海水淡化

 　　1前景

　　《2013-2017年中国海水淡化产业深度调研与投资战略规划分析报告》[1]显示，我国已建和即将建成的工程累计海水淡化能力约为60万吨/日，从政策规划来看，未来十年内行业市场容量有5 倍以上的成长空间，前景较为乐观。目前淡化海水成本已降到4-5元/吨，经济可行性已经大大提升，考虑到未来技术进步带来的成本下降，以及策扶等因素，未来海水淡化产业有望出现爆发式增长。

　　目前全球海水淡化技术超过20 余种，包括反渗透法、低多效、多级闪蒸、电渗析法、压汽蒸馏、露点蒸发法、水电联产、热膜联产以及利用核能、太阳能、风能、潮汐能海水淡化技术等等，以及微滤、超滤、纳滤等多项预处理和后处理工艺。

　　从大的分类来看，主要分为蒸馏法(热法)和膜法两大类，其中低多效蒸馏法、多级闪蒸法和反渗透膜法是全球主流技术。一般而言，低多效具有节能、海水预处理要求低、淡化水品质高等优点;反渗透膜法具有投资低、能耗低等优点，但海水预处理要求高;多级闪蒸法具有技术成熟、运行可靠、装置产量大等优点，但能耗偏高。前瞻网认为，低多效蒸馏法和反渗透膜法是未来方向。预计“十二五”期间，我国海水淡化将达到150万-200万吨/日，是现有产能的三、四倍，投资规模将达到200亿元左右。

　　2主要用途

　　第一个海水淡化工厂于1954 年建于美国，现在仍在得克萨斯的弗里波特(Freep-ort)运转着。佛罗里达州的基韦斯特(Key West)市的海水淡化工厂是世界上最大的一个，它供应着城市用水。　海水淡化主要是为了提供饮用水和农业用水，有时食用盐也会作为副产品被生产出来。海水淡化在中东地区很流行，在某些岛屿和船只上也被使用。

　　3方法

　　现代意义上的海水淡化则是在第二次世界大战以后才发展起来的。战后由于国际资本大力开发中东地区石油，使这一地区经济迅速发展，人口快速增加，这个原本干旱的地区对淡水资源的需求与日俱增。而中东地区独特的地理位置和气候条件，加之其丰富的能源资源，又使得海水淡化成为该地区解决淡水资源短缺问题的现实选择，并对海水淡化装置提出了大型化的要求。

　　在这样的背景下，20世纪60年代初，多级闪蒸海水淡化技术应运而生，现代海水淡化产业也由此步入了快速发展的时代。

　　海水淡化技术的大规模应用始于干旱的中东地区，但并不局限于该地区。由于世界上70%以上的人口都居住在离海洋120公里以内的区域，因而海水淡化技术近20多年迅速在中东以外的许多国家和地区得到应用。最新资料表明，到2003年止，世界上已建成和已签约建设的海水和苦咸水淡化厂，其生产能力达到日产淡水3600万吨。目前海水淡化已遍及全世界125个国家和地区，淡化水大约养活世界5%的人口。海水淡化，事实上已经成为世界许多国家解决缺水问题，普遍采用的一种战略选择，其有效性和可靠性已经得到越来越广泛的认同。

　　冷冻法

　　冷冻法，即冷冻海水使之结冰，在液态海水变成固态冰的同时盐被分离出去。冷冻法与蒸馏法都有难以克服的弊端，其中蒸馏法会消耗大量的能源并在仪器里产生大量的锅垢，而所得到的淡水却并不多;而冷冻法同样要消耗许多能源，但得到的淡水味道却不佳，难以使用。

　　4原理

　　冷冻海水淡化法原理：海水三相点是使海水汽、液、固三相共存并达到平衡的一个特殊点。若压力或温度偏离该三相点，平衡被破坏，三相会自动趋于一相或两相。真空冷冻法海水淡化正是利用海水的三相点原理，以水自身为制冷剂，使海水同时蒸发与结冰，冰晶再经分离、洗涤而得到淡化水的一种低成本的淡化方法。与蒸馏法、膜海水淡化法相比，冷冻海水淡化法能耗低，腐蚀、结垢轻，预处理简单，设备投资小，并可处理高含盐量的海水，是一种较理想的海水淡化法。

　　5工艺

　　冷冻海水淡化法工艺之脱气 由于海水中溶有的不凝性气体在低压条件下将几乎全部释放,且又不会在冷凝器内冷凝。这将升高系统的压力，使蒸发结晶器内压力高于二相点压力，破坏操作的进行。显然减压脱气法适合本系统。

　　冷冻海水淡化法工艺之预冷 海水脱气后可与蒸发结晶器内排出的浓盐水和淡化水产生热交换，预冷至海水的冰点附近。

　　6淡化工艺

　　它们是影响海水蒸发与结冰速率的主要因素。

　　海水淡化法工艺之冰—盐水是一固液系统 普通的分离方法均可使冰—盐水得到分离，但分离方法不同，得到的冰晶含盐量也不同。实验结果表明减压过滤方法得到的冰晶含盐量比常压过滤方法得到的冰晶含盐量低得多。

　　海水淡化法工艺之蒸汽冷凝 在蒸发结晶器内，除海水析出冰晶以外，还将产生大量的蒸汽，这些蒸汽必须及时移走，才能使海水不断蒸发与结冰。

　　7新技术

　　非加压渗透吸附

　　非加压吸附渗透海水淡化法，或称为“正向渗透法”，让水通过多孔膜进入一种超强吸水的吸附剂的盐浓度甚至超过海水的溶液或固态物，但溶液里的特殊盐分很容易蒸发。分固态盐、液态盐方向。固态盐解吸附耗能更小。

　　另外两种方法都在薄膜结构上有了创新和改进

　　碳纳米管薄膜

　　一种用碳纳米管来做薄膜的小孔，另一种渗透用的薄膜。

　　蛋白质膜

　　薄膜的孔用引导水分子通过活细胞的细胞膜的蛋白质来构成。

　　8市场分析

　　世界上淡水资源不足，已成为人们日益关切的问题。有人预言，19世纪争煤，20世纪争油，21世纪可能争水。

　　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。到2006年，世界上已有120多个国家和地区在应用海水淡化技术，全球海水淡化日产量约3775万吨，其中80%用于饮用水，解决了1亿多人的供水问题。

　　“向海洋要淡水”已经形成了方兴未艾的产业。截至2006年底，中国日淡化海水能力接近15万吨，比上一年翻一番。中国在反渗透法、蒸馏法等主流海水淡化关键技术方面均取得重大突破，完成了自主知识产权的3000立方米/日低温多效海水淡化工程，以及5000立方米/日反渗透海水淡化工程;海水直流冷却技术已进入万立方米/小时级产业化示范阶段。中国海水淡化成本逐步下降，已接近5元/立方米。

　　中国海水淡化虽基本具备了产业化发展条件，但研究水平及创新能力、装备的开发制造能力、系统设计和集成等方面与国外仍有较大的差距。当务之急是尽快形成中国海水淡化设备市场的完整产业链条。围绕制约海水淡化成本降低的关键问题，发展膜与膜材料、关键装备等核心技术，研发具有自主知识产权的海水淡化新技术、新工艺、新装备和新产品，提高关键材料和关键设备的国产化率，增强自主建设大型海水淡化工程的能力。

　　未来20年内国际海水淡化市场将有近700亿美元的商机，中国应占有充分份额。根据全国海水利用专项规划，到2010年，中国海水淡化规模将达到每日80万至100万吨，2020年中国海水淡化能力达到每日250万至300万吨，尤其是国家积极支持海水淡化产业，自2008年1月1日起，企业的海水淡化工程所得将免征所得税。中国海水淡化产业发展前景广阔。

　　9国家政策

　　水利部正在考虑是否将海水淡化纳入水利部整体规划，以及地方水资源配置等相关规划中。为此，水利部今年的一项重大课题就是《我国海水利用现状、问题及发展对策》。

　　从2011年7月25日开始，水利部组织相关课题组赴天津、大连、青岛、浙江、厦门以及唐山等六大沿海省市展开为期一月的调研。此次调研是我国有史以来关于海水利用现状、存在问题的一次最大规模的调研。除国内调研外，调研组还将特聘海水淡化专家对以色列、美国、日本、西班牙等海水淡化发展比较发达的国家进行调研。业内人士分析，相关调研报告将为海水淡化纳入国家规划以及地方水资源配置提供决策支撑。

　　[6]我国政府高度重视海水淡化工作，采取了一系列措施推动海水淡化产业发展。“十一五”期间，我国海水淡化发展迅速。截止2010年底，已建成海水淡化装置70多套，设计产能60万立方米/日，年均增长率超过60%;具有自主知识产权的技术取得突破性进展，反渗透海水膜、高压泵、能量回收装置等取得明显进步，脱盐率由99.2%提高到99.7%以上;产业发展已具备条件，海水淡化市场已基本形成;各级政府高度重视海水淡化，社会各界普遍关注海水淡化产业发展。与此同时，在我国还存在对海水淡化战略意义认识不足、自主创新能力较弱、产业发展水平低和配套政策不足等问题。因此，统筹规划，加快发展海水淡化产业是十分必要和紧迫的重要任务。根据《意见》精神，在充分调研和广泛听取各方意见的基础上，国家发展改革委组织编制了《海水淡化产业发展“十二五”规划》(发改环资[2012]3867号)。[6]

　　此外，由发改委牵头，11个部委参与制定的《加快海水淡化产业发展的意见》已经完成几轮征求意见，并上报有关部门，年内有望以国务院的名义出台。发改委还将配套出台《“十二五”海水淡化产业发展规划》。分析人士指出，在此背景下，海水淡化产业将迎来发展黄金期，扶持政策有望密集出台。

　　由于《中华人民共和国水法》未能将海水淡化列入水资源配置，海水利用也缺乏系统的法律规范，因此海水淡化的相关政策很难推进。分析人士指出，若国家能给予海水利用工程与国家公益性水利工程同等的地位，将海水淡化纳入国家水资源配置体系和区域水资源规划，必将极大地促进海水淡化产业的发展。

　　随着水资源紧缺问题突显以及国家的重视，海水淡化发展前景广阔。据预测，未来五年，中国海水淡化的产能将翻番。“十二五”时期，我国海水淡化产能将达到200万至300万吨/天，投资规模将达200亿元。

　　国家发改委日前印发《关于公布海水淡化产业发展试点单位名单(第一批)的通知》，多个城市、工业园区及海岛等入选，并提出要大力发展海水淡化产业。这是2012年底国家出台《海水淡化产业“十二五”发展规划》后的首个配套政策。此次入选第一批名单的城市和海岛等均在着力打造海洋经济，预示着海水淡化将借力海洋经济而进入投资加速阶段。市场分析认为，“十二五”期间海水淡化产业投资需求有望突破200亿元。

　　根据试点名单，浙江舟山市和深圳市等入选试点城市，天津滨海新区、河北沧州渤海新区入选试点园区，浙江鹿西乡(岛)入选试点海岛，杭州水处理技术研究开发中心入选产业基地，天津国投津能发电为海水淡化供水试点，甘肃庆阳市环县为苦咸水淡化试点。

　　政策要求，试点单位要积极推动海水淡化水应用，城市新增用水优先使用海水淡化水;在保障公共饮用水安全的前提下将淡化水作为市政供水新的选项;大力发展海水淡化产业。

　　值得注意的是，首批试点单位多为国家规划的大力发展海洋经济地区。随着海洋经济战略地位日益提升，海水淡化产业化发展步伐将加快。根据相关规划，“十二五”期间全国海洋经济投资将达8000亿元，带动产业产值突破7万亿元，与海洋经济联系较紧密的渔业、石油化工等行业，以及海工装备等新兴产业将借势获得巨大成长空间。