我國海水淡化現(xiàn)狀與開發(fā)方案研究

黃鵬飛，王小軍，張 寅，王生輝，王曉麗，李東洋

(1.自然資源部天津海水淡化與綜合利用研究所，天津 300192；2.南京水利科學研究院水文水資源與水利工程科學國家重點實驗室，江蘇南京 210029；3.水利部應對氣候變化研究中心，江蘇南京 210029)

海水淡化水作為補充淡水的有效方式，不受時空、季節(jié)和氣候影響，且產(chǎn)水水質(zhì)較好、水量穩(wěn)定。目前，我國海水淡化技術(shù)基本成熟，產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，規(guī)模持續(xù)增長，已成為沿海缺水城市和海島解決工業(yè)用水的重要手段。為進一步促進海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展，加快海水淡化納入水資源統(tǒng)一配置，文章在梳理我國海水淡化技術(shù)、政策及標準發(fā)展現(xiàn)狀的基礎上，分析了當前我國海水淡化存在的主要問題，并提出未來我國海水淡化發(fā)展與開發(fā)利用的方案，以期為加快非常規(guī)水源利用提供參考。

1 我國海水淡化發(fā)展情況

1.1 海水淡化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

我國海水淡化相關技術(shù)研究始于1958年，起初采用的是電滲析技術(shù)[1](Electrodialysis，ED)，1982年，在西沙永興島建成第一個200 t/d的電滲析海水淡化站[2]。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，海水淡化技術(shù)從電滲析法逐步過渡到膜法和蒸餾法。目前，世界上主流的海水淡化技術(shù)為反滲透(Reverse osmosis，RO)、低溫多效(Multiple Effect Distillation，MED)和多級閃蒸(Multiple stage Flash System，MSF)，我國在反滲透和低溫多效海水淡化技術(shù)方面達到或接近國際先進水平。

根據(jù)《2017年全國海水利用報告》[3]，截至2017年底，全國已建成海水淡化工程136個，海水淡化工程規(guī)模為118.9萬t/d。從淡化產(chǎn)水用戶來看，主要為工業(yè)用水和生活用水。其中，用于工業(yè)的淡化規(guī)模為79.1萬t/d，占總規(guī)模的66.6%(火電企業(yè)為31.6%，核電企業(yè)為 4.6%，化工企業(yè)為 5.1%，石化企業(yè)為12.3%，鋼鐵企業(yè)為13.0%)；用于居民用水的淡化規(guī)模為39.4萬t/d，占總工程規(guī)模的33.1%；其他用途的淡化規(guī)模為 3 975 t/d，占 0.3%。

從技術(shù)應用來看，我國應用較廣的海水淡化技術(shù)主要為反滲透、低溫多效、多級閃蒸和電滲析。其中，反滲透和低溫多效應用最為廣泛。截至2017年底，全國已建反滲透淡化工程117個，工程規(guī)模為 81.4萬t/d，占總規(guī)模的 68.4%；已建低溫多效淡化工程16個，工程規(guī)模為 36.9 萬t/d，占總規(guī)模的 31.04%。此外，多級閃蒸淡化工程1個，電滲析淡化2個。

海水淡化產(chǎn)水成本主要由投資成本、運行維護成本和能源消耗成本構(gòu)成[4]，通常約4元/t～8元/t，主要包括：電力成本、維護成本和折舊等。其中，應用反滲透海水淡化工藝的海水淡化成本約為4.03元/t～6.87元/t，應用低溫多效海水淡化工藝的海水淡化成本約為5.61元/t～7.36元/t，具體如表1所示。

表1 RO和MED工藝海水淡化成本對比表Tab.1 The cost comparison of RO and MED seawater desalination

1.2 海水淡化政策與標準現(xiàn)狀

目前，海水淡化產(chǎn)業(yè)政策不斷完善，主要有：

(1)稅費補貼

依據(jù)《中華人民共和國企業(yè)所得稅法實施條例(草案)》，將海水淡化工程作為國家引導企業(yè)投資的基礎設施項目實行“三免三減半”的稅收優(yōu)惠。財政部明確海水淡化增值稅、所得稅、節(jié)能節(jié)水環(huán)保設備的采購費用稅費減免。

《全國海水利用“十三五”規(guī)劃》提出對符合條件的海水利用首臺重大技術(shù)裝備保險保費進行補貼[5]。

(2)項目補貼。

國家財政部、國家海洋局聯(lián)合開展國家海洋經(jīng)濟創(chuàng)新發(fā)展區(qū)域示范項目，每個區(qū)域示范城市補貼2億元，海水利用產(chǎn)業(yè)是其支持的三個方向之一。

海島海水淡化項目補貼最多占總投資比例的30%(封頂3 000萬元)，包括裝置建設和必要管網(wǎng)鋪設(出廠一定合理范圍內(nèi))；工業(yè)和城市支持項目總投資的15%(封頂2 000萬元)[6]。

(3)優(yōu)惠電價。

國家發(fā)展和改革委員會于2013年發(fā)布了《關于國家發(fā)改委調(diào)整銷售電價分類結(jié)構(gòu)有關問題的通知》(發(fā)改價格[2013]973號)，要求逐步調(diào)整銷售電價分類結(jié)構(gòu)，規(guī)范適用范圍[7]。

國家發(fā)展和改革委員發(fā)布《關于創(chuàng)新和完善促進綠色發(fā)展價格機制的意見》，提出2015年底前，對實行兩部制電價的污水處理企業(yè)用電以及海水淡化用電，免收需量(容量)電費”，這些電價價格水平在0.65元/kW·h左右，其中容量電費折價約0.09元，免收容量電費之后，可降低企業(yè)用電成本14%左右[8]。

在地方層面相關政策方面，主要有：

(1)優(yōu)惠電價。

浙江省物價局轉(zhuǎn)發(fā)了關于國家發(fā)改委調(diào)整銷售電價分類結(jié)構(gòu)有關問題的通知》[9]，要求 “自2013-12-01起，海水淡化用電由工業(yè)用電轉(zhuǎn)為農(nóng)業(yè)用電”，以促進海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展，緩解海島和沿海地區(qū)水資源短缺矛盾，保障用水安全。轉(zhuǎn)換成農(nóng)業(yè)用電后，淡化水的成本可降低1元/t。浙江舟山六橫萬噸級反滲透海水淡化示范工程由舟山市普陀區(qū)六橫水務公司投資興建，工程采用電力來自于國家電網(wǎng)，浙江省對海水淡化產(chǎn)業(yè)實行優(yōu)惠電價政策，工程用電按農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用電，價格為0.82元/kW·h。

山東省物價局《關于海水淡化項目用電價格的批復》(魯價格一發(fā)〔2017〕118號)，百發(fā)、董家口海水淡化項目：按非居民用戶0.555元/kW·h(含稅)標準執(zhí)行；山東物價局《關于煙臺市海水淡化用電價格有關事項的通知》(魯價格一發(fā)〔2018〕11號)，長島、崆峒島海水淡化項目：按非居民用戶0.555元/kW·h(含稅)標準執(zhí)行[10]。

(2)財政補貼。

浙江舟山市嵊泗縣，在工程運營方面采取統(tǒng)籌管理模式，嵊泗縣所有海水淡化工程均由歸菜園鎮(zhèn)海水淡化廠統(tǒng)一管理調(diào)配。淡化海水直接并入市政管網(wǎng)，與其他水源統(tǒng)籌使用，并對水質(zhì)情況進行實時跟蹤監(jiān)測[11]。此外，嵊泗縣當?shù)卣畬Ｋこ痰慕ㄔO和運營給予了多方面資助。2008年，嵊泗縣財政包括“嵊山鎮(zhèn)海水淡化工程專項資金”在內(nèi)的4個項目共涉及財政資金2 001萬元。自2008年起，嵊泗縣設立專項資金補償海水淡化企業(yè)，縣財政每年安排250萬元專項資金，用于支持企業(yè)運營費用，補償海水淡化企業(yè)因制水成本高于售水收入所引起的差價虧損?？h財政根據(jù)各海水淡化企業(yè)年不同制水供水量確定不同的補貼標準。嵊山、洋山海水淡化企業(yè)補貼2.7元/t，菜園海水淡化企業(yè)補貼0.77元/t。

伴隨我國海水淡化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，我國海水淡化標準化工作也逐步得到提升。截止2016年，在海水淡化領域已發(fā)布基礎通用標準2項，蒸餾法海水淡化標準4項，膜法海水淡化標準38項，海水淡化管理標準1項。

2 我國海水淡化發(fā)展中存在的主要問題

(1)公眾對海水淡化的認識不足。

總體來看，我國海水淡化相關工作起步較晚，社會各界及公眾對海水淡化及其利用仍存在一定誤區(qū)。在筆者調(diào)研以及文件閱讀過程中，發(fā)現(xiàn)多數(shù)公眾對海水淡化在緩解水資源危機的重要性認識不足，同時對海水淡化水作為生活用水存在疑慮，對海水淡化濃鹽水環(huán)境影響及緩解措施認識不足，進而導致當前對海水淡化納入水資源統(tǒng)一配置缺乏普遍認同[12]。

(2)海水淡化技術(shù)缺乏競爭力。

近年來在國家有關部門的高度重視下，國產(chǎn)反滲透膜、高壓泵、能量回收裝置等技術(shù)取得了局部突破，但在產(chǎn)品性能、使用效率和使用壽命等方面仍與國外存在明顯差距，導致國內(nèi)大型海水淡化項目基本仍采用進口的設備和技術(shù)，競爭力明顯不足。

(3)海水淡化市場培育不完善。

海水淡化工程的建設和運營主要依靠市場行為，資金來源大多依賴于自有資金和貸款。與城市自來水相比，海水淡化水價尚未建立合理的價格體系，海水淡化水價格普遍高于自來水價格。由于海水淡化成本較高，產(chǎn)品水往往找不到適合的“買家”，導致一些海水淡化廠開工率嚴重不足，市場發(fā)展極不平衡。

(4)海水淡化標準體系不完善。

目前，國際標準化組織(ISO)、美國國家標準學會(ANSI)等標準化組織在基礎標準、方法、安全和運行監(jiān)測等方面發(fā)布了一系列海水淡化標準[13]。但我國海水淡化標準研究相對滯后，相關標準體系和標準建設有待完善。

3 海水淡化發(fā)展趨勢分析

(1)海水淡化是緩解沿海缺水地區(qū)的重要措施，規(guī)模將持續(xù)增長。

伴隨海水淡化技術(shù)發(fā)展和社會需求量加大，海水淡化規(guī)模不斷擴大。據(jù)統(tǒng)計，海水淡化總產(chǎn)水規(guī)模從2003年的不足3萬t/d已達2017年的118.9萬t/d，增長速度超過30%?！度珖Ｋ檬逡?guī)劃》提出，到2020年，全國海水淡化總規(guī)模達到220萬t/d以上。截至2017年底，我國海水淡化規(guī)模為118.9萬t/d，離規(guī)劃目標還有110多萬t/d的差距。

(2)水電聯(lián)產(chǎn)、熱膜聯(lián)產(chǎn)等技術(shù)集成是海水淡化主要技術(shù)。

海水淡化建設和運行成本主要取決于電力和蒸汽消耗成本。水電聯(lián)產(chǎn)主要是指海水淡化水和電力聯(lián)產(chǎn)聯(lián)供。從國外大型海水淡化工程來看，多采用淡化廠與發(fā)電廠聯(lián)合建設與運行，直接利用電廠的蒸汽和電力為海水淡化提供動力，進而降低海水淡化成本。

熱膜聯(lián)產(chǎn)主要采用熱法和膜法海水淡化相聯(lián)合的方式(即低溫多效—反滲透或多級閃蒸—反滲透方式)，降低海水淡化成本。世界上最大的熱膜聯(lián)產(chǎn)海水淡化廠位于阿聯(lián)酋富查伊拉，海水淡化總產(chǎn)水規(guī)模為45.4萬t/d。其中，MSF產(chǎn)水規(guī)模為28.4萬t/d，RO產(chǎn)水規(guī)模17萬t/d。

(3)太陽能、風能、海洋能等可再生能源耦合海水淡化是新的發(fā)展方向。

近年來，隨著太陽能、風能、海洋能等可再生能源技術(shù)不斷取得新的突破，并在世界各地得到了廣泛應用，加上海水淡化技術(shù)的不斷成熟，使得可再生能源和海水淡化耦合成為可能?？稍偕茉瘩詈虾Ｋ诮档瓦\行能耗以及節(jié)能減排等方面具有積極作用，是實現(xiàn)海水淡化可持續(xù)發(fā)展新的方向。

4 我國海水淡化開發(fā)技術(shù)方案

結(jié)合不同海水淡化技術(shù)特點，提出以下技術(shù)開發(fā)方案。

(1)在沿海缺水地區(qū)海水淡化發(fā)展模式下，海水淡化工程附近有電廠或鋼鐵廠，建議選用MED，就近利用電廠或鋼鐵廠熱源；在附近無熱源可用、海水水質(zhì)較好的情況下(特別是南方的一些海島地區(qū))，建議選用反滲透海水淡化技術(shù)。選擇反滲透海水淡化工藝時，由于反滲透對原料水水質(zhì)波動的承受能力較差，特別是取水海域存在富營養(yǎng)化或受到油污污染時，反滲透膜易于受到污染，從而降低反滲透膜的使用壽命。根據(jù)原水水質(zhì)情況，反滲透工藝預處理工藝參照表2所示進行選擇。

表2 常用海水預處理工藝流程Tab.2 The common seawater pretreatment process

(2)在海島地區(qū)海水淡化發(fā)展模式下，對于人口較多、經(jīng)濟發(fā)達、有穩(wěn)定電網(wǎng)的海島，應根據(jù)不同部門用水需求，結(jié)合當?shù)刈匀缓湍茉辞闆r，因地制宜發(fā)展相應規(guī)模的海水淡化；對于離大陸較近的缺水小島，可通過反滲透裝置或引水來解決用水問題；對于人口較少、位置偏遠、沒有電力供應的小型海島，可采用風光柴儲一體化的反滲透海水淡化裝置，利用可再生能源的互補特性，為淡化系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的電力能源[14]。

(3)在內(nèi)陸地區(qū)，將海水淡化技術(shù)推廣應用至我國西部苦咸水分布區(qū)域[15]。在人口較為集中、當?shù)氐Y源特別匱乏的村鎮(zhèn)實施大型微濾、納濾等苦咸水淡化市政供水工程建設；在地下水高氟、高砷地區(qū)重點推廣應用納濾或低壓反滲透淡化技術(shù)；在鹽堿地分布地區(qū)，結(jié)合鹽堿地改良項目，建設排堿水處理與回用工程；在一些人口分散地區(qū)，推廣應用中小型或便攜式苦咸水淡化裝置。