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面临日益严峻的全球化水危机形势，我们不得不去思考其他可以获得水资源的途径。作为水资源的开源增量技术，海水淡化已经成为解决全球水资源危机的重要途径。由于水资源短缺形势严峻，中国近些来也在不断尝试向海洋要水“解渴”， 海水淡化越来越受到国家的重视与支持。“十三”规划建议明确提出了要“实行最严格的水资源管理制度”，实施“海水淡化工程”。
超纳大讲堂之
海水淡化
1.那么，我国海水淡化的发展现状如何？存在哪些制约问题？
2.我国海水淡化技术进展情况如何？
3.反渗透、正渗透等技术哪些更有应用前景？
4.新形势下，如何探索符合我国国情的海水淡化产业发展途径？
《水工业市场》杂志特约请膜与水处理技术教育部工程研究中心、浙江大学博士生导师陈欢林教授对这些问题进行解答。
陈欢林教授（拍摄于舟山海岛—海水淡化工程现场）
一、意义：当前我国发展海水淡化有何意义？
我国水资源短缺而且时空分布不均，沿海地区作为我国人口聚集与经济发展的重心，水资源匮乏日益加剧。据陈欢林介绍，“国内部分缺水城市，特别是北京、天津、河北等北方城市因长期过量开采地下水，已造成地面沉降、区域性地下漏斗面积增大、生态环境恶化等一系列问题。通过发展海水淡化，开发新的水源，解决沿海地区水资源匮乏问题，是相当现实的，而且是可以做到的。特别对降低地下水开采比例、改善地下水水位的回升具有积极作用”。
目前，江、浙一带的沿海城镇与海岛的市政供水仍然实行省内淡水资源的统一调配供给政策，“浙江有很多海岛，由于淡水资源不能保障等原因而变成无人岛”，陈欢林认为：沿海城镇及海岛没有必要从省内较远距离引水，应充分利用海水淡化来缓解沿海地区的淡水供给问题，若政府能推行这种新的淡水供给方式，不但能满足沿海地区市政供水的基本需求，同时还能促进海水养殖、浓海水资源化利用等特色产业的发展、促进海岛旅游资源的开发与利用。
另外，海水淡化对于维护国家海防安全方面也具有重大战略意义，比如南海大部分岛屿淡水资源不充足，边防战士无法长时期生活与工作，仅靠大陆运输补给，远水解不了近渴，严重影响海岛的开发利用。除此以外，海上作业平台、沿海工业和远洋船舶等都需要大量的淡水，依赖海上运输成本很高，而且受到天气因素的影响，还可能存在二次污染等问题。
二、现状与问题：我国海水淡化发展现状如何？存在哪些制约因素？
海水取之不尽，供水不受气候影响，水质好且稳定。将海水淡化作为解决淡水资源匮乏的战略选择，是确保国家安全和可持续发展的必然要求，亦是沿海地区未来生存发展的必然选择。近些年，我国政府也十分重视海水淡化发展。《海水淡化产业发展“十二五”规划》提出，到2015年，我国海水淡化产能达到220万立方米/日以上，并大幅提高苦咸水、微咸水的淡化利用能力。而按照《海水利用专项规划》中的发展目标，2020年海水化淡日产量达250-300万立方米，总投资规模超过400亿元人民币。
经过多年努力，我国海水淡化发展情况如何？根据《2014年全国海水利用报告》显示，截至2014年底，中国已建成海水淡化工程112个，产水规模达到日产92.69万吨，最大海水化淡工程规模为日产20万吨。在建的海水淡化工程产能近百万吨。陈欢林介绍说，我国海水淡化在“十二五”期间发展速度远超以往，但与规划目标还有一定距离。尤其是与国际上相比，我国海水淡化产能仍相对比较低，日产量约为全球的1-2 %。这与我国占世界1/5的人口总量和世界第二大经济体的地位严重不符，与我国严峻的供水形势也不相称。
究竟哪些因素制约了我国海水淡化的发展步伐？陈欢林认为，首先在政策方面，由于海水淡化工程投入大，投入资金是重要的制约因素。国家虽有中长期规划要发展海水淡化，但由于牵涉的部门多，缺乏管理经验等因素，致使对海水淡化工程的扶植规划、优惠政策、资金补贴等一系列可操作的事务工作无法落实。在技术方面，我国海水淡化技术日趋成熟，关键技术和配套的装备已有较大的开发基础，若海水淡化工程在国内大规模应用，则相应的关键技术及配套设备将能在短期内全部国产化。另外在成本方面，目前海水淡化吨水成本虽已降到近4-5元/吨，但仍比自来水的价格高，成为制约我国海水淡化发展的一个重要关键因素。
三、技术：我国海水淡化技术进展情况如何？反渗透、正渗透等技术哪些更有应用前景？
海水淡化技术起源于上世纪50、60年代，起初小范围应用在船只、海岛上。随着技术的不断进步和淡水缺乏区域的不断扩大，特别是进入上世纪80年代后，海水淡化技术逐渐被各国所重视，并逐步应用于工业、民用领域。
据陈欢林介绍，现在海水淡化技术主要分为热法和膜法两大类。热法海水淡化技术主要包括低温多效(MED)、多级闪蒸(MSF)和压汽蒸馏技术；膜法海水淡化技术主要是反渗透(RO)技术。热法海水淡化过程开发成功早于膜法海水淡化技术，并获得大规模的推广应用，由于受热能需求的限制，近十年来发展速度有所减慢；而反渗透不受规模的限制，逐渐成为海水淡化的主流技术。截止2010年底，在全球已建成的海水淡化装机容量中，反渗透法已超过热法，比例接近60%。
21世纪以前，反渗透膜技术被国外所垄断。我国从1958年开始研究开发海水淡化技术，从电渗析入手，经过多年努力，取得了显著的成绩，特别是膜法海水淡化技术取得了突破性进展，于90年代末期开始掌握了反渗透膜的生产技术。通过国家科技项目、产业化项目等计划的实施，先后建成了日产百吨级、千吨级和万吨级反渗透海水淡化示范工程，开发形成了一批具有自主知识产权的工程技术。陈欢林称，“反渗透海水淡化的关键技术设备主要包括：海水淡化反渗透复合膜、高压泵和能量回收装置。在国家973基础研究项目、863攻关项目和国家支撑项目的资助下，杭州水处理中心及相关膜工程公司等自主开发的海水淡化反渗透复合膜，已成功用于日产万吨级的海水淡化工程，并即将用于日产2万吨的示范运行工程；浙江大学联合相关公司所开发出的海水淡化高压泵，长期运行结果表明，产品质量也已达到国际同类产品水平；能量回收装置的研发水平也大有提高，杭州水处理中心开发的能量回收装置已在较小规模的海水淡化工程中推广应用，运行性能稳定，效果良好。不需要很长时间，我国自主开发的能量回收装置也能用于万吨级的海水淡化示范工程”。
反渗透技术现已被世界各国广泛应用。为了寻找新的淡水资源，人类不断开发出新型、高效和节能的海水淡化技术。正渗透技术以其能耗低、产水率高等优点，已成为近年来膜分离技术领域的研究热点之一，其在海水淡化领域的应用前景广阔。但据陈欢林介绍，正渗透技术在工程方面尚有两个关键问题需要解决：即汲取液的选择和正渗透膜通量的提高。同时，正渗透并不能单独地用于海水淡化过程，但它可以利用浓海水来发电，需要与其他相关技术配合。对此他表示，“新技术的发展、应用需要一个过程。由于受正渗透膜和汲取液的限制，目前正渗透技术的应用大多还处于实验室摸索与小工程示范试验阶段，还不具备工业化推广条件。如果能攻克技术难题，寻找到更为合适的驱动液和开发出渗透膜，那么将会推动正渗透膜技术在浓海水利用方面的应用”。
那么，在海水淡化领域，反渗透、正渗透等技术哪些更有应用前景？针对这个问题，陈欢林认为，反渗透成为当今主流的海水淡化技术，并不意味着其他技术没有用武之地。不论是正渗透、电渗析或者纳滤等技术，它们都是大型反渗透海水淡化的一种补充。在实际应用过程中，选用何种淡化技术，需要根据项目规模大小、海水盐度、使用场所、能源条件等实际情况来定，不能千篇一律。比如千吨以下规模的小型海水淡化项目，可以因地制宜，采用电渗析与纳滤组合新工艺；在有废弃能源的前提下，也可以考虑采用膜蒸馏新技术；也可以采用正渗透等组合工艺，实现海水淡化与浓海水综合利用新工艺；而对于万吨级以上规模的大型项目，则适合采用反渗透工艺。
四、成本：如何降低淡化水成本、破解其“有价无市”困局？
在海水淡化技术日趋成熟的今天，经济性是决定其广泛应用的重要因素。“要从技术和经济两个层面来考虑它的可行性，即使技术过关了，经济的可行性也是很重要的”，陈欢林如是说。
随着技术的进步和规模的增长，海水淡化成本也在不断下降。当前国内反渗透海水淡化的吨水成本降到5元左右，已接近国际水平，但相对于国内自来水价格而言，仍然偏高。陈欢林对此解释，“如果与化工用水的处理成本相比，海水淡化的投资成本和运行费用已是相当低的。但现在大家都是将海水淡化和自来水的处理成本相比较，自来水管网设施比较简单，原水不需要脱盐，处理起来也比较容易”。更主要的是，自来水的价格由含税基本水价、污水处理费、水资源费、管网成本、水利工程费等多项组成，均有政府补贴。海水淡化在投资建设、能源消耗、运行维护等方面，目前都是由企业投资，没有政府补贴。因此，他认为，“国家应加大政策扶持力度，制定税收优惠政策，对海水淡化项目给予资金补贴，鼓励开发海水淡化新技术，进一步降低吨水成本”。
“虽然和自来水相比，海水淡化成本偏高，但随着淡水资源的日益紧缺和用水成本的快速增加，大规模的海水淡化及应用已经具备成本优势。相比南水北调，海水淡化在我国北方更具有现实价值”。陈欢林介绍，大规模远程调水不仅工程投资巨大，而且也要占用大量耕地，还涉及被引水地区的环境危害等问题。综合考虑这些因素，海水淡化与调水工程相比，其实成本要低得多。
除了成本问题，陈欢林认为，要破解海水淡化“有价无市”的困局，还需转变民众的用水观念。他说：“民众淡水短缺的危机意识还很淡薄，在观念上未能完全接受海水淡化水质，这些都影响了海水淡化的快速发展。为此，需要利用多种形式进行科普宣传，让民众充分认识海水淡化的重大意义，提高他们对淡化水的接受程度。”
五、产业：如何探索符合我国国情的海水淡化产业发展途径？
着水资源缺乏问题越来越严重，海水淡化产业日益受到政府的重视。“十三”规划建议明确提出要“实行最严格的水资源管理制度”，实施“海水淡化工程”。在政府支持和国家重点攻关项目的驱动下，我国海水淡化产业逐步成为重要的战略性新兴产业，并已初具规模，但是总体而言，还面临产业规模较小、技术装备不够先进、成本偏高、需求不足等问题。新形势下，如何探索符合我国国情的海水淡化产业发展途径，切实保障水资源可持续利用，是当前一个十分必要与紧迫的任务。
对此，陈欢林给出建议，现在海水淡化的成本已经降到极限，再想进一步降低比较困难。但是如果我们能够进一步提高对海水资源的利用率，则淡化成本还可以大大降低。他解释说：“海水经淡化后所产生的浓水里盐分和矿物质含量很高，我们完全可以用来制盐或提取化学物质等，如：原盐、钾盐系列、镁化物系列、碘、溴及溴化锂盐等，这样也能解决海水淡化成本高的瓶颈问题。”
“成本高”一直被视为我国海水淡化产业发展的主要制约因素，而能耗直接决定海水淡化成本的高低。针对此问题，陈欢林建议，海水淡化需要与新能源开发利用相结合，通过利用核能、风能、太阳能、潮汐能等新能源，可以大幅降低淡化成本。他同时建议，“从技术层面上有关部门需要继续出台相关措施提升我国海水淡化技术、材料和设备的自主研发水平，我们膜界的同仁也应该充分考虑海水淡化过程中的水资源利用率，开发能耗更低的新技术，包括水电联产技术、水盐联产技术、水酸碱联产技术等，推动我国海水淡化产业向规模化、集成化方向发展”。
在陈欢林看来，海水淡化还存在并网问题，国家应该加大扶持力度，凡有条件的地方，允许淡化海水进入市政供水管网，对海水淡化工程及配套的供水管网建设也要给予资金支持。另外，大众的用水意识也有待提高，要改变“淡化水不能喝”这种观念。他表示，只有把以上这些工作都做好了，才能促进我国海水淡化产业健康、有序、快速发展。