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海水淡化“好喝”嗎?
發布時間:2021-06-21     作者:安海燕   來源:中國自然資源報   分享到:

從大禹治水,到南水北調,治水之道早已成為人類文明的重要內容,見證著人與水的生死與共。

如果將治水的方式做一個區分,那么建壩開渠、蓄水調水……都屬于因勢利導,事實上并沒能增加水的總量,只是改變了水的去向。向海水要淡水,則是另辟蹊徑的一種增量方法。

這件事情,人類已經想了幾百年。不過,現代意義上的海水淡化,距今不到百年。

歷經多年發展,我國海水淡化技術達到什么水平、大規模發展的路徑在哪里?海水淡化技術對于破解水危機的現實意義如何?公眾關切的飲水健康、生態影響等問題,事實如何?

近日,浙江杭州水處理技術研究開發中心總工程師楊波、中國海洋大學化學化工學院副教授徐佳接受了《中國自然資源報》記者采訪,講述海水淡化如何“解渴”。

困惑,守著大海竟然缺水?

楊波對世界和我國的淡水資源情況做了簡單科普。

地球表面70%被水覆蓋,但淡水資源僅占總水量的2.5%,而在這極少的淡水資源中,又有70%以上被凍結在南極和北極的冰蓋中,加上高山冰川和永凍積雪,有87%的淡水資源難以被利用。人類真正能夠利用的淡水資源是江河湖泊和地下水中的一部分,約占地球總水量的0.26%。預計到2025年,世界上將會有30億人面臨缺水,40多個國家和地區淡水供應將嚴重不足。

水危機雖然已經是全球性的問題,但在不同區域,按照缺水程度的不同,分為極度、重度、中度、輕度等狀況。

我國人均水資源量為2200立方米,僅為世界平均水平的1/4,是世界上人均水資源最貧乏的國家之一。人多水少、時空不均是我國的基本水情。在北方和西部內陸地區,主要以資源性缺水為主,在南方和東部沿海地區,主要以水質性缺水為主。水資源供需矛盾已成為制約我國社會經濟可持續發展的主要瓶頸。

沿海地區是我國經濟最發達的地區,水資源使用量大,這已造成地下水的過度開采。據全國的專項調研:我國11個沿海?。ㄗ灾螀^、直轄市)所轄的52個沿海城市中,極度缺水的有18個、重度缺水的有10個、中度缺水的有9個、輕度缺水的有9個,近90%的城市存在不同程度缺水問題。

今年年初,因降雨偏少,全國沿海城市出現缺水,被稱為“江南水鄉”的浙江沿海地市用水紛紛告急,如浙江寧波多地有的間歇供水,有的限量供水,農村部分地方甚至需要靠消防人員運水進村。

“海水淡化水作為穩定、優質的增量水源,具有不移民、不受氣候影響等特點。其技術還可拓展應用于苦咸水淡化、廢水資源化、水生態修復、水環境治理和飲水安全保障等領域,具有良好的社會、經濟和生態效益?!毙旒颜f。

好奇,咸海水怎樣能變淡水?

隨著經濟社會不斷發展,淡水資源就只能等著被消耗殆盡嗎?海水淡化水作為增量水源可以作為解決方案嗎?

“要回答這個問題,我們首先要了解海水淡化到底是一種什么樣的技術?!睏畈ń忉?,目前已經成熟的技術可大致歸為兩類——“熱法”和“膜法”。

熱法海水淡化原理示意圖。馬嘉悅 制圖


  • “熱法”是最古老的海水淡化技術?!盁岱ā被究梢岳斫鉃榇笞匀恢械乃h:海水蒸發到空氣中,凝結成水,再降落……海水淡化技術中的“熱法”正是通過熱能將海水蒸發,最后形成純凈水。隨著科技進步,人們不斷地從節能降耗和便于規?;玫慕嵌?,對熱法海水淡化技術、設備進行改進,演變成了今天工業化應用的“多級閃蒸”和“低溫多效”海水淡化技術。在熱法海水淡化技術中,“低溫多效”工藝由于制水能耗相對較低而得到廣泛應用。

這也是為什么許多海水淡化廠與電廠聯建的原因——發電廠利用海水冷卻,同時產生海水淡化水。這樣既節約生產所消耗的淡水,也利用了原本會浪費掉的熱能。

膜法海水淡化原理示意圖。馬嘉悅 制圖


  • “膜法”也可以簡單理解為通過壓力讓海水透過一層層膜,過濾雜質,得到淡水。

用什么樣的設備?壓力來自哪里?什么樣的膜更加經濟實惠?這便是科研人員們孜孜以求的目標。

廣泛意義上的膜法海水淡化技術還包括采用離子交換膜的電滲析技術。它是一種以電場為驅動力的海水淡化技術,在靜電場的作用下,海水中的離子通過定向遷移,從而實現海水脫鹽的過程。

從實際應用看,“反滲透法”工藝設備簡單、建設規模靈活,運行能耗和設備投資相對較小,應用廣泛。世界上近70%的海水淡化裝置采用了反滲透技術。我國已建和在建的海水淡化裝置采用反滲透法的裝機容量約占全國海水淡化總容量的65%。

浙江舟山石化海水淡化裝置。浙江杭州水處理技術研究開發中心 供圖

我國已成為世界上掌握海水淡化核心技術的少數國家之一,在國際上享有較高的知名度,國外公司紛紛與我國企業開展海水淡化領域的合作。通過近幾年的快速發展,我國培育了一批躋身世界先進水平的海水淡化龍頭企業,如浙江杭州水處理中心是已被國際脫鹽組織列入前十的海水淡化企業,大幅提升了國際海水淡化市場競爭能力。目前,由我國自主設計開發的海水淡化技術和裝備已出口至中東和東南亞國家及地區,出口裝置總數超過了30余套。

疑問,海水淡化成本高嗎?

“我國的海水淡化產業雖然進入了產業快速成長期并呈現出了良好的發展前景,但與發達國家水平以及國內需求相比,還存在諸多差距?!睏畈ń榻B。

與此同時,一些已建成的海水淡化水廠并不能全產能投入,而只是作為枯水期的補充水使用。其原因在哪里呢?

成本,是我們聽過的最多的答案。

眾所周知,對于成本的計算,不同的統計方法會有不同的結論。

多年來,“成本太高”“用不起”是海水淡化水難入市政管網的關鍵原因。而另一種結論認為,海水淡化水一直是市場化運作,也就是說,海水淡化水沒有與常規水資源類似的補貼政策。

那么,海水淡化水的成本到底有多高,比市政用水高多少?想要弄清這個問題并不太容易。即便同樣是海水淡化水廠,不同的技術設備、工程規模、能源價格、原水水質和當地政策都極大地影響著制水成本。

有專家認為,將設備、工藝、電價等全部計算進成本的“全成本”核算的海水淡化水,與財政補貼的自來水、南水北調水來對比價格,是一種“不公平對比”。這也造成了對海水淡化成本高的誤解。

“想要不斷地降低海水淡化水成本,直至人們‘用得起’‘愿意用’,還需要‘兩條腿’走路?!睏畈ㄕJ為,“在不考慮政策激勵因素的情況下,依靠技術進步和規?;膽脕斫档统杀臼亲顬榉e極的辦法?!?/p>

楊波介紹,目前就反滲透法而言,每噸水的制水成本大概為3元/噸~4元/噸,若加上設備投資折舊、銀行貸款利息等,綜合成本可以控制在5元/噸以內。

“這已和我國部分水資源緊缺的城市自來水價格接近?!睏畈ń榻B,采用低溫多效工藝的淡化制水成本會略高一些。相比之下,反滲透海水淡化工藝在能耗和制水價格成本等方面還是具有較為明顯的優勢。隨著我國海水淡化技術、設備國產化率的進一步提高和成熟,工程規模的擴大,制水成本仍有下浮空間。

關心,飲用海水淡化水安全嗎?

除了經濟賬,關于海水淡化,公眾的關注點聚焦在飲水安全上。長期飲用海水淡化水對人的健康有無影響?海水淡化后產生的濃鹽水對生態環境有無影響?

“我國已有二十幾年的飲用海水淡化水歷史,疾控部門也做過十年跟蹤,沒發現對人體健康產生什么樣的影響。在中東,飲用海水淡化水的歷史更長?!睏畈ń榻B。

據悉,全球海水淡化水用于市政供水已有50余年歷史,有3億多人長期飲用,其安全性已得到長期實踐證明。

國際上海水淡化水作為飲用水的標準一般采用生活飲用水標準,如世界衛生組織的《飲用水水質導則》、歐盟的《飲用水水質指令》、美國的《飲用水水質標準》等。作為優質水源的海水淡化水,其水質指標完全符合以上水質標準。

熱法海水淡化水水質均優于我國《生活飲用水衛生標準》;膜法海水淡化水經二級反滲透后,水質完全符合相關標準要求。

對于濃鹽水排海的影響,楊波介紹,海水淡化每生產1噸淡水,將產生1.5噸左右的濃海水,其鹽度為原海水的1.6倍~1.8倍。一般濃海水排海只要通過適當的擴散器處理,在半徑幾米或十幾米的范圍內就可以稀釋到原海水濃度,不會對生態環境產生不良影響。但在相對封閉或海水循環能力較差的區域,隨著海水淡化規模的越來越大,需要考慮更有效的擴散系統。

“在你的水井干涸之前,你是不會惦記水的?!边@是鮑勃·馬利的一句名言。

楊波說:“我們希望通過媒體的傳播,讓更多的人意識到水安全的形勢,了解海水淡化技術,破除認識上的一些誤區?!?/p>

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