大規模海水淡化有望解決水資源匱乏問題

2016年6月末，著名科技媒體《麻省理工科技評論》的「50大最智慧公司」排行榜揭曉，以大規模海水淡化技術見長的以色列IDE技術公司，不負眾望地連續兩年入選榜單。早在2015年，《麻省理工科技評論》就詳細介紹了IDE技術公司承建的索萊克海水淡化廠，並將大規模海水淡化技術列入了「2015年世界十大科技突破」。

以色列的海水淡化反滲透工廠（來源：邑石網）

《麻省理工科技評論》的評價或許只是一家之言，但大規模海水淡化產業的迅猛發展卻是不爭的事實。我們生活的地球並不缺水，多達71%的地球表面都被藍色的海洋覆蓋。然而，鹽度達到3.5%的海水既不能作為人類的飲用水源，在工農業生產中的利用價值也極其有限。地球上的淡水儲量還不到總水量的3%，其中大部分還凍結在雪山、冰川和南北極的冰雪之中。可供人類利用的淡水僅相當於地球總水量的0.26%左右，而且在空間上的分布極不均衡。

隨著全球人口的爆炸式增長，人類對淡水資源的需求正逐年遞增。1990—2000年，全世界用水量以每年5%的速度增加，世界人均水資源佔有量卻減少了24%。水污染問題在全球呈現惡化之勢，使得更多人面臨無水可用的困境。根據聯合國有關機構的預測，2025年將有18億人無法得到充足的安全飲用水，這意味著20%以上的地球居民將飽受乾渴之苦，愈演愈烈的水資源匱乏已經成為一個全球性問題。在中東、非洲等水資源危機嚴重的地區，域內各國之間的搶水暗戰經常導致地緣政治環境惡化，甚至成為局部戰爭的導火索。沿海地區生活著全球約1/4的人口，由於人口密度高、經濟活動頻繁，沿海地區的缺水問題顯得特別嚴重而緊迫。既然海水總量相當於可用淡水資源的數百倍，如果能以經濟可行的方式大規模淡化海水，不僅能夠填補沿海地區的水資源缺口，還能通過輸水工程為更多缺水區域提供寶貴的淡水。為了實現這個美好願望，各國科技工作者在第二次世界大戰之後開展了卓有成效的海水淡化技術研發。隨著技術的成熟與設備的改進，當今的海水淡化技術不僅供水穩定、生態與環境風險可控，而且費用可以低至每立方米不到0.5美元，因而具備很強的市場競爭力。

西班牙的海水淡化廠（來源：邑石網）

在極度缺水的以色列，全國50%的淡水用量依靠淡化海水提供。以色列IDE技術公司不僅承建本國的海水淡化工程，還是世界大型海水淡化技術供應商之一。沙特Ras?Al?Khair海水淡化廠的產能超過100米3/日，並通過建在沙漠中的數百千米管道將淡化海水輸送至首都利雅得。在中東、日本、美國以及澳大利亞等地，大規模海水淡化工程正如雨後春筍般湧現。截至2015年6月，全球海水淡化產能超過8600米3/日，可以為3億居民提供潔凈的生活用水。可以預見，作為一個攸關國計民生的新興戰略產業，大規模海水淡化必將獲得更大的發展空間。

我國的海水淡化產業與西方發達國家幾乎同時起步，早期研發的海水淡化裝置多為中小型設備，服務於遠洋艦船、邊防海島等特定對象或區域。進入21世紀之後，中國的大規模海水淡化產業開始駛入快車道，自主建設以及國際合作的海水淡化工程都不乏成功案例。2006—2010年，我國海水淡化產能年增長率接近70%。截至2015年，我國海水淡化日產能突破100萬噸，最大海水淡化工程規模達到了20萬噸/日。

無論採用何種工藝流程，海水淡化的基本原理都是利用物理手段分離水分與鹽質，以此從海水中獲取低鹽度的淡水。當前，海水淡化的主流技術分為反滲透膜法和蒸餾法兩大類。蒸餾法的歷史較為悠久，其基本思路是將液態水變成水蒸氣並與鹽質分離，隨後凝結水蒸氣獲得淡水。多級閃蒸是當前產能較高的蒸餾法海水淡化工藝，其基本工藝流程是將海水加熱後引入閃蒸室，由於閃蒸室中壓力低於熱鹽水的飽和蒸汽壓，所以進入閃蒸室的熱鹽水會瞬間部分氣化，產生的蒸汽冷凝後即為淡水。採用多級閃蒸技術，熱鹽水依次流經若干個壓力逐漸降低的閃蒸室，可以逐級蒸發降溫以提高蒸餾效率。

低溫多效蒸餾法是一種最高蒸發溫度低於70℃的海水淡化技術，採用一系列的水平管降膜蒸發器或垂直管降膜蒸發器多次蒸發與冷凝，可以得到多倍於加熱蒸汽量的蒸餾水。低溫多效蒸餾需要的蒸汽溫度低於多效閃蒸工藝，便於利用發電廠和化工廠的低溫餘熱進行海水淡化，已經成為蒸餾法海水淡化的代表性工藝。

反滲透膜海水淡化工藝則是利用了半透膜與滲透壓的原理。半透膜是一類只允許特定分子或離子通過的膜結構，人體內細胞膜就是一種半透膜。由於半透膜具有選擇性透過特性，人體細胞能完成調節細胞水分、交換氧氣與二氧化碳、獲取營養並排出廢物等一系列生命活動。如果用半透膜隔開不同濃度的溶液，水分子會通過半透膜向濃度較高的一側滲透。只有讓高濃度一側的溶液具備一定壓強，才能阻止滲透的發生，這種額外施加的壓強便是滲透壓。如果在高濃度溶液一側施加比滲透壓更大的壓強，水分子就會反過來滲進半透膜另一側的低濃度溶液甚至純水中，這個過程就是反滲透。使用反滲透膜法生產的淡化海水，可以說是「壓」出來的。

反滲透膜法淡化海水能耗低、產水率高，是一種很有成本競爭力的海水淡化工藝，在新建海水淡化產能中所佔比例較高。IDE技術公司在以色列建設的一系列大規模海水淡化工程均採用了反滲透膜法工藝，其中包括日產淡水65萬米3的索萊克水廠。當前，反滲透膜法工藝產能約佔海水淡化市場份額的68%，蒸餾法海水淡化產能擁有約30%的市場份額，其他海水淡化方法僅佔2%。

中國是一個極度缺水的人口大國，人均淡水資源僅相當於世界平均水平的1/4。根據2012年《我國近海海洋綜合調查與評價專項報告》統計，我國近90%的沿海城市不同程度缺水，其中一半以上處於極度和重度缺水狀態。為了解決天津、深圳、香港和青島等沿海都市的供水問題，我國花費巨大代價先後興建了引灤入津工程、東深供水工程和引黃濟青工程，南水北調工程中也考慮了多個沿海城市的需求。然而，這些工程並不能完全彌補沿海地區的供水缺口，水資源的嚴重匱乏已經成為制約沿海地區發展的主要瓶頸。面對萬頃碧波卻無水可用的情況，發展大規模海水淡化成為我國不少沿海地區既無奈又必然的政策選擇。

曹妃甸反滲透海水淡化系統

經過50多年的發展，我國海水淡化企業已經掌握了蒸餾法與反滲透法等主流海水淡化技術，擁有自主知識產權的關鍵裝置和成套設備的研發、設計與製造也有明顯進步。隨著關鍵技術、工藝的提高與突破，國際海水淡化產業合作的開展與深化，我國大規模海水淡化產業已經擁有一定技術基礎與工程能力。我國淡化海水生產成本接近國際水平，可以達到5元/米3左右，具備了大規模生產淡化海水所必需的成本競爭力。

經歷了一段時間的高速發展之後，近幾年的中國海水淡化產業也面臨一些困惑。2012年發布的《國務院辦公廳關於加快發展海水淡化產業的意見》提出，2015年我國海水淡化產能應達220萬～260萬米3/日。然而，我國2015年的實際海水淡化產能只有103萬米3/日，一些雄心勃勃的海水淡化工程規劃並未得到落實，多地已經投產的海水淡化工廠經常處於產能閑置的狀態。我國海水淡化產業的低迷狀態，與世界範圍內的蓬勃發展形成了鮮明的對比。

神華河北國華滄東發電有限公司海水淡化設備（來源：新華社）

之所以發展速度不如預期，是因為中國海水淡化產業受到了多種制約因素的共同影響。一些沿海地區對大規模海水淡化的戰略性與緊迫性認識不充分，對海水淡化產能的建設與利用抱著「天一旱就積極，天下雨就不急」的機會主義態度。自主海水淡化技術與國際先進水平的客觀差距，使得國內海水淡化工程難以擺脫對國外關鍵技術和設備的依賴，既不利於優化工程建設與運行成本，也弱化了海水淡化工程對目標客戶的吸引力。鼓勵海水淡化產業發展的相關政策缺乏系統性，致使優質淡化海水幾乎不可能進入市政管網，沒有穩定出路的海水淡化產能很難獲得資本的青睞。由於淡化海水尚未納入國家水資源整體規劃，享受不到政策紅利的缺水地區缺乏發展海水淡化的政策動力。

大力發展我國的海水淡化產業，無疑具有廣泛的社會效益、經濟效益與重要的現實戰略意義。加強海水淡化關鍵技術的國際合作與自主研發，培育類似以色列IDE技術公司的行業骨幹企業與裝備製造企業，因地制宜建設更多具有市場競爭力的大規模海水淡化工程，可以迅速提高我國海水淡化產業的整體水平。與此同時，注重海水淡化產業支持政策的體系化和連續性，建立、培育健康有序的淡化海水市場供求機制，可以切實有效地促進海水淡化工程的投資增長，減輕海水淡化企業的經濟負擔與政策風險。假以時日，活力無限的中國海水淡化產業必然能夠化無邊鹹水為汩汩甘泉，為解決我國的水資源匱乏問題，促進我國經濟、社會可持續發展做出應有的貢獻。

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