缺水，是首都北京乃至整個(gè)京津冀共同面對(duì)的重大生態(tài)難題。即使南水北調(diào)中線(xiàn)和東線(xiàn)正式供水后，區(qū)域水資源缺口仍然巨大。“雖然海水淡化技術(shù)已經(jīng)比較成熟，但相對(duì)于大部分城市的自來(lái)水價(jià)格，海水淡化成本仍然偏高。”近日，中國(guó)工程院院士王浩坦言，海水淡化產(chǎn)業(yè)化發(fā)展面臨諸多困難，需要政府全方位扶持和培育。
海水淡化為京津冀“水困”破題
缺水，是首都北京乃至整個(gè)京津冀共同面對(duì)的重大生態(tài)難題。即使南水北調(diào)中線(xiàn)和東線(xiàn)正式供水后，區(qū)域水資源缺口仍然巨大，海水淡化成為首都破解“水困”必須考慮的遠(yuǎn)期方略之一。吹沙填海造就的曹妃甸工業(yè)區(qū)，有北京企業(yè)布局的兩座日產(chǎn)5萬(wàn)立方米海水淡化工程，一座為北京控股的“膜法”項(xiàng)目，一座是首鋼集團(tuán)的“熱法”項(xiàng)目。
北京控股旗下的曹妃甸海水淡化廠，用“膜法”日產(chǎn)5萬(wàn)噸淡化海水，已向島上的企業(yè)供應(yīng)淡水，并同時(shí)接入了曹妃甸市政管網(wǎng)。這一項(xiàng)目使用當(dāng)?shù)責(zé)犭姀S或火電廠的余熱作為能源來(lái)源，排放的濃鹽水則全部出售給附近的鹽化工企業(yè)和鹽場(chǎng)。
中關(guān)村管委會(huì)表示，日產(chǎn)淡水1000立方米的海水淡化（膜法）示范項(xiàng)目，日前順利通過(guò)由北京節(jié)能環(huán)保中心組織的專(zhuān)家組驗(yàn)證，意味著國(guó)產(chǎn)“膜法”海水淡化技術(shù)和整體解決方案獲得關(guān)鍵性突破，打破了國(guó)外技術(shù)的壟斷。
某知名環(huán)保企業(yè)董事長(zhǎng)朱榮輝介紹，“膜法”海水淡化過(guò)程，跟做豆?jié){原理相似。“海水中需要提取出的淡水就好比豆?jié){，多余的鹽分和雜質(zhì)則好比豆渣。”要想讓淡水從納米級(jí)的膜組小孔中“擠”出，需要用高壓泵給海水施加巨大的壓力。國(guó)產(chǎn)化設(shè)備的關(guān)鍵創(chuàng)新，就在加壓和能量回收裝置上。朱榮輝說(shuō)，對(duì)海水的加壓和能量回收再利用，能夠?qū)崿F(xiàn)處理每立方米淡水耗能僅2.1度電，而成熟的進(jìn)口技術(shù)也要2.6度電。
同樣在曹妃甸，首鋼京唐公司的“熱法”海水淡化項(xiàng)目2013年產(chǎn)水占企業(yè)新水補(bǔ)充量的54.27%，淡化水成本已接近城市自來(lái)水價(jià)格。技術(shù)人員介紹，由于加熱使水蒸氣和原海水含鹽物質(zhì)分離，海水水質(zhì)不影響蒸餾水水質(zhì)。
瞄準(zhǔn)“循環(huán)經(jīng)濟(jì)”，首鋼首創(chuàng)了海水淡化前置發(fā)電技術(shù)：在制水過(guò)程前，能源用于發(fā)電，發(fā)電后產(chǎn)生的余熱直接參與制水，實(shí)現(xiàn)了能源梯級(jí)利用，直接降低成本。此前，生產(chǎn)一立方米的淡化海水，成本高于10元，而通過(guò)前置發(fā)電環(huán)節(jié)，成本可以降低到6元。海水淡化產(chǎn)生的濃鹽水，銷(xiāo)售給鹽化工企業(yè)，進(jìn)一步降低淡化成本。首鋼總公司董事長(zhǎng)靳偉說(shuō)，京唐公司的海水淡化項(xiàng)目，按照規(guī)劃將來(lái)年供水可達(dá)13億立方米，相當(dāng)于南水北調(diào)一期工程向北京的供水量。
據(jù)悉，根據(jù)京唐公司的海水綜合利用總體規(guī)劃，未來(lái)，項(xiàng)目建設(shè)二期后，將達(dá)到日產(chǎn)淡水20萬(wàn)立方米，實(shí)現(xiàn)外購(gòu)新水為零；通過(guò)三期、四期建設(shè)，將達(dá)到日產(chǎn)280萬(wàn)立方米，向北京及周邊城市供水。
亟待政府全方位扶持
“雖然海水淡化技術(shù)已經(jīng)比較成熟，但相對(duì)于大部分城市的自來(lái)水價(jià)格，海水淡化成本仍然偏高。”近日，在河北省科協(xié)年會(huì)暨滄州渤海新區(qū)人才項(xiàng)目洽談對(duì)接會(huì)上，中國(guó)工程院院士、流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任王浩坦言，海水淡化產(chǎn)業(yè)化發(fā)展面臨諸多困難，需要政府全方位扶持和培育。
“我國(guó)研究海水淡化技術(shù)起步較早，目前初步形成了南、北兩大技術(shù)中心。”王浩表示，1972年，國(guó)家海洋局在杭州第二海洋研究所成立了海水淡化研究室，現(xiàn)為杭州水處理技術(shù)開(kāi)發(fā)中心，主要從事膜法淡化過(guò)程的研發(fā)；1984年，組建了國(guó)家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所，主要從事蒸餾法海水淡化過(guò)程的研發(fā)。
“經(jīng)過(guò)近40年的研發(fā)和示范，我國(guó)海水淡化技術(shù)日趨成熟。已建海水淡化裝置中，反滲透法約占總?cè)萘康?4%，蒸餾淡化法約占25%，其他海水淡化法約占1%。”王浩說(shuō)。
他表示，海水淡化一般要高于常規(guī)水資源開(kāi)發(fā)利用成本。海水淡化成本包括能源費(fèi)、藥劑費(fèi)、設(shè)備費(fèi)、管理費(fèi)等。多級(jí)閃蒸成本相對(duì)較高，反滲透技術(shù)綜合能耗最低，但反滲透膜一般五年更換一次，固定成本較高。
“應(yīng)將海水淡化水等非常規(guī)水源利用，納入國(guó)家水資源配置體系和區(qū)域水資源利用規(guī)劃。”王浩建議，從國(guó)家水安全戰(zhàn)略的高度，鼓勵(lì)火電、石油石化、化工、冶金等高用水企業(yè)布局到沿海地區(qū)。
他認(rèn)為，應(yīng)將海水淡化項(xiàng)目納入公益性工程項(xiàng)目，給予基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)資金補(bǔ)助和配套政策優(yōu)惠。
同時(shí)，對(duì)為城鎮(zhèn)生活供水的海水淡化項(xiàng)目，其建設(shè)資金應(yīng)由中央和地方財(cái)政給予補(bǔ)助；允許經(jīng)批準(zhǔn)為城鎮(zhèn)生活供水的海水淡化水優(yōu)先進(jìn)入城市自來(lái)水管網(wǎng)，對(duì)淡化水與當(dāng)?shù)刈詠?lái)水的差價(jià)財(cái)政應(yīng)予以補(bǔ)貼；海水淡化涉及的管網(wǎng)視為市政公用基礎(chǔ)設(shè)施，應(yīng)納入市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。
“影響海水淡化成本的最大因素是能源費(fèi)，要從國(guó)家水資源戰(zhàn)略和社會(huì)效益的角度，將‘水電聯(lián)產(chǎn)’政策上升到國(guó)家層面，增加‘水電聯(lián)產(chǎn)’電廠的發(fā)電靈活性，促進(jìn)海水淡化產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。”王浩說(shuō)，膜法海水淡化中，電的成本占到總成本的一半左右。同時(shí)，淡化水輸送需要另外建設(shè)輸水管網(wǎng)，世界上絕大多數(shù)地區(qū)的淡化水成本要高于傳統(tǒng)供水價(jià)格。這就需要政府給予電價(jià)、水價(jià)、稅收等特殊優(yōu)惠政策，否則海水淡化企業(yè)和設(shè)備制造企業(yè)均難以正常運(yùn)行。
在王浩看來(lái)，還應(yīng)大力發(fā)展海水淡化利用新技術(shù)。以熱膜耦合技術(shù)為例，從全球已建成的熱膜耦合項(xiàng)目來(lái)看，綜合成本較傳統(tǒng)技術(shù)低10%～15%左右。同時(shí)，正向滲透膜、電滲析、膜蒸餾等新技術(shù)和石墨烯等新膜材料快速發(fā)展，正在或?qū)⒁M(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段，這將使海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)生劃時(shí)代的變革，噸水成本將進(jìn)一步降低。
經(jīng)濟(jì)成本很難壓縮
公開(kāi)資料顯示，現(xiàn)代意義上的海水淡化技術(shù)，是在第二次世界大戰(zhàn)以后才發(fā)展起來(lái)的，彼時(shí)人類(lèi)的工農(nóng)業(yè)發(fā)展和人口增長(zhǎng)進(jìn)入快速模式，淡水供應(yīng)日漸緊張，以至于部分沿海城市也嚴(yán)重缺水。水資源危機(jī)對(duì)海水淡化提出了前所未有的需求。海水凍結(jié)法、電滲析法、蒸餾法、反滲透法等更高效的淡化技術(shù)，先后進(jìn)入規(guī)模化生產(chǎn)階段，在世界各地得到廣泛應(yīng)用。當(dāng)前居于主流的是膜技術(shù)（包括反滲透、電滲析、電去離子等）和熱技術(shù)（包括多效蒸餾和多級(jí)閃蒸等）。根據(jù)全球海水淡化數(shù)據(jù)庫(kù)統(tǒng)計(jì)，反滲透（RO）和多級(jí)閃蒸（MSF）技術(shù)設(shè)備，各占全球海水淡化裝機(jī)容量的60%和26.8%，優(yōu)勢(shì)明顯。
據(jù)國(guó)際海水淡化協(xié)會(huì)的數(shù)據(jù)顯示，截至2013年，全球的海水淡化廠超過(guò)了1.7萬(wàn)家，分布在約150個(gè)國(guó)家，3億多人部分或全部依靠淡化水滿(mǎn)足日常之需。但無(wú)論采取哪種技術(shù)，海水淡化的成本都是人類(lèi)繞不過(guò)去的一大難題。從海水中提取淡水必須消耗能源，無(wú)論這種能源通過(guò)何種方式取得。這就使得海水淡化需要付出的能耗和成本遠(yuǎn)高于處理江河湖水、地下水等水資源，但江河湖水和地下水滿(mǎn)足不了需要，這就使得一些國(guó)家和地區(qū)不得不想方設(shè)法研發(fā)海水淡化技術(shù)。據(jù)國(guó)際海水淡化協(xié)會(huì)2009年的資料，進(jìn)一步壓縮成本的空間比較有限。
海水淡化是典型的能耗密集型產(chǎn)業(yè)，有研究報(bào)告表明，海水淡化雖然是用水緊張地區(qū)的解決之道，但成本門(mén)檻限制了貧困地區(qū)、內(nèi)陸或高海拔地區(qū)采用海水淡化，可偏偏這幾類(lèi)地區(qū)淡水短缺的問(wèn)題最嚴(yán)重。例如，印度首都新德里、墨西哥城、沙特首都利雅得和津巴布韋首都哈拉雷，此類(lèi)地區(qū)的水源輸送成本高昂。
在努力壓縮成本的競(jìng)爭(zhēng)中，美國(guó)企業(yè)表現(xiàn)較為搶眼。2008年，美國(guó)福布斯網(wǎng)站披露，加州圣利安卓一家公司把淡化成本壓縮到0.46美元/噸。不過(guò)，能源價(jià)格的上升了也推高了海水淡化的成本。相關(guān)媒體曾在2007年載文稱(chēng)，美國(guó)波塞冬資源公司獲準(zhǔn)在加州圣迭戈市以北的卡爾斯巴德，建一座19萬(wàn)噸/日的飲用水淡化廠，初期成本估算很樂(lè)觀，每噸還不到0.4美元，但2012年再評(píng)估時(shí)，已經(jīng)翻了一番達(dá)每噸0.81美元。
此外，也有人在積極探索利用以風(fēng)能、太陽(yáng)能、波浪能等新能源進(jìn)行海水淡化。風(fēng)能作為技術(shù)發(fā)展最為成熟、產(chǎn)業(yè)化程度最高的可再生能源技術(shù)，是驅(qū)動(dòng)海水淡化作業(yè)的理想能源。
同時(shí)，在利用太陽(yáng)能的光效應(yīng)和熱效應(yīng)進(jìn)行海水淡化方面，國(guó)內(nèi)外也做了很多有益的嘗試。1870年，第一個(gè)太陽(yáng)能蒸餾裝置專(zhuān)利在美國(guó)獲得批準(zhǔn)。1872年，瑞典工程師查爾斯·威爾遜開(kāi)始在智利的拉斯薩利納斯建造第一個(gè)太陽(yáng)能蒸餾淡化裝置，每天生產(chǎn)淡化水22.7噸，供礦山工人使用，這套裝置持續(xù)運(yùn)行了40年。20世紀(jì)六七十年代，希臘在幾個(gè)海島上建設(shè)了太陽(yáng)能蒸餾淡化廠，淡化能力為2000噸/日至8500噸/日，證明了太陽(yáng)能淡化在海島上的適用性
眾多業(yè)內(nèi)人士指出，盡管新能源海水淡化有著環(huán)保上的突出優(yōu)勢(shì)，前景誘人，但是穩(wěn)定性、能源轉(zhuǎn)化率和成本上的缺陷，限制了商業(yè)化發(fā)展，使其長(zhǎng)期以來(lái)走不出“高貴冷艷”的小眾局面。
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