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2009-2013年中国海水淡化行业市场 调查与发展前景预测报告北京凯博信企业管理咨询有限公司二 oo九年九月第一章海水淡化概述第一节海水淡化的概念及意义一、海水淡化的定义海水淡化即利用海水脱盐生产淡水。是实现水资源利用的开源增量技术，可以增加淡水总量，且不受时空和气候影响，水质好、价格渐趋合理，可以保障沿海居民饮用水和工业锅炉补水等稳定供水。从海水中取得淡水的过程谓海水淡化。二、将海水进行淡化处理的原理海洋水占全球水总储量的 9615 % ,而人类有近七成居住在距大海不到 120 公里的地方 ,因此海水淡化成为新水源开发的必然趋势。海水淡化就是将海水脱除盐分变为淡水的过程。 1、海水的水质特点海水水质的主要特点是: (1) 含盐量高,一般在 35 g/l左右 (2) 腐蚀性大 (3) 海水中动、植物多 (4) 海水中各种离子组成比例比较稳定 (5) p h 变化小 ,海水表层 p h在 811813 范围内,而在深层 p h则为 718 左右。图表 1海水中主要离子成分数据来源：凯博信数据库 2、海水淡化方法分类及其原理根据分离过程 ,海水淡化主要包括蒸馏法、膜法、冷冻法和溶剂萃取法等。蒸馏法海水淡化是将海水加热蒸发 ,再使蒸气冷凝得到淡水的过程 ,又可分为多级闪蒸、多效蒸发和压气蒸馏。膜法海水淡化是以外界能量或化学势差为推动力 ,利用天然或人工合成的高分子薄膜将海水溶液中盐分和水分离的方法 ,由推动力的来源可分为电渗析法、反渗透法等。冷冻法海水淡化是将海水冷却结晶 ,再使不含盐的碎冰晶体分离出并融化得到淡水的过程。溶剂萃取法海水淡化是指利用一种只溶解水而不溶解盐的溶剂从海水中把水溶解出来 ,然后把水和溶剂分开从而得到淡水的过程。海水淡化的历史可以追溯到公元 3 世纪,当时的水手用海绵吸收海水蒸发出的水蒸气 ,然后将凝结的淡水挤出以供旅途之需。海水淡化真正实现装机应用是在 18世纪后期。昀早的海水淡化处理厂于 1881年在地中海马耳他岛上建成,岛上的饮用水大部分来源于海水淡化处理。现代海水淡化方法的早期研究开发中 ,蒸馏法特别是多级闪蒸法应用昀为广泛。近二十年来反渗透技术发展速度很快,在海水淡化领域的总容量已经接近多级闪蒸的容量份额。三、海水淡化意义重大地球表面虽然 2/3被水覆盖，但是 97为无法饮用的海水，只有不到 3是淡水，其中又有 2封存于极地冰川之中。在仅有的 1淡水中，25为工业用水， 70为农业用水，只有很少的一部分可供饮用和其它生活用途。然而，在这样一个缺水的世界里，水却被大量滥用、浪费和污染。加之，区域分布不均刀，致使世界上缺水现象十分普遍，全球淡水危机日趋严重。目前世界上 100多个国家和地区缺水，其中 28个国家被列为严重缺水的国家和地区。预测再过 2030年，严重缺水的国家和地区将达 4652个，缺水人口将达 2833亿人。我国广大的北方和沿海地区水资源严重不足，据统计我国北方缺水区总面积达 58万平方公里。全国 500多座城市中，有 300多座城市缺水，每年缺水量达 58亿立方米，这些缺水城市主要集中在华北、沿海和省会城市、工业型城市。随着地球上人口的激增，生产迅速发展，淡水已经变得比以往任何时候都要珍贵。淡水资源紧张是全世界面临的严重问题之一，海水淡化是解决这一问题的根本途径。第二节海水淡化工艺分析一、海水淡化的方法 1、多级闪蒸(msf) 多级闪蒸是多级闪急蒸馏法的简称。其原理是将原料海水加热到一定温度后引入闪蒸室,由于闪蒸室中的压强控制为低于热盐水温度所对应的饱和蒸气压 ,所以热盐水进入闪蒸室后即成为过热水而急速地部分汽化 ,所产生的蒸气在冷却水管外壁冷凝为所需淡水 ,同时热盐水自身的温度降低。原料海水在进入加热器前作为冷却水冷凝闪蒸室中的蒸气 ,换热后温度上升,可以节约大量能源。多级闪蒸的整个设备由多个闪蒸室构成 ,每一级闪蒸室里面可以完成一个完整净化过程。热盐水依次流经若干个压强逐渐降低的闪蒸室逐级蒸发降温 ,浓度逐级增大,直到温度接近(但高于) 天然海水温度。多级闪蒸技术利用热能和电能 ,适合于可以利用热源的场合 ,通常与火力发电站联合建设与运行。由于其技术昀为成熟 ,海水结垢倾向小、设备简单可靠、易于大型化、操作弹性大、运行安全性高以及可利用低位热能和废热等优点 ,目前多级闪蒸的总装机容量在海水淡化领域仍属第一。图表 2 多级闪蒸原理示意图数据来源：凯博信数据库2、反渗透( ro) 用膜将含盐浓度不同的 2 种水分开 ,在含盐的一侧外加一个压力 ,使之大于膜两侧的渗透压力差,迫使水从高浓度溶液中析出并透过膜进入低盐浓度溶液 ,这就是反渗透原理。反渗透海水淡化系统如下图所示,由 4 个主要部分构成 : (1) 预处理 ; (2) 高压泵 ; (3) 膜组件 ; (4) 后处理。其中,预处理是对进料海水进行处理, 通常包括去除悬浮固体 , 调节 p h ,添加临界隐蔽剂以控制碳酸钙和硫酸钙结垢等 ,目的都是为了保护膜。高压泵用于对进料海水加压 ,使之达到适合于所用膜和进料海水所需要的压力。膜组件的核心是半透膜 ,它截留溶解的盐类 ,而允许几乎所有不含盐的水通过。后处理主要是进行稳定处理,包括 p h调节和脱气处理等。 图表 3 反渗透系统流程图数据来源：凯博信数据库作为膜组件的核心 ,半透膜的材料不断更新以更好地适应工业应用。昀早使用的膜材料是醋酸纤维素 ,后来逐渐被其他的醋酸纤维素、聚酰胺和其他聚合物等各种配料或衍生物取代。20 世纪 50年代末,劳伯和索里拉金开发了不对称醋酸纤维素膜 ,将膜材料的发展引入了新的阶段。不对称膜 (也称作薄膜复合膜) 有 2 个连贯的部分:第一部分是与盐水溶液接触的表层(截留层) ,决定膜的性能 ;另一部分是多孔支撑层,支撑上述表层,同时允许水通过。现在生产中使用的膜绝大部分是不对称膜 ,它允许被复合的材料具有昀佳的表层截留特性 ,同时背称材料具有防压实的特性。不对称膜可分为固态膜和动态膜 2 种,前者有 4 种基本构型:板框式、管式、卷式和中空纤维式。反渗透工艺中 ,通过改变膜组件的数量和组合方式可以达到不同的效果。目前的工艺主要有单级、并联、截留级和产品级。单级是昀简单的组合 ,只有一个适当容量的膜组件;并联是指多个膜组件并联以提高产量 ,系统的脱盐率和回收率不改变 ;截流级也称多级或串联 ,从第 1 级截留的浓缩盐水作为第 2 级的进料水 ,可以提高系统的回收率 ;产品级非常适合海水脱盐,从第 1 级出来的淡水作为第 2 级的进料液,可以提高脱盐率,同时从第 2 级出来的截留水还可与原料海水混合进行再处理 ,提高回收率。反渗透技术只利用电能 ,适合于有电源的各种场合。由于具有无相变、节省能源、适用于海水和苦咸水淡化等特点 ,近二十年来反渗透技术发展速度昀快 ,淡化成本也降得昀快 ,其在海水淡化领域的总容量已经接近多级闪蒸的容量份额。3、冷冻法冷冻法，即冷冻海水使之结冰，在液态淡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、太阳能法人类早期利用太阳能进行海水淡化，主要是利用太阳能进行蒸馏，所以早期的太阳能海水淡化装置一般都称为太阳能蒸馏器。馏系统被动式太阳能蒸馏系统的例子就是盘式太阳能蒸馏器，人们对它的应用有了近 150年的历史。由于它结构简单、取材方便，至今仍被广泛采用。目前对盘式太阳能蒸馏器的研究主要集中于材料的选取、各种热性能的改善以及将它与各类太阳能集热器配合使用上。与传统动力源和热源相比，太阳能具有安全、环保等优点，将太阳能采集与脱盐工艺两个系统结合是一种可持续发展的海水淡化技术。太阳能海水淡化技术由于不消耗常规能源、无污染、所得淡水纯度高等优点而逐渐受到人们重视。 5、低温多效多效蒸发是让加热后的海水在多个串联的蒸发器中蒸发，前一个蒸发器蒸发出来的蒸汽作为下一蒸发器的热源，并冷凝成为淡水。其中低温多效蒸馏是蒸馏法中昀节能的方法之一。低温多效蒸馏技术由于节能的因素，近年发展迅速，装置的规模日益扩大，成本日益降低，主要发展趋势为提高装置单机造水能力，采用廉价材料降低工程造价，提高操作温度，提高传热效率等。 6、电渗析法该法的技术关键是新型离子交换膜的研制。离子交换膜是 0.5-1.0mm厚度的功能性膜片，按其选择透过性区分为正离子交换膜（阳膜）与负离子交换膜（阴膜）。电渗析法是将具有选择透过性的阳膜与阴膜交替排列，组成多个相互独立的隔室海水被淡化，而相邻隔室海水浓缩，淡水与浓缩水得以分离。电渗析法不仅可以淡化海水，也可以作为水质处理的手段，为污水再利用作出贡献。此外，这种方法也越来越多地应用于化工、医药、食品等行业的浓缩、分离与提纯。 7、压汽蒸馏压汽蒸馏海水淡化技术，是海水预热后，进入蒸发器并在蒸发器内部分蒸发。所产生的二次蒸汽经压缩机压缩提高压力后引入到蒸发器的加热侧。蒸汽冷凝后作为产品水引出，如此实现热能的循环利用。8、露点蒸发法露点蒸发淡化技术是一种新的苦咸水和海水淡化方法。它基于载气增湿和去湿的原理，同时回收冷凝去湿的热量，传热效率受混合气侧的传热控制。 9、水电联产水电联产主要是指海水淡化水和电力联产联供。由于海水淡化成本在很大程度上取决于消耗电力和蒸汽的成本，水电联产可以利用电厂的蒸汽和电力为海水淡化装置提供动力，从而实现能源高效利用和降低海水淡化成本。国外大部分海水淡化厂都是和发电厂建在一起的，这是当前大型海水淡化工程的主要建设模式。 10、蒸馏法蒸馏法虽然是一种古老的方法，但由于技术不断地改进与发展，该法至今仍占统治地位。蒸馏淡化过程的实质就是水蒸气的形成过程，其原理如同海水受热蒸发形成云，云在一定条件下遇冷形成雨，而雨是不带咸味的。根据所用能源、设备、流程不同主要可分设备蒸馏法、蒸汽压缩蒸馏法、多级闪急蒸馏法等。图表 4 海水淡化方法的分类数据来源：凯博信数据库图表 5 三种海水淡化工艺关键技术参数对比表主要技术参数 多级闪蒸 低温多效 反渗透 操作温度 120 70 常温 主要能源 蒸汽、电 （热能、电能） 蒸汽、电 （热能、电能） 机械能 （电能） 蒸汽消耗 t/m3 0.1-0.15 0.1-0.15 无 电能消耗 kwh/m3 3.5-4.5 1.2-1.8 3-5 典型源水含盐量 （ppm tds） 30,000-45,000 30,000-45,000 30,000-45,000 产品水质（ppm tds） 10 10 500 典型单机产水能力（m3/d） 3,000-70,000 3000-20,000 1-20,000 数据来源：凯博信数据库二、影响海水淡化工艺选择的因素海水淡化方法比较及其发展方向海水淡化的方法有十余种。目前主要方法有多效蒸发（med）、反渗透（ ro）和多级闪蒸（ msf）等，而适用于大型的海水淡化的方法只有 med、 msf和 ro。med方法中低温多效蒸馏（ lt-med）开发后在世界范围内迅速得到了较广泛的应用，与 ro和 msf一起成为昀具发展前景的海水淡化技术。究竟哪种方法昀适合当地经济、社会发展不是绝对的。本文将世界主要三种淡化方法进行比较并结合实践对选择海水淡化方法的依据进行探讨。 1 目前主要淡化方法的技术原理及应用近年来世界上海水淡化正向高效化、低能化和规模化的目标发展， msf、lt-med、ro更成为适用于大型化海水淡化技术的主流。 msf方法大规模商业化生产淡水已有 30多年，技术成熟，运行安全性高。 lt-med其特征是将一系列的水平管降膜蒸发器串联起来并被分成若干效组，用一定量的蒸汽输入通过多次的蒸发和冷凝，从而得到多倍于加热蒸汽量的蒸馏水。可作为锅炉的补充用水、生产过程的工艺用水或者大规模的市政饮用水供水。 ro主要应用领域有海水和苦咸水淡化，纯水和超纯水制备，工业用水处理，饮用水净化，医药、化工和食品等工业料液处理和浓缩，以及废水处理等。 2 主要淡化方法的比较及发展方向 2.1 msf msf具有工艺成熟，维护量较小，运行可靠，对原水预处理要求低和使用寿命长，出水品质好等优点。msf存在的昀大问题就是性能比低，一般限制在 11左右，造成更大的能量消耗，即耗电能较大，使得 msf比 lt-med成本高。 msf海水淡化技术体现如下的发展方向： 1 ）提高昀高操作温度，寻找改进热量交换的新方法。通过薄管壁材料的选制，逐滴冷凝过程的改进尽可能减少热交换面积，提高热交换量等。 2 msf装置。根据 leon awerbuch报道，位于阿布扎比 (abu dhabi)的苏威哈特厂(shuwaihat)，其单套装置的设计规模为 76000m3/d。 3 ）采用新材料和管路优化设计提高效率。 wdi公司采用效率高达 95%的蒸汽压缩设备、带沟槽的薄钛管作为传热材料、特种混凝土作为蒸发器的壳体，显著地降低造水成本。 2.2 lt-med lt-med是 20世纪 80年代开发出来的新技术。它的特点是对原料海水的预处理要求不高、过程循环动力消耗小、生产的淡水水质高 (盐度<5mg/l)。另外，该技术减少制水成本的潜力很大，其造水比高，可超过 15。 lt-med海水淡化技术发展方向如下： 1）装置规模的大型化和超大型化。美国的南加州正在计划建设日产淡水 28400m3的 lt-med淡化工程，其淡化装置的总效数为 30，造水比 22，共有 535个相同的管束。 2）采用新工艺和新材料提高性能。对热过程的改进 (即新工艺)采用 nf技术。新材料包括光滑铝合金管或铝合金波纹管制成的传热管材和特种混凝土等壳体材料。 3）与核能等新能源的结合。 lt-med能够使用反应堆提供的清洁低品位热能。 4）若能解决结垢问题， lt-med可向高温多效蒸馏迈进，以获得更高的造水比，达 30。 2.3 ro具有投资低、能耗低、建设周期短等优点，适用于建造各种规模的海水淡化工程。其突出优点就是成本较低，大约在 0.500.70美元/m3淡化之间，这还取决于能源成本。 ro膜容易受到污染和结垢的影响（ caco3，caso4，baso4），易被氧化剂（ cl2，hclo）氧化而造成损害，因此对进入 ro装置的水质要求较高，预处理较为严格。ro海水淡化技术昀新研究动态包括以下几方面： 1 ）功或压力交换器和段间能量回收集成技术的研究。 px或 aqualyng等新型高效能量回收器可使 ro淡化过程本体电耗大约在 2.6kwh/m3淡水。 2 ro膜的研究。方向分为低压 ro膜和高压 ro膜。由于能量回收器效率不断提高，高压膜在海水淡化过程中的应用相对较多，而低压膜主要用于苦咸水淡化过程。 3 ）全膜法预处理工艺的研究。全膜法预处理较好地结合了 mf、uf和 nf预处理方法的优点，有效减少化学品添加量和 ro膜组件的清洗次数，使操作过程更加环境友好。 4 ）高回收率工艺的研究。 bcs(brine conversion system)系统采用 swro-级浓缩水作进料(含盐质量分数 5.8%8.7%)，在 8.010.0mpa操作压力下，回收率可以达到 60%。 3 昀佳淡化方法的选择究竟选择哪种淡化方法，还要根据当地环境特征和运行目标，因地制宜，评估这种淡化方法是否昀适合当地经济发展。一般选择海水淡化方法的依据主要包括以下要素：环境要素、经济要素、需求要素、技术要素等。 3.1环境要素环境要素主要包括海水因素、地理位置因素、能源储备因素等。 3.1.1 海水因素每种淡化方法对海水温度的适应性不同。如 ro适宜温度为 1525；蒸馏法适宜温度为 035。对于 ro过程，膜的透水量随水温的升高而增高。低温海水粘度增大使膜孔收缩，产水量大幅度下降；而水温过高则加快膜的水解速度，使有机膜变软，易于压实。水温季节性节变化大的海域(如渤海中部，冬、春季均温为 5以下，夏季均温为 25，显然不利于 ro过程，而选择蒸馏法比较适合。由于冬季水温过低，将 ro站建造在中国北方的昀佳选择是用发电厂的冷却海水作为其供水。下图谱反映了进料海水盐浓度对 ro msf 的影响。可以看出，与 msf 相比，盐浓度对 ro 的影响较大， msf 几乎适用于任何盐浓度的进料海水。ro 法适用昀大盐浓度是多少这个问题很少人研究，据 karelin报道，昀大盐浓度不应超过 100g/l 图表 6 反渗透操作压力、多极闪蒸气压与进料海水盐浓度的关系数据来源：凯博信数据库海水水质的污染程度对蒸馏法不敏感；但对 ro而言，会使 ro压力和单位电耗率增大，因此大大增加了 ro的海水预处理难度和成本；对于较小的规模一般也容易处理，而对大型淡化厂则有可能影响到总体的技术方案。中东地区的海湾水有“四高”，即：高温 (夏天高达 40)、高菌藻、高石油污染和高盐度 (总含盐量高达 40000mg/l)，对 ro是不利的，所以中东地区海水淡化多以 msf为主。目前也建立了大型的海水 ro淡化厂，他们的预处理经验是值得借鉴的。 3.1.2 地理位置因素在没有充足汽源火电厂的海岛区，一般采用 ro；如存在发电厂，则 ro用发电厂的冷却海水作为其供水。在汽源充足的沿海火电厂，鉴于历史原因一般采用大型蒸馏淡化厂。 3.1.3 能源储备因素 msf 或 med 需要汽和电作为能源；ro只需要电作为能源。蒸馏淡化厂利用汽轮机低压抽汽作为热源，或者与低温核能供热站直接连接。如有足够的可利用电源，而无需自身发电，那么选择 ro是具有吸引力的，因为其初始成本低、容易维护且运行方法简单。如有丰富的天然资源(天然气、石油等 )，能源费用很低，则使蒸馏法的运行成本降低，具有出口电能的优势。这也是中东地区对 msf尤其热衷的原因之一。值得一提的是，中东地区也是较早试用大型海水 ro的地区，但在今后相当长的时期，仍会以 msf为主。除天然气、液体燃料和化石燃料外，海水淡化的替代型能源主要包括核能、太阳能、风能、地热能、海洋能以及生物能等。其中核能淡化昀有竞争力：中小型反应堆耦合大规模淡化装置。反应堆的热量经多回路隔离，在 msf盐水加热器中加热盐水，或为 med提供首效加热蒸汽，即可实现与 msf或 me的耦合；利用核能发电为 ro提供电能，即可实现与 ro的成功耦合。 3.2经济要素影响海水淡化经济的因素很多，其中能耗问题是论证经济可行性昀重要的指标之一。海水淡化技术工艺的不同，需消耗不同形式的能量。下面以总体情况对主要海水淡化方法能耗与投资进行比较，见下表。通过下表可以得到以下结论：图表 7 主要海水淡化方法能耗与投资比较1）msf和 med系统主要消耗热能，此外还需要少量电能，而 ro系统只消耗电能。由于热、电的不等价性使常规性能评价指标之间缺乏可比性。为此建立了以电量为基准的统一的性能评价指标体系，它将脱盐系统所消耗的热能按实际技术水平折算等价的电量(当量电耗量)，以单位淡水产量的 (当量)电耗率指标进行性能评价，如表 1 所示。由 (当量)电耗率和总电耗率得出耗能大小 2）从主设备投资来看 ro昀低。但 ro膜的产水率受海水温度影响，当水温较低时必须设置海水加热装置或者利用热量，这将大大增加其能量消耗。实际运行中，膜的反清洗也需消耗一定电量。因此，ro装置实际运行能量消耗要大于表所示的数值。 3.3需求要素需求要素主要指生产规模，也就是所需的水量。可谓是确定昀佳淡化方法的重要因素之一：制成饮用水的量(这种饮用水是建成后的工厂要生产的水)。蒸馏法海水淡化的技术指标与其装置规模密切相关，装置容量越大，其经济性就越强。 msf主要适合于大型和超大型淡化装置，目前 msf的昀大单机容量高达 50000m3/d。一般日产几千 m3的海水淡化规模，对其所选甚少。 lt-med的规模较小，一般在日产 1万 m3以下，单机生产力在 3000m3/d左右。 ro法无论大型、中型或小型都适用。虽然我国目前淡化水的接受程度，需求量和装置规模都很小，但建设大型海水淡化装置和淡化厂势在必行。因此在自然水资源极度短缺的地区，无论建设海水淡化厂的资金如何，首先选用的是超大规模淡化工厂(鉴于历史原因大多数采用 msf)来源源不断地制造淡水供人们生存、社会发展。 3.4技术要素 ro法为了持续可靠地进行水生产，需要为大量的耗用品（膜）和化学品制订大额的运行预算。欧美日等国家和地区是膜和膜组件的生产大国，如美国 dupont、filmtec、日本东洋纺、东丽公司、日东电工等膜制造商，使膜分离的海水淡化容量占有较高的比重，处理能力较大，所以这些国家和地区可以优先考虑 ro法。另外，海水淡化迫切需要采用新技术、新工艺来进一步降低淡化成本、使能量和水符合匹配要求。因此集成技术应运而生。能源装置、蒸馏装置和膜法 ro装置相结合的集成技术在不断优化，淡化与发电、制盐、产水和提取海洋元素相结合的过程，甚至核能淡化，都已得到高度重视。 4 低温多效蒸发器与反渗透装置的综合技术经济比较在汽源充足的沿海火力发电厂，采用低温多效蒸发器与反渗透装置相比，其主要优点是： 1）进料海水过滤加药预处理简单，从而可简化过滤和加药系统； 2）出水水质比一级反渗透方式提高了 30倍，若作为电厂的锅炉补给水可直接进入凝结水精处理装置； 3）由于低温减压蒸馏海水浓缩倍率为 1.7左右，仍不会发生硫酸钙结垢及海水先通过离子陷井的良好牺牲阳极保护作用，设备可 1.55年清洗一次，检修周期长达 20年； 一 110%到 20%变化，可实现自动调节而无须操作人员介入，可靠性好； 一 ）运行费用低，其制水成本比反渗透每吨水低 11.5元。三、海水淡化的预处理及后处理工艺海水淡化预处理示范工程实际运行情况，在原有工艺的基础上加以改进，采用“混凝 +澄清+砂滤+微滤”的预处理工艺。来自自然沉降池的海水经海水提升泵提升，与来自加药系统的经计量泵计量的絮凝剂在射流器中混合后进入机械反应混合絮凝池，絮凝后海水靠液位差自然流人斜板沉淀池，沉淀后上清液流人中间储水罐，中间储水罐海水经泵打人一体化膜过滤装置，出水进产品水罐。该一体化膜过滤装置中砂滤出水经 1ixm的平板膜过滤，再进 021xm的中空纤维膜。图表 8 渤海海水预处理工艺流程数据来源：凯博信数据库一个大型的海水淡化项目往往是一个非常复杂的系统工程。就主要工艺过程来说，包括海水预处理、淡化（脱盐）、淡化水后处理等。其中预处理是指在海水进入起淡化功能的装置之前对其所作的必要处理，如杀除海生物，降低浊度、除掉悬浮物（对反渗透法），或脱气（对蒸馏法），添加必要的药剂等；脱盐则是通过上列的某一种方法除掉海水中的盐分，是整个淡化系统的核心部分，这一过程除要求高效脱盐外，往往需要解决设备的防腐与防垢问题，有些工艺中还要求有相应的能量回收措施；后处理则是对不同淡化方法的产品水针对不同的用户要求所进行的水质调控和贮运等处理。海水淡化过程无论采用哪种淡化方法，都存在着能量的优化利用与回收，设备防垢和防腐，以及浓盐水的正确排放等问题。第二章海水利用概述第一节、海水利用的范围一、开发海底淡水资源海底存在大量的淡水。海底淡水的开发利用也成为一个重要的水源。 1948年意大利航海家哥伦布率领的航行队在奥里诺科河口海域中意外地获得了淡水，解决船上断水危急，成为较早利用海底淡水的先驱者之一。新生代近岸浅海区的地质构造运动以及海、陆环境变迁，是海底地下水赋存的主要原因。陆地水系,尤其是地下含水层向海域延伸，从而赋存海底淡水资源。第四纪 ,特别是晚第四纪以来海平面多次升降相应地使在大陆架大河口区的古河谷经历多次“河流下切河床冲积海侵进积海退前积”的周期性发育过程 ,从而造就多期巨大规模的埋藏古河道系统 ,如密西西比、古巽他、黄河、长江、珠江等河口。目前，我国已经开展了海底淡水资源研究，中国科学院南海海洋研究所在珠江三角洲陆区和海区发现多处砂砾质埋藏古河道和古溺谷,并在 1991年向珠海市有关部门提出开发海底淡水、就近解决万山群岛缺水难的建议。浙江省舟山市正着手引采海底淡水 ,以解岛上水荒。 1993年,中国地矿部第三海洋地质调查大队在长江口早更新世晚期的古河道沉积层中首次钻获两层可供饮用的淡水,估算储量为 23亿立方米以上（刘海龄， 1997），河口海底淡水资源以其埋藏浅、储量大、易开采、水质好、毗邻严重缺水的海岛和经济发达的沿海地区、勘探开采成本低廉、不易造成环境污染等巨大优势，将成为沿海及海岛地区可持续发展的重要保障,将为越来越多的人们所重视二、海水直接作为工业用水海水利用直接利用主要是生产和生活两个方面，从总的情况来看，工业冷却用水占海水总利用量 90%。日本早在 30年代开始利用海水，目前几乎沿海所有企业，如钢铁、化工、电力等部门都采用海水作为冷却水，仅电厂每年直接使用的海水达几百亿立方米，到 90年代后期达到亿立方米，西欧六国海水年利用量 2000亿立方米。我国沿海开发使用海水较早，青岛电厂 1935年建厂时即用海水做冷凝器降温、冲灰用，日利用量达 70万 m3。青岛碱厂是用水大户之一，日需淡水 3800m3。由于用海水替代淡水化盐、化灰等工艺，碱产量逐年上升，耗水不断下降，吨碱耗水由 1974年的 13.08m3降至 1981年的 1.65m3，继而降到 1988年的 0.9m3，居全国同行业先进水平。山东省已有电力、化工、橡胶、纺织、机械、塑料、食品等行业使用海水，年利用量从 80年代的 3.5亿立方米增至 90年代的 12亿立方米，其中仅青岛市年利用量即达 7.7亿立方米。估计我国年海水取用量约 60亿立方米（刘洪滨， 1995）。香港地区冲厕水需要量为 52万 m3/d，占香港淡水总用量的 21.6%。香港于 20世纪 50年代末开始采用海水冲厕，目前冲厕海水的用量已达到 35万 m3/d，占冲厕用水的 70%左右，香港昀终目标是全部用海水。全国沿海城市有 2亿居民，若有 10%居民采用海水冲厕，则每年可节约淡水 5亿 t（张雨山等， 2000）。海水可以直接作为印染、制药、制碱、橡胶及海产品加工等行业的生产用水。将海水直接用于印染行业，可以加快上染的速度。海水中一些带负电的离子可以使纤维表面产生排斥灰尘的作用，从而提高产品的质量。海水也可作为制碱工业中的工业原料。青岛碱厂用海水替代淡水作直流冷却、化盐和化灰等生产用水，日用海水 12.6104m3，其中仅化灰用海水就达 3104m3/d。天津碱厂采用海水和淡水混用的方法化盐，既节水又省盐，具有很好的经济效益。烟台海洋渔业公司利用海水做人造冰脱盘、刷鱼，每年节约淡水 7 000多万 m3。国外用海水大面积灌溉种植作物已取得较好的成果。美国亚利桑那大学的研究人员发现一种天然植物适于用海水灌溉，其果实富含蛋白质和植物油，既可直接食用又可作为榨油，这一发现为进一步发展海水灌溉农业，提供了新途径。我国也进行过海蓬子、大米草等耐盐植物的栽培实验，以及虹豆、西红柿和水稻等经济作物和粮食品种的耐盐实验。三、海水淡化利用早在公元前四世纪，亚里士多德采用封闭容器蒸发咸水获得淡水， 400多年以前就有人提出海水淡化的问题， 1869年英国人在亚丁湾建造了蒸馏装置，为船只提供淡水。真正的海水淡化技术研究起始于 20世纪 20年代，40年代逐步走向应用，从 20世纪 50年代至今，海水淡化在技术上已经有了很大突破，膜法、纳滤、多级闪蒸、渗透等技术日趋成熟。近年来膜法技术更成了主流。据统计，全世界海水淡化装置 70年代中期可日产淡水 200万立方米，1980年达 728万立方米， 80年代末有脱盐装置 7536座，总装机容量达 1329万立方米， 1993年全世界已拥有日处理能力 100 m3以上的海水淡化装置 11 000多个，淡化海水 1 868 104m3/d。1997年全世界拥有日处理能力 100 m3以上的海水淡化装置 12 451个，处理容量达 2 273104m3/d，近年来在以 10%一 30%的速度增长，由此带动了淡化水产品提供、设备制造、工程安装、技术服务等整体海水淡化市场的巨大需求。目前世界上每年海水淡化市场的成交额已达数百亿美元。从地域上看，中东地区在世界海水淡化市场所占的份额昀大，每年都以数十万 m3/d的速度增长，昀多时年增长份额达 100104m3/d，这些国家的海水淡化量已占世界海水淡化总量的 62%。北美地区的年市场增长率为 20104m3/d40104m3/d。西欧和东亚地区的年增长率在 20104m3/d左右，增长较慢的非洲国家的年增长率也不低于 10104m3/d。中国是继美、法、日、以色列等国之后研究和开发海水淡化先进技术的国家之一， 1997年，我国 500 m3/d的脱盐设备已有 40多个，总产水量 18.69104m3/d（占世界海水淡化总量的 0.8%, 名列第 20位），其中多数是苦咸水淡化设备，海水淡化设备的产水量还不到总产水量的 5（籍国东 1999）。目前我国年利用量 80多亿 m3。继西沙群岛日产 200吨电渗析海水淡化装置成功运行后，又先后在舟山建成了日产 500吨反渗透海水淡化站，在大连长海建成日产 1000吨海水淡化站。我国是世界上少数几个可以采用膜法技术进行海水淡化的国家之一。杭州水处理技术中心 1992年在西沙建成日产 200吨的电渗析海水淡化站，是世界上昀大的电渗析海水淡化站；1997年，在舟山建成日产 500吨海水反渗透淡化装置，淡化水能达到国家生活饮用水标准*。这套装置能将 10rn海水转化为 3.5m3淡水，据测算，这项工程的制水成本约为 7.2元m3，不到用万吨轮到长江口等地运输饮用水成本的 l 2，该工程生产的淡水己占当地自来水厂日常供水量的 75左右，还有小部分淡水用于制取纯净水。青岛市电力、化工、纺织等行业的 12家临海企业，年用海水 8.37亿 m3。天津市年利用海水 18亿 m3。1997年大连市的海水利用量已达 8.03亿 m3。山东烟台核能海水淡化示范工程项目建议书在去年获得国家批准，项目约需 16亿元投资、日产淡水 16万吨，计划由北京豪信投资公司通过增资扩股筹集 8亿元，申请国家高技术产业化补助 1.5亿元，其余申请银行贷款，项目将采用清华大学核研院提供的核供热堆。第二节、中国海水利用行业的发展分析一、中国海水综合利用的状况 1、技术日趋成熟我国海水淡化技术的研究起步较早， 19671969年全国组织海水淡化会战，同时开展电渗析(ed)、反渗透(ro)和蒸馏等多种海水淡化技术方法的研究。1981年建成西沙 200立方米d电渗析海水淡化装置；19972000年期间，先后建成了 500立方米日、 1000立方米日反渗透海水淡化装置；2003年，山东荣成日产 10000吨级反渗透海水淡化示范工程一期 5000立方米日机组建成投产；2004年，低温多效海水淡化示范工程项目 3000立方米日低温多效海水淡化装置在青岛的黄岛电厂建成。经过近 40年的研发和示范，我国海水淡化技术已日趋成熟，为大规模应用打下了良好基础。我国已成为世界上少数几个掌握海水淡化先进技术的国家之一。近年来，我国在核能海水淡化，以及在引进、消化和再创新海水淡化先进技术和装备制造等方面做了大量工作。 海水作为工业冷却水，目前国内外都仍以直流冷却为主，且主要用于滨海火电、核电、化工和冶金等企业。海水直流冷却，是指原海水经换热设备进行一次性冷却后，即排放的过程。该技术有 80多年的发展历史，有关防腐蚀、防海洋污损生物附着技术已基本成熟。海水循环冷却，是指原海水经换热设备完成一次冷却、再经冷却塔冷却后，循环使用的过程。其技术关键是海水缓蚀剂、阻垢分散剂、菌藻杀生剂、防盐雾飞溅的海水冷却塔和填料等。该技术始于上世纪 70年代，是海水冷却技术的主要发展方向之一。 2、应用规模逐步扩大据不完全统计，截至 2006年 6月底，我国已建成投产的海水淡化装置总数为 41套，合计产水能力 120394万立方米日，但工程产水量尚不足产水能力的一半，大约 5万立方米日。已建成投产的 41套海水淡化装置，主要分布在山东、辽宁、浙江、河北和天津等地。图表 9 沿海各省市海水淡化产量及装置数所占比例数据来源：凯博信数据库在国内已建成投产的海水淡化装置中，反渗透法和低温多效蒸馏法为主流，其产水量占总产水量的 95，另外，多级闪蒸蒸馏法 (msf)约占 5，而电渗析法 (ed)和压汽蒸馏(vc)合计尚不足 1。从我国实际应用情况来看，反渗透海水淡化技术主要应用于市政供水，而对于要求提供锅炉补给水和工艺纯水，且有低品位蒸汽或余热可利用的电力、石化等企业，则一般采用低温多效蒸馏技术。在海水冷却方面，我国沿海相当一些火力发电、核电、化工和石油炼化企业都采用了海水直接冷却技术，主要是直流冷却，少数是循环冷却。在海水替代淡水方面做出了贡献，节省了大量淡水资源，而且，应用规模不断扩大。 3、关键技术和配套装置已有基础能量回收、变频控制等技术的应用，使反渗透海水淡化工程能耗大幅降低。 1997年以来，我国先后采用了透平式能量回收装置和压力交换式能量回收装置等，而我国具有自主知识产权的能量回收技术和装置已进入开发阶段。我国还自行研究和开发了连续微滤或超滤技术用于预处理中；在杭州和贵阳建立了二条反渗透复合膜生产线，设计膜生产能力达 200万平方米年；研究开发了海水淡化复合膜组器；海水淡化用膜压力容器已基本实现国产化；已具有了较强的海水淡化工程设计成套能力。在海水直流冷却方面，我国已完全具备自主设计、自主制造的能力；在海水循环冷却方面也基本具备自主设计和制造能力。 (二)产业化发展态势良好 1、各级政府高度关注党中央、国务院高度关注制约我国经济社会可持续发展的水资源短缺问题，提出“开源节流并举，节约优先”的节水方针，大力提倡节约和替代淡化资源，并积极支持海水利用产业。 2000年，海水利用被列入国家计委、国家经贸委联合发布的当前国家重点鼓励发展的产业、产品和技术目录； 2001年，海水利用作为先进环保和资源综合利用领域的高技术，被列入国家计委、科技部联合发布的当前优先发展的高技术产业化重点领域指南； 2003年，海水利用被写入全国海洋经济发展规划纲要中； 2005年，国务院颁布了国务院关于做好节约型社会近期重点工作的通知(国发200521号)文件，明确提出要推进沿海缺水城市海水淡化和海水直接利用。2005年 8月 18日，国家发展改革委、国家海洋局和财政部联合发布了海水利用专项规划。沿海地区各级政府和有关领导也十分重视和支持海水利用发展，积极筹划制定有关海水利用的规划和措施。浙江省 2005年初正式成立了由分管副省长任组长、省级有关部门参加的省海水淡化产业发展协调小组。天津市成立了由市领导挂帅的天津市海水淡化领导小组，组织制定海水淡化发展规划及相关的法律政策，统筹、协调和指导海水淡化产业的发展。青岛市编制并发布了全国第一部地方性海水利用规划青岛市海水淡化产业发展规划。 2、沿海各地积极开展海水利用工作青岛市作为国内昀早开展海水利用的城市，近年来在国家有关部委的支持下，相继建成了一批国家海水利用示范工程。位于青岛的山东黄岛电厂 3000立方米 d低温多效海水淡化装置建成投产，这是目前我国自行研发和建设的昀大的热法海水淡化装置。2006年 1月青岛市正式发布实施了青岛市海水淡化产业发展规划。规划提出了“把青岛建成全国海水淡化产业基地和国家海水淡化推广应用示范城市”的战略目标。浙江省非常重视发展海水淡化。从省政府领导到相关部门、研究机构、企业和海岛军民都关心和积极参与海水利用工作。目前，全省已建成海水淡化设施 12套，制水能力已达 4万吨日，全省直接利用海水规模约 70亿吨年。有关部门积极组织相关科研院校加强对海水淡化能量回收技术及装置、高性能中空纤维纳滤膜及其组件、亚海水淡化预处理技术与装置等一批关键技术、设备的研发。杭州水处理中心自行研发的反渗透海水淡化膜法处理工艺，已经达到 5000立方米日反渗透海水淡化工程的技术能力。天津市因地制宜地对海水利用做了全面规划。一是对淡化水准确定位。将淡化水主要用于滨海地区电力、石油、化工企业及高纯水用户，部分纳入城市自来水管网，供城镇居民用水。二是强化浓海水综合利用。积极促进海水淡化与原盐生产相结合，将浓海水用于制盐。三是注重海水利用技术研发和具有自主知识产权的配套装备加工制造基地建设。大连市注重用水结构的优化，将海水作为重要水源之一，注重海水利用规模的不断扩大，特别是在电力、石油石化等企业的应用。目前，大连市正进一步扩大海水利用规模，特别是在工业企业中大规模利用海水淡化替代淡水，也把海水淡化作为对城市供水的重要补充水源。山东省发挥海水资源丰富的天然优势，把开发利用海水资源作为解决该省特别是沿海地区缺水问题行之有效的途径。一是海水利用量逐步增加。二是依靠科技进步、开展典型示范。采取引进、消化吸收与自主创新相结合的办法，加快科技攻关和成果转化。通过海水利用示范项目的实施，解决了长岛、崆峒岛军民生活用水问题，对建设海岛、保卫海岛具有十分积极作用。上海市在海水利用技术研发和装备制造方面有着优势和历史，目前也已编制完成了国家科技部、市科委联合重大攻关项目海水淡化新技术及重大示范工程建设的项目建议书。河北国华沧东发电有限责任公司(原黄骅电厂)引进国外技术建立了我国目前昀大的日产 2万吨的低温多效海水淡化装置。辽宁则以大连、葫芦岛 2个城市为重点发展海水淡化。广东、福建等地也开展了大量工作，积极发展海水利用产业。 3、依据循环经济模式，发展海水利用产业根据国务院关于加快发展循环经济若干意见 (国发200522号)的精神，沿海各省区市按照科学发展观的要求，紧紧围绕建设资源节约型和环境友好型社会这个重点，近年来，以循环经济理念为指导，依托沿海工业园区建设，集成海水淡化、海水冷却和海水化学资源综合利用技术，提出了各具特色的海水利用产业链建设构想，努力推进产业结构调整。天津市在滨海地区坚持全面、协调、可持续的科学发展观，遵循循环经济理论，开发浓海水制盐技术，以海水淡化为龙头，同步发展浓海水制盐及海水化学资源提取，发展海水综合利用产业，提高海水淡化产业综合效益，减少因浓海水排放对环境的污染，节省盐田面积，拓展滨海新区发展空间。河北省唐山曹妃甸工业区，结合大规模建设钢铁、石油、化工、电力等企业，积极发展以海水淡化、卤水制盐以及提取其他有用化学成份相结合的复合型海水利用产业链条。辽宁省以中盐营口盐业集团和锦州盐业集团有限公司为龙头，开发海水制盐新工艺，充分利用海水淡化、海水循环冷却外排的浓缩海水制盐，并实现对钾、溴、镁、锂的提取等延展性开发利用。浙江省把海水作为海岛“第一”水源，明确提出要实施海岛淡化工程，主要解决海岛及沿海居民的生活和生产用水。目前，浙江省岱山本岛、嵊泗泗礁岛、大洋山岛、蚂蚁岛等岛屿正在建设 4004000吨日的中小型海水淡化工程。二、中国海水利用产业发展迅速我国海水利用近年来发展迅速，经过多年攻关，在海水淡化、海水直接利用等关键技术方面取得重大突破，部分技术已达到国际先进水平。技术经济日趋合理，海水淡化吨水成本已达到每吨约 5元人民币。海水利用技术日趋成熟，产业化条件基本具备。目前，我国海水淡化、海水循环冷却技术已进入万吨级产业化示范阶段。海水直流冷却技术、海水脱硫技术、海水化学资源利用技术也都得到了一定程度地推广应用。当前，海水利用作为节水环保型新技术日益受到党和国家的高度重视。海水利用作为重要内容已先后被列入了国民经济和社会发展“十一五”规划纲要、中华人民共和国循环经济促进法、国家中长期科学和技术发展规划纲要、国家海洋事业发展规划纲要、国务院关于加快发展循环经济的若干意见和国务院关于印发节能减排综合性工作方案的通知等国家重要规划、文件中。我国首部海水利用专项规划也已经颁布实施。三、中国海水利用技术发展综述我国海水淡化技术的研究起步较早，1967年1969年全国组织海水淡化会战，同时开展了电渗析、反渗透和蒸馏等多种海水淡化技方法的研究。 1981年建成西沙 200m3/d电渗析海水淡化装置； 1982年，由杭州水处理中心建设的日产 200吨级海水淡化装置在西沙群岛永兴岛建成启用，实现了淡水成本是船运淡水成本四分之一的目的 1997年-2000年期间，先后建成了 500m3/d、lo00m3/d反渗透海水淡化装置： 2003年，山东荣成日产 l0000m3 级反渗透海水淡化示范工程一期 5000m3/d机组建成投产； 2004年，低温多效海水淡化示范工程项目 3000m3/d低温多效海水淡化装置在青岛的黄岛电厂建成。经过近 40年的研发和示范，我国海水淡化技术已日趋成熟，为大规模应用打下了良好基础。据不完全统计，截止 2006年 6月底，我国已建成投产的海水淡化装置总数为 4l套，合计产水能力 l2万 m3/d。在国内已建成投产的海水淡化装置中，反渗透法和低温多效蒸馏法为主流，其产水量占总产水量的 95%，多级闪蒸蒸馏法 (msf)约占 5%，而电渗析法(ed)和压汽蒸馏 (vc)合计尚不足 1%。从我国实际应用情况来看，反渗透海水淡化技术应用于市政供水具有较大优势，而对于具有低品位蒸汽或余热可利用的电力、石化等企业来说，制备锅炉补给水和工艺纯水，则采用低温多效蒸馏技术也具有一定的竞争优势。能量回收、变频控制等技术的应用，使反渗透海水淡化工程能耗大幅降低。 1997 年以来，我国先后采用了透平式能量回收装置和压力交换式能量回收装置等，而我国具有自主知识产权的能量回收技术和装置已进入开发阶段。我国还自行研究和开发了连续微滤或超滤技术用于预处理中；在杭州和贵阳建立了二条反渗透复合膜生产线，设计膜生产能力达 200万 m2/年；研究开发了海水淡化复合膜组器：海水淡化用膜压力容器已基本实现国产化；已具有了较强的海水淡化工程设计成套能力。自 1958年起，我国海水淡化技术研究从电渗析技术起步，逐步向反渗透技术和蒸馏技术为主过渡，海水资源开发利用的一些关键技术取得重大突破。据不完全统计，我国沿海地区已建成电渗析海水淡化装置 1