海水淡化设备

　　地球水资源总量虽然很大，但其中97.5%是海水，淡水仅占2.5%，而在这有限的淡水资源中，90%是人类难以企及的南北两极冰盖、冰川、冰雪，人类目前能够利用的淡水资源只占全球水资源总量的0.26%。

　　然而随着人口膨胀与工农业生产规模的迅速扩大，全球工业用水量已增加了20倍。淡水供需矛盾日益突出。

　　在淡水资源威胁人类生存的当下，海水淡化绝对是一个福音。如果能将取之不尽、用之不竭的海水转化成人类所需的淡水，并能使之规模化、产业化，将意味着未来人类不再为水而愁。

　　近日有媒体报道，北控水务集团有关负责人表示，已完全掌握大型海水淡化项目的核心技术。3年后，位于河北唐山境内的曹妃甸海水淡化项目日产能可达100万吨，经过270公里的输水管线，可将淡化后达到自来水标准的渤海海水源源不断地送到京城。这不仅意味着北京市民将有望喝上“海水”，也意味着这一新兴产业离人们的生活渐行渐近。

　　———— 海水淡化的方式 ————

　　蒸馏法蒸发水 反渗透膜法脱盐

　　据北控水务集团介绍，之所以选址曹妃甸来做海水淡化，是因为它有地理位置的优势，受洋流影响，曹妃甸海域属清洁海域，水质明显优于渤海湾其他海域，而且该项目所使用的海水均来自海面以下15米。

　　为什么要选择海面以下15米的海水呢?中关村海水淡化产业联盟的秘书长单位北京赛诺水务的技术总监张松建说，海水淡化的取水有两种方式，一种是表面式取水，另一种是海面下取水。“两者最大的区别就是水质不同。”表面式取水，主要利用潮差用引水渠将海水引入淡化厂，这种方法取水简单，但由于海水表面污染物、微生物较多，水质较差，因此海水的预处理系统比较复杂。而曹妃甸项目则采取海面下取水，这种取水方式取水较困难，但是由于水质较好因此预处理简单。

　　张松建指出，海水经过取水和预处理后，就该进入淡化的环节了。目前海水的淡化技术主要分为热法和膜法两种。热法又叫蒸馏法，其原理很简单，就是把海水加热蒸发，蒸汽冷凝为淡水。常用的热法海水淡化又包括两种方式：多级闪蒸和低温多效蒸馏。其中，多级闪蒸是把海水加热到120℃左右，然后进入到一系列压力逐渐降低的蒸发器内，一部分海水在压力突然降低的情况下会以“闪电”般的速度蒸发，蒸汽遇冷凝结成为淡水，剩余的海水进入下一个压力更低的蒸发器内蒸发。而低温多效蒸馏则是把海水在真空蒸发器内加热到70℃左右时蒸发，产生的蒸汽用于加热下一个蒸发器内的海水，同时蒸汽遇冷变成淡水。

　　由于海水腐蚀性很强，再加上120℃的高温，会加速对金属的腐蚀和结垢，因此采用多级闪蒸法对淡化装备的材质要求较高，造成设备整体价格的昂贵。而采用低温多效蒸馏法由于温度没有那么高，因此对设备的腐蚀结垢程度大大降低，使得设备材质的要求降低，使用寿命延长，运行维护简单，且由于需要的温度低，因此低温多效蒸馏法可以利用工业企业生产中的废热或余热，因此近5年来，从全球范围来看，低温多效蒸馏法正在逐步取代多级闪蒸法。

　　膜法主要是利用反渗透膜对海水进行淡化，反渗透膜就像一个筛子，当对海水施加一定压力时，只有体积小的水分子能通过反渗透膜，而体积大的盐分则不能通过。现在一般反渗透膜的孔径只有十分之一纳米。在这个孔径下，水中的盐分、比细菌更小的病毒，以及作为离子态存在的重金属都不能通过。

　　海水淡化后会留下一些盐度很高的浓盐水，这些浓盐水的含盐量比海水的含盐量要高约1倍，按照国际行业通常做法，这部分浓盐水是可以直排入海的，排放的时候会采取一些措施，尽量减少对周边海域的影响。但是张松建指出，由于渤海湾属于半封闭海湾，自身的置换能力差，有关专家推测渤海湾的海水完全置换一遍需要20—30年。这样如果直接将浓盐水排入渤海湾中，就会导致渤海湾的海水盐度逐渐上升，对海洋环境造成影响。因此曹妃甸项目，海水淡化后的浓盐水将不会直接排入渤海湾，而是给附近的盐化工企业作为盐化工的原料水，进行加工处理。

　　———— 后处理必不可少 ————

　　饮用水添口感 工业用水增品质

　　经过淡化后的海水是不是就可以直接饮用了呢?其实并不是这样的。张松建说，一套完整的海水淡化系统分为若干单元，包括取水、预处理、淡化和后处理。后处理的作用就是根据不同需求，进一步把海水淡化后的水进行后加工。具体到作为饮用水，就要进行水质调节，包括矿化、调整酸碱度、脱硼等使其达到符合自来水的饮用标准。

　　以曹妃甸项目为例，据北控水务集团相关负责人介绍，考虑到饮用水标准中的矿物质含量有利于人体健康，曹妃甸项目淡化工艺后就加了矿化程序，使溶解在水中和游离在管道中的二氧化碳与碳酸钙颗粒反应，提高水的碱度和硬度，从而使口感达到最佳状态。

　　此外，张松建说，海水淡化后的产品水纯度较高，随之带来的问题就是腐蚀性强，而城市的管网一般是铸铁的，如果将这种纯度较高的水输送到管网，容易导致管网腐蚀，影响水的质量和口感，因此要在后处理时调整腐蚀性。

　　作为市政用水，淡化后的水要进行后处理;作为工业用水，后处理也一样必不可少。

　　张松建举例说，如果海水淡化后的水是作为发电厂用水，由于发电厂需要高纯水，而海水淡化产品水的水质不能满足高纯水的水质要求。因此后处理就要对淡化后的水进行进一步的脱盐，使之成为符合要求的高纯水。

　　———— 让高成本降下来 ————

　　减少淡化能耗 提高设备国产化

　　目前，北京民用自来水价格为每吨4元，淡化海水经过特殊工艺处理后长途进京，会不会提高居民用水价格?对此，北控水务给出了这样一组数据：淡化海水出厂水价在每吨4.5元左右，输送成本为2.5元/吨—3.5元/吨，到京水价可控制在7元/吨—8元/吨。

　　虽然北控水务海水淡化事业部投资经理张一兰解释说，目前政府部门一直对居民用水进行价格补贴，海淡水进京后只是替代或补充部分水源，不会对居民水价造成影响，但高昂的成本一直是制约海水淡化发展的瓶颈。

　　如何让海水淡化的成本降下来呢?

　　张松建指出，海水淡化的成本取决于很多因素，首先直接影响其成本的就是能耗，降低能耗可以降低成本。他认为，膜法海水淡化可通过技术改进，提高膜性能，优化工艺组合，通过研究能量回收装置提高能量回收率，从而降低能耗，减少碳排放量。热法海水淡化可以发展水电联产模式，充分利用低成本的低品位废热，结合热泵系统的应用提高低品位热源品质，实现废热的回收利用;同时，通过不断的技术进步，提高换热效率，降低能耗。此外，还可以通过实现国产化，用国产的设备取代进口设备来降低投资。

　　“比如电厂用蒸汽发电，蒸汽通过汽轮机做功后，要用冷却水将其冷却，以便循环使用。一般沿海的发电厂都用海水做冷却水，在冷却蒸汽的同时海水的温度也相应升高。”张松建说，“由于反渗透所需要的压力和水的温度成反比，即水温越高所需要的压力就越小，因此用这样的冷却水做水源，就可以节约一部分能耗，成本也就降下来了。”

　　其实，这些年来随着技术的发展，海水淡化的成本一直在下降。“2000年的时候海水淡化的成本一吨在10元左右，到现在已经可以做到将一吨淡水的成本控制在5元左右。”

　　———— 仍面临两个欠缺 ————

　　大项目缺经验 设备多依赖进口

　　“我认为海水淡化在中国还是非常有前景的。”张松建说，首先中国水资源匮乏。海水淡化属于非常规资源，不受环境、气候的影响。其次，我国工业企业用水大户很多集中在沿海地区，这些区域的工业也最发达，海水淡化就近利用有其地域优势。再次，沿海地区的人口非常密集，用水需求量大且逐年增加。

　　早在上世纪70年代，我国海水淡化技术就已有了相关应用，即针对一些岛屿的小规模海水淡化。截至2011年国内海水淡化总产量达到了每天60多万吨。从2003年开始，这个产业取得了较快的发展。但是“目前，我们国家海水淡化仍有两个欠缺。”张松建说，第一个欠缺是缺乏大规模海水淡化项目的建设和运行经验。国外海水淡化厂的日生产能力已经达到了50万吨甚至80万吨，而我国已应用的最大规模海水淡化项目仅为10万吨。第二个欠缺就是我们缺乏自己的产品，海水淡化的核心设备和材料大都依赖于进口。张松建指出，根据《海水淡化产业发展“十二五”规划》目标，到2015年，我国要建立自主技术研发、装备制造、工程设计建设和应用、原材料生产等完整的海水淡化产业体系，海水淡化原材料、装备制造自主创新率达到70%以上，但目前我国海水淡化设备的国产化率仅能达到30%—40%。

　　虽然近几年国家开始重视海水淡化产业，去年相继出台了《关于加快发展海水淡化产业的意见》以及《海水淡化科技发展“十二五”专项规划》，但张松建仍然认为，要想取得海水淡化的更大发展还需要国家更多配套政策的大力支持。