海水淡化技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用

　　[摘要]淡水資源的短缺一直以來都是是人們關(guān)注的熱點話題。進入二十一世紀以來，海水淡化技術(shù)迅猛發(fā)展，海水淡化這一項技術(shù)也得到了越來越多人的關(guān)注。本文回顧了我國海水淡化技術(shù)的發(fā)展歷程，介紹了幾種傳統(tǒng)與新型的海水淡化技術(shù)，并將我國海水淡化技術(shù)與國外先進海水淡化技術(shù)進行了比較，對未來我國海水淡化技術(shù)的發(fā)展進行了展望。

　　[關(guān)鍵詞]資源;海水淡化;可持續(xù)發(fā)展;技術(shù);反滲透

　　資源與環(huán)境問題是二十一世紀以來人們最關(guān)注的問題之一，其中，水資源是各種資源中人類最不可或缺、無法替代的資源之一[1]。隨著人口總量急劇增長、經(jīng)濟社會快速發(fā)展以及氣候的驟然變化，全球淡水資源短缺的問題也隨之愈演愈烈。我國的海洋資源富饒，海岸線長達1.8km，開發(fā)潛力巨大，海水淡化技術(shù)被廣大的研究者認為是跨流域調(diào)水之外解決淡水資源問題的重要戰(zhàn)略選擇[2]。

　　資源環(huán)境評職知識： 海水淡化論文文獻和發(fā)表期刊

　　進入二十一世紀以來，我國愈發(fā)重視開發(fā)海水淡化技術(shù)，使得海水淡化產(chǎn)業(yè)得到了快速發(fā)展，我國目前正在逐步建立海水淡化產(chǎn)業(yè)體系[3]。盡管就目前而言，我國的海水淡化技術(shù)和產(chǎn)業(yè)較國外仍有明顯差距，但未來海水淡化總產(chǎn)能將持續(xù)增長，海水淡化技術(shù)將更加發(fā)達，隨著海水淡化所需能耗的降低，將會呈現(xiàn)出比跨流域調(diào)水更低廉的價格[4]。本文通過研究分析了我國海水淡化技術(shù)的發(fā)展和實際運用的情況，對我國海水淡化技術(shù)未來發(fā)展趨勢做出了展望。

　　1海水淡化技術(shù)的發(fā)展

　　我國早在上世紀50年代就開始了海水淡化技術(shù)的研究。從1997年開始，我國開始將海水淡化投入到實際使用當(dāng)中。“十一五”期間，我國規(guī)劃綱要中加入了海水淡化相關(guān)要求，先后建立30余套海水淡化裝置[5]。在“十一五”與“十二五”期間，我國海水淡化項目在產(chǎn)能、材料和企業(yè)合作方面，我國都取得了長足發(fā)展[6]。“十三五”期間海水利用更是成為了洋經(jīng)濟創(chuàng)新發(fā)展三大產(chǎn)業(yè)之一[7]。

　　2我國海水淡化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

　　2.1傳統(tǒng)海水淡化技術(shù)

　　由于傳統(tǒng)淡化技術(shù)提出較早、技術(shù)成熟且應(yīng)用更加穩(wěn)定，目前在市場上占據(jù)了較大的份額。商業(yè)化的海水淡化技術(shù)中，熱法占全球市場份額的30%，膜法占全球海水淡化市場份額的65%[8]，其中包含的低溫多效蒸餾工藝、多級閃蒸工藝和反滲透海水淡化工藝還將在未來全球市場中占領(lǐng)主體地位[9]。

　　2.1.1低溫多效蒸餾工藝

　　多效蒸餾(MED)通過串聯(lián)多個蒸發(fā)器以節(jié)省熱量[2]。上世紀60年代出現(xiàn)的低溫多效蒸餾(LT-MED)技術(shù)解決了多效蒸餾技術(shù)的結(jié)垢和腐蝕兩大難題，讓該技術(shù)得以繼續(xù)發(fā)展。溫多效蒸餾(LT-MED)技術(shù)具有如下的優(yōu)點：系統(tǒng)操作彈性較大、出水水質(zhì)較好、結(jié)垢情況得以減輕。但低溫余熱不穩(wěn)定、效率低等因素使其運行成本較高[10]。因此，LT-MED更適于大規(guī)模項目，與電廠、市政結(jié)合，提高綜合效率[11]。

　　2.1.2多級閃蒸工藝

　　多級閃蒸系統(tǒng)同樣是由多個蒸發(fā)容器串聯(lián)而成，串聯(lián)的容器內(nèi)壓遞減，從而實現(xiàn)閃蒸汽化[12]，它的到來進一步解決了多級閃蒸技術(shù)的結(jié)垢問題。MSF技術(shù)的主要特點是操作靈活性低，難以適應(yīng)水量的變化、初期建設(shè)工程量大、產(chǎn)水水質(zhì)高，且由于大量海水的循環(huán)消耗大量動力，因此多級閃蒸海水淡化工藝多與發(fā)電站等相鄰建立，為工業(yè)企業(yè)提供優(yōu)質(zhì)淡化水[13]。

　　2.1.3反滲透法(RO)

　　熱法淡化技術(shù)雖然發(fā)展較早，但是其存在如易結(jié)垢、高能耗、高成本等諸多問題。21世紀以來，反滲透海水淡化技術(shù)的市場占比不斷增高[14]。反滲透即利用半透膜將淡水與其他物質(zhì)進行分離，將它應(yīng)用于海水淡化技術(shù)中有如下的優(yōu)點：裝置緊湊，占地較少，操作簡單[15]。然而，反滲透技術(shù)消耗較大能量且產(chǎn)生大量濃鹽廢水[11]。為此，還需開發(fā)更加高效環(huán)保的海水淡化膜集成技術(shù)[16]。

　　2.2新興海水淡化技術(shù)發(fā)展

　　海水淡化技術(shù)發(fā)展至今已取得了顯著的進步。但是傳統(tǒng)海水淡化技術(shù)還存在著規(guī)模小、工業(yè)基礎(chǔ)薄弱、成本相對高的問題[17]。新興海水淡化技術(shù)，一方面，是對現(xiàn)有工藝技術(shù)進行提升，降低造水成本;另一方面，是尋求新能源，開發(fā)新的節(jié)能技術(shù)與工藝[18]。

　　2.2.1集成海水淡化技術(shù)

　　膜蒸餾技術(shù)是一種集成海水淡化技術(shù)，其原理是讓加熱海水得到的水蒸氣在膜兩側(cè)產(chǎn)生的蒸氣壓差下透過疏水膜從而得到淡化水[19]。該方法結(jié)合了熱法和膜法的優(yōu)勢，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，分離效率高，但在實現(xiàn)工業(yè)化之前還需提高膜通量和熱效率。此外，還有RO與MSF集成技術(shù)、RO與電滲析集成技術(shù)等[20]。

　　2.2.2新能源海水淡化技術(shù)

　　太陽能海水淡化技術(shù)是一項在經(jīng)濟和技術(shù)兩方面都具有競爭力的技術(shù)，適合于日產(chǎn)水量10m3/d的小型海水淡化廠。太陽能海水淡化技術(shù)的最大難題在于效率低、設(shè)備產(chǎn)量規(guī)模小，在實際使用過程當(dāng)中會受到地理位置、氣象等因素的影響。此還需優(yōu)化收集熱量和光電轉(zhuǎn)化的效率等[21-22]。除太陽能外，人們還利用風(fēng)能來驅(qū)動發(fā)電機，將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能而驅(qū)動海水淡化設(shè)備的運行。

　　但風(fēng)十分不穩(wěn)定，而反滲透法的適應(yīng)性高，因而可以與風(fēng)能技術(shù)相互結(jié)合[21-22]，削弱風(fēng)能在利用上的缺點，從而更好地利用風(fēng)能。人們還利用核反應(yīng)堆釋放出的能量驅(qū)動海水淡化[24]。許多國家已經(jīng)將核能海水淡化用于商業(yè)技術(shù)中。但如何兼顧核能的安全使用、提高核能的可靠性和環(huán)保要求仍然是需要人們終點解決的問題。此外，還可以利用海洋能、地?zé)崮艿葋眚?qū)動海水淡化裝置的運行[11]。

　　3國內(nèi)外海水淡化技術(shù)現(xiàn)狀比較

　　3.1關(guān)鍵設(shè)備國產(chǎn)化率較低

　　我國海水淡化工程現(xiàn)有設(shè)備近80%采用國外技術(shù)建造，原因可能是我國科研部門負擔(dān)不起設(shè)備樣機試制的研發(fā)費用。我國可以借鑒美國、以色列等海水淡化技術(shù)較為發(fā)達的國家，制定相應(yīng)的政策以支持我國自主技術(shù)開發(fā)和試生產(chǎn)[25]。

　　目前，我國萬噸及以上的海水淡化工程對于國外設(shè)備技術(shù)的依賴較強。如反滲透淡化技術(shù)中，雖然部分采用了國產(chǎn)零部件，但一些關(guān)鍵零部件，如能量回收裝置、反滲透膜、高壓泵等設(shè)備仍要從海外渠道購置。國產(chǎn)的反滲透膜在海水淡化上的應(yīng)用幾乎基本為零，一般適合用于苦咸水、微咸性鹽水淡化[26]。國內(nèi)對諸如能源回收器、蒸汽噴射泵等一系列關(guān)鍵零部件的研究均陷入停滯狀態(tài)。按投資情況來看，國產(chǎn)化率不到50%;用于預(yù)處理的超濾膜材料則幾乎全部使用進口產(chǎn)品[25]。

　　3.2成套化技術(shù)尚待開發(fā)國內(nèi)專門從事海水淡化技術(shù)單位不足10家，且未能形成良性的聯(lián)動。海水淡化需要消耗大量的電力和水蒸氣，因此國外大多數(shù)海水淡化工廠都是與風(fēng)力發(fā)電廠合作設(shè)計生產(chǎn)建設(shè)，從而高效地利用能源，形成有效的水電聯(lián)產(chǎn)。目前在我國，海水的淡化只能說是一個與電廠相配套的工程，未能把它們的優(yōu)勢特征形成相互補充。

　　3.3大型工程技術(shù)仍需加強我國大型海水淡化工程技術(shù)亟待發(fā)展和提升，自主研發(fā)關(guān)鍵裝備有待向?qū)嵱没�、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。其中，民用海水淡化工程情況不容樂觀，產(chǎn)水量較為低下。有必要匯聚全國的優(yōu)勢力量，針對大型工程技術(shù)和裝備進行攻關(guān)，為低能耗、低成本、生態(tài)化的大型海水淡化工程建設(shè)及安全供水提供技術(shù)保障。

　　3.4缺乏配套的政策法規(guī)

　　淡化海水成本約為7~8元/m3，再考慮到運輸成本，其總成本遠超過常規(guī)水。當(dāng)前我國缺乏完備的政府支持補貼，嚴重制約了海水淡化的發(fā)展。其次，國家也未能合理統(tǒng)一配置淡化海水的使用，一定程度上影響了淡化海水的發(fā)展[27]。我國在海水淡化領(lǐng)域的法律法規(guī)和產(chǎn)業(yè)政策建設(shè)十分薄弱，遠落后于產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進程，海水淡化項目定位不清，其責(zé)任和利益邊界相對模糊，對海水淡化技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展極為不利。如：海水淡化沒有納入國家水資源開發(fā)的戰(zhàn)略與規(guī)劃，海水淡化設(shè)施建設(shè)享受不到國家和地方水資源開發(fā)的優(yōu)惠政策，缺乏市場競爭力和淡化水進入市政供水體系的通道。

　　4總結(jié)與展望

　　近年來海水淡化技術(shù)受到越來越多的重視，是經(jīng)濟與環(huán)境“雙贏”的重要選擇[28]。目前，傳統(tǒng)海水淡化技術(shù)在實際工程應(yīng)用中占據(jù)主流，新興的海水淡化技術(shù)則更突出了低能源、低污染等特征，但其在國內(nèi)應(yīng)用發(fā)展尚且仍處于探索階段。未來各類新興海水淡化技術(shù)仍需要在降低能耗的前提下改善其可靠性與穩(wěn)定性[20]，進一步增強創(chuàng)新驅(qū)動力，完善海水淡化體制建設(shè)。我國海水淡化技術(shù)的研究重點將會在如下幾個方面。

　　(1)對于已經(jīng)廣泛應(yīng)用的傳統(tǒng)海水淡化技術(shù)，進一步降低能耗與運行成本。(2)將各種相關(guān)工藝進行優(yōu)勢互補，形成更為高效的集成海水淡化技術(shù)。(3)進一步探索核能、太陽能、風(fēng)能等其他新能源作為海水淡化工藝驅(qū)動力的可能。 (4)基于全新的技術(shù)原理研發(fā)出更為先進的海水淡化理念。海水淡化技術(shù)作為新世紀最具潛力的一種淡水資源獲得手段，已經(jīng)受到了各國科研、政府人員的高度關(guān)注。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷進步，海水淡化技術(shù)將逐步發(fā)展成為我國的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)[12]。綜上，在全球性淡水資源匱乏、水體污染加重等多重環(huán)境問題的挑戰(zhàn)下，海水淡化是最具發(fā)展前景的淡水取用技術(shù)。

　　參考文獻

　　[1]朱淑飛，薛立波，徐子丹.國內(nèi)外海水淡化發(fā)展歷史及現(xiàn)狀分析[J].水處理技術(shù)，2014，40(07)：12-15.

　　[2]王宏濤，李保安，劉兵.海水淡化技術(shù)現(xiàn)狀及新技術(shù)評述[J].鹽業(yè)與化工，2014，43(06)：1-5.

　　[3]楊尚寶.我國海水淡化進展與展望[J].水處理技術(shù)，2014，40(12)：1-4.

　　[4]王生輝，趙河立.中國海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)境及市場展望[J].海洋經(jīng)濟，2012，2(03)：18-21.

　　[5]劉曉勇，查小琴，羅先甫，等.海水淡化設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)與材料的發(fā)展現(xiàn)狀[J].連鑄，2018，43(06)：22-27.

　　[6]楊尚寶.我國海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展述評2016[J].水處理技術(shù)，2017，43(10)：1-3.

　　作者：孫彬荃1，張小磊1*，邢丁予1，李繼1，董文藝1，潘獻輝2

轉(zhuǎn)載請注明來自發(fā)表學(xué)術(shù)論文網(wǎng)：http:///jjlw/28285.html