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來源：《工業(yè)水處理》2022年第3期

由于當今社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，淡水資源短缺已是一個全球性的問題。我國是海洋強國，對海水進行有效地開發(fā)利用，可成為淡水重要的補充來源。海水淡化作為沿海地區(qū)非常規(guī)的新型水資源，其開發(fā)利用已逐漸受到中央和地方政府的重視。

海水資源綜合利用的研究有3個重要領域：

（1）海水淡化，即運用海水淡化的方法生產(chǎn)淡水，是海水利用的主要形式；

（2）海水直接使用，即用海水代替淡水，應用于工業(yè)冷卻水及生活用水；

（3）綜合利用化學資源，提取海水中的化學元素，進行深加工處理。

全球淡水只占總水資源的2.5%，而海水占97.5%，海水是水資源的重要寶庫。開發(fā)海水綜合利用及淡化技術已經(jīng)是沿海人口稠密地區(qū)淡水資源供給的主要途徑之一。

目前，海水淡化應用廣泛，2010—2019年，全球海水淡化裝機容量每年增長7%左右，為滿足全球日益增長的淡水需求提供了技術支持。

我國在《海水淡化利用發(fā)展行動計劃（2021—2025年）》中提出，“十四五”時期要著力推進居民供水、工業(yè)園區(qū)、海島、船舶用水方面的海水淡化規(guī)?；?。

筆者對海水淡化的應用情況及相關政策進行了匯總，通過綜合分析海水淡化發(fā)展存在的問題，提出了依托我國經(jīng)略海洋和海洋強國戰(zhàn)略的海水淡化利用的相關對策，希望為基于海水資源綜合利用領域的研究提供一定的參考。

1.海水淡化技術

目前，海水淡化常用的技術分成2大類：膜法海水淡化（主要是反滲透RO技術）和熱法海水淡化（多效蒸餾MED技術、多級閃蒸MSF技術）。

熱法和膜法各有利弊。熱法具有設備工藝簡單、化學試劑用量很少、對環(huán)境污染小的優(yōu)點，但其設備噪音大、投資高、無廢熱時單位制水成本也高。

膜法（RO技術）雖設備投資少、運行費用及單位制水成本低，但設備工藝及運行維護復雜，尤其是膜元件的廢棄還會給環(huán)境帶來二次污染。反滲透法因在成本上比熱法具有優(yōu)勢，應用更為廣泛，平均淡化成本約為熱法的23%。

全球主要海水淡化技術的應用情況見圖1。

RO、MSF、MED 3種技術占全球海水淡化總產(chǎn)能的94%，其中RO技術占69%，應用最為普遍。

圖1　全球主要海水淡化技術的應用情況

近些年，各國學者研發(fā)出一些新興海水淡化技術。

正滲透（FO）技術因其膜污染小和能耗低等特點成為主要的淡化技術；

組合型技術，如RO-MSF、MED-AD（AD，吸附式海水淡化）和MSF-MED組合型技術，將各技術的優(yōu)勢融合，彌補了單一技術的缺陷，提升了海水淡化能力，在減少腐蝕的同時，可降低建設成本、提高產(chǎn)水水質；

利用可再生能源進行海水淡化的太陽能海水淡化技術在成本和技術上具有競爭優(yōu)勢；

新材料（如納米顆粒、石墨烯基分離膜）、新裝置（如流體切換能量回收裝置）的研發(fā)可有效提升海水淡化能力。這些新興海水淡化技術具有重要的基礎性影響，發(fā)展?jié)摿薮蟆?/span>

2.海水淡化發(fā)展及利用現(xiàn)狀

2.1國外海水淡化發(fā)展及利用

2.1.1　海水淡化工程應用情況

D. IHSANULLAH等指出，到2050年，60個國家中大約70億人將面臨嚴重的水資源短缺，這也是21世紀全球應對的重要挑戰(zhàn)之一。

2019年國際海水淡化協(xié)會（IDA）報道，全球有19744家海水淡化廠，海水淡化能力約9970萬m3/d，這些工廠位于150個國家，服務3億人。

海水淡化尤其可作為一些中東國家安全可靠的淡水資源，沙特阿拉伯是世界上最大的海水淡化用戶，其產(chǎn)能約占全球總產(chǎn)能的25.9%，擁有世界上最大的MSF/RO“Ras Al Khair”淡化廠、MED“Marafiq Jubail IWPP”工程、單套MED海水淡化裝置的“Shoaiba Ⅱ”工程、MSF“Shoaiba Ⅲ”工廠，以及太陽能海水淡化廠。

2021年阿聯(lián)酋建成了規(guī)模為68.2萬m3/d位于阿布扎比Mirfa的大型反滲透海水淡化項目。

近年來以色列在地中海沿線先后建設大型海水淡化廠5個，可提供淡化水約6億m3/a，截至2017年，以色列80%的飲用水是通過海水淡化生產(chǎn)的。位于福岡的如來中心擁有日本最大的海水淡化能力，產(chǎn)能占總供水的1/12左右。此外，所有的澳大利亞省會城市都有海水淡化廠。

馬爾代夫等一些海島國家基本全部要通過海水淡化的方式獲得淡水。世界海水淡化市場的成交規(guī)模以年均20%的速度遞增，海水淡化技術在歐洲、北非的應用也較為成熟。

2.1.2　海水淡化產(chǎn)業(yè)相關政策

美國、日本、澳大利亞、以色列等海水利用產(chǎn)業(yè)較發(fā)達的國家均制定了相關政策及執(zhí)行措施，在海水利用產(chǎn)業(yè)上給予支持引導，確保其健康發(fā)展。表1為國外部分國家海水淡化相關政策，對我國海水淡化發(fā)展也有重要啟示。

 表1　國外部分國家海水淡化相關政策

2.2我國海水淡化應用及發(fā)展

2.2.1　海水淡化應用狀況

2019年和2020年沿海9個省市的海水淡化產(chǎn)水能力如圖2所示。

圖2　全國沿海各省市海水淡化工程產(chǎn)能

對比發(fā)現(xiàn)，2019—2020年內(nèi)各省市海水淡化規(guī)?；咎幱诜€(wěn)步發(fā)展狀態(tài)，2020年新建成的海水淡化工程大多數(shù)都在山東省，其規(guī)模相對2019年有一定幅度的增長。

2019年，全國建成115個總規(guī)模達157.38萬m3/d的海水淡化工程，其中，新建成的17個總規(guī)模為39.91萬m3/d的工程分布于沿海一帶。

浙江省的海水淡化工程規(guī)模40.78萬m3/d，較2018年的23.23萬m3/d漲幅75.5%，2019年發(fā)展尤為突出。同年，天津海水淡化工程規(guī)模為30.60萬m3/d，河北海水淡化工程規(guī)模為30.35萬m3/d，京津冀地區(qū)不僅是我國海水淡化技術應用與發(fā)展的先進區(qū)域之一，也是該領域創(chuàng)新驅動發(fā)展最集中的地區(qū)之一。

2020年底，全國有135個海水淡化工程，總規(guī)模165.11萬m3/d，新建成的14個總規(guī)模為6.485萬m3/d的海水淡化工程均采用RO技術，其中規(guī)模最大的是煙臺南山鋁業(yè)海水淡化工程，達3.3萬m3/d。到“十四五”時期末，我國將新增超125萬m3/d的海水淡化項目，總規(guī)模達290萬m3/d。

國內(nèi)現(xiàn)有海水淡化項目產(chǎn)水用途分布見圖3。

圖3　國內(nèi)現(xiàn)有海水淡化項目淡化水用途分布

海水淡化水主要用作工業(yè)用水及生活用水，集中用于沿海地區(qū)電力、石化和鋼鐵等高耗水行業(yè)，市政供水僅占29%，由于各種條件的限制基本不能有效進入管網(wǎng)系統(tǒng)。

2.2.2　我國海水淡化相關政策文件

2020年以來，我國制定發(fā)布了一系列海水淡化相關政策和標準（表2），為海水淡化工程提供了有力支撐，使其設計更安全，運行更穩(wěn)定，海水利用的標準體系更健全。

表2　2020年以來我國海水淡化相關政策和標準

3.海水淡化存在的問題

我國的海水淡化不僅有規(guī)模開發(fā)、技術應用方面的問題，還有一些制約海水淡化發(fā)展及利用的因素存在。

（1）海水淡化廠供水范圍較小，技術自主創(chuàng)新能力較低。由于關鍵技術和設備國產(chǎn)化率較低，我國淡化海水民用供給較少，多數(shù)僅限企業(yè)自用。

（2）相比自來水，淡化水水價運作機制不科學，結構體系不完整。造成海水淡化成本高的原因往往還有運輸距離遠、工程規(guī)模小、國產(chǎn)化率低等。

（3）海水淡化水消納問題及產(chǎn)水過程對環(huán)境產(chǎn)生負面影響。產(chǎn)品水消納、長距離輸水管道建設等問題，導致一些項目進展較為緩慢。排海濃鹽水比海水的含鹽量高大約1倍，且溫度較高，導致局部海水鹽度增大，水溫升高，溶解氧減少，進而影響海洋生態(tài)環(huán)境。

（4）競爭力不足，配套政策不完善。現(xiàn)如今，整體有效的海水淡化組織協(xié)調(diào)體系還未形成，相應的價格、金融、財稅等一系列引導措施和配套政策也未健全，相關管理對策還需進一步優(yōu)化

4.海水淡化發(fā)展的應對措施

（1）激發(fā)技術自主創(chuàng)新意識，為海水淡化發(fā)展提供支撐。針對目前的發(fā)展情況，在工藝優(yōu)化、降低成本、關鍵設備和技術研發(fā)等方面進行自主創(chuàng)新。在強化技術研發(fā)，完善產(chǎn)業(yè)鏈條、提升服務能力的同時，建設示范工程。

鼓勵科研單位及企業(yè)將蒸發(fā)器、反滲透膜、能量回收裝置等重要設備最新研究成果納入示范項目，通過進一步試驗與改進，逐步實現(xiàn)海水淡化設備的國產(chǎn)化。破除技術單一性，多種技術相結合，開發(fā)可再生能源，深化傳統(tǒng)海水淡化技術節(jié)能降耗等方面的研究。

在海水淡化新興材料（如石墨烯等納米材料）方面積極探索，在新興技術工藝（如正滲透、太陽能）方面集成創(chuàng)新。根據(jù)世界海水淡化的研究趨勢，推動海水淡化技術的進一步發(fā)展。

（2）科學制定淡化水價，作為政府補貼淡化廠和用水企業(yè)的基本依據(jù)。鼓勵生產(chǎn)型企業(yè)和用水量大的企業(yè)優(yōu)先使用淡化海水，提供優(yōu)惠政策，彌補水費損失。鑒于現(xiàn)在的海水淡化成本水平，閑置產(chǎn)能得以解決不可或缺的是政府的直接補貼。

對沿海城市繼續(xù)實行分類水價和階梯水價的自來水價格改革，這些改革使過度用水者被征收的水資源稅增加，也間接提升了對非常規(guī)水資源的需求。

對于供應給市政管網(wǎng)的淡化海水，供水企業(yè)應與海水淡化廠簽訂長期采購合同，并按各市政管網(wǎng)實際淡化海水用量向海水淡化廠付費。為了降低能源消耗和預處理成本，將核電與海水淡化相結合，可滿足核能發(fā)電對冷卻水的需要。

（3）解決海水淡化消納問題，推動綠色清潔生產(chǎn)。建立省級水資源調(diào)配體系，統(tǒng)籌規(guī)劃部署各地海水淡化項目，省市區(qū)（縣）三級聯(lián)動，打造綜合供水體系。完善海水淡化水的儲備和調(diào)節(jié)機制，探索產(chǎn)品水消納途徑，推動海水淡化水跨地市調(diào)蓄水庫、供水管網(wǎng)的建設，提升海水淡化水供應規(guī)模和能力，從根本上解決海水淡化水的消納問題。

針對環(huán)境問題，排海仍是當前處理濃鹽水的主要形式，然而海水消耗濃縮鹽水的能力是有限的，有必要將海水淡化產(chǎn)生的濃鹽水作為化工資源進行綜合利用。

保護海洋生態(tài)環(huán)境，首先要注意合理選擇海水淡化廠地址，從源頭杜絕污染；其次，可與各企業(yè)相互結合，開啟廢熱循環(huán)的經(jīng)濟模式；最后，綜合利用淡化后的濃海水，從中提取鉀、溴、鎂等元素，既獲得了化工原料，也實現(xiàn)了濃鹽水的零排放。

（4）加強對海水淡化的政策扶持，完善政策標準體系。在海水淡化項目管理制度建設中，應在法律上明確海水淡化的戰(zhàn)略定位，促進海水淡化的規(guī)范化發(fā)展。

此外，國務院、環(huán)境保護部、國家海洋局、水利部和其他當?shù)夭块T以及協(xié)會參與海洋管理，需要確認各自的功能、責任、權利和利益分配等。積極推進扶持海水淡化發(fā)展相關經(jīng)濟政策的出臺，建立確定新建項目適宜規(guī)模的體系。

引導和規(guī)范海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展可從安全生產(chǎn)、資源開發(fā)、環(huán)境保護、產(chǎn)業(yè)發(fā)展等方面入手。明確濃鹽水處置要求，完善其入海相關標準規(guī)范，修訂飲水安全標準，優(yōu)化海水淡化相關指標。

開展海水淡化技術、項目設計、給排水、運行管理與實踐、質量與設備標準設計、監(jiān)管標準設計等多種形式的課題研究。

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