海水淡化技术及应用：工程标准高于国际先进水平

海水淡化技术是运用科技手段除去海水中的大部分盐分，使处理后的原水变为符合规定标准的淡水的技术和过程，又称海水脱盐。淡化所用的原水主要是海水，此外还有苦咸水和废水等。海水淡化技术具有不受时空和气候影响、水质好、供水稳定等特点，主要淡化方式有两种：一种是从海水中析出各种化学元素，从而达到获取淡水的目的，如电渗析法、离子交换法和压渗法等；另一种是从海水中分离出淡水，如蒸馏法、反渗透法、水合物法、溶剂萃取法和冰冻法等。蒸馏淡化技术又分为低温多效、多级闪蒸和压汽蒸馏三种。海水淡化方法在20世纪30年代主要是采用多效蒸发法，20世纪50～80年代中期主要是多级闪蒸法，目前反渗透法海水淡化已成为发展速度最快也较适于产业化的技术。

（一）电渗析技术

电渗析海水淡化在我国起步最早，发展快，应用广，技术成熟，工艺研究达到世界先进水平。1967年已实现了苯乙烯—二乙烯苯型异相离子交换膜的连续化生产；20世纪70年代又相继进行了多种均相离子交换膜的研制和中试放大；至80年代，全国从事离子交换膜科研和生产的单位分别有16家和12家之多，研制的膜品种43个，商品化生产的品种12个，最高年产销量达30万m3，仅次于全球产量之冠的日本。

从钛涂钌电极、大尺寸薄隔板到大型膜堆及本体的研制和生产，电渗析器件的研制也相当活跃，全国曾有从事电渗析工艺技术研究、设计的单位25家，器件生产厂28家，年产销量达1500台以上。从水力学参数设计到频繁倒极工艺和EDI技术的开发都取得了显著的成绩。电渗析技术在国内的应用以工业工艺用水为主，占80％以上，其次是废水处理和海水、苦咸水淡化供饮用。

早在1982年，日产200m3级海水淡化装置已在西沙群岛的永兴岛启用，其规模为亚洲之最，从海水（含盐量34000mg/L）脱盐至饮用水要求（含盐量500mg/L）电耗为16kW·h/m3，淡水成本是船运淡水成本的1/4。1985年和1987年又分别在番禺县新垦镇和长岛县大钦岛建造了供岛上居民饮水的两套电渗析淡化设施。新垦镇装置的原水为半海水，最高含盐量为19700mg/L，日产淡水200m3，四级四段组装；大钦岛装置的原水为地下苦咸水，含盐量最高约为6000mg/L，产量为2.5m3/d，工程造价约13万元，能耗5.0kW·h/m3，采用部分循环工艺流程，共二级四段串联运行。目前共有20多套电渗析苦咸水淡化车正广泛地在新疆沙漠地区推广使用。

（二）蒸馏技术

蒸馏法海水淡化试验研究从1964年开始，百吨级多效多级和多级闪蒸两套海水淡化装置早在1971年和1981年分别通过鉴定，日产5～50m3级不同规格的多级闪蒸及压汽式陆用和船用蒸馏淡化装置已在工厂系列化生产，并有300多台（套）在船上应用。1993年国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所为辽宁省长海县研制了陆用常压压汽式蒸馏法海水淡化装置，该装置产水量30m3/d。

经过多年研究和试验，目前基础和配套技术已有很大提高，材料、防腐、阻垢等关键技术已初步解决，造水能耗大约为16kW·h/m3左右。

在与热电厂结合造水方面，天津大港电厂1988年从国外引进了两台日产淡水均为3000多m3的长管式多级闪蒸法设备，是全国当时规模最大、生产量最高的蒸馏法海水淡化装置。1997年我国自行设计开发成功一套短管式多级闪蒸装置，规模为1200m3/d，运转正常。又于2001年和2002年分别建成一定规模的饮用纯净水生产线和可供千户居民家庭生活用水的海水淡化供水系统。

太阳能蒸馏海水淡化技术的开发研究从20世纪70年代中期开始，初期在甘肃省苦咸水地区试验，接着由中国科学院广州能源所在南海蜈岐州岛和西沙中建岛为解决当地军民用水问题而研制并建立了两台顶棚式直接蒸发装置。80年代末我国又在浙江省嵊泗岛建成一台设备完善、性能良好的装置。目前，对集热器和顶棚设计等关键性技术问题的研究仍在不断深入。(www.xing528.com)

（三）反渗透技术

反渗透技术研究从1967年开始，先后开发成功板框式、卷式、管式和中空纤维型等多种类型膜件和装置，日产5m3、10m3的苦咸水淡化器和日产1m3和2～3m3海水淡化器也通过了技术鉴定。1973年，中国科学院大连化学物理研究所组装了芳香聚酰胺膜海水淡化反渗透装置，短期性能测试表明，其脱盐率可达99％，操作压力7.0MPa，但因膜材料性能未过关，未能继续使用。

近10年来，反渗透技术在我国后来居上，发展很快，除在工业和医药等行业中常用于制备纯水和高纯水及在饮水行业中生产纯净水外，已成为海水淡化的主流技术。1997年10月16日，国家海洋局杭州水处理技术开发中心在浙江省舟山市嵊泗县的嵊山岛上建成了我国第一座日产500m3级海水淡化站，可将矿化度为26780mg/L的海水淡化至163mg/L，水质优于国家饮用水标准。工程总投资616万元，其中土建140.0万元、取水设备16.0万元、前处理设备52.6万元、反渗透设备176.5万元。为了降低能耗，工程系统中首次采用能量回收装置（投资28.4万元），使单位电耗降低约30％，保证生产电耗低于5.5kW·h/m3，造水总成本为每吨6.15元。工程的技术和经济指标达到了国际先进水平。继嵊山岛工程后，杭州水处理技术开发中心又在马迹山（1999年，200m3/d）、长岛（2000年，1000m3/d）、嵊泗（2000年，1000m3/d）、小钦岛（2000年，75m3/d）等地投建海水淡化工程，吨水电耗分别是6.0kW·h、4.2kW·h、4.2kW·h和4.0kW·h。其中，长岛和嵊泗项目是我国第一批自行设计、建造的日产千吨级反渗透海水淡化示范工程，从系统工艺和淡化装置的最佳化设计，到关键设备和配套设施的优化选型及研制，从国情出发，既体现了工程技术的科学性和先进性，又顾及了工程建设的实用性和经济性。而且首次在国内使用压力交换式能量回收装置，使淡化能耗低于3.0kW·h/m3，含海水取集和前处理的总能耗也仅在4.5kW·h/m3以内，工程技术和经济指标均达到国际先进水平。两项工程经费投入共1500万元左右。项目的实施标志着中国反渗透海水淡化，无论工程规模、技术含量还是能耗水平都进入了一个新的发展阶段。

河北省沧州黄骅市的淡化装置作为该地年产23万t PVC生产系统的配套工程，利用深50～250m、平均含盐量约13000mg/L的浅层地下水（属高浓度苦咸水或亚海水），通过前处理和反渗透技术制取淡水18000m3/d。这是中国乃至东南亚地区最大的半海水（苦咸水）淡化工程，该工程的技术指标是：反渗透系统脱盐率不小于98.6％，回收率不小于75％，耗电量不大于2.75kW·h/m3，总固溶不大于500mg/L。工程首次大规模采用国产反渗透复合膜，以1050支8寸膜组件组装，由玉柴机器集团绿源环境工程有限公司中标承建，2000年4月组装，9月开始供水，运行至今性能稳定，属于国内领先水平。除沧州这一项目外，另一套日产3000m3苦咸水淡化工程也正在筹建中。

大连市为解决沿海岛屿居民吃水难的问题，于2000年在长海县的大长山岛和獐子岛投资建成日产分别为1000m3和2×500m3级海水淡化装置，运行良好，每吨水成本约为8元。大连市华能电厂于2001年投资1800万元建成了日产2000m3海水淡化装置，已于2001年12月投产，每吨水成本为3.8元。2001年2月，由上海半岛水处理有限公司设计的2500m3/d反渗透海水淡化装置在威海电厂投产。目前，全国包括引进系统在内的反渗透海水、苦咸水（半海水）淡化产量估计日产达37000m3以上。

（四）冷冻技术

海水三相点是使海水气、液、固三相共存并达到平衡的一个特殊点。若压力或温度偏离该三相点，平衡被破坏，三相会自动趋于一相或两相。真空冷冻法海水淡化正是利用海水的三相点原理，以水自身为制冷剂，使海水同时蒸发与结冰，冰晶再经分离、洗涤而得到淡化水的一种低成本的淡化方法。与蒸馏法、膜法相比，冷冻法能耗低，腐蚀、结垢轻，前处理简单，设备投资小，并可处理高含盐量的海水，是一种较理想的海水淡化法。国外早在20世纪60年代就已开始研究，但目前尚没有商业化，主要原因在于过程中产生的三相点蒸汽难以去除和冰晶的输送、洗涤较难。我国华东理工大学研究开发的真空冷冻—气相冷凝海水淡化技术采用低温金属表面，使三相点蒸汽直接冷凝成冰的方法，成功地解决了蒸汽的去除问题，并在实验室完成了小型试验装置。真空冷冻—气相冷凝海水淡化技术工艺包括脱气、预冷、蒸发结晶、冰晶洗涤、蒸汽冷凝等步骤，淡化水产品可达到国家饮用水标准。

中国是继美国、日本之后世界上少数几个掌握海水淡化先进技术的国家之一，在电渗析海水淡化、反渗透海水淡化和蒸馏法海水淡化技术的研究开发方面取得长足进展，经过工程实践已经拥有较为丰富的淡化技术。山东省长岛县日产千吨级海水淡化装置，是我国首座用于居民供水的反渗透海水淡化装置，使我国海水淡化开始走向产业化和民用化；而荣成市石岛万吨级海水淡化项目的投产，则表明我国反渗透海水淡化的工程技术水平已达到了国际先进水平。

近年来，随着海水淡化技术的发展，我国已具备了万吨级海水淡化的设计和工程能力，技术经济指标达到同等规模的世界先进水平，设备制造成本比国外至少低30％，在国际市场上具有很强的价格竞争能力。每吨海水淡化水成本已降至5元左右，低于远程调水成本（南水北调直接成本在5元/m3以上），具备了产业化发展的基本条件。全国各类海水淡化装置日产淡水1.66万m3，仅山东省海水淡化装置日产淡水就达9500m3，海水淡化日产水量占全国总量的57％，设备装置总量和技术水平居全国前列。