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摘要：海水淡化，就是利用海水脱盐生产淡水的技术过程。海水淡化已成为解决全球水资源紧缺问题的重要途径。文章介绍了海水淡化技术与分类，国内外海水淡化产业的发展现状及发展趋势，提出了降低海水淡化成本的有效途径。
关键词：海水淡化；淡化技术；发展现状；发展趋势；综合利用
中图分类号：C35文献标识码： A
引言
水是生命之源，是社会经济发展的命脉，是人类宝贵的、不可替代的自然资源。地球上的水资源总量，淡水仅占2.5%，海水占97.5%[1]。随着社会的发展，淡水资源日趋缺乏。目前，全世界大约三分之一的人口生活在缺水状态中。据预测，到2025年，全世界将有三分之二的人口面临缺水问题[2]。我国也是世界上13个严重缺水国之一。淡水资源紧缺问题已成为关系人类社会发展的重大问题，而从占全球水资源97.5%的海洋要淡水，无疑是解决当前水危机的最佳途径，而且是一项保护资源、创造资源、实现可持续发展的重要举措，具有极高的经济效益和社会效益。
1 海水淡化技术简介
海水淡化，又称海水脱盐，是通过化学或者物理方法将海水（苦咸水）中的盐等各种杂质脱除获取淡水的技术过程。按分离方法的不同，可以将海水淡化技术分成热法和膜法两大类（见图1）。目前成为海水淡化主流技术并得到普遍工业化应用的主要是多级闪蒸（MSF）、多效蒸馏（MED）和反渗透（SWRO）。我国的海水淡化工程中主要采用反渗透和多效蒸馏两种技术[3-4]。
图1 海水淡化技术分类
多级闪蒸、多效蒸馏主要是通过加热蒸馏制取淡水，具有對海水水质要求宽松，对低温、重污染、高浊度海水的适应能力强，淡化水纯度高等优点。
反渗透是一种膜分离过程，该过程利用高压泵将海水增压后，借助半透膜的选择截留作用来除去水中的无机离子以得到淡水。由于反渗透膜的截留粒度小于10×10-10m，所以反渗透海水淡化同时能滤除各种细菌、病毒，获得高质量的淡水。
这三种技术中，多级闪蒸投资和运行费用相对较高，除了在中东产油国家使用之外，其余地区应用较少。低温多效、反渗透两种海水淡化技术在相当长的时间内将是海水淡化的主流技术。
2 我海水淡化的发展现状
我国海水淡化技术的研究始于1958年，上世纪九十年代以来，我国在海水淡化关键技术方面取得重大突破，初步构建起具有我国特色的海水淡化技术体系，低温多效海水淡化等部分领域已跻身国际先进水平，具备规模化应用和产业化发展的条件。
图2 低温多效海水淡化工艺流程图
在低温多效海水淡化方面，2004年攻克了千吨级低温多效海水淡化技术，自主设计、制造完成了黄岛电厂3000吨/日低温多效海水淡化装置并投入运行（低温多效海水淡化流程示意图见图2），实现我国蒸馏法海水淡化工程“零”的突破，按照当时的能源价格计算，吨水成本约为4.8元/吨。2006年，从法国Sidem公司引进的2万吨/日低温多效海水淡化工程投产，同年12月由法国Weir公司设计、以国内制造为主的1万吨/日低温多效海水淡化工程在天津投产。另外，首钢公司和天津北疆电厂分别签订从法国Sidem公司和以色列IDE公司引进低温多效设备的合同，工程规模分别为5万吨/日和10万吨/日。
在反渗透海水淡化方面也取得了较大的技术进展，已经建成单台产水能力为1000吨/日、3000吨/日、2×2500吨/日的多个示范工程；2005年建成10万吨/日的亚海水淡化工程，形成大规模反渗透淡化工程的设计和建设技术；2006年、2007年大唐黄岛电厂又分别完成了3000吨/日、1万吨/日反渗透海水淡化设备的安装、调试、运行工作，在单机规模方面接近国际先进水平[5]。反渗透海水淡化工艺流程图见图3。
图3 反渗透海水淡化工艺流程图
截止到2010年，我国已建海水淡化工程装机容量达52.4万吨/日，其中低温多效产水能力19.6万吨/日，反渗透产水能力32.2万吨/日；从建设单位来看，38.7万吨/日由国外公司承建，13.7万吨/日由国内公司承建；从淡化水用途来分，5.4万吨/日用于海岛供水，37.0万吨/日用于工业供水，10.0万吨/日用于市政供水。国内最大规模海水淡化厂产水规模已经达到10万吨/日，如天津北疆电厂引进国外4×2.5万吨/日低温多效海水淡化装置，其单机规模也是目前国内最大。
图4.我国海水淡化总装机容量变化
3 国外海水淡化的发展现状
据国际淡化协会统计，截至2009年，世界范围内已有14754个淡化厂，总装机容量约6850万吨/日。其中，80%以上用于饮用水供应，解决了2亿多人的饮水问题。而到目前为止，新世纪上马的项目已超过20世纪的总和。海水淡化技术作为现有水源的补充措施，在很大程度上缓解了部分地区的缺水状况；尤其在中东地区和岛屿地区，淡化水已成为基本水源。
在各国政府的推动下，2006-2010年全球淡化工程的总投资额已达250亿美元，而且海水淡化市场容量还在以较快的速度递增，其中斗山重工、Sidem和IDE等公司占据了较大的市场份额。上述国际海水淡化公司利用跨国企业的资源、技术优势和灵活的建设融资方案，大力开拓市场，不断发展壮大，通过技术推广获取了丰厚的利润回报。
随着海水淡化技术的进步，海水淡化工程规模在不断扩大，多级闪蒸、低温多效和反渗透的最大规模已分别达到88万吨、80万吨和38万吨/日，最大单机规模分别突破了7.6万吨/日、3.8万吨/日和1.5万吨/日。技术进步和规模扩大使得海水淡化成本不断下降，从上世纪60年代的吨水成本9美元，下降至目前的0.5美元左右，淡化水平均售价可达到0.6-0.9美元水平[6]。
4 海水淡化的发展趋势
随着技术的成熟和未来需求的不断增加，海水淡化产业在全球范围内得到了快速发展。
从技术上看，国外海水淡化技术日趋成熟，电水联产、热膜耦合等多种技术相结合已成为发展趋势。在热法淡化领域，未来5年海湾地区大型电力工程的建设将带动全球热法海水淡化市场增长。而且，在低温多效淡化技术发展进程中，将逐渐替代多级闪蒸部分市场份额，预计到2015年将达到35%。
从全球市场空间来看，海水淡化市场将持续增长。国际淡化协会（IDA）最新统计表明，全球海水淡化总产量已达到日均6348万吨，全球海水淡化工程每年的总投资额达到248亿美元，并以每年20%-30%的速度增长。预测到2020年，海水淡化的国际市场将有近5000亿美元的商机。
从地域分布来看，全球48%的淡化厂分布在中东地区（其中海湾地区的总产水量就达1930万吨/日），18%分布在美国，14%在欧洲，14%分布在亚洲太平洋地区，6%在非洲。但中东地区、亚洲太平洋地区和非洲地区的海水淡化厂产能与总体缺水量比率仍低于欧美地区。因此，中东地区、亚洲太平洋地区和非洲地区将是未来全球淡化发展最快的区域。而且，随着国际跨国集团介入全球海水淡化市场，缓解经济不发达国家投资海水淡化的资金压力，将更进一步推动该地区淡化市场容量的增长。全球水资源智库（GWI）预计，像美洲、中国及印度等大型的市场届时将有明确的政策保证大型海水淡化工程的顺利进行，到2020年全球总装机容量年均增长率将超过15%。
从造水成本来看，随着技术的不断进步和淡化总装机容量逐年上升，淡化水价格呈逐年下降趋势；同时，随着淡水资源的日趋紧缺，自来水价格逐年上升；综合两种水源的现状和发展趋势，预计到2015年淡化水价格将接近自来水价。这种淡化水成本的降低，将使越来越多的地区选择淡化水作为安全、稳定的市政和工业用水来源，从而进一步扩大市场容量。
关键词：海水淡化；淡化技术；发展现状；发展趋势；综合利用
中图分类号：C35文献标识码： A
引言
水是生命之源，是社会经济发展的命脉，是人类宝贵的、不可替代的自然资源。地球上的水资源总量，淡水仅占2.5%，海水占97.5%[1]。随着社会的发展，淡水资源日趋缺乏。目前，全世界大约三分之一的人口生活在缺水状态中。据预测，到2025年，全世界将有三分之二的人口面临缺水问题[2]。我国也是世界上13个严重缺水国之一。淡水资源紧缺问题已成为关系人类社会发展的重大问题，而从占全球水资源97.5%的海洋要淡水，无疑是解决当前水危机的最佳途径，而且是一项保护资源、创造资源、实现可持续发展的重要举措，具有极高的经济效益和社会效益。
1 海水淡化技术简介
海水淡化，又称海水脱盐，是通过化学或者物理方法将海水（苦咸水）中的盐等各种杂质脱除获取淡水的技术过程。按分离方法的不同，可以将海水淡化技术分成热法和膜法两大类（见图1）。目前成为海水淡化主流技术并得到普遍工业化应用的主要是多级闪蒸（MSF）、多效蒸馏（MED）和反渗透（SWRO）。我国的海水淡化工程中主要采用反渗透和多效蒸馏两种技术[3-4]。
图1 海水淡化技术分类
多级闪蒸、多效蒸馏主要是通过加热蒸馏制取淡水，具有對海水水质要求宽松，对低温、重污染、高浊度海水的适应能力强，淡化水纯度高等优点。
反渗透是一种膜分离过程，该过程利用高压泵将海水增压后，借助半透膜的选择截留作用来除去水中的无机离子以得到淡水。由于反渗透膜的截留粒度小于10×10-10m，所以反渗透海水淡化同时能滤除各种细菌、病毒，获得高质量的淡水。
这三种技术中，多级闪蒸投资和运行费用相对较高，除了在中东产油国家使用之外，其余地区应用较少。低温多效、反渗透两种海水淡化技术在相当长的时间内将是海水淡化的主流技术。
2 我海水淡化的发展现状
我国海水淡化技术的研究始于1958年，上世纪九十年代以来，我国在海水淡化关键技术方面取得重大突破，初步构建起具有我国特色的海水淡化技术体系，低温多效海水淡化等部分领域已跻身国际先进水平，具备规模化应用和产业化发展的条件。
图2 低温多效海水淡化工艺流程图
在低温多效海水淡化方面，2004年攻克了千吨级低温多效海水淡化技术，自主设计、制造完成了黄岛电厂3000吨/日低温多效海水淡化装置并投入运行（低温多效海水淡化流程示意图见图2），实现我国蒸馏法海水淡化工程“零”的突破，按照当时的能源价格计算，吨水成本约为4.8元/吨。2006年，从法国Sidem公司引进的2万吨/日低温多效海水淡化工程投产，同年12月由法国Weir公司设计、以国内制造为主的1万吨/日低温多效海水淡化工程在天津投产。另外，首钢公司和天津北疆电厂分别签订从法国Sidem公司和以色列IDE公司引进低温多效设备的合同，工程规模分别为5万吨/日和10万吨/日。
在反渗透海水淡化方面也取得了较大的技术进展，已经建成单台产水能力为1000吨/日、3000吨/日、2×2500吨/日的多个示范工程；2005年建成10万吨/日的亚海水淡化工程，形成大规模反渗透淡化工程的设计和建设技术；2006年、2007年大唐黄岛电厂又分别完成了3000吨/日、1万吨/日反渗透海水淡化设备的安装、调试、运行工作，在单机规模方面接近国际先进水平[5]。反渗透海水淡化工艺流程图见图3。
图3 反渗透海水淡化工艺流程图
截止到2010年，我国已建海水淡化工程装机容量达52.4万吨/日，其中低温多效产水能力19.6万吨/日，反渗透产水能力32.2万吨/日；从建设单位来看，38.7万吨/日由国外公司承建，13.7万吨/日由国内公司承建；从淡化水用途来分，5.4万吨/日用于海岛供水，37.0万吨/日用于工业供水，10.0万吨/日用于市政供水。国内最大规模海水淡化厂产水规模已经达到10万吨/日，如天津北疆电厂引进国外4×2.5万吨/日低温多效海水淡化装置，其单机规模也是目前国内最大。
图4.我国海水淡化总装机容量变化
3 国外海水淡化的发展现状
据国际淡化协会统计，截至2009年，世界范围内已有14754个淡化厂，总装机容量约6850万吨/日。其中，80%以上用于饮用水供应，解决了2亿多人的饮水问题。而到目前为止，新世纪上马的项目已超过20世纪的总和。海水淡化技术作为现有水源的补充措施，在很大程度上缓解了部分地区的缺水状况；尤其在中东地区和岛屿地区，淡化水已成为基本水源。
在各国政府的推动下，2006-2010年全球淡化工程的总投资额已达250亿美元，而且海水淡化市场容量还在以较快的速度递增，其中斗山重工、Sidem和IDE等公司占据了较大的市场份额。上述国际海水淡化公司利用跨国企业的资源、技术优势和灵活的建设融资方案，大力开拓市场，不断发展壮大，通过技术推广获取了丰厚的利润回报。
随着海水淡化技术的进步，海水淡化工程规模在不断扩大，多级闪蒸、低温多效和反渗透的最大规模已分别达到88万吨、80万吨和38万吨/日，最大单机规模分别突破了7.6万吨/日、3.8万吨/日和1.5万吨/日。技术进步和规模扩大使得海水淡化成本不断下降，从上世纪60年代的吨水成本9美元，下降至目前的0.5美元左右，淡化水平均售价可达到0.6-0.9美元水平[6]。
4 海水淡化的发展趋势
随着技术的成熟和未来需求的不断增加，海水淡化产业在全球范围内得到了快速发展。
从技术上看，国外海水淡化技术日趋成熟，电水联产、热膜耦合等多种技术相结合已成为发展趋势。在热法淡化领域，未来5年海湾地区大型电力工程的建设将带动全球热法海水淡化市场增长。而且，在低温多效淡化技术发展进程中，将逐渐替代多级闪蒸部分市场份额，预计到2015年将达到35%。
从全球市场空间来看，海水淡化市场将持续增长。国际淡化协会（IDA）最新统计表明，全球海水淡化总产量已达到日均6348万吨，全球海水淡化工程每年的总投资额达到248亿美元，并以每年20%-30%的速度增长。预测到2020年，海水淡化的国际市场将有近5000亿美元的商机。
从地域分布来看，全球48%的淡化厂分布在中东地区（其中海湾地区的总产水量就达1930万吨/日），18%分布在美国，14%在欧洲，14%分布在亚洲太平洋地区，6%在非洲。但中东地区、亚洲太平洋地区和非洲地区的海水淡化厂产能与总体缺水量比率仍低于欧美地区。因此，中东地区、亚洲太平洋地区和非洲地区将是未来全球淡化发展最快的区域。而且，随着国际跨国集团介入全球海水淡化市场，缓解经济不发达国家投资海水淡化的资金压力，将更进一步推动该地区淡化市场容量的增长。全球水资源智库（GWI）预计，像美洲、中国及印度等大型的市场届时将有明确的政策保证大型海水淡化工程的顺利进行，到2020年全球总装机容量年均增长率将超过15%。
从造水成本来看，随着技术的不断进步和淡化总装机容量逐年上升，淡化水价格呈逐年下降趋势；同时，随着淡水资源的日趋紧缺，自来水价格逐年上升；综合两种水源的现状和发展趋势，预计到2015年淡化水价格将接近自来水价。这种淡化水成本的降低，将使越来越多的地区选择淡化水作为安全、稳定的市政和工业用水来源，从而进一步扩大市场容量。