有关部门的高度重视下，国产反渗透膜、高压泵、能量回收装置等技术取得了局部突破，但在产品性能、使用效率和使用寿命等方面仍与国外存在明显差距，导致国内大型海水淡化项目基本仍采用进口的设备和技术，竞争力明显不足。

(3)海水淡化市场培育不完善。

海水淡化工程的建设和运营主要依靠市场行为，资金来源大多依赖于自有资金和贷款。与城市自来水相比，海水淡化水价尚未建立合理的价格体系，海水淡化水价格普遍高于自来水价格。由于海水淡化成本较高，产品水往往找不到适合的“买家”，导致一些海水淡化厂开工率严重不足，市场发展极不平衡。

(4)海水淡化标准体系不完善。

目前，国际标准化组织(ISO)、美国国家标准学会(ANSI)等标准化组织在基础标准、方法、安全和运行监测等方面发布了一系列海水淡化标准[13]。但我国海水淡化标准研究相对滞后，相关标准体系和标准建设有待完善。

3 海水淡化发展趋势分析

(1)海水淡化是缓解沿海缺水地区的重要措施，规模将持续增长。

伴随海水淡化技术发展和社会需求量加大，海水淡化规模不断扩大。据统计，海水淡化总产水规模从2003年的不足3万t/d已达2017年的118.9万t/d，增长速度超过30%。《全国海水利用十三五规划》提出，到2020年，全国海水淡化总规模达到220万t/d以上。截至2017年底，我国海水淡化规模为118.9万t/d，离规划目标还有110多万t/d的差距。

(2)水电联产、热膜联产等技术集成是海水淡化主要技术。

海水淡化建设和运行成本主要取决于电力和蒸汽消耗成本。水电联产主要是指海水淡化水和电力联产联供。从国外大型海水淡化工程来看，多采用淡化厂与发电厂联合建设与运行，直接利用电厂的蒸汽和电力为海水淡化提供动力，进而降低海水淡化成本。

热膜联产主要采用热法和膜法海水淡化相联合的方式(即低温多效—反渗透或多级闪蒸—反渗透方式)，降低海水淡化成本。世界上最大的热膜联产海水淡化厂位于阿联酋富查伊拉，海水淡化总产水规模为45.4万t/d。其中，MSF产水规模为28.4万t/d，RO产水规模17万t/d。

(3)太阳能、风能、海洋能等可再生能源耦合海水淡化是新的发展方向。

近年来，随着太阳能、风能、海洋能等可再生能源技术不断取得新的突破，并在世界各地得到了广泛应用，加上海水淡化技术的不断成熟，使得可再生能源和海水淡化耦合成为可能。可再生能源耦合海水淡化在降低运行能耗以及节能减排等方面具有积极作用，是实现海水淡化可持续发展新的方向。

4 我国海水淡化开发技术方案

结合不同海水淡化技术特点，提出以下技术开发方案。

(1)在沿海缺水地区海水淡化发展模式下，海水淡化工程附近有电厂或钢铁厂，建议选用MED，就近利用电厂或钢铁厂热源；在附近无热源可用、海水水质较好的情况下(特别是南方的一些海岛地区)，建议选用反渗透海水淡化技术。选择反渗透海水淡化工艺时，由于反渗透对原料水水质波动的承受能力较差，特别是取水海域存在富营养化或受到油污污染时，反渗透膜易于受到污染，从而降低反渗透膜的使用寿命。根据原水水质情况，反渗透工艺预处理工艺参照表2所示进行选择。

表2 常用海水预处理工艺流程Tab.2 The common seawater pretreatment process

(2)在海岛地区海水淡化发展模式下，对于人口较多、经济发达、有稳定电网的海岛，应根据不同部门用水需求，结合当地自然和能源情况，因地制宜发展相应规模的海水淡化；对于离大陆较近的缺水小岛，可通过反渗透装置或引水来解决用水问题；对于人口较少、位置偏远、没有电力供应的小型海岛，可采用风光柴储一体化的反渗透海水淡化装置，利用可再生能源的互补特性，为淡化系统提供稳定可靠的电力能源[14]。

(3)在内陆地区，将海水淡化技术推广应用至我国西部苦咸水分布区域[15]。在人口较为集中、当地淡水资源特别匮乏的村镇实施大型微滤、纳滤等苦咸水淡化市政供水工程建设；在地下水高氟、高砷地区重点推广应用纳滤或低压反渗透淡化技术；在盐碱地分布地区，结合盐碱地改良项目，建设排碱水处理与回用工程；在一些人口分散地区，推广应用中小型或便携式苦咸水淡化装置。