海水淡化专业技术在中国的应用现状讲解.docx

1、海水淡化专业技术在中国的应用现状讲解海水淡化技术在中国的应用现状王浩宇 2015101535（中国人民大学环境学院， 北京 100782 ）摘要：本文分析了中国海水淡化发展历程、中国海水淡化工程项目现状，同时也对中国海水淡化工程项目区域分布、技术进展与应用、成本及能源进行了分析。截止2014年底， 全国已建成海水淡化工程112个，产水规模92.69 万m3/d，最大海水淡化工程规模为20万m3/d；主要采用反渗透和低温多效蒸馏海水淡化技术；产水成本集中在（58）元/吨，能源以电力为主。关键词：海水淡化技术；工程现状；工程分布；进展与应用；能源来源水资源可持续利用是关系到我国经济社会发展的重大战

2、略问题。我国淡水资源状况不容乐观。目前，正常年份缺水量近400 亿m3左右，其中灌溉缺水约300 亿m3左右。全国660多个城市中，有400多个城市缺水，其中108个为严重缺水城市。淡水资源短缺乃至水危机是我国经济社会可持续发展过程中的最大瓶颈制约之一。 2014年我国水资源总量为27 万亿m3，比常年值偏少 1.6%。地下水与地表水资源不重复量为1.003 千亿m3，占地下水资源量的 12.9%（地下水资源量的87.1%与地表水资源量重复）。地球上的水资源总量，淡水仅占2.5%，海水占 97.5%，海水利用是解决我国水资源危机的重要措施之一。国家海洋局年在杭州第二海洋研究所建立了海水淡化研究

3、室,后来发展为国家海洋局杭州水处理技术研究开发中心。1984年组建了国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所。经过40余年的发展,培养造就了一批海水资源利用专门技术人才,在国家数个攻关计划的支持下,取得了举世瞩目的一大批科研成果，掌握反渗透法及蒸馏法两大海水淡化主流技术，2000年之前我国海水淡化研究相对缓慢，自2005年起，海水淡化工程建设发展迅速。本文对目前我国海水淡化项目进行统计，分析了全国已建成海水淡化工程项目用途、区域分布、所采用的技术，并讨论了海水淡化工程反渗透技术、低温多效蒸馏技术的成本组成以及能量来源。1全国供水量及其来源2014年全国总供水量6095 亿m3，其中，地表水源供水

4、量4921 亿m3，占总供水量的 80.8%；地下水源供水量1117 亿m3，占总供水量的18.3%；其他水源供水量57 亿m3，占总供水量的 0.9%。在地下水供水量中，浅层地下水占 85.8%，深层承压水占 13.9%，微咸水占 0.3%。，海水淡化供水为3.38 亿m3，占 0.05%。2海水淡化用途全球海水淡化产业已颇具规模，根据国际脱盐协会（IDA）统计数据：到 2013年 8月，已建成的脱盐工厂约 17277 座，合计装机容量为 8 090 万m3/d。在已建装机容量中，市政供水占比最高，为 61%，工业及电力占比 33%次之，灌溉、旅游等其他领域合计占 6%。目前，我国海水淡化主

5、要有三方面用途：一是生产城镇居民和海岛军民的生活用水；二是生产工业企业生产用水，特别是作为锅炉补充水等工业用高纯水；三是进行海水化学资源综合利用，发展循环经济，培育海水利用产业链。全国海水淡化工程产水的终端用户主要分为两类：一类是工业用水，如：首钢京唐钢铁、天津大港新泉、辽宁红沿河等海水淡化工程；另一类是民用供水，如：浙江六横、海南晋卿、永乐群岛等岛屿海水淡化工程。截止2014年底，我国海水淡化水用于工业用水的工程规模为58.72 万m3/d，占总工程规模的 63.35%。其中，火电企业为27.42%，核电企业为 2.37%，化工企业为 11.87%，石化企业为 13.60%，钢铁企业为 8.

6、09%。用于居民生活用水的工程规模为33.94 万m3/d，占总工程规模的 36.62%。用于绿化等其他用水的工程规模为240 m3/d，占 0.03%。图1为全国已建成海水淡化工程产水用途分布情况。图1全国已建成海水淡化工程产水用途分布图3海水淡化技术海水淡化主要分为蒸馏法（热法）和反渗透（膜法）两大类，具体海水淡化技术超过20余种，包括多级闪蒸、低温多效、反渗透、电渗析、压汽蒸馏、潮汐能海水淡化技术等等。经过半个世纪的发展，形成了以多级闪蒸、多效蒸馏和反渗透为主流的工业技术。3.1反渗透法（RO） 反渗透法是20世纪60年代后期发展起来的一项膜法海水淡化技术，其最大的优点是节能，其能耗仅为

7、电渗析法的1/2，蒸馏法的1/40。反渗透法的原理是就是在海水（原水）一侧，施以比渗透压更大的压力，把原水中的水分子压到膜的另一边，变成洁净的水，从而达到除盐的目的。反渗透法使用的薄膜叫“半透膜”，只允许溶剂透过、不允许溶质透过。通常又称超过滤法。因其具有适用面广、脱盐率高、占地少、投资小、建造周期短、操作简单、能耗较低和启动运行快等特点，是海水淡化技术中发展最快的。反渗透法淡化后的水质甚至优于自来水，可供工业、商业、居民及船舶、舰艇使用。3.2低温多效蒸馏(MED)低温多效蒸馏海水淡化技术，是指盐水的最高蒸发温度不超过70 的海水淡化技术，其特征是将一系列的蒸发器串联起来分成若干效组，后面一

8、效的蒸发温度、压力均低于前面一效，将一定量的蒸汽输入，通过多次阶梯状的蒸发和冷凝，从而得到多倍于加热蒸汽量的蒸馏水的海水淡化技术。低温多效蒸馏法解决了结垢和腐蚀等问题，产品水纯度很高，含盐量小于20 ppm，近年发展迅速，装置规模日益扩大，成本日益降低，所占的市场份额不断扩大。与多级闪蒸相比，低温多效蒸馏法具有：传热系数高、热效率高、水质要求低、操作弹性大等优点；相对于反渗透法，需要消耗一定量的蒸汽，设备的结构较复杂。低温多效蒸馏海水淡化具有水质好和可利用工厂余热或低品位热源的优点，主要应用于需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、钢铁等企业。我国自主建成了 1.2

9、5万立方米/日低温多效海水淡化蒸馏装置，为大型热法海水淡化工程的启动奠定了基础。3.3多级闪蒸(MSF)多级闪蒸海水淡化技术，是利用闪蒸原理将经过加热的海水，依次在多个压力逐渐降低的闪蒸室中进行蒸发冷凝而得到淡水，是本世纪60年代初在多效蒸馏的基础上发展而来的。多级闪蒸法得到的淡水价格相对反渗透法低，单台产水量最大，特别适合于电厂大型海水淡化项目，但是需要较大的传热面积，海水循环和流体输送电耗大，运行成本较高。3.4电渗析法 (ED)渗析属于一种自然物理现象。如将两种不同含盐浓度的水，用一张渗透膜隔开，含盐浓度大的一侧水的电解质离子就会穿过膜向含盐浓度小的一侧水中扩散，这种现象就是渗析，亦称为

10、浓差渗析。如果在膜的两边施加一直流电场，电解质离子在电场的作用下，会迅速地通过膜进行迁移，就可加快渗析速度。这样，就形成了淡水室和浓水室，将浓水排放，淡水即为除盐水。这就是电渗析法除盐原理。电渗析法适用于含盐量小于20 克/升的苦咸水的淡化，由于其耗能很大，只能除去水中的盐分，不能除去水中有机物，某些高价离子和有机物还会污染膜，运行过程中易发生浓度极差化而结垢，大型海水淡化装置基本上不采用电渗析法。4我国海水淡化发展历程中国研究海水淡化技术起步较早,也是世界少数几个掌握海水淡化等资源利用先进技术的国家之一。国家海洋局年在杭州第二海洋研究所建立了海水淡化研究室,后来发展为国家海洋局杭州水处理技术

11、研究开发中心。1984年组建了国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所。经过40余年的发展,培养造就了一批海水资源利用专门技术人才,在国家数个攻关计划的支持下,取得了举世瞩目的一大批科研成果。1958 年首先开展电渗析海水淡化的研究,1967-1969 年国家科委和国家海洋局共同组织了全国海水淡化会战,同时开展电渗析、反渗透、蒸馏法多种海水淡化方法的研究,为海水淡化事业的发展奠定了基础,在国家科技攻关计划的支持下,反渗透法海水淡化技术首先在国内开始推广应用,自年国家海洋局杭州水处理技术研究开发中心在浙江省嵘泗县嵊山岛建设了国内首个日产500 吨淡水的反渗透海水淡化示范工程后,十年来国内反渗透海水

12、淡化技术得到了极大的发展,目前已建设各种规模的反渗透海水淡化装置十余套,海水淡化装置的产水量已达十多万m3/d。设备造价从刚开始的5000-6000 元/吨淡水降到目前的约3000-4000 元/吨淡水。电耗从最初的5.5 度/吨淡水降到目前的约3.5 度/吨淡水。早期蒸馏方面的研究主要进行船用小型压汽蒸馏装置的开发,直到上世纪80年代初进行过日产淡水百吨的MSF中试研究。其中1981年在西沙永兴岛建成的电渗析海水淡化站是我国第一处苦咸水脱盐示范工程,满足了当时的军用和民用的需求。2005年海水淡化工程项目进入迅速发展阶段。2005年第一套万吨级海水淡化项目,10800 m3/d大唐王滩发电厂

13、海水淡化项目建成投产;“十一五”期间，我国海水淡化产能年均增长超过 60% ，截止2010年底，国内建成海水淡化装置 70多套，设计淡化水产能 60 万m3/d；在建装置 5套，设计淡化水产能 26 万m3/d。其中，反渗透法占总产能的 66%，低温多效蒸馏法占 33%，其他海水淡化方法占 1%。反渗透和低温多效蒸馏两大主流海水淡化技术得到较快发展，成本不断降低。反渗透海水膜、高压泵、能量回收装置、反渗透膜压力容器、海水预处理连续膜 过滤组器等取得明显进步；膜通量增加了近 40%，脱盐率由 99.2%提高到 99.7%以上；能量回收装置的应用和不断改进使能耗大幅降低，新一代正位移式能量回收装置

14、的回收效率达 94以上。我国已自主建成日产万立方米级反渗透海水淡化装置，海水淡化工程进入大型化阶段。目前，反渗透海水淡化投资为 6000-8000元/立方米，综合产水成本为 5-6元/立方米。2009年第一套十万吨级海水淡化项目,10000 m3/d天津大港新泉海水淡化工程建成投产。在此期间,共有51套海水淡化工程建成投产,日处理能力累计达70.744 万m3/d/其中万吨级以上项目19套,十万吨级以上项目3套。5中国海水淡化工程项目现状2014 年，中国新增海水淡化工程产水规模26075 m3/d。全国已建成海水淡化工程总体规模不断增长，截止2014年底， 全国已建成海水淡化工程112个，万

15、吨级以上海水淡化工程27个，产水规模812800吨/日；万吨级以下海水淡化工程34个，产水规模926905 m3/d，产水规模104500 m3/d；千吨级以下海水淡化工程51个，产水规模9605 m3/d。全国已建成最大海水淡化工程规模为20 m3/d。 近年来，我国还实现了海水淡化关键技术的突破，自主建成日产水1.25万吨反渗透海水淡化示 范工程和日产水2.5万吨低温多效海水淡化工程，并自主设计制造了4台低温多效海水淡化装置出口印度尼西亚，相关技术达到国际先进水平，成为世界上少数能 完整自主设计建设海水淡化工程的国家之一。海水淡化国际合作取得新进展，亚太脱盐协会秘书处落户我国。6中国海水淡

16、化工程项目区域分布截止2014年底，全国海水淡化工程在沿海9个省市分布（图3），主要是在水资源严重短缺的沿海城市和海岛。北方以大规模的工业用海水淡化工程为主，主要集 中在天津、河北、山东等地的电力、钢铁等高耗水行业；南方以民用海岛海水淡化工程居多，主要分布在浙江、福建、海南等地，以百吨级和千吨级工程为主。图3 全国沿海省市海水淡化工程分布图截止2014年底，天津已建成海水淡化工程规模31.72 万m3/d，河北已建成海水淡化工程规模16.75万m3/d，山东已建成海水淡化工程规模 16.52 万m3/d，浙江已建成海水淡化工程规模14.15 万m3/d，辽宁已建成海水淡化工程规模8.76 万m

17、3/d，广东已建成海水淡化工程规模 3.08 万m3/d，福建已建成海水淡化工程规模1.09 万m3/d，江苏已建成海水淡化工程规模0.51 万m3/d，海南已建成海水淡化工程规模0.01万m3/d。 其中，在海岛地区，海水淡化工程规模为9.84 万m3/d，主要分布在浙江、山东、辽宁和海南。7技术进展与应用反渗透（RO）、低温多效（LT-MED）和多级闪蒸（MSF）海水淡化技术是国际上已商业化应用的主流海水淡化技术。我国已掌握反渗透和低温多效海水淡化技术，相关技术达到或接近国际先进水平。截止2014年底，全国应用反渗透技术的工程99个，产水规模59 万m3/d，占全国总产水规模的64.69%

18、，排第一位，最大的膜法海水淡化工程是天津大港新泉海水淡化工程和青岛百发海水淡化工程，规模为 10 万m3/d；应用低温多效技术的工程11个，产水规模32万 m3/d，占全国总产水规模的34.64%，排第二位，最大的多效蒸馏法海水淡化工程是北疆电厂日产 10 万吨海水淡化工程，一期工程全部投产后，日产水量将达 20万吨；应用多级闪蒸技术的工程1个，产水规模6000 m3/d，占全国总产水规模的0.65%，排第三位；排第四位的是电渗析，目前为止应用电渗 析技术的工程1个，产水规模200 m3/d，占全国总产水规模的0.02%。图4为2014年全国海水淡化工程技术应用情况分布图。图4 2014年全国

19、海水淡化工程技术应用情况分布图8海水淡化成本与能源来源8.1海水淡化产水成本组成海水淡化产水成本主要由投资成本、运行维护成本和能源消耗成本构成。其中，运行维护成本包括：维修成本、药剂成本、膜更换成本、管理成本和人力成本等。对于膜法海水淡化工程,电费、系统折旧和膜更换费用成本构成吨水成本的主要组成部分.蒸汽费用和系统折旧成本是低温多效蒸馏法海水淡化系统成本的主要组成部分.受能源、人力等价格波动影响，产水成本集中在（58）元/吨，已接近国际水平。其中，万吨级以上海水淡化工程平均产水成本6.37 元/吨，千吨级海水淡化工 程产水成本8.44 元/吨。反渗透海水淡化的成本在4.16 -5.59 元/吨

20、之间。其中能源费用(电力)成本所占比例最大，占 40%左右，其次是折旧和维护(包含换膜)费用，均占到 22%，如图5所示。低温多效海水淡化的成本在4.88一6.70 元/吨之间。其中能源费用最大，所占比例超过一半，到 55%左右;其能源费用又以热力成本为主，约占整个能源费用的3/4。折旧为第二大费用，占 24%左右，所图6所示。图5 反渗透海水淡化成本分布图6 低温多效海水淡化成本分布关于将军澳海水化淡厂工程海水淡化成本，香港发展局局长陈茂波的书面答覆立法会会议上毛孟静议员的提问中提到：现时估计基于水务署在2007年完成的反渗透海水化淡技术试验研究的技术水平和参照当时的研究结果得出香港进行海水

21、淡化生产食水的成本价格约为每立方米12 港元。生产成本的各项开支百分比分列如下：营运（包括化学品及电力）及维修（包括新设备及渗透薄膜）为38，食水运送及客户服务20，兴建海水化淡厂和管线的资本成本为 42，如图7所示。于2005年至2007年进行的海水化淡技术试验研究估算海水化淡单位成本为每立方米7.9至8.5港元。水务署将此两数值的平均值，即8.2元加上由2006年至2012年物价上涨约为18%（注：参照20062012年甲类消费物价指数变动）的升幅及在2006年的价格估算中没有计算在内的食水运送及客户服务费用，得出现时每立方米约12元的海水化淡成本价格。图7 香港海水淡化生产成本的各项开支

22、百分比参照国际海水化淡协会2007-2008及20082009年刊的资料，不同国家或地区反渗透海水化淡技术生产食水的单位成本，由每立方米9.4港元至22港元不等。8.2海水淡化工程的能量来源 中国已建海水淡化工程的能源以电力为主。其中，以电力为能源的反渗透海水淡化工程中，由国家电网供电的工程，占反渗透工程数量的 55.88%；由本厂自发电设备供电的工程，占反渗透工程数量的 44.12%，如图8所示。低温多效和多级闪蒸海水淡化工程主要采用电力与蒸汽相结合的能源利用形式，电力和蒸汽均来自其所依托的电厂。2014年，海水淡化与可再生能源耦合技术取得新进展，江苏大丰建成5000吨/日非并网风电海水淡化

23、工程。图8 反渗透工程电力能源的来源9结论（1）截止2014年底， 中国已建成海水淡化工程112 个，产水规模92.69 万m3/d，最大海水淡化工程规模为20万m3/d；用于工业用水的工程规模为58.72 万m3/d，占总工程规模的 63.35%。用于居民生活用水的工程规模为33.94 万m3/d，占总工程规模的 36.62%。用于绿化等其他用水的工程规模为240 m3/d，占0.03%；2014年全国总供水量6095 亿m3，海水淡化供水为3.38 亿m3，占全国总供水量 0.05%；（2）全国海水淡化工程在沿海9个省市分布，主要是在水资源严重短缺的沿海城市和海岛。北方以大规模的工业用海水

24、淡化工程为主，南方以民用海岛海水淡化工程居多；（3）海水淡化技术主要分为蒸馏法（热法）和反渗透（膜法）两大类，在中国中的应用以反渗透法为主、次之是低温多效蒸馏海水淡化技术，分别有99座与11座海水淡化厂采用了这两项技术，产水规模分别是59 万m3/d与32 万m3/d，占全国总产水规模分别为 64.69%与 34.64%；次之是多级闪蒸与电渗析技术，中国各仅有1座海水淡化厂采用了这两项技术，规模在百吨/日与千吨/日之间；（4）对于膜法海水淡化工程，电费、系统折旧和膜更换费用成本构成吨水成本的主要组成部分，蒸汽费用和系统折旧成本是低温多效蒸馏法海水淡化系统成本的主要组成部分，内地计算反渗透海水淡

25、化的成本在4.16 -5.59元/吨之间，低温多效海水淡化的成本在4.88一6.70元/吨之间;香港计算反渗透海水淡化生产成本为12港元（约为9.8元）/吨，这一定程度上表明各地海水化淡成本差异的因素很多：例如各地的建造成本、能源的价格、附属设施的规模（包括海水取水及排放设施、食水水库及水管长度等）、资本成本、计算方法等都可以有很大的差异。参考文献海洋局国家,发改委,财政部.海水利用专项规划R.2005.海洋局国家.2014年全国海水利用报告R.2015.水利部.2014年中国水资源公报R.2015.作者.篇名J.刊名，出版年份，卷号（期号）：起止页码陈迪.中国水资源的战略补充:海水淡化工程进展J中国人口资源环境.2012 第22卷：482谭永文.海水淡化应用与发展J水处理技术.2015.第41卷 第10期:17吴鸣.海水淡化技术的发展与应用J低碳论坛：56蒋亚荣.中国海水淡化产业国际竟争力研究D浙江：浙江大学，2007：32.刘树模.我国大型海水淡化供水工程技术经济分析J科技创新导报.2015.第18卷：58-59