【新科技知识干部读本】大规模海水淡化有望解决水资源匮乏问题

2016年6月末，著名科技媒体《麻省理工科技评论》的“50大最智慧公司”排行榜揭晓，以大规模海水淡化技术见长的以色列IDE技术公司，不负众望地连续两年入选榜单。早在2015年，《麻省理工科技评论》就详细介绍了IDE技术公司承建的索莱克海水淡化厂，并将大规模海水淡化技术列入了“2015年世界十大科技突破”。

以色列的海水淡化反渗透工厂（来源：邑石网）

《麻省理工科技评论》的评价或许只是一家之言，但大规模海水淡化产业的迅猛发展却是不争的事实。我们生活的地球并不缺水，多达71%的地球表面都被蓝色的海洋覆盖。然而，盐度达到3.5%的海水既不能作为人类的饮用水源，在工农业生产中的利用价值也极其有限。地球上的淡水储量还不到总水量的3%，其中大部分还冻结在雪山、冰川和南北极的冰雪之中。可供人类利用的淡水仅相当于地球总水量的0.26%左右，而且在空间上的分布极不均衡。

随着全球人口的爆炸式增长，人类对淡水资源的需求正逐年递增。1990—2000年，全世界用水量以每年5%的速度增加，世界人均水资源占有量却减少了24%。水污染问题在全球呈现恶化之势，使得更多人面临无水可用的困境。根据联合国有关机构的预测，2025年将有18亿人无法得到充足的安全饮用水，这意味着20%以上的地球居民将饱受干渴之苦，愈演愈烈的水资源匮乏已经成为一个全球性问题。在中东、非洲等水资源危机严重的地区，域内各国之间的抢水暗战经常导致地缘政治环境恶化，甚至成为局部战争的导火索。沿海地区生活着全球约1/4的人口，由于人口密度高、经济活动频繁，沿海地区的缺水问题显得特别严重而紧迫。既然海水总量相当于可用淡水资源的数百倍，如果能以经济可行的方式大规模淡化海水，不仅能够填补沿海地区的水资源缺口，还能通过输水工程为更多缺水区域提供宝贵的淡水。为了实现这个美好愿望，各国科技工作者在第二次世界大战之后开展了卓有成效的海水淡化技术研发。随着技术的成熟与设备的改进，当今的海水淡化技术不仅供水稳定、生态与环境风险可控，而且费用可以低至每立方米不到0.5美元，因而具备很强的市场竞争力。

西班牙的海水淡化厂（来源：邑石网）

在极度缺水的以色列，全国50%的淡水用量依靠淡化海水提供。以色列IDE技术公司不仅承建本国的海水淡化工程，还是世界大型海水淡化技术供应商之一。沙特Ras Al Khair海水淡化厂的产能超过100米³/日，并通过建在沙漠中的数百千米管道将淡化海水输送至首都利雅得。在中东、日本、美国以及澳大利亚等地，大规模海水淡化工程正如雨后春笋般涌现。截至2015年6月，全球海水淡化产能超过8600米³/日，可以为3亿居民提供洁净的生活用水。可以预见，作为一个攸关国计民生的新兴战略产业，大规模海水淡化必将获得更大的发展空间。

我国的海水淡化产业与西方发达国家几乎同时起步，早期研发的海水淡化装置多为中小型设备，服务于远洋舰船、边防海岛等特定对象或区域。进入21世纪之后，中国的大规模海水淡化产业开始驶入快车道，自主建设以及国际合作的海水淡化工程都不乏成功案例。2006—2010年，我国海水淡化产能年增长率接近70%。截至2015年，我国海水淡化日产能突破100万吨，最大海水淡化工程规模达到了20万吨/日。

无论采用何种工艺流程，海水淡化的基本原理都是利用物理手段分离水分与盐质，以此从海水中获取低盐度的淡水。当前，海水淡化的主流技术分为反渗透膜法和蒸馏法两大类。蒸馏法的历史较为悠久，其基本思路是将液态水变成水蒸气并与盐质分离，随后凝结水蒸气获得淡水。多级闪蒸是当前产能较高的蒸馏法海水淡化工艺，其基本工艺流程是将海水加热后引入闪蒸室，由于闪蒸室中压力低于热盐水的饱和蒸汽压，所以进入闪蒸室的热盐水会瞬间部分气化，产生的蒸汽冷凝后即为淡水。采用多级闪蒸技术，热盐水依次流经若干个压力逐渐降低的闪蒸室，可以逐级蒸发降温以提高蒸馏效率。

低温多效蒸馏法是一种最高蒸发温度低于70℃的海水淡化技术，采用一系列的水平管降膜蒸发器或垂直管降膜蒸发器多次蒸发与冷凝，可以得到多倍于加热蒸汽量的蒸馏水。低温多效蒸馏需要的蒸汽温度低于多效闪蒸工艺，便于利用发电厂和化工厂的低温余热进行海水淡化，已经成为蒸馏法海水淡化的代表性工艺。

反渗透膜海水淡化工艺则是利用了半透膜与渗透压的原理。半透膜是一类只允许特定分子或离子通过的膜结构，人体内细胞膜就是一种半透膜。由于半透膜具有选择性透过特性，人体细胞能完成调节细胞水分、交换氧气与二氧化碳、获取营养并排出废物等一系列生命活动。如果用半透膜隔开不同浓度的溶液，水分子会通过半透膜向浓度较高的一侧渗透。只有让高浓度一侧的溶液具备一定压强，才能阻止渗透的发生，这种额外施加的压强便是渗透压。如果在高浓度溶液一侧施加比渗透压更大的压强，水分子就会反过来渗进半透膜另一侧的低浓度溶液甚至纯水中，这个过程就是反渗透。使用反渗透膜法生产的淡化海水，可以说是“压”出来的。

反渗透膜法淡化海水能耗低、产水率高，是一种很有成本竞争力的海水淡化工艺，在新建海水淡化产能中所占比例较高。IDE技术公司在以色列建设的一系列大规模海水淡化工程均采用了反渗透膜法工艺，其中包括日产淡水65万米³的索莱克水厂。当前，反渗透膜法工艺产能约占海水淡化市场份额的68%，蒸馏法海水淡化产能拥有约30%的市场份额，其他海水淡化方法仅占2%。

中国是一个极度缺水的人口大国，人均淡水资源仅相当于世界平均水平的1/4。根据2012年《我国近海海洋综合调查与评价专项报告》统计，我国近90%的沿海城市不同程度缺水，其中一半以上处于极度和重度缺水状态。为了解决天津、深圳、香港和青岛等沿海都市的供水问题，我国花费巨大代价先后兴建了引滦入津工程、东深供水工程和引黄济青工程，南水北调工程中也考虑了多个沿海城市的需求。然而，这些工程并不能完全弥补沿海地区的供水缺口，水资源的严重匮乏已经成为制约沿海地区发展的主要瓶颈。面对万顷碧波却无水可用的情况，发展大规模海水淡化成为我国不少沿海地区既无奈又必然的政策选择。

曹妃甸反渗透海水淡化系统

经过50多年的发展，我国海水淡化企业已经掌握了蒸馏法与反渗透法等主流海水淡化技术，拥有自主知识产权的关键装置和成套设备的研发、设计与制造也有明显进步。随着关键技术、工艺的提高与突破，国际海水淡化产业合作的开展与深化，我国大规模海水淡化产业已经拥有一定技术基础与工程能力。我国淡化海水生产成本接近国际水平，可以达到5元/米3左右，具备了大规模生产淡化海水所必需的成本竞争力。

经历了一段时间的高速发展之后，近几年的中国海水淡化产业也面临一些困惑。2012年发布的《国务院办公厅关于加快发展海水淡化产业的意见》提出，2015年我国海水淡化产能应达220万～260万米³/日。然而，我国2015年的实际海水淡化产能只有103万米³/日，一些雄心勃勃的海水淡化工程规划并未得到落实，多地已经投产的海水淡化工厂经常处于产能闲置的状态。我国海水淡化产业的低迷状态，与世界范围内的蓬勃发展形成了鲜明的对比。

神华河北国华沧东发电有限公司海水淡化设备（来源：新华社）

之所以发展速度不如预期，是因为中国海水淡化产业受到了多种制约因素的共同影响。一些沿海地区对大规模海水淡化的战略性与紧迫性认识不充分，对海水淡化产能的建设与利用抱着“天一旱就积极，天下雨就不急”的机会主义态度。自主海水淡化技术与国际先进水平的客观差距，使得国内海水淡化工程难以摆脱对国外关键技术和设备的依赖，既不利于优化工程建设与运行成本，也弱化了海水淡化工程对目标客户的吸引力。鼓励海水淡化产业发展的相关政策缺乏系统性，致使优质淡化海水几乎不可能进入市政管网，没有稳定出路的海水淡化产能很难获得资本的青睐。由于淡化海水尚未纳入国家水资源整体规划，享受不到政策红利的缺水地区缺乏发展海水淡化的政策动力。

大力发展我国的海水淡化产业，无疑具有广泛的社会效益、经济效益与重要的现实战略意义。加强海水淡化关键技术的国际合作与自主研发，培育类似以色列IDE技术公司的行业骨干企业与装备制造企业，因地制宜建设更多具有市场竞争力的大规模海水淡化工程，可以迅速提高我国海水淡化产业的整体水平。与此同时，注重海水淡化产业支持政策的体系化和连续性，建立、培育健康有序的淡化海水市场供求机制，可以切实有效地促进海水淡化工程的投资增长，减轻海水淡化企业的经济负担与政策风险。假以时日，活力无限的中国海水淡化产业必然能够化无边咸水为汩汩甘泉，为解决我国的水资源匮乏问题，促进我国经济、社会可持续发展做出应有的贡献。