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挖掘中国海水淡化的潜力--中国海水淡化之路

作者:郑根江 文章来源:杭州水处理技术研究开发中心有限公司  点击数:3516  发布时间:2013-04-01


“中国的海水淡化事业已经有了一定的基础,并具备了腾飞的条件,我们有充分的理由相信,在国家政府的重视和支持下,在一大批致力海水淡化事业的科学技术人才和企业的辛勤努力下,中国的海水淡化之路必将越走越宽阔,前景将无限美好。”  
——郑根江,杭州水处理技术研究开发中心有限公司董事长,国务院特殊津贴专家

随着中国供水需求急剧增长,水处理和海水淡化将在供水保障中发挥越来越重要的作用,海水淡化已成为许多中国科研机构的研究重点。根据2005年7月份国家发改委、国家海洋局、财政部联合发布的《海水利用专项规划》提出了2010和2020年海水利用的纲领性目标:2010年,我国海水淡化能力目标是达到80~100万m3/d,海水直接利用能力达到550亿m3/a,海水利用对解决沿海地区缺水问题的贡献率达到16%~24%,并实现海水利用产业国产化率达60%以上。2020年,目标是我国海水淡化能力达到250~300万m3/d,海水直接利用能力达到1000亿m3/a,海水利用对解决沿海地区缺水问题的贡献率达到26%~37%。并实现海水利用(特别是海水淡化)国产化率达到90%以上。

中国海水淡化历程

中国海水淡化技术是在政府支持和国家重点攻关项目驱动下发展起来的。1967~1969年全国组织海水淡化会战,同时开展了电渗析(ED)、反渗透(RO)和蒸馏多种海水淡化方法的研究。1970年,以海水淡化会战人员为主组建国家海洋局第二海洋研究所海水淡化研究室,1984年在此基础上组建杭州水处理技术研究开发中心,这是中国最早的海水淡化技术研究机构,继后,天津海水淡化与水再利用研究所、清华大学、大连理工大学等机构开展海水淡化技术研究工作。近40年来,中国的海水淡化技术及产业有了长足的发展,特别是“九五”规划以来,海水淡化技术取得了突破性进展。1997年,浙江省重大科技攻关项目“500m3/d反渗透海水淡化示范工程”在浙江省嵊泗县嵊山岛建成投产;2000年,在国家科技部重点科技攻关项目“日产千吨级反渗透海水淡化系统及工程技术开发”的支持下,先后在山东长岛、浙江嵊泗建成了1000m3/d反渗透海水淡化示范工程;2003年,国家发改委高技术产业化项目“山东荣成日产10 000吨级反渗透海水淡化示范工程”在山东荣成市建成投产;2004年,国家科技部科技攻关项目“3000m3/d低温多效海水淡化装置”在山东省青岛市黄岛电厂建成投产;2005年以来,中国的海水淡化进入了快速发展期,在5年多的时间内,国内建成了一批大型海水淡化工程,其中包括广东东莞10万m3/d亚海水淡化工程项目(为目前亚洲规模最大的亚海水淡化装置);中广核红沿河1.5万m3/d海水淡化工程项目,该项目是膜法海水淡化在核电领域中最大的应用项目之一;浙江六横10万m3/d海水淡化示范工程(一期工程于2009年投产)和天津北疆电厂100?000m3/d海水淡化工程等,均为目前全国最大的海水淡化工程项目之一;2010年河北曹妃甸5万m3/d海水淡化工程,这是我国最大的市政用水项目。至此,标志着中国的海水淡化工程技术已达到国际先进水平。


图1  嵊泗自来水公司海水淡化装置(目前总规模已达12000m3/d)

初步统计,截止2009年底,中国已建成海水淡化装置62套,日淡化海水能力接近40.88万m3,比上一年增长64%,比2007年增加一倍左右。目前建成运行的海水淡化运行装置总数为48套,占建成装置总数的80.4%,合计产水能力31.93万m3/d,占总制水能力的79.4%。

从海水淡化技术角度看,反渗透(RO)和低温多效蒸馏(MED)是国内海水淡化工程中应用最多的方法,已建成投产的海水淡化装置中,反渗透法和低温多效蒸馏法合计占了总产水量的95.16%。反渗透法,约占83.87%;低温多效蒸馏法排在第二,约占11.29%。反渗透海水淡化技术应用于市政供水具有较大优势,几乎所有用于市政供水的海水淡化系统均采用了反渗透技术。


图2  广东玖龙纸业10万吨级反渗透亚海水淡化装置

中国海水淡化市场

电厂、石化、钢铁冶金、水泥等重化工企业,在生产中需要消耗大量淡水。对于选址在海边缺水城市的重化工项目,与人争夺有限的淡水源,终将得不偿失。海水淡化处理成为国家发展战略的必然选择。国家在政策上也对海水淡化产业化推广给予支持,全球海水淡化市场以每年以20%的速度增长,预测至2020年,全球海水淡化总装机总量将达到1.19亿m3/d,市场价值预计在700亿美元以上。在中国,海水淡化需求日益扩大,根据国家《海水利用专项规划》,我国沿海地区在2010年将建成日产水量达80~100万t的海水淡化装置规模,按每吨水投资成本0.7万~0.8万元计算,需投资约56亿~80亿元;2020年将新增日产水量达180万~200万t的海水淡化装置规模,按平均投资6000元/m3计算,需投资约108万~120亿元。

膜法海水淡化技术是海水淡化的主流技术,目前,我国已建成的海水淡化装置中80%以上采用膜法,预计到2015年,国内膜法海水淡化技术将保持90%左右的比例。因此,国内膜法海水淡化市场规模约72万~90万m3/d,市场前景看好。值得一提的是,从2009年开始涌现出一批日产达10万t以上的大型海水淡化项目。随着水价进一步上涨,与海水淡化成本持平,下一步将很快进入城市管网,从而引发规模浩大的海水淡化需求。


图3 舟山六横10万吨级反渗透海水淡化

中国海水淡化发展趋势

随着中国经济社会的快速发展,沿海地区水资源供需矛盾日益突出,中国的海水淡化将持续快速发展,并呈现出以下发展趋势:

单机产能大型化

优化大型单机设计、成套、制造技术,提高单机产能,使反渗透海水淡化单机规模达到15000~20000m3/d,低温多效单机规模达到20000~25000m3/d,单机产能达到国际通用水平。

目前,以杭州水处理技术研究开发中心为主,联合国内其他科研院所正在承担国家科技工程,其中包括国产化10000m3/d反渗透海水淡化示范工程、单机产能达10000m3/d以上,这将有力推动中国海水淡化单机产能大型化的进程。


图4 辽宁红沿河核电海水淡化项目——成套反渗透装置

应用规模化

未来几年,国内沿海地区将建设一批大型海水淡化装置,包括5万吨级、10万吨级,甚至数十万吨级的海水淡化工厂,大规模应用趋势显现。

核心部件水平提高

为保障供水安全,必须解决核心部件依赖进口的状况。中国将会加强大部分制膜材料、不锈钢、耐腐蚀铝合金和钛合金管等原材料的研究。通过原材料的改性研究,提高核心部件技术水平,使海水淡化反渗透工艺和膜组器、低温多效应用的热泵等设备接近或达到世界先进水平。

配套设备国产化

至“十二五”末,海水淡化系统的关键配套设备,如反渗透膜元件、能量回收装置、高压泵、热泵、真空泵、蒸发器等,能实现国产化,使系统的国产化率由目前的40%提高到70%~85%。国产化率的提高势必将降低投资,减少运行成本,提高核心竞争力,使中国海水淡化装置的整体水平进入到国际先进行列。


图5 曹妃甸50 000m3/d海水淡化项目(中心海水淡化EPC总项目)

工艺多样化

加强技术创新和集成,根据不同的海区和用途,采用不同的淡化工艺,如常规预处理工艺、双膜法工艺,进一步开发和完善热法与膜法耦合工艺、淡化设备与核能、天然能耦合工艺等。

综上所述,中国海水淡化产业发展前景广阔,“向海洋要淡水”已经形成了方兴未艾的产业。为推动我国海水淡化和膜技术产业的进步和发展,杭州水处理技术研究开发中心作为中国海水淡化事业的开拓者,肩负着发展海水淡化产业的重任,对此,中心拟筹建国家级海水淡化基地,计划总投资6.5亿元。基地拟按照“一个主体、两个联盟”的方式组建,一个主体为杭州水处理技术研究开发中心的海水淡化研发、产品生产和系统集成;两个联盟一是以中心系统集成制造为主体,联合上游关键设备制造单位建立产业联盟;二是以中心的研发为主体,联合国内著名院校、企业共同建立技术创新联盟,力争通过5~10年的发展和创新,使我国海水淡化技术产业跨入国际先进水平。基地的发展目标为:成为国内领航、国际一流、集研发、设计、制造、集成于一体的膜工业企业。基地建成后,基地主体部分预计可实现15亿元的产值,形成的产业联盟可实现100亿元以上产值,使基地成为产品种类最多、服务功能最全、经营规模最大的国家级海水淡化和膜技术产业基地,目前已进入实质性阶段。

中国海水淡化建议

随着我国社会经济的快速发展,水资源缺乏已成为制约我国沿海地区经济社会发展的瓶颈,急需发展先进的海水淡化技术。目前,海水淡化产业发展尚处于初始阶段,还存在着一些困难,包括投资、水价等。因此,建议国家和地方应从战略高度支持该产业的发展,国内致力于海水淡化事业的科研机构、企业也应吸收发达国家经验,努力赶超国际先进水平。

相关建议如下:

参照国家公益性水利工程建设给予投资和贷款等优惠政策;

参照国家对城镇自来水供应企业的税收优惠政策,并给予电价和水价补助;

对海水淡化技术生产成套装备的企业给予减免税等;

加大技术创新投入,提高技术水平,降低投资和运行费用。

小结

近年来淡化技术已经有相当的进步,对于增加产水率、节约能源、降低结垢等有很大的改善,淡化所需之材料也易于取得,使用寿命也逐渐延长,相对单位产水价格也日渐降低。

总而言之,就是海水淡化规模愈来愈大,耗能愈来愈低,成本愈来愈合理。尤其以鼓励民间企投资兴建营运模式的推动,其成本更是具有商业化的潜力,目前全球已有30多个政府与企业共创双赢的海水淡化成功案例。

温总理在2009年底关于《让科技引领中国可持续发展》讲话中强调了以新能源、节能减排、信息技术、新材料、生物医药、空间海洋技术等战略性新兴产业将成为中国经济结构调整和再次快速发展的重要推动力。其中以海水淡化为代表的海洋产业和海洋资源利用有望在未来获得政策的大力支持,并成为新经济发展又一轮强劲动力源泉。

杭州水处理技术研究开发中心

杭州水处理技术研究开发中心(以下简称“中心”)组建于1984年,其前身是国家海洋局第二海洋研究所海水淡化研究室;2006年,根据国家科技体制改革的要求,转制进入中国化工集团蓝星总公司,成为科技型企业,专业从事液体分离膜及其水处理技术研究开发、工程咨询设计、产品生产与装备制造和总承包。中心现有职工260人,专业技术人员占70%以上,拥有工程院院士1名,享受政府特殊津贴专家10人,高级专业技术人员50人,中级专业技术人员69人,是目前我国从事膜法水处理技术研究开发最早、技术力量最强的单位之一。目前中心是国家液体分离膜工程技术研究中心、国家净水设备技术动员中心和浙江省膜技术工程研究中心的依托单位,也是中国海水淡化与水再利用学会、浙江省膜学会的挂靠单位。

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