表面看海水淡化很简单,只要将咸水中的盐与淡水分开即可。最简单的方法,一
个是蒸馏法,将水蒸发而盐留下,再将水蒸气冷凝为液态淡水。这个过程与海水
逐渐变咸的过程是类似的,只不过人类要攫取的是淡水。另一个海水淡化的方法
是冷冻法,冷冻海水,使之结冰,在液态淡水变成固态的冰的同时,盐被分离了
出去。两种方法都有难以克服的弊病。蒸馏法会消耗大量的能源,并在仪器里产
生大量的锅垢,相反得到的淡水却并不多。这是一种很不划算的方式。冷冻法同
样要消耗许多能源,得到的淡水却味道不佳,难以使用。
1953年,一种新的海水淡化方式问世了,这就是反渗透法。这种方法利用半
透膜来达到将淡水与盐分离的目的。在通常情况下,半透膜允许溶液中的溶剂通
过,而不允许溶质透过。由于海水含盐高,如果用半透膜将海水与淡水隔开,淡
水会通过半透膜扩散到海水的一侧,从而使海水一侧的液面升高,直到一定的高
度产生压力,使淡水不再扩散过来。这个过程是渗透。如果反其道而行之,要得
到淡水,只要对半透膜中的海水施以压力,就会使海水中的淡水渗透到半透膜外
,而盐却被膜阻挡在海水中。这就是反渗透法。反渗透法{zd0}的优点就是节能,
生产同等质量的淡水,它的能源消耗仅为蒸馏法的1/40。因此,从1974年以来,
世界上的发达国家不约而同地将海水淡化的研究方向转向了反渗透法。
在新兴的反渗透法研究方兴未艾的时候,古老的蒸馏法也改弦易辙,重新焕
发了青春。常识告诉我们,水在常温常压下要加热到100℃才沸腾,产生大量的
水蒸气。传统的蒸馏法只考虑了通过升高温度获得水蒸气的方式,耗能甚巨。而
新的方法是将气压降下来,把经过适当加温的海水,送入人造的真空蒸馏室中,
海水中的淡水会在瞬间急速蒸发,全部变成水蒸气。许多这样的真空蒸馏室连接
起来,就组成了大型的海水淡化工厂。如果海水淡化工厂与热电厂建在一起,利
用热电厂的余热给海水加温,成本就更低了。
现在世界上的大型海水淡化工厂,大多采用新的蒸馏法。在西亚盛产石油的
国度,往往土地“富得流油”,却打不出一口淡水井。水比油贵的现实,使海水
淡化工厂如雨后春笋般出现在西亚的海岸线上。1983年,西亚{dy}大国沙特阿拉
伯在吉达港修建了日产淡水30万吨的海水淡化厂;在另一个西亚国家科威特,现
在每天可以生产淡水100万吨。波斯湾沿岸地区,有的国家的淡化海水已经占到
了本国淡水使用量的80%—90%。
海水淡化技术的发展与工业应用,已有半个世纪的历史,在此期间形成了以多级
闪蒸、反渗透和多效蒸发为主要代表的工业技术。专家普遍认为,今后三、四十
年在工业应用上,仍将是这三项技术“唱主角”,但反渗透的比重将越来越大。
从地区上来讲,中东海湾国家仍将以多级闪蒸为{sx},因为它具有大型化和超大
型化(单台设备产水量目前已高达日产淡水4~5万吨)、适应于污染重的海湾水
以及预处理费用低的优势;然而在中东以外地区将以反渗透或膜法为{sx},因为
膜法的能耗和成本都具有优势,以北美地区为例,近期的发展已经表明,在淡化
和水处理方面都将以膜法为主。
目前,全球海水淡化日产量约3500万立方米左右,其中80%用于饮用水,解决了
1亿多人的供水问题,即世界上1/50的人口靠海水淡化提供饮用水。全球有海水
淡化厂1.3万多座,海水淡化作为淡水资源的替代与增量技术,愈来愈受到世界
上许多沿海国家的重视;全球直接利用海水作为工业冷却水总量每年约6000亿立
方米左右替代了大量宝贵的淡水资源;全世界每年从海洋中提盐5000万吨、镁及
氧化镁260多万吨、溴20万吨等。海水淡化需要大量能量,所以在不富裕的国家
经济效益并不高。沙特阿拉伯的海水淡化厂占全球海水淡化能力的24%。阿拉伯
联合酋长国的杰贝勒阿里海水淡化厂第二期是全球{zd0}的海水淡化厂,每年可产
生3亿立方米淡水。
美国佐治亚州的一家公司研制出一种新型海水淡化设备,据称淡化过程的费用只
有现有技术的三分之一。
据{zx1}一期英国《新科学家》杂志报道,这种便携式的新设备每天能够处理
1.1万升水。它使用了一种称为“迅速喷雾蒸发”(RSE)的技术:含盐的水通
过管道喷雾进入分离室,形成非常细小的水滴;在分离室的热空气中,水滴迅速
蒸发,水和盐分等杂质分离;水蒸气输入凝结室成为纯水,而盐分则落在分离室
的底部,而传统技术盐分回收后集结在管道上面,很难取下。
该公司称,新技术效率比现有的反向渗透等技术要高得多。试验表明,它能
处理含盐量高达16%的水,大大超出了一般海水的浓度。平均算来,它生产1000
升淡水的成本是16至27美分。科学家说,这种装置还可以处理废水。RSE技术回
收的效率可达95%,传统技术只能达到35%,投资只有蒸馏法和反渗透法的四分
之一且运行维护成本大为降低。
“向海洋要淡水”已经形成了方兴未艾的产业。截至2006年底,中国日淡化海水
能力接近15万吨,比上一年翻一番。中国在反渗透法、蒸馏法等主流海水淡化关
键技术方面均取得重大突破,完成了自主知识产权的3000立方米/日低温多效海
水淡化工程,以及5000立方米/日反渗透海水淡化工程;海水直流冷却技术已进
入万立方米/小时级产业化示范阶段。中国海水淡化成本逐步下降,已接近5元
/立方米。
未来20年内国际海水淡化市场将有近700亿美元的商机,中国应占有充分份额。
根据全国海水利用专项规划,到2010年,中国海水淡化规模将达到每日80万至
100万吨,2020年中国海水淡化能力达到每日250万至300万吨,尤其是国家积极
支持海水淡化产业,自2008年1月1日起,企业的海水淡化工程所得将免征所得税
。中国海水淡化产业发展前景广阔。
随着我国淡水资源的日益短缺,海滨电厂海水淡化既符合国家的发展战略,在经济
上又具有可操作性。目前,我国建设中的2×1000MW燃煤机组海水淡化设备的水量
需求都考虑了工业用水、消防用水和生活用水,产水量均达2万t/d,其投资额为1.
3~1. 6亿元人民币。如果从降低造价的角度出发,可以考虑引进市场竞争机制,允
许私营或职工与单位投资等多渠道、多层次相结合的投资方式。主要融资模式可
以参照国外BOT(建设—经营—转移)和BOO(建设—拥有—经营)模式,加上国家政
策的扶持,实施有效可行的方案,大力发展海水淡化技术,鼓励企业进入海水淡化
领域,将会为内陆节约更多的淡水资源。
在海水淡化技术已成熟的今天,经济性是决定其广泛应用的重要因素。在国内,
"成本和投资费用过高",一直被视为是海水淡化难以大胆使用的主要问题,但实
际上这是一个"认识"问题。
目前世界上常用的淡水取用方式主要有地下取水、远程调水和海水(苦咸水
)淡化三种。开采地下水作为一个重要的开源措施,工程量小、成本低,这是很
吸引人的优点,但地下取水受资源条件限制很大,而且许多地区多年来由于过度
开采地下水,已形成地下漏斗,造成房屋倾斜,甚至导致了海水倒灌等环境危害
,地下水的开采已经受到制约。
远程调水,目前并没有把工程投资费用以及被引水地区的间接经济损失计算
在内,仅以日常运行费用、管理费计算其成本,这与真正成本相差很大。其实引
水工程,除了巨额的投资之外,还要占用大量耕地,还存在被引水地区的环境危
害等问题。如引黄济青(岛)工程,占地达6.2万亩,还会造成黄河断流、植被
破坏等生态环境问题,而生态环境的破坏在经济上是难以估量的。80年代实施的
引滦入津工程,时至今日每立方米成本仍达2.3元左右,距离天津市民的用水价
1.4元有0.9元的政府补贴。专家预测,南水北调工程实施后,长江水流到北京,
按现行不变成本计算,综合成本在5元/立方米以上,甚至有专家预测每立方米将
达20元。美国有资料认为,远程调水超过40公里,成本将超过海水淡化。
对于海水淡化,能耗是直接决定其成本高低的关键。40多年来,随着技术的
提高,海水淡化的能耗指标降低了90%左右(从26.4kwh/m3降到2.9kwh/m3),成
本随之大为降低。目前我国海水淡化的成本已经降至4-7元/立方米,苦咸水淡化
的成本则降至2-4元/立方米,如天津大港电厂的海水淡化成本为5元/立方米左右
,河北省沧州市的苦咸水淡化成本为2.5元/立方米左右。如果进一步综合利用,
把淡化后的浓盐水用来制盐和提取化学物质等,则其淡化成本还可以大大降低。
至于某些生产性的工艺用水,如电厂锅炉用水,由于对水质要求较高,需由自来
水进行再处理,此时其综合成本将大大高于海水淡化的一次性处理成本。可见,
如果抛开政府补贴等政策性因素而单从经济技术方面分析,海水淡化尤其是苦咸
水淡化的单位成本实际上是很有竞争力的。
几种淡水获取方式的成本比较单位:元/立方米
取水方式平均成本
开采地下水限制开采量
远程调水引滦入津:2.3元/立方米(直接成本)
南水北调:5-20元/立方米(到北京平均水价)
海水淡化海水:4--7元/立方米(综合成本)
苦咸水:2--4元/立方米(综合成本)
在我国,由于受计划经济的影响,长期以来一直没有良性的水价形成机制,
自来水的价格与价值严重背离,政府负担着巨额补贴,自来水的价格普遍偏低,
目前自来水的价格一般为1.5-2元/立方米,随着淡化技术的不断进步和产业化规
模效益的显现,海水(苦咸水)淡化的成本将会越来越低。2000年10月朱熔基总
理在南水北调座谈会上强调:"要建立合理的水价形成机制,逐步较大幅度提高
水价,充分发挥价格杠杆的作用"。随着淡水资源的日趋缺乏,各个城市节水措
施已经出台,实行自来水限量使用,超标加价。由此可以预见,在不久的将来,
一方面海水淡化成本不断降低,另一方面自来水的价格不断上涨,两者将越来越
接近,自来水价格甚至将高于苦咸水淡化的成本,海水淡化的成本问题将得以解
决。成本问题的解决将会对海水淡化的广泛应用及产业化进程产生极大的促进作
用。