多維度海水淡化技術(shù)比較及產(chǎn)業(yè)前瞻

李達(dá)然 徐秀萍 劉一操

摘 要：對(duì)比了國(guó)內(nèi)外海水淡化技術(shù)應(yīng)用的方法、規(guī)模、差距，并介紹了海水淡化技術(shù)的最新進(jìn)展。比較了多級(jí)閃蒸、多效蒸餾、反滲透三種主流淡化技術(shù)的性能差異與適用條件，為海水淡化技術(shù)的選型提供了參考。并從實(shí)際需求與國(guó)家政策層面剖析了我國(guó)海水淡化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景及巨大潛力。

關(guān)鍵詞：海水淡化 技術(shù)比較 產(chǎn)業(yè)前瞻

中圖分類號(hào)：TP747 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）04（a）-0052-02

隨著淡水資源的緊缺，世界各國(guó)爭(zhēng)相發(fā)展海水淡化產(chǎn)業(yè)。目前中東國(guó)家中的沙特、以色列等國(guó)家70%的淡水資源來源于海水淡化，美國(guó)、韓國(guó)等也積極發(fā)展海水淡化產(chǎn)業(yè)。2011年海水淡化新開工項(xiàng)目投資額達(dá)到100億美元，2012年達(dá)到120億美元，預(yù)計(jì)到2016年將達(dá)到180億美元以上[1]。我國(guó)是13個(gè)貧水國(guó)之一，人均淡水資源占有量?jī)H為世界平均的1/4，作為確保我國(guó)淡水資源的一項(xiàng)戰(zhàn)略措施，海水淡化產(chǎn)業(yè)將蓬勃發(fā)展。

1 主流淡化技術(shù)特點(diǎn)比較

目前世界上主流海水淡化技術(shù)有：多級(jí)閃蒸（MSF）、多效蒸餾（MED）和反滲透（RO）。MSF技術(shù)最成熟，單機(jī)淡水容量也最大，達(dá)到7.6×104 m3/d[2]。同時(shí)其動(dòng)力消耗較大，每生產(chǎn)一噸淡水耗電量為3.25～4.5 kWh。因?yàn)镸SF工作溫度高，設(shè)備的結(jié)構(gòu)和腐蝕速度快，需投入大量化學(xué)試劑或采用價(jià)格昂貴的耐腐蝕材料，因此成本高。MSF工作范圍小，為其設(shè)計(jì)值的80%～110%，且由于高腐蝕性，傳熱管易破裂，將導(dǎo)致產(chǎn)品水受污染；MSF設(shè)備初期投資大。

MED單機(jī)產(chǎn)水能力為3.6×104 m3/d。其能耗極低，每生產(chǎn)一噸淡水耗電量?jī)H為0.9～1.2 kWh。因?yàn)樵聿煌瑐鳠嵯禂?shù)比MSF高，所需傳熱面積也更少；同時(shí)MED的工作范圍大，一般可以達(dá)到設(shè)計(jì)值的40% ～110%；MED設(shè)備初期投資較MSF小。

RO技術(shù)最大單機(jī)容量為2.1×104 m3/d，根據(jù)不同預(yù)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(fā)后再凝結(jié)，因此，其初期投資及造水成本均更低。RO技術(shù)主要控制壓力與反滲透膜，其裝置相對(duì)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便。但RO對(duì)源海水要求較高，需進(jìn)行嚴(yán)格的預(yù)處理，反滲透膜更是需要定期更換。不同地區(qū)不同季節(jié)甚至同一天中不同時(shí)間段，海水溫度差異較大，當(dāng)水溫很低時(shí)，預(yù)處理需要將海水加熱，如無廉價(jià)熱源，RO制水成本將大幅增加。

2 國(guó)內(nèi)外選用技術(shù)的差異

從各國(guó)選用的海水淡化方法對(duì)比可看出，MSF多集中在海灣國(guó)家，如沙特阿拉伯、阿曼等[3]。具體原因是，海灣地區(qū)擁有豐富的石油資源，電廠利用廉價(jià)的油田氣發(fā)電，再建立起水電聯(lián)產(chǎn)模式，從汽輪機(jī)抽蒸汽進(jìn)行海水淡化，因此能耗費(fèi)用極低。同時(shí)，MSF單機(jī)容量最大，淡化產(chǎn)量高，技術(shù)也最成熟。另外，海灣地區(qū)夏天時(shí)的水溫高達(dá)40多度，含鹽量更是達(dá)到4×104 mg/L，再加上該地區(qū)石油污染嚴(yán)重，這些都限制了RO的應(yīng)用。

RO的市場(chǎng)則主要分布在除海灣和南美外的世界其他地區(qū)。歐洲的海水淡化就主要采用RO，日本現(xiàn)有淡水技術(shù)也主要采用RO。美國(guó)在處理苦咸水方面RO技術(shù)應(yīng)用最廣，且一直到2025年的淡水生產(chǎn)規(guī)劃基本上都采用膜法。如今隨著納濾、超濾、微濾技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用，更為RO裝置的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行提供了保證。

而我國(guó)的海水淡化工程則主要選用RO和MED技術(shù)，MSF雖在國(guó)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(guó)的海水淡化工程中，RO約占67%，MED約占27%[4]。

3 國(guó)內(nèi)外海水淡化技術(shù)差距

截止2008年，世界海水淡化總體規(guī)模已達(dá)到6 421×104 m3/d，而截止2010年10月，國(guó)內(nèi)淡化裝置規(guī)模也僅有50×104 m3/d。從單機(jī)規(guī)?？矗瑖?guó)外多級(jí)閃蒸、低溫多效、反滲透也分別達(dá)到7.6×104、3.6×104和2.1×104 m3/d，正在建設(shè)和醞釀的有9×104 m3/d、4.5×104 m3/d和2.7×104 m3/d的單機(jī)規(guī)模。而國(guó)內(nèi)自行設(shè)計(jì)的僅為1.2×104 m3/d、1.25×104 m3/d和1.0×104 m3/d[5]。

我國(guó)已建成的海水淡化工程中，自主完成建設(shè)的只占30%左右。如果以產(chǎn)水量計(jì)算，甚至還不到13%。我國(guó)的RO系統(tǒng)中，有80%的反滲透膜仍從國(guó)外進(jìn)口。MED設(shè)備中的蒸汽噴射泵，至今也只有幾家公司進(jìn)行研究。國(guó)產(chǎn)的阻垢劑在使用效果上也明顯劣于國(guó)外產(chǎn)品。

設(shè)備制造方面，我國(guó)從事海水淡化設(shè)備設(shè)計(jì)制造的企業(yè)剛剛起步，企業(yè)生成能力和規(guī)模有限，更沒有形成成熟的產(chǎn)業(yè)鏈。由于海水具有腐蝕性，設(shè)備原材料大部分依賴進(jìn)口。加工工藝和加工精度上與國(guó)際先進(jìn)制造企業(yè)還有較大差距，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力不足。

在水務(wù)市場(chǎng)上，當(dāng)前我國(guó)已經(jīng)形成了一套比較完備的水務(wù)體系，自來水可以享受保護(hù)性價(jià)格優(yōu)惠。但由于海水淡化產(chǎn)業(yè)形成規(guī)模較晚，淡化水仍被獨(dú)立于現(xiàn)有自來水價(jià)格體系之外。雖然我國(guó)海水淡化產(chǎn)業(yè)處于發(fā)展期，但由于民間資本進(jìn)入這個(gè)行業(yè)門檻高、投資回報(bào)周期長(zhǎng)等，投資者大多持觀望態(tài)度。此外，我國(guó)現(xiàn)有的城市管網(wǎng)普遍為鑄鐵，而海水淡化生產(chǎn)的水普遍呈酸性，對(duì)現(xiàn)有的管網(wǎng)將造成腐蝕。因此，我國(guó)的海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀同經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展要求仍存在著較大差距。

4 我國(guó)海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景

2012年2月國(guó)務(wù)院下發(fā)了《關(guān)于加快發(fā)展海水淡化產(chǎn)業(yè)的意見》，2012年5月，國(guó)家發(fā)改委發(fā)布了《國(guó)家發(fā)展改革委辦公廳關(guān)于開展海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展試點(diǎn)示范工作的通知》，開展海水淡化產(chǎn)業(yè)示范工程建設(shè)。2012年8月國(guó)家有關(guān)部門又聯(lián)合發(fā)布了《海水淡化科技發(fā)展“十二五”專項(xiàng)規(guī)劃》，提出到2015年，我國(guó)海水淡化產(chǎn)業(yè)規(guī)模要達(dá)到220～260萬噸/日，對(duì)海島新增供水量的占比要提高到50%以上；海水淡化設(shè)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(chǎn)業(yè)鏈。從《2013—2017年中國(guó)海水淡化產(chǎn)業(yè)深度調(diào)研與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報(bào)告》來看，未來十年內(nèi)海水淡化市場(chǎng)規(guī)模有超過5倍的成長(zhǎng)空間，發(fā)展?jié)摿薮?。因此，可以預(yù)期，“十二五”期間我國(guó)海水淡化裝備制造業(yè)產(chǎn)值將達(dá)180億元，相關(guān)工程配套產(chǎn)值可達(dá)90億元，售水產(chǎn)值為183億元[6]。

5 結(jié)論

經(jīng)過以上對(duì)比與分析，多級(jí)閃蒸技術(shù)在海灣地區(qū)應(yīng)用最廣，反滲透技術(shù)在歐美、日本等地區(qū)應(yīng)用最廣，我國(guó)是低溫多效技術(shù)應(yīng)用得最多。同時(shí)，我國(guó)的海水淡化產(chǎn)業(yè)無論是在產(chǎn)業(yè)規(guī)模還是在單機(jī)規(guī)模上與發(fā)達(dá)國(guó)家還有很大的差距，但是我國(guó)海水淡化項(xiàng)目的規(guī)模也正在逐漸擴(kuò)大。目前幾種海水淡化技術(shù)都進(jìn)入成熟階段，對(duì)于技術(shù)的選擇不存在唯一性，總體來說單獨(dú)設(shè)計(jì)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(shù)更加經(jīng)濟(jì)；若作為10萬噸級(jí)高需水量的廠礦企業(yè)供水水源，采用多級(jí)閃蒸則更加經(jīng)濟(jì)可靠。相信隨著研究的深入和示范項(xiàng)目的開展，我國(guó)的海水淡化技術(shù)在未來必定會(huì)更具競(jìng)爭(zhēng)力。

參考文獻(xiàn)

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[5] 馮厚軍，謝春剛.中國(guó)海水淡化技術(shù)研究現(xiàn)狀與展望[J].化學(xué)工業(yè)與工程，2010，27（2）：103-109.

[6] 中經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究所.2013—2017年中國(guó)海水淡化產(chǎn)業(yè)深度調(diào)研與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報(bào)告[R].北京：中經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究所，2013.