全球海水淡化產(chǎn)業(yè)年增長15%海水淡化能解救焦渴地球嗎

◎本刊主筆 劉國偉

有資料顯示，當前全球有150個國家都在實施海水淡化技術(shù)，海水淡化產(chǎn)業(yè)每年增長15%，遠高于經(jīng)濟增長速度。那么，當今世界海水淡化產(chǎn)業(yè)整體狀況究竟怎樣？靠取之不盡的海水真能最終拯救我們這顆缺水的星球嗎？且聽我們一一道來。

在《舊約·出埃及記》里，摩西帶領(lǐng)希伯來人逃離埃及，在曠野中走了3天找不到水喝，后來到了一個叫瑪拉的地方終于發(fā)現(xiàn)了水，但是水又苦又咸。摩西向耶和華求救后，將一棵樹丟到咸水里，水立刻清甜可飲。據(jù)此，有文獻將人類第一次進行水源淡化的做法，追溯到《圣經(jīng)》，當然學界不少人認為這過于牽強。相比之下，古希臘水手煮沸海水取淡水的做法，顯然更為可信。

16世紀，大航海時代拉開帷幕，在蒼茫大洋中遠航的水手們需要淡水維持生命，簡易的蒸餾裝置被裝配在許多船只上。

海上強國英國為尋求更經(jīng)濟可行的海水淡化方法，曾公開懸賞。近代以后問世的蒸汽動力船只的鍋爐需要大量的淡水，于是許多民用和軍用艦船上安裝了效率更高的蒸餾淡化裝置。

150個國家都搞海水淡化

現(xiàn)代意義上的海水淡化技術(shù)，是在第二次世界大戰(zhàn)以后才發(fā)展起來的，彼時人類的工農(nóng)業(yè)發(fā)展和人口增長進入快速模式，淡水供應日漸緊張，以至于部分沿海城市也嚴重缺水。水資源危機對海水淡化提出了前所未有的需求。海水凍結(jié)法、電滲析法、蒸餾法、反滲透法等更高效的淡化技術(shù)，先后進入規(guī)模化生產(chǎn)階段，在世界各地得到廣泛應用。當前居于主流的是膜技術(shù)（包括反滲透、電滲析、電去離子等）和熱技術(shù)（包括多效蒸餾和多級閃蒸等）。根據(jù)全球海水淡化數(shù)據(jù)庫統(tǒng)計，反滲透（RO）和多級閃蒸（MSF）技術(shù)設備，各占全球海水淡化裝機容量的60%和26.8%，優(yōu)勢明顯。

根據(jù)國際海水淡化協(xié)會（IDA）的統(tǒng)計，截至2013年，全球的海水淡化廠超過了1.7萬家，分布在約150個國家，3億多人部分或全部依靠淡化水滿足日常之需。

經(jīng)濟成本很難壓縮

無論采取哪種技術(shù)，海水淡化的成本都是人類繞不過去的一大難題。從海水中提取淡水必須消耗能源，無論這種能源通過何種方式取得。這就使得海水淡化需要付出的能耗和成本遠高于處理江河湖水、地下水等水資源，但江河湖水和地下水滿足不了需要，這就使得一些國家和地區(qū)不得不想方設法研發(fā)海水淡化技術(shù)。據(jù)國際海水淡化協(xié)會2009年的資料，進一步壓縮成本的空間比較有限。

海水淡化是典型的能耗密集型產(chǎn)業(yè)，有研究報告表明，海水淡化雖然是用水緊張地區(qū)的解決之道，但成本門檻限制了貧困地區(qū)、內(nèi)陸或高海拔地區(qū)采用海水淡化，可偏偏這幾類地區(qū)淡水短缺的問題最嚴重。例如，印度首都新德里、墨西哥城、沙特首都利雅得和津巴布韋首都哈拉雷，此類地區(qū)的水源輸送成本高昂。

“不差錢”的沙特是將海水在沿海的朱拜勒淡化后，用管道把淡水輸送到320公里之外的首都利雅得。

在努力壓縮成本的競爭中，美國企業(yè)表現(xiàn)較為搶眼。2008年，美國福布斯網(wǎng)站披露，加州圣利安卓一家公司把淡化成本壓縮到0.46美元/噸。不過，能源價格的上升了也推高了海水淡化的成本。美國《華爾街日報》2007年載文稱，美國波塞冬資源公司獲準在加州圣迭戈市以北的卡爾斯巴德，建一座19萬噸/日的飲用水淡化廠，初期成本估算很樂觀，每噸還不到0.4美元，但2012年再評估時，已經(jīng)翻了一番達每噸0.81美元。

海灣國家淡化海水不差錢

在海水淡化的主要國家中，不得不提以色列。據(jù)美聯(lián)社報道，截至2014年，海水淡化為以色列提供了35%的飲用水，2015年可望增至40%，2050年可能達到70%。以色列在帕勒馬希姆建立的索萊克淡化廠，淡化能力為54萬噸/日，居世界前列。

海灣國家因為充足的能源保障，該地區(qū)海水淡化廠的體量更為龐大。沙特阿拉伯的沙埃拜淡化廠，是世界最大的使用化石能源的淡化廠之一，發(fā)電用燃油由沙特國家石油公司提供。

市政和工業(yè)用水各占了63%和25.8%，其余依次為發(fā)電站、灌溉、旅游、軍事和其他用途。來源：全球海水淡化數(shù)據(jù)庫

中東石油資源充足，海灣國家的淡化廠大多規(guī)模龐大，此為沙特阿拉伯的沙埃拜海水淡化廠俯瞰圖。來源：谷歌地球相冊

阿聯(lián)酋的杰貝爾阿里海水淡化廠。來源：谷歌地球相冊

遼寧紅沿河核電站海水淡化廠房一角，圖為反滲透裝置。來源：中國廣東核電集團網(wǎng)站

19世紀亞歷山大·卓別林設計的海水蒸餾淡化裝置。1994年，人們在1872年沉沒于澳大利亞西海岸格里高利港的Xantho號船殘骸中，打撈出了該裝置的殘片。來源：維基百科

美國是個橫跨兩洋的大國，但海水淡化廠從數(shù)量和分布上，規(guī)模不如地下咸水淡化廠。美國得克薩斯州的淡化廠水源有的是地下咸水，有的是來自墨西哥灣的海水。截至2014年，加州運營、在建和規(guī)劃中的淡化廠共計17個。截至2012年，佛羅里達州有33個地下咸水淡化廠和2個海水淡化廠在運營中，還有7個地下咸水淡化廠在建。此外，亞利桑那州的尤馬地下咸水淡化廠規(guī)模也較大。

從上世紀末到本世紀初，澳大利亞經(jīng)歷了持續(xù)10余年的“千禧年大旱”，農(nóng)牧業(yè)和居民生活受到嚴重影響。為應對這次大旱災，澳大利亞在黃金海岸、克內(nèi)爾（距悉尼南部22公里）、珀斯和斯坦瓦克港等地建立了海水淡化廠。2006年建成的奎那那海水淡化廠，每天能夠淡化15.2萬噸的印度洋海水，滿足珀斯17%的用水需求，自建成后在國內(nèi)外獲得諸多榮譽?？悄呛Ｋ瘡S的最大亮點，在于其消耗的電能來自功率為8萬千瓦的鴯鹋高地風電場，實現(xiàn)了海水淡化能源供給的綠色化。

澳大利亞阿德萊德海水淡化廠

淡化水有的指標優(yōu)于自來水

核能用于海水淡化也已有數(shù)十年的歷史，其中比較著名的有位于哈薩克斯坦境內(nèi)的BN-350反應堆。這座鈉冷卻快速反應堆1973年開始發(fā)電，既為阿克套市供電，又為附近的海水淡化廠（12萬噸/日）供電。因為缺乏資金購買核燃料，BN-350反應堆在1999年被關(guān)閉。

在日本，約有10座淡化設施和核電壓水堆連接，每天淡化1.4萬噸水，這些水用于核反應堆自身冷卻。踏入核俱樂部時間不久的印度、巴基斯坦兩國迎頭趕上。2002年，印度在馬德拉斯核電站實施了1個核能淡化驗證項目，2010年，巴基斯坦在卡拉奇核電站啟用了一座淡化能力為4800噸/日的多效蒸餾淡化廠。

2010年6月，遼寧紅沿河核電站海水淡化系統(tǒng)正式啟用，這是中國核電站海水淡化系統(tǒng)中的第一個，淡化能力為10080噸/日，所產(chǎn)淡水的電導率等指標優(yōu)于當?shù)刈詠硭?，滿足了紅沿河核電一期工程4臺核電機組生產(chǎn)、生活用水需求。紅沿河海水淡化項目不但緩解了當?shù)厮Y源缺乏的狀況，也為國內(nèi)有效解決沿海核電站淡水資源問題開辟了新路。

另外，也有人在積極探索利用以風能、太陽能、波浪能等新能源進行海水淡化。風能作為技術(shù)發(fā)展最為成熟、產(chǎn)業(yè)化程度最高的可再生能源技術(shù)，是驅(qū)動海水淡化作業(yè)的理想能源。

在利用太陽能的光效應和熱效應進行海水淡化方面，國內(nèi)外也做了很多有益的嘗試。1870年，第一個太陽能蒸餾裝置專利在美國獲得批準。1872年，瑞典工程師查爾斯·威爾遜開始在智利的拉斯薩利納斯建造第一個太陽能蒸餾淡化裝置，每天生產(chǎn)淡化水22.7噸，供礦山工人使用，這套裝置持續(xù)運行了40年。20世紀六七十年代，希臘在幾個海島上建設了太陽能蒸餾淡化廠，淡化能力為2000噸/日至8500噸/日，證明了太陽能淡化在海島上的適用性。

盡管新能源海水淡化有著環(huán)保上的突出優(yōu)勢，前景誘人，但是穩(wěn)定性、能源轉(zhuǎn)化率和成本上的缺陷，限制了商業(yè)化發(fā)展，使其長期以來走不出“高貴冷艷”的小眾局面。

海水淡化也有環(huán)境隱憂

海水淡化廠對環(huán)境的不利影響，主要體現(xiàn)在排出的大量濃鹽水、預處理化學物質(zhì)和副產(chǎn)品等對海洋環(huán)境的危害方面。有文獻表明，濃鹽水排放會對海洋浮游植物的生長繁殖能力和細胞形態(tài)產(chǎn)生影響，這種危害在水體交換不暢的內(nèi)海地區(qū)尤其值得重視。為解決淡化廠排放造成的環(huán)境危害，專家們提出了將排放的濃鹽水與海水充分混合、實現(xiàn)水電鹽聯(lián)產(chǎn)的循環(huán)經(jīng)濟模式等解決方案。

海水淡化廠的取水方式對環(huán)境的影響，比較容易被忽視。因為海水淡化廠進水中的金屬元素含量受取水方式的影響顯著，間接造成排放的濃鹽水中的某些重金屬元素含量高，為避免發(fā)生此類問題，開放式深海取水和沙灘井取水等方式，會降低大部分金屬元素的含量。

在這方面，國外更多地考慮取水可能對海洋生物造成的傷害，澳大利亞國內(nèi)至今仍對此爭論不休。為此，澳大利亞的黃金海岸、克內(nèi)爾和奎那那的三家海水淡化廠在抽水作業(yè)時，水泵抽水速度只有0.1米/秒，速度之慢足以讓魚類逃生。

淡化水有望占北京用水1/3

1985年1月16日的《人民日報》，刊登了中國第一座海水淡化工程——西沙海水淡化站在西沙群島永興島建成投產(chǎn)的消息。該工程是我國自行設計制造的，淡化能力為每天200噸。經(jīng)過20多年的急起直追，我國建設了一批示范工程和大中小型海水淡化工程，緩解了我國沿海地區(qū)淡水資源短缺的問題，也為我國海水淡化技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展奠定了基礎。

截至2010年底，我國共建成投產(chǎn)海水淡化裝置76套，淡化能力總計55.78萬噸/日，各省市分布情況為：浙江23套，山東21套，遼寧14套，河北6套，天津5套，廣東3套，其他沿海省市4套。為更好更快地推進海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展，國務院2012年發(fā)布了《關(guān)于加快發(fā)展海水淡化產(chǎn)業(yè)的意見》，提出了到2015年，我國海水淡化能力達到220萬噸/日至260萬噸/日，“海水淡化原材料、裝備制造自主創(chuàng)新率達到70%以上；建立較為完善的海水淡化產(chǎn)業(yè)鏈，關(guān)鍵技術(shù)、裝備、材料的研發(fā)和制造能力達到國際先進水平”等目標，任務可謂艱巨。

今年4月，備受矚目的曹妃甸海水淡化進京項目有了積極進展。據(jù)國內(nèi)媒體報道，該項目有望在今年底開工。曹妃甸海水淡化項目總投資170億元人民幣，其中制水工程一期投資70億元，形成每天100萬噸的淡化能力；曹妃甸至北京鋪設270公里長的輸水管道，投資100億元。淡水輸送進京后可滿足北京三分之一的用水需求。更令人矚目的是，為了避免項目對渤海海洋環(huán)境造成不良影響，曹妃甸在海水淡化過程中整合區(qū)域資源，由唐山三友化工公司和南堡鹽場全部接收該項目排放的濃海水，用于鹽的生產(chǎn)。