海水淡化专项分析报告.doc

海水淡化专项报告海水淡化专项报告1海水利用及海水淡化概述11.1海水利用主要方向11.1.1脱盐技术21.1.1.1海水淡化21.1.1.2苦咸水淡化21.1.2海水直接利用技术31.1.2.1海水作为冷却用水31.1.2.2海水脱硫31.1.3海水利用的其他方面31.1.3.1海水综合利用41.1.3.2海水农业41.2海水淡化概述51.2.1定义51.2.2发生背景51.2.3海水淡化处理技术51.3发展海水淡化的必要性和可行性61.3.1国内水资源供需矛盾凸显淡水资源严重短缺61.3.1.1淡水资源现状61.3.1.2淡水资源缺乏61.3.2国家和地方政府出台政策支持海水淡化产业发展71.3.2.1国家鼓励支持海水淡化产业71.3.2.2地方政府的极力支持101.3.3日趋成熟的海水淡化技术与潜在巨大的海水淡化市场101.3.3.1海水淡化技术和装备配置日趋成熟101.3.3.2应用规模逐步扩大111.4发展海水淡化的意义121.5我国海水淡化发展历史122海水淡化技术及应用132.1蒸馏法淡化技术142.1.1多级闪蒸技术(MSF)142.1.2多效蒸馏技术(MED)152.1.3压汽蒸馏技术(VC)172.1.4蒸馏法海水淡化技术现状及发展趋势182.2膜法海水淡化技术182.2.1电渗析技术(ED)182.2.2反渗透技术(RO)192.2.2.1反渗透膜法海水淡化技术的发展历程192.2.2.2基本原理202.2.2.3工艺流程202.2.2.4主要优缺点及适用范围222.2.3反渗透技术的发展趋势222.3影响海水淡化工艺选择的因素222.3.1目前主要淡化方法的技术原理及应用232.3.2主要淡化方法的比较及发展方向232.3.2.1MSF232.3.2.2LT-MED242.3.2.3RO242.3.3最佳淡化方法的选择252.3.3.1环境要素252.3.3.2经济要素272.3.3.3需求要素272.3.3.4技术要素282.3.4低温多效蒸发器与反渗透装置的综合技术经济比较283海水淡化产业分析293.1国外海水淡化产业概况293.1.1淡水短缺及技术进步加速世界海水淡化应用293.1.2国外海水淡化产业发展状况293.1.3国外海水淡化产业主要发展措施313.1.4主要国家和地区海水淡化开发情况323.2中国海水淡化产业概况343.2.1中国海水淡化市场增长世界第七343.2.2中国海水淡化产业存在问题及原因363.2.2.1海水淡化水价格高、缺乏竞争力363.2.2.2政策扶持不够，缺乏激励机制373.2.2.3大规模海水淡化工程技术尚未成熟383.2.2.4海水淡化的核心技术仍在少数国家手中383.2.2.5再利用技术水平不足393.2.2.6海水淡化对环境的影响403.2.3中国海水淡化发展策略403.2.3.1解除制度和技术障碍促进海水利用403.2.3.2加快中国海水利用产业化的策略413.2.4主要地区海水淡化开发情况与计划433.2.4.1北方沿海地区433.2.4.2南方沿海地区453.2.4.3海岛454海水淡化处理装置开发464.1船用海水淡化装置464.1.1国内船用海水淡化装置发展现状464.1.2船用海水淡化装置的工作原理464.1.3船用海水淡化装置的主要型式484.2太阳能海水淡化装置484.2.1太阳能蒸馏海水淡化装置原理484.2.2外国太阳能海水淡化装置发展状况494.2.3中国太阳能海水淡化装置研发进展50海水淡化专项报告1 海水利用及海水淡化概述1.1 海水利用主要方向沿海地区含11个省、区和直辖市，陆地面积占国土总面积的15%，有18000多公里的海岸线和6500多岛屿，人口占全国的40%以上，社会总产值占60%左右，是我国人口最多、经济最发达的地区。而该地区的的可持续发展也面临着相当严峻的形势和问题。土地、水和其他资源的日趋紧缺，近海海域的污染和近海海洋环境质量的退化等，严重制约了该地区经济和社会的发展。向占全球水总储量96.5%的海水要水，要其他资源，大力发展海水利用（资源化）技术，是解决沿海地区资源短缺和繁荣沿海经济的重要措施。海水利用（资源化）技术包括从海水中提取淡水，用海水代替淡水和海水中提取化工产品等技术，即通常所讲的海水淡化，海水直接利用和海水综合利用等，另有海水养殖和海水农业。这里重点谈一下海水淡化。海水淡化是从海水中获取淡水的技术和过程。海水淡化以多级闪蒸（MSF）和反渗透（RO）为主，另外有低温多效（LTME）和压汽蒸馏等。世界上一亿多人口的地区靠海水淡化解决用水的问题。RO海水淡化能耗已降到3kWh/m3，目前呈迅速上升趋势，具有极强的竞争力。实践表明海水淡化对沿海地区经济的发展还将发挥其重要的作用。海水直接利用是用海水代替淡水作为工业用水、生活用水和其他用水等。工业用水占总用量的7080%，而工业用水中70%左右是冷却用水，所以用海水代替淡水作为工业冷却用水以及其他用水，对沿海城市十分重要。在海水综合利用方面，涉及制盐、海水全利用（与海水淡化结合）、卤水全利用、海水中微量元素的提取以及相关元素的高附加值产品的开发等。这对于改造传统产业的旧工艺，提升盐化工的水平，保护海洋环境等，是非常重要和必要的。 经过40余年的发展，我国在海水淡化、海水直接利用与综合利用领域取得很大成就，培养造就了一大批专门技术人才，技术日益成熟，成本日趋降低，具备了产业化发展的基本条件。 1.1.1 脱盐技术 1.1.1.1 海水淡化早在上世纪50年代，为解决“水的危机”，美国从1952年起专设盐水局，1974年后转为资源技术局，不断推进水资源和脱盐的技术进步；1973年日本通产省下设造水促进中心，专门研究节能的脱盐技术；欧洲则在尤里卡等计划下推动海水淡化的发展。目前主要的技术是蒸馏法和膜法，蒸馏法是30年代开始的，现在以多级闪蒸（MSF）为主，另有低温多效（LT-MED）等；膜法是50年代开始的，现在以反渗透（RO）为主，另有电渗析等。目前世界上脱盐水产量约达3.0107m3/d，主要解决饮用，其次为工业应用，其中海水淡化为2.0107m3/d。 我国海水淡化技术是政府支持和国家重点攻关项目驱动下发展起来的，电渗析、反渗透海水淡化技术和蒸馏法海水淡化技术（多级闪蒸、压气蒸馏和低温多效蒸馏）的研究开发等，都取得相当大的进展。我国经过40多年的发展，已建成海水淡化工程12个，已建成和在建装置总量超过每天60000吨。具备了万吨级海水淡化的设计和工程能力，技术经济指标达到同等容量的世界先进水平，吨水成本已降至5元左右。随着装置规模的扩大和技术的进步，造水成本仍有降低的空间。1.1.1.2 苦咸水淡化 含盐量1g/l5g/l的水叫低盐度苦咸水，5g/l10g/l叫中盐度苦咸水，10g/l以上为高盐度苦咸水。将苦咸水淡化制取饮用水，能耗和价格比海水淡化低得多，据含盐量的高低，一般能耗在0.53kWh/m3淡水。世界上中东、非洲、美国等许多地区靠苦咸水淡化解决工业用水和市政用水问题。目前世界上苦咸水淡化产量达7.0106m3/d左右，膜技术占绝对优势，其中RO占76%，电渗析（ED）占15.6%。最大的苦咸水淡化工程是美国尤马河水的处理工程，产水量38104m3/d，保证了河下游水的卫生标准。我国自上世纪60年代末就开始用ED进行苦咸水淡化，至今已推广应用得相当普遍，年产离子交换膜40多万平方米，ED装置近千台。特别在低盐度苦咸水脱盐方面占据了较大的市场，日产水量约60万吨。仅山西省大同矿物局10多个矿区日处理量就达2万多吨，供冷却用水和生活用水。80年代开始RO苦咸水淡化，随着RO膜和相关技术的进步，RO在苦咸水淡化中的竞争地位越来越强，日产水量约50万吨。仅大庆油田苦咸水处理量日产近1.2万吨，主要供饮用。苦咸水淡化主要方法是反渗透和电渗析，目前我国苦咸水淡化日产水量达50万吨左右，已成为解决广大苦咸水地区用水紧张的重要手段。 1.1.2 海水直接利用技术 1.1.2.1 海水作为冷却用水国外在这方面非常重视，美、欧、日等国家和地区年用海水作为冷却用水超过五千亿立方米，目前国内外仍以直流冷却为主，用于电力、化工和冶金等行业；我国海水直流冷却已有近70年的应用历史，主要应用于天津、大连、青岛、上海、深圳等沿海城市的电力、石化、钢铁、化工等行业，但年冷却海水用量仅200亿立方米左右，与发达国家尚有很大差距。国际上海水循环冷却因突出的环保优势得到了迅速发展和应用，单机海水循环量超过每小时15万立方米。我国已形成海水循环冷却缓蚀剂、阻垢分散剂、菌藻杀生剂和海水冷却塔等“三剂一塔”成套技术和产品，正在进行工程示范，具备产业化推广的基本条件。1.1.2.2 海水脱硫海水脱硫工艺自1970年成功的应用以来有近40多套在运行，广泛应用于工业窑炉和电厂烟气脱硫。目前在我国发展迅速。作为国家第一个示范工程，深圳西部电厂海水脱硫工程于1999年投运达标，并通过了国家环保总局主持的工程验收。福建后石华阳电厂分别于1999和2000年投入运行两套600MW的无GGH海水脱硫装置。随着我国环境保护法律、法规和标准的日趋严格及执法力度的加大，在未来10年内，至少有4000万千瓦以上火电装机容量需安装烟气脱硫装置。我国是燃煤大国，酸雨和二氧化硫污染日趋严重，急需加快烟气脱硫技术研究和设备国产化的步伐。1.1.3 海水利用的其他方面海水冲厕。目前香港地区每天冲厕用海水约60万立方米，占全部冲厕用水的近80%，形成了一套完整的处理系统和管理体系。我国已解决海水冲厕的后处理关键技术问题，正在进行工程示范。另外，海水直接利用的其他途径还有海产品加工用海水，除尘消烟和冲灰冲渣用海水，作消防、灌溉、洗涤、印染、化盐、和软化用水等，这都有成功实践及良好的经济和社会效益。 1.1.3.1 海水综合利用 目前，全世界每年从海洋中提取食盐5000万吨、镁及氧化镁260多万吨、溴20万吨。我国现年产海盐约1800万吨，为世界之首。相关的氯碱工业，产品供大于求，用离子膜改造旧工艺是十分必要的。制盐副产的卤水约1500万立方米，其中含钾盐40万吨，溴4万吨，镁盐400万吨，其中仅利用20%，80%仍排回海洋造成污染，在如何充分利用这80%卤水，已取得一批海水卤水资源综合利用技术成果，如空气吹出法海水提溴已经实现产业化，在气态膜法海水提溴和海水提取钾、镁、锂等关键技术上均取得重大突破，具备示范工程建设条件。海水中D2O，T2O的储量达200万亿吨，铀的储量是40亿吨从长远考虑，按排海水提D2O，铀、锂、碘等也是有重要意义的。将海水淡化与综合利用相结合，两者互补，也是值得深入探讨的。 1.1.3.2 海水农业 我国有漫长的海岸线和星罗棋布的岛屿，可管理和利用的海域22亿亩以上，盐碱地6亿亩，滩涂近3000万亩，自然条件优越，发展海水增养殖海水农业切实可行。目前海水养殖年产量约500万吨，海水和咸水农业刚刚开始，这在减轻对陆地的依赖，缓解用水紧张状况方面也有重要意义。我国是海洋大国，沿海地区经济发达，水和其他资源短缺，海水利用是非常值得考虑的。海水利用中的大多数技术问题都得到切实的解决，推广海水利用技术是可行的。海水利用中的大多数技术的经济性随着技术的进步，是有竞争力的，是可以接受的。海水利用技术的发展，有待于科技的进步和创新，以使该技术不断地向工艺简便、高效节能和清洁生产的方向迈进；也有待于新的示范和社会的需求；更需要政府和企业界的介入以及管理、政策和法规等方面的支持。2003年5月，国务院颁布实施的全国海洋经济发展规划纲要已将海水淡化与综合利用列为未来重点发展的新兴产业之一。为加速海水开发利用产业化进程，保障全面建设小康社会奋斗目标的实现，近来制定全国海水利用专项规划，提出了2005年、2010年到2020年的相关展望。 1.2 海水淡化概述1.2.1 定义海水淡化是指从海水中取得淡水的过程，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。1.2.2 发生背景海水淡化技术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。1.2.3 海水淡化处理技术海水淡化就是将海水中的盐和水分离的过程，是通过物理、化学或物理化学方法实理的。海水淡化方法有数十种，但目前投入商业应用的主要有多级闪蒸（MSF），多效蒸发或多效蒸馏（ME或MED）、压汽蒸馏（MVC）、反渗透（SWRO）等，前三种属于蒸馏法，第四种属于膜法。 多级闪蒸（MSF）：经过加热的海水，依次在多个压力逐级降低的闪蒸室进行蒸发，将蒸汽冷凝而得到淡水。目前多级闪蒸法技术最成熟，运行安全性高，适合于大型和超大型淡化装置，主要在海湾国家采用。MSF总是与火力电站联合建设与运行，以汽轮机低压抽汽做为热源。目前日产6万吨的单机已投入商业运转，日产9万吨的单机正进行设计。这都是世界上最大规模的海水淡化装置。 多效蒸发（MED）：加热后的海水经多个蒸发器串联运行的蒸发过程。也主要与火电站联运，但规模一般在日产1万吨以下。操作温度一般较高，顶温100120，欧洲和亚洲一些火力电厂都有使用；另一类是低温多效蒸馏（LT-MED），顶温70左右。后者较前者较具竞争力，是蒸馏法中最节能的方法之一。 对于供汽温度为80上下的低温核供热条件，采用低温多效蒸馏也是有利的。 压汽蒸馏(MVC)：将蒸发出的蒸汽适当加压，提高其温度后，再用作蒸发器的加热蒸汽，并冷凝而得淡水。用电或蒸汽驱动，也属于最省能的淡化方法之一。但规模一般不大，多为日产千吨级。 反渗透法（RO）：将海水加压，使淡水透过渗透膜而盐份被截留的淡化方法。无论海水、苦咸水，亦无论大型、中型或小型都适应，是海水淡化技术中近二十年来发展最快的。除了中东国家，美洲、亚洲和欧洲，大中生产规模的装置都以反渗透为首选。也是我国目前的首选方法。1.3 发展海水淡化的必要性和可行性1.3.1 国内水资源供需矛盾凸显淡水资源严重短缺1.3.1.1 淡水资源现状水资源特征：水资源总量多，人均占有量少；河川径流年际、年内变化大；水资源地区分布与其他重要资源布局不相匹配。用水现状：用水效率低和过度开发并存；对淡水资源过度开采的情况日趋严重；淡水资源受污染范围继续增大、受污染程度继续增加。1.3.1.2 淡水资源缺乏在影响经济社会发展的各种要素中，淡水资源占有极为特殊的地位，具有很强的公益性、基础性、战略性。水是生命不可或缺的要素，是生态环境不可分割的组成部分，是经济发展和社会进步的生命线，是实现可持续发展的重要基础。水资源的作用是任何其他资源都无法替代的。据联合国提供资料分析，中国水资源总量为28124亿m3，居世界第6 位，中国人均水资源量为2340m3，全球排在109位。到本世纪中叶，中国人口预测16亿时，人均水资源为1600m3，成为严重缺水的国家。中国设立668个城市中，缺水城市约400个，严重缺水的城市约108个。这些城市日缺水量为1600万m3，全年缺水量为200亿m3。中国每年工业、生活污水排放量已达约600亿m3，90的城市水域受到不同程度的污染，尤其南方城市由于采用地表水做水源而地面水又受到不同程度的污染。因此又导致水质性缺水。水是我国经济、社会发展的战略性资源。随着经济社会发展和人民生活水平提高，对水资源的需求将进一步增加，给水资源承载能力带来巨大压力。可以说，水资源供需矛盾突出是我国实现可持续发展的主要瓶颈。从人口增长看，2030年左右我国人口将达到16亿，人均占有水资源量将减少1/5；从经济增长看，今后10年我国经济仍处于工业化中期阶段，重化工业占主导地位，工业用水将大幅度增长；从城镇化发展看，我国城镇化率将稳步提高，城市水资源供需矛盾将更加突出；从粮食安全看，水资源短缺制约我国北方产粮区的粮食生产，影响国家粮食安全。对于水资源短缺问题的解决，最有前景的应该是开发那些不可用水。比如海水淡化，地下水的开发和采集，以及两极冰川的利用。其实，地球上水资源的量是很足够的，我们所说的水资源短缺仅仅是指淡水的，或者说可随意利用的水资源稀缺。所以，变不可用水为可用水是一大方法。1.3.2 国家和地方政府出台政策支持海水淡化产业发展1.3.2.1 国家鼓励支持海水淡化产业一个产业的发展、壮大，离不开政策的引导和扶持。从 “九五”末期，国家海洋局开始研究制定海水淡化和利用的相关政策法规。2005年，国家发改委、国家海洋局、财政部联合发布了海水利用专项规划，规划了国家在“十一五”期间乃至2020 年海水利用的发展重点、区域布局和重点工程，提出了加快发展海水利用产业的政策和保障措施等。这是我国有关海水利用的第一个国家政策，意义重大。自规划出台以后，沿海地区政府及企业参与海水淡化产业的积极性大大提高。2006年，为进一步推动我国海水淡化和利用工作，加速海洋标准化工作的进程，国家标准化管理委员会、国家发展和改革委员会、科技部、国家海洋局组织专家编制了 海水利用标准发展计划。同时，国家中长期科学和技术发展规划纲要 (20062020) 国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要等也为海水淡化产业发展提供了政策支撑。此外，国家从税收政策方面也开始积极支持海水淡化产业发展。根据2008年1月1日正式实施的新企业所得税法，企业从事海水淡化项目的所得，自项目取得第一笔生产经营收入所属纳税年度起，给予“三免三减半”的优惠，即前三年免税，后三年税收减半。另悉，目前国家发改委已会同国家海洋局等有关部门，正加紧研究制定 关于加快海水利用产业化的指导意见，争取尽快出台若干具体激励政策，以保障实现 海水利用专项规划目标，使海水成为解决我国沿海地区淡水紧缺的重要水源。这些都表明，随着国家各项相关政策的出台、完善，海水淡化已展现出巨大的市场需求和良好的产业前景。1.3.2.1.1 海水利用标准发展计划国家标准化管理委员会、国家发展和改革委员会、科技部和国家海洋局联合编制印发了海水利用标准发展计划。该计划内容涉及到海水淡化、海水冷却、海水化学资源提取、大生活用海水和海水综合利用等领域，在分析我国海水综合利用发展现状基础上，构建了我国海水利用标准体系，提出了我国海水利用标准的发展思路，确定了近期完成制修订国家标准、行业标准的项目和2015 年前完成制修订相关标准的远期目标。众所周知，我国淡水资源短缺已经成为制约一些地区经济发展的瓶颈。海水综合利用，尤其是海水淡化是解决沿海城市淡水资源短缺的有效途径。党中央、国务院高度重视海水淡化和利用工作，海水淡化被列入中共中央关于制定国民经济和社会发展第十一个五年规划的建议。全国人大常委会对海水淡化与利用工作也非常关注，全国人大十届三次会议期间，数十位人大代表提出议案，建议推动我国海水淡化和利用工作，该议案被列为全国人大常委会重点督办的十大提案之一。海水利用标准发展计划的发布和实施是贯彻落实科学发展观，转变经济增长方式的客观要求，为推动海水利用产业化发展提供重要技术支撑，对于提高人民生活水平，保持国家经济持续快速平稳发展具有重要意义。1.3.2.1.2 海水利用专项规划出台由国家发展改革委、国家海洋局和财政部联合编制的海水利用专项规划近日出台。该规划是我国中长期水资源节约和替代规划的重要组成部分，也是我国海水利用工作的指导性文件和海水利用项目建设的依据。规划的出台，标志着我国海水利用事业步入了一个新的发展阶段。据介绍，规划的规划期为“十一五”(2006 年到2010 年)，展望到2020 年。到2010 年的发展目标为：我国海水淡化能力达到80万100万立方米/日，海水直接利用能力达到550亿立方米/年，积极发展海水化学资源的综合利用，海水利用对解决沿海地区缺水问题的贡献率达到16%24%。展望到2020 年，我国海水淡化能力达到250万300万立方米/日，海水直接利用能力达到1000亿立方米/年，大幅度扩大和提高海水化学资源的综合利用规模和水平，海水利用对解决沿海地区缺水问题的贡献率达到26%37%。1.3.2.1.3 国家将减免税收支持海水淡化工业国家财政部副部长朱志刚表示，将对从事有关海水利用特别是海水淡化的工程给予必要的税收优惠。为促进沿海地区水资源的可持续利用，国家发展改革委、国家海洋局和财政部近日联合出台了海水利用专项规划。初步建立海水利用标准法规体系、政策支持体系、技术服务体系和监督管理体系，使海水利用产业逐步参与国际竞争。朱志刚表示海水淡化工程的资金筹措，应充分发挥市场机制作用，主要走市场化运作的路子，通过政府、企业、社会多方筹资。对于基础性和公益性投资项目，在加强政策性投融资、国家安排一定比例资金补助的同时，强化地方和企业的投资责任；对除此之外的一般性投资项目，企业作为基本的投资主体，主要向市场融资。1.3.2.2 地方政府的极力支持1.青岛发布实施海水淡化产业发展规划由青岛市发展改革委组织编制的青岛市海水淡化产业发展规划（以下简称规划），经青岛市人民政府2005年第60 次市长办公会讨论通过，正式发布实施。规划在科学发展观的指导下，立足青岛市的实际基础和优势条件，提出了青岛市海水淡化产业发展规划的目标、规划方案、发展重点、支撑条件、政策建议等。该规划对于我国沿海城市发展海水淡化产业具有重要的示范和借鉴作用。规划从技术、经济、政策、市场、基础条件等方面，对青岛发展海水淡化产业进行了充分的论证，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，以海水淡化为突破口，带动科技创新和相关产业的发展，最终形成应用-设备产业化-技术创新相互促进的良性发展模式。到2015年，该市海水淡化能力达到40万立方米/日，海水淡化产业总产值达到120亿元，带动相关行业产值增加400亿元。2. 浙江省海水利用发展规划浙江省海水利用发展规划是浙江省“十一五”规划体系的重要组成部分，对于保障浙江省水资源安全，推进海水利用技术和产业健康发展具有重要的指导意义。规划明确提出了2010 年和2020 年浙江省海水利用发展目标，确定了海水淡化、海水直接利用、海水淡化技术和装备制造、海水化学资源综合利用等海水利用重点领域。即“培育一个海水利用工程研究中心、建设二个海水利用产业化基地、实施六大海水利用工程”，形成沿海地区若干个海水利用发展区。1.3.3 日趋成熟的海水淡化技术与潜在巨大的海水淡化市场1.3.3.1 海水淡化技术和装备配置日趋成熟海水淡化技术经过半个世纪的发展，技术指标已经成熟，成本逐步降低，能耗指标下降近90%。大规模海水淡化的技术条件日趋成熟，海水淡化正朝着单台装置产能扩大和淡化厂建设规模化的方向发展。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/日反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，经过国家“九五”、“十五”、“十一五”科技攻关，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。日前，在国内海水淡化技术最领先的杭州水处理技术研究开发中心，浙江海水淡化技术装备制造基地奠基。该基地将建成年产160万平方米的反渗透膜和纳滤膜生产线，以及年施工能力达每日70万吨的海水淡化及水处理成套生产线。项目建设期2年，总投资6.5亿元。这标志着海水淡化设备国产化的战役已经拉开了序幕。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。1.3.3.2 应用规模逐步扩大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。据中国水利企业协会脱盐分会统计，到2010年底，中国海水淡化的能力有64万吨/日，相当于全球的1%。目前，全国共有68座海水淡化厂正在运营，产能多为3万吨/日。另有多个5万吨级的工程即将建成投产。天津、青岛等地的三个10万吨级及以上规模在建的淡化海水工程已部分投产，二期工程正在计划之中。应用规模不断扩大。目前我国海水淡化领域走在前列的主要地区是山东、浙江、天津、大连、青岛等地，这与当地技术支持有关。国家海水淡化的两大技术研究中心一个在杭州，一个在天津，技术支持对当地海水淡化发展起到了至关重要的作用。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90以上。成熟的技术加规模化的发展使海水和苦咸水淡化的成本已与部分城市工业用水价格相当，在水价上涨，海水淡化技术日益成熟、运营成本逐渐与各地工业用水价格持平甚至略低的发展过程中，海水淡化也变得备受关注，商机日益凸显。我国海水与综合利用展现出巨大的市场需求和良好的产业化发展前景，海水淡化大发展的机遇期已经到来。1.4 发展海水淡化的意义在全球来说水资源呈现紧缺，而人口却又是最多的中国，为了应对水资源危机和水资源污染，搞好海水淡化，加快海水淡化配套设施的建设，是解决沿海（近海）地区淡水资源短缺的现实和战略选择，也是实现以水资源可持续利用保障沿海地区经济社会可持续发展的大战略，对我国建设创新型国家有着重大的战略意义。1.5 我国海水淡化发展历史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。 2009年，天津大港新泉海水淡化有限公司一期项目10万吨/日反渗透技术海水淡化装置建成投产。2010年，舟山普陀区六横海水淡化一期项目2万吨/日反渗透技术海水淡化装置建成投产。2010年，天津市北疆发电厂海水淡化一期项目首批10万吨/日低温多效蒸馏技术海水淡化装置建成投产。2011年（预计在9月份），唐山曹妃甸建大型海水淡化厂首期产能是5万吨/天反渗透技术海水淡化装置建成投产。截至目前，我国已建成并运营的海水淡化工程总产水量中，低温多效与反渗透约为3:7，两者占据了总产水量的98%左右。2 海水淡化技术及应用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。海水淡化（即上述的脱盐部分）是指从海水中获取淡水的技术和过程，通过脱除海水中的大部分盐类，使处理后的海水达到生活和生产用水标准的水处理技术。最初是航海的兴起推动了海水淡化技术的发展，至今淡化方法已出现了数十种，技术种类虽然很多，但达到商业规模的主要有反渗透法和蒸馏法，也就是常说的“膜法”和“热法”，蒸馏淡化技术又分成多级闪蒸、多效蒸馏和压汽蒸馏三种。 反渗透法是海水淡化技术中近20年来发展最快的，无论是大型、中型或小型项目都适用，除海湾国家外，反渗透技术是其它地区大、中型海水淡化项目的首选。多级闪蒸，目前在世界海水淡化总产量中仍占第一位，技术成熟、安全性高、运行弹性大，适合大型或超大型项目，主要安装在海湾国家。多效蒸馏根据操作温度的高低，顶温在65-70是低温多效蒸馏，简称低温多效，是目前具有竞争力的热法海水淡化技术。压汽蒸馏，是指利用电或蒸汽对二次蒸汽进行绝热压缩后重新利用，能耗较低，但是规模一般不大，多为日产千吨级。2.1 蒸馏法淡化技术蒸馏法又称蒸发法，是最早采用的淡化技术。早期主要用于少量蒸馏水的生产和制糖工业的料液浓缩，近代工业逐渐用于电厂和大型工业锅炉供水。蒸馏法与膜法不同，一经蒸发所得的水就是蒸馏水，水质较高，产品水的含盐量（总固溶物）可以降到5ppm以下。另一方面，蒸馏法所能处理的原料水比其它方法广泛，原水含盐量从几百毫克/升到几万毫克/升都可适应。另外可以利用电厂的余热，因此蒸馏法的应用场合较广。蒸馏法海水淡化的装置类型较多，主要的有：多级闪蒸海水淡化、多效蒸发海水淡化和压汽蒸馏海水淡化。以下对各种方法进行简介:2.1.1 多级闪蒸技术(MSF)（1） 基本原理：多级闪蒸是将海水加热到一定温度后，引入到一个闪蒸室，其室内的压力低于海水所对应的饱和蒸汽压，部分海水迅速汽化，冷凝后即为所需淡水；另一部分海水温度降低，流入另一个压力较低的闪蒸室，又重复蒸发和降温的过程。将多个闪蒸室串联起来，室内压力逐级降低，海水逐级降温，连续产出淡化水。（2）工艺流程：经过澄清和加氯消毒处理的海水，首先送入排热段作为冷却水。离开排热段的大部分冷却海水又排回海中，小部分作为进料海水（补给海水），经预处理后，从排热段末级闪蒸室流入第一级闪蒸室，如技术原理所说明的那样，逐级降压，海水逐级降温，连续产出淡化水。见图2-1。多级闪蒸的造水比，是所得淡水（蒸馏水）的重量与所耗加热蒸汽的重量之比，是淡化厂经济效益的直接体现，通常小型装置的造水比较小，大型装置的造水比较高，如日产淡水几百吨或四、五千吨的装置，造水比一般为5-8左右；日产淡水一万吨的装置，造水比多在10左右；日产淡水四、五万吨的装置，造水比可达到13-14。图21 多级闪蒸流程图（2） 主要优缺点：单机容量大，最大的可达到5万吨/天；产品水盐度一般为310毫克/升。但是，其工程投资高，为反渗透法的2倍；动力消耗大；设备的操作弹性小，是设计值的80110，不适应于造水量要求可变的场合；当其传热管腐蚀穿孔将污染水质。(4)适用范围：可用于以火电厂或核电厂的背压或抽汽式透平的低位蒸汽为热源的大型海水淡化工程，为高中压锅炉提供优质脱盐水，也可是生活用淡水。2.1.2 多效蒸馏技术(MED)（1） 基本原理：将一系列的水平管喷淋降膜蒸发器串联起来，蒸汽进入第一效蒸发器，与进料海水热交换后，冷凝成淡化水；海水蒸发，蒸汽进入第二效蒸发器，并使几乎同量的海水以比第一效更低的温度蒸发，自身又被冷凝。这一过程一直重复到最后一效。连续产出谈化水。多效蒸馏分为低温和高温多效蒸馏。高温多效蒸馏可安排更多的传热效数，以达到较高的造水比，其热效率较高。但是，头几效盐水的蒸发温度较高，传热管易结垢且腐蚀速度快，因而对设备的材料要求高，需频繁清洗设备，对海水预处理要求也高。针对高温多效蒸馏的缺点，发展了低温多效蒸馏技术（LT-MED），其特点是盐水的蒸发温度不超过70，减缓了设备的腐蚀和结垢；并得到10左右的造水比。同时由于使用了较低价的传热材料，使得同样的投资规模可以安排更多的传热面积。（2） 工艺流程：海水在冷凝器中预热、脱气之后分成两股，一股排回大海，另外一股为进料液。料液加入阻垢剂，引入到蒸发器温度最低的效组中。喷淋系统把料液分布到顶排管上，自上向下的降膜过程中，一部分海水吸收了管束内冷凝蒸汽的潜热而汽化；冷凝液以淡化水导出，蒸汽进下一效组，剩余料液也泵入下一效组中，该效组的操作温度高于上一效组。在新的效组中又重复了蒸发和喷淋过程，直到料液在温度最高的效组中以浓缩液的形式排出。详见图2-2：图22 低温多效蒸馏工艺流程图（3） 低温多效蒸馏（LT-MED）主要优缺点：热效率比多级闪蒸高，30余度的温差可达到10左右的造水比；操作负荷可从40到110变化，造水比不会下降，弹性较大；能耗较低；前处理较简单，化学药剂消耗较低；系统的操作安全可靠，即便发生传热管泄漏，仅仅降低产量而不会影响水质。但低温多效蒸馏设备体积较大，装置费用较高。（4） 适用范围：多效蒸馏与多级闪蒸的适应条件基本相同。2.1.3 压汽蒸馏技术(VC)（1） 基本原理：海水蒸发过程所产生的二次蒸汽，经压缩机增压，蒸汽饱和温度相应提高，再输入到蒸发器管束内，作为进料海水蒸发的热源，并自身冷凝为淡化水。上述过程周而复始，连续生产。压汽蒸馏按操作温度可分为常压压汽蒸馏和负压压汽蒸馏两种。从结构上，又分为水平管降膜喷淋式和垂直管式两种形式；前一结构的优点是料液自液体分布器出来之后，在水平传热管上以薄膜的形式分布，又依靠重力向下实现再分布，由于液膜分布薄且均匀，因而传热系数高，并且蒸发器结构简单，在海水淡化领域得到广泛应用。（2） 工艺流程：进料海水用极少量阻垢剂预处理后，进入一个板式换热器，回收自蒸发器排放出的浓盐水和淡化水的热量。之后，与循环的浓盐水混合，进入到蒸发器中，喷淋到水平传热管束的外表面上，喷淋量需刚好在管子表面形成连续的液膜，与管束内经压缩机增压的蒸汽（略低于浓盐水蒸发平衡压力）热交换。管内蒸汽冷凝成淡水导出，管外一部分盐水产生蒸发，通过汽液分离器除去夹带的液滴之后，蒸汽进压缩机压缩并导入传热管束内。如此构成了二次蒸汽的不断循环和潜热交换。工艺流程见图2-3：图23 压汽蒸馏工艺流程图（3） 主要优缺点：压汽蒸馏与多效蒸馏的技术十分类似，差别在于前者使用压缩机，而后者用蒸汽驱动。（4） 适用范围：适用于仅有电能的地方，主要建造中小型装置。2.1.4 蒸馏法海水淡化技术现状及发展趋势国外从五十年代开始研究和开发淡化技术，到七十年代已形成了淡化工业体系。从七十年代中期到八十年代后期，技术最成熟、应用最广泛、规模最大的是蒸馏法中的多级闪蒸（MSF）。多级闪蒸的主要优点是结垢倾向相对较小，运行安全，设备整体性强，易于大型化，缺点是设备占地面积大，能耗较高，运行费用相对较高，运行管理相对复杂。低温多效蒸发海水淡化技术在国际上是一项成熟的技术，有300多套商用装置投入使用，取得30多年使用经验。随着技术不断进步，多效蒸发技术的结垢问题已得到较好的解决，再加上强化了传热，表现了更突出的优势。如阿法拉伐技术有限公司的低温多效装置（MED），其蒸发温度低于70-90，大大小于多级闪蒸的蒸发温度（120），另外采用板式换热器，可以较方便的安装和拆卸。因此，防垢、防腐和设备的整体性得以解决，同时与多级闪蒸法比占地小、能耗低。另外，近年来，多效蒸馏保持了相当快的增长速度，而多级闪蒸增长缓慢。因此，人们认为，LT-MED装置是当前蒸馏法中最有竞争力的淡化设备。我国在20世纪80年代末开始研究低温多效蒸馏法海水淡化技术，初期主要是基础理论研究，到“九五”期间天津海水淡化研究所开展双效压汽蒸馏技术研究，在设备的效间联接、防蚀保护和材料选择等方面取得了成果。科技部根据天津淡化所在低温多效技术方面取得的成绩，调整了“九五”后两年的攻关合同，同意在华欧黄岛电厂建立23000t/d低温多效海水淡化示范工程。目前已有1台投产运行，这是我国第一台自己研发、生产的低温多效蒸汽淡化装置。2.2 膜法海水淡化技术2.2.1 电渗析技术(ED)（1） 基本原理：电渗析以直流电为推动力，利用阴、阳离子交换膜对溶液中阴、阳离子的选择透过性，使一个水体中的离子通过膜迁移到另一个水体中的物质分离过程。（2） 主要特点：电渗析为无相变过程。所耗电能主要用于迁移溶液中的电解质离子，所耗的电能与溶液浓度成正比，对于不导电的颗粒没有去除能力。电渗析技术用于海水淡化时能耗大，大规模的海水淡化工程基本上不采用。但将10003000毫克/升的苦咸水脱盐至500 毫克/升的饮用水是经济可行的。（3） 适用范围：原水含盐量低于3000毫克/升的苦咸水淡化装置。2.2.2 反渗透技术(RO)2.2.2.1 反渗透膜法海水淡化技术的发展历程1、发展历程海水淡化是从海水中获取淡水的技术和过程。早在50 年代，为解决“水的危机”，美国从52 年起专设盐水局，74 年后转为资源技术局，不断推进水资源和脱盐的技术进步，其中反渗透法海水淡化（SWRO）就是1953 年据膜和海水界面有一纯水层而提出的；73 年日本通产省下设造水促进中心，专门研究节能的脱盐技术，欧洲则在尤里卡等计划下推动海水淡化的发展，它们也都以膜法为重点。经过近50 年的研究、开发和产业化，SWRO 自70 年代进入海水淡化市场之后，发展十分迅速。RO 用膜和组件已相当成熟，组件脱盐率可高达99.5以上，有约20 年的经验积累， SWRO 工艺过程也逐渐成熟，近年来，功交换器和压力交换器的开发成功使能量回收效率都高达90%以上3，从而使SWRO 的本体能耗在3kWh/m3 淡水以下，成为从海水制取引用水最廉价的方法，进一步增强了SWRO 的竞争力。近几年来，在国际海水淡化招标中，SWRO 以投资最低，能耗最省，成本最低，建造周期短等优势而屡屡中标。SWRO 所以能如此成功，与其在膜、组器、设备和工艺等方面的创新性开拓是分不开的。2、对反渗透膜海水淡化技术工艺过程的持续开发据反渗透膜和组器技术的进步，SWRO 工艺也不断地发展，主要工艺过程如下：二级海水淡化工艺1970 年代商用RO 膜脱盐率仅在95 一98时，为了从海水中制取饮用水而采用此工艺，第一级的产水（约2000mg/L），再经第二级进一步淡化为饮用水，第二级的浓水返回第一级作为部分进水，显然该过程能耗是高的，约10kwh/rn3 以上。一级海水淡化工艺1970 年代末，特别是1980 年代中期以后，RO 膜的脱盐率达99.2%以上，这为一级SWRO 创造了条件。海水经一级 RO 后，产水即为饮用水（300 400mg/1），水回收率3035%。高压一级海水淡化工艺这是近年来，为了进一步提高回收率而提出的新工艺之一。通常一级SWRO 的操作压力在5.5MPa，而若提高到8.4 MPa 下操作，则可达60的回收率，这样海水预处理省了，试剂用量少了，能耗也低了，新建的SWRO 厂可采用该工艺高效两段法这也是提高回收率的新工艺，这是一级两段工艺的改进，在两段间设增压部分，第一段的浓海水经增压和最终的能量回收部分相结合进入第二段，这也可使回收率达60。该工艺不仅适合于新建的研件SWRO 厂，且可将以前的一级SWRO 厂增设第二段，变其产量增加一半。2.2.2.2 基本原理用一张只透过水而不能透过盐的半透膜将淡水和盐水隔开，淡水会自然地透过半透膜至盐水一侧，这种现象称为渗透。当渗透到盐水一侧的液面达到某一高度时，渗透的自然趋势被这一压力所抵消从而达到平衡。这一平衡压力即为该体系的渗透压，如在盐水一侧加一个大于渗透压的压力，盐水中的水会透过半透膜到淡水处。这种与自然渗透相反的水迁移过程称为反渗透。2.2.2.3 工艺流程进料海水经预处理，去除悬浮固体及其它有害物。然后经高压泵增压后，进入膜脱盐设备，产出的中间淡水产品进入后处理设施（按淡水不同用途选择，如作饮用水，需pH调节和加氯杀菌设备），精制成终产品淡水。浓盐水自膜脱盐设备排出。见图2-4：图2-4 反渗透工艺流程图反渗透膜是一种用特殊材料和加工方法制成的、具有半透性能的薄膜。它能够在外加压力作用下使水溶液中的某 些组分选择性透过，从而达到淡化、净化或浓缩分