海水淡化水可飲用性分析

葛云紅，李 炎，安子韓，劉艷輝

(自然資源部 天津海水淡化與綜合利用研究所，天津 300192)

截至2017年底，全球海水淡化裝機規(guī)模達到9 980萬t/d，實際運行9 250萬t/d，用戶遍及各大洲的100多個國家，有近3億人口依存于海水淡化。在海灣國家，由于傳統(tǒng)的水資源幾近枯竭，海水淡化發(fā)展已有較長歷史，并取得了成功經(jīng)驗。在過去的幾十年里，海灣國家已投入約400億美元用于海水淡化廠和配套供水管網(wǎng)的建設(shè)。在經(jīng)歷了20世紀80年代后期和90年代中期兩個平臺期后，2003年總裝機容量已達到約0.15 ×108m3/d，淡化水在海灣國家水資源結(jié)構(gòu)中占據(jù)重要份額。沙特阿拉伯是世界淡化水產(chǎn)量最大的國家，2002年約為10.64×108m3/d，占總水量的45%。阿聯(lián)酋通過加快發(fā)展大型淡化裝置以滿足不斷增長的城市用水需要，已成為世界上人均淡化水擁有量最多的國家。而卡塔爾和科威特幾乎全部用淡化水作為飲用水。海灣國家制定政策，用海水淡化水作為市政和工業(yè)部門供水，2000年約930×104m3/d用于市政部門，占其產(chǎn)量84%，專供大型工廠使用份額占12%。

1 海水淡化水的主要成分

目前，主流大型海水淡化廠主要有蒸餾法和反滲透膜法。蒸餾法海水淡化生產(chǎn)的淡水純度很高，含鹽量僅為5 mg/L～20 mg/L，各項指標均優(yōu)于生活飲用水標準的有關(guān)規(guī)定。國內(nèi)兩個典型蒸餾淡化裝置所產(chǎn)蒸餾淡化水組分見表1，其總含鹽量通常小于10 mg/L。反滲透海水淡化水典型組成見表2。

表1 國內(nèi)蒸餾海水淡化廠的淡化水組成Tab.1 Composition of desalted seawater from domestic distillation desalination plant

表2 國內(nèi)某反滲透海水淡化廠的淡化水組成Tab.2 Composition of desalted seawater from domestic RO desalination plant

2 海水淡化水對人體健康的潛在影響

與健康緊密聯(lián)系的淡化水水質(zhì)指標主要有硬度、氟化物和硼。海水淡化對水中雜質(zhì)和絕大多數(shù)離子有極高脫除率，同時也脫除了對人體健康有益的成分，如硬度和氟化物。另外，由于反滲透膜對硼的脫除率相對較低，產(chǎn)水中硼含量相對偏高。由表1和表2可知，蒸餾法海水淡化產(chǎn)品水這三項水質(zhì)指標含量很低，反滲透法海水淡化產(chǎn)品水硬度、氟化物含量較低，硼含量較高。

表3是我國、世界衛(wèi)生組織(WHO)和歐盟飲用水水質(zhì)標準中，這三項水質(zhì)指標限值的對比。

表3 中國、WHO和歐盟飲用水水質(zhì)標準對比Tab.3 Comparison of drinking water quality standards in China, WHO and EU

下面分別對硬度、氟化物、硼三項水質(zhì)指標進行說明。

(1)硬度。不同方法生產(chǎn)的淡化水含鹽量略有不同，蒸餾法含鹽量很低，一般在1 mg/L～20 mg/L，膜法受進水含鹽量和反滲透膜脫鹽率的影響，一般在10 mg/L～500 mg/L。盡管膜法淡化水的含鹽量不低，但由于膜對二價離子脫除率很高，產(chǎn)水中鈣、鎂離子含量很低，約為1 mg/L～3 mg/L，而蒸餾法產(chǎn)水中各種離子含量都極低，硬度通常小于1 mg/L(以碳酸鈣計)，因此兩種方法生產(chǎn)的淡化水硬度都很低。

世界衛(wèi)生組織(WHO)研究認為，飲用硬水有可能會降低患某種心血管病概率，但還沒有確鑿證據(jù)說明水硬度或鈣、鎂與心血管病之間的聯(lián)系，因此沒有給出指導值。我國《生活飲用水衛(wèi)生標準》只給出總硬度的上限值(450 mg/L，以碳酸鈣計)，歐盟也都沒有規(guī)定硬度的健康指導值。硬度/鈣/鎂對健康的影響還沒有得到全球公認，世界衛(wèi)生組織研究認為，鈣、鎂最低限值分別應(yīng)為20 mg/L和10 mg/L。另外，飲用硬度過高(>400 mg/L～500 mg/L，以碳酸鈣計)的水會增加患膽囊結(jié)石和關(guān)節(jié)等方面的疾病的幾率。近年來，隨著我國地下水位的下降，某些地區(qū)地下水總硬度呈上升趨勢。

如果海水淡化水用于飲用，宜適當增加硬度。增加硬度有多種途徑，最簡單的是條件允許時與當?shù)赜捕绕叩乃畵交欤栽谠黾拥捕鹊耐瑫r適當降低當?shù)厮挠捕取?/p>

(2)氟化物。人體需要的大多數(shù)元素都可以從食物中攝取，但氟是例外。WHO研究表明，氟含量過低會增加患齲齒病的幾率，WHO規(guī)定飲用水中氟的下限為0.5 mg/L。但氟濃度過高也會造成健康問題，當濃度在0.9 mg/L～1.2 mg/L之間則可能引起中度牙齒氟中毒。WHO和歐盟規(guī)定氟含量的上限值為1.5 mg/L。我國《生活飲用水衛(wèi)生標準》沒有給出下限值，只規(guī)定氟的上限值為1.0 mg/L。全國主要城市自來水氟含量調(diào)查顯示，其中75%氟含量低于0.3 mg/L，15%在0.3 mg/L～0.5 mg/L之間，這說明我國很多城市自來水氟含量也相對偏低。

海水中氟化物含量偏低，一般約為1.3 mg/L，經(jīng)淡化后含量更低，蒸餾法產(chǎn)水中幾乎不含氟，反滲透法產(chǎn)水中約含0.01 mg/L～0.02 mg/L。沙特利雅得城市供水的66%由海水淡化水提供，地下水氟含量為0.23 mg/L～1.6 mg/L，與淡化水混合后90%的管網(wǎng)水樣氟含量約為0.24 mg/L。因此，在無特殊要求時，海水淡化水用于飲用可適當增加氟含量與當?shù)刈詠硭闆r持平。

(3)硼。海水中硼含量較高，標準海水中硼含量約4.6 mg/L，最高可達6 mg/L。蒸餾淡化水硼含量很低，在0.02 mg/L以下。但是由于膜對硼的脫除率較低，一級海水反滲透產(chǎn)水的硼含量較高，約1.0 mg/L左右。我國對飲用水中硼的限值規(guī)定為0.5 mg/L，WHO為2.4 mg/L，歐盟和日本為1.0 mg/L。

硼具有除草效果，很多植物對0.5 mg/L的硼較敏感，含硼較高的水不利于部分農(nóng)作物灌溉。柑橘類對硼的耐受度最低，為0.40 mg/L～0.75 mg/L；蔬菜對硼的耐受度高的多，約為1 mg/L～4 mg/L。以色列以種植柑橘為主，因而對硼含量要求較嚴格，規(guī)定反滲透海水淡化產(chǎn)水硼含量最高為0.4 mg/L。反滲透產(chǎn)水硼含量較高更多的是農(nóng)業(yè)問題，而不是健康問題。

美國環(huán)保署(EPA)發(fā)布《飲用水健康指導：硼》，提出硼的成人終生健康指導值為5 mg/L，WHO也于2011年將硼的限值從0.5 mg/L提高到2.4 mg/L。因此，如果海水淡化水不用于灌溉，可能不再需要除硼，但這有賴于相關(guān)標準的修改和完善。

3 海水淡化產(chǎn)品水生產(chǎn)工藝與包裝飲用水工藝一致

礦泉水的生產(chǎn)工藝一般是先進行預(yù)處理包括介質(zhì)過濾及超微濾，然后進行脫鹽(蒸餾法、電滲析法、離子交換法、反滲透法等)?！妒称钒踩珖覙藴?包裝飲用水》(GB 19298-2014)中指明，飲用純凈水的定義指采用蒸餾法、電滲析法、離子交換法、反滲透法或其他適當?shù)乃畠艋に?，加工制成的包裝飲用水。海水淡化生產(chǎn)工藝也是先進行預(yù)處理，除去海水中的雜質(zhì)，然后進行脫鹽處理，主要包括反滲透法、蒸餾法、電滲析法、離子交換法等，其水淡化生產(chǎn)工藝與包裝飲用水一致。

4 海水淡化產(chǎn)品水水質(zhì)符合我國飲用水水質(zhì)標準

2018-07，我國發(fā)布的海洋行業(yè)標準《海水淡化產(chǎn)品水水質(zhì)要求》(HY/T 247-2018)指出，當海水淡化產(chǎn)品水做完市政供水時，產(chǎn)品水進入供水管網(wǎng)之前，海水淡化產(chǎn)品水水質(zhì)均應(yīng)符合我國國家強制性標準《生活飲用水衛(wèi)生標準》(GB 5749-2006)的要求。此外，考慮到淡化水的水質(zhì)特性，還列出了幾項GB 5749中未涵蓋的水質(zhì)指標及限值。

海水淡化產(chǎn)品水水質(zhì)不僅符合《生活飲用水衛(wèi)生標準》(GB 5749-2006)的要求，還符合《食品安全國家標準 包裝飲用水》(GB 19298-2014)及《食品安全國家標準 飲用天然礦泉水》(GB 8537-2018)的限值要求。

6 結(jié)論

海水淡化的生產(chǎn)工藝決定了其產(chǎn)品水含鹽量少，品質(zhì)優(yōu)于一般自來水，其產(chǎn)品水可作為優(yōu)質(zhì)的飲用水和生產(chǎn)用水滿足沿海城鎮(zhèn)需要。對影響海水淡化產(chǎn)品水品質(zhì)的各個因素，都可采取適宜的措施加以處理和控制，保證產(chǎn)品水的水質(zhì)。

在世界范圍內(nèi)，海水淡化產(chǎn)品水作為飲用水的歷史悠久，已經(jīng)有半個世紀的歷史，市政用淡化水的產(chǎn)量正在呈逐年快速遞增的趨勢，市政用淡化廠的規(guī)模不斷擴大，應(yīng)用地區(qū)也越來越多。

國內(nèi)外海水淡化產(chǎn)品水的市政應(yīng)用說明，海灣國家海水淡化產(chǎn)品水占市政用水的比例在1990年就基本都在40%以上，2002年巴林、科威特、卡塔爾和阿聯(lián)酋海水淡化產(chǎn)品水占市政用水的比例甚至都達到94%以上，這說明海水淡化產(chǎn)品水作為飲用水的安全性已經(jīng)得到了普遍的認可和接受。