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海水淡化“好喝”吗?

从大禹治水,到南水北调,治水之道早已成为人类文明的重要内容,见证着人与水的生死与共。

如果将治水的方式做一个区分,那么建坝开渠、蓄水调水……都属于因势利导,事实上并没能增加水的总量,只是改变了水的去向。向海水要淡水,则是另辟蹊径的一种增量方法。

这件事情,人类已经想了几百年。不过,现代意义上的海水淡化,距今不到百年。

历经多年发展,我国海水淡化技术达到什么水平、大规模发展的路径在哪里?海水淡化技术对于破解水危机的现实意义如何?公众关切的饮水健康、生态影响等问题,事实如何?

近日,浙江杭州水处理技术研究开发中心总工程师杨波、中国海洋大学化学化工学院副教授徐佳接受了《中国自然资源报》记者采访,讲述海水淡化如何“解渴”。

困惑,守着大海竟然缺水?

杨波对世界和我国的淡水资源情况做了简单科普。

地球表面70%被水覆盖,但淡水资源仅占总水量的2.5%,而在这极少的淡水资源中,又有70%以上被冻结在南极和北极的冰盖中,加上高山冰川和永冻积雪,有87%的淡水资源难以被利用。人类真正能够利用的淡水资源是江河湖泊和地下水中的一部分,约占地球总水量的0.26%。预计到2025年,世界上将会有30亿人面临缺水,40多个国家和地区淡水供应将严重不足。

水危机虽然已经是全球性的问题,但在不同区域,按照缺水程度的不同,分为极度、重度、中度、轻度等状况。

我国人均水资源量为2200立方米,仅为世界平均水平的1/4,是世界上人均水资源最贫乏的国家之一。人多水少、时空不均是我国的基本水情。在北方和西部内陆地区,主要以资源性缺水为主,在南方和东部沿海地区,主要以水质性缺水为主。水资源供需矛盾已成为制约我国社会经济可持续发展的主要瓶颈。

沿海地区是我国经济最发达的地区,水资源使用量大,这已造成地下水的过度开采。据全国的专项调研:我国11个沿海省(自治区、直辖市)所辖的52个沿海城市中,极度缺水的有18个、重度缺水的有10个、中度缺水的有9个、轻度缺水的有9个,近90%的城市存在不同程度缺水问题。

今年年初,因降雨偏少,全国沿海城市出现缺水,被称为“江南水乡”的浙江沿海地市用水纷纷告急,如浙江宁波多地有的间歇供水,有的限量供水,农村部分地方甚至需要靠消防人员运水进村。

“海水淡化水作为稳定、优质的增量水源,具有不移民、不受气候影响等特点。其技术还可拓展应用于苦咸水淡化、废水资源化、水生态修复、水环境治理和饮水安全保障等领域,具有良好的社会、经济和生态效益。”徐佳说。

好奇,咸海水怎样能变淡水?

随着经济社会不断发展,淡水资源就只能等着被消耗殆尽吗?海水淡化水作为增量水源可以作为解决方案吗?

“要回答这个问题,我们首先要了解海水淡化到底是一种什么样的技术。”杨波解释,目前已经成熟的技术可大致归为两类——“热法”和“膜法”。

热法海水淡化原理示意图。马嘉悦 制图

  • “热法”是最古老的海水淡化技术。“热法”基本可以理解为大自然中的水循环:海水蒸发到空气中,凝结成水,再降落……海水淡化技术中的“热法”正是通过热能将海水蒸发,最后形成纯净水。随着科技进步,人们不断地从节能降耗和便于规模化利用的角度,对热法海水淡化技术、设备进行改进,演变成了今天工业化应用的“多级闪蒸”和“低温多效”海水淡化技术。在热法海水淡化技术中,“低温多效”工艺由于制水能耗相对较低而得到广泛应用。

这也是为什么许多海水淡化厂与电厂联建的原因——发电厂利用海水冷却,同时产生海水淡化水。这样既节约生产所消耗的淡水,也利用了原本会浪费掉的热能。

膜法海水淡化原理示意图。马嘉悦 制图

  • “膜法”也可以简单理解为通过压力让海水透过一层层膜,过滤杂质,得到淡水。

用什么样的设备?压力来自哪里?什么样的膜更加经济实惠?这便是科研人员们孜孜以求的目标。

广泛意义上的膜法海水淡化技术还包括采用离子交换膜的电渗析技术。它是一种以电场为驱动力的海水淡化技术,在静电场的作用下,海水中的离子通过定向迁移,从而实现海水脱盐的过程。

从实际应用看,“反渗透法”工艺设备简单、建设规模灵活,运行能耗和设备投资相对较小,应用广泛。世界上近70%的海水淡化装置采用了反渗透技术。我国已建和在建的海水淡化装置采用反渗透法的装机容量约占全国海水淡化总容量的65%。

浙江舟山石化海水淡化装置。浙江杭州水处理技术研究开发中心 供图

我国已成为世界上掌握海水淡化核心技术的少数国家之一,在国际上享有较高的知名度,国外公司纷纷与我国企业开展海水淡化领域的合作。通过近几年的快速发展,我国培育了一批跻身世界先进水平的海水淡化龙头企业,如浙江杭州水处理中心是已被国际脱盐组织列入前十的海水淡化企业,大幅提升了国际海水淡化市场竞争能力。目前,由我国自主设计开发的海水淡化技术和装备已出口至中东和东南亚国家及地区,出口装置总数超过了30余套。

疑问,海水淡化成本高吗?

“我国的海水淡化产业虽然进入了产业快速成长期并呈现出了良好的发展前景,但与发达国家水平以及国内需求相比,还存在诸多差距。”杨波介绍。

与此同时,一些已建成的海水淡化水厂并不能全产能投入,而只是作为枯水期的补充水使用。其原因在哪里呢?

成本,是我们听过的最多的答案。

众所周知,对于成本的计算,不同的统计方法会有不同的结论。

多年来,“成本太高”“用不起”是海水淡化水难入市政管网的关键原因。而另一种结论认为,海水淡化水一直是市场化运作,也就是说,海水淡化水没有与常规水资源类似的补贴政策。

那么,海水淡化水的成本到底有多高,比市政用水高多少?想要弄清这个问题并不太容易。即便同样是海水淡化水厂,不同的技术设备、工程规模、能源价格、原水水质和当地政策都极大地影响着制水成本。

有专家认为,将设备、工艺、电价等全部计算进成本的“全成本”核算的海水淡化水,与财政补贴的自来水、南水北调水来对比价格,是一种“不公平对比”。这也造成了对海水淡化成本高的误解。

“想要不断地降低海水淡化水成本,直至人们‘用得起’‘愿意用’,还需要‘两条腿’走路。”杨波认为,“在不考虑政策激励因素的情况下,依靠技术进步和规模化的应用来降低成本是最为积极的办法。”

杨波介绍,目前就反渗透法而言,每吨水的制水成本大概为3元/吨~4元/吨,若加上设备投资折旧、银行贷款利息等,综合成本可以控制在5元/吨以内。

“这已和我国部分水资源紧缺的城市自来水价格接近。”杨波介绍,采用低温多效工艺的淡化制水成本会略高一些。相比之下,反渗透海水淡化工艺在能耗和制水价格成本等方面还是具有较为明显的优势。随着我国海水淡化技术、设备国产化率的进一步提高和成熟,工程规模的扩大,制水成本仍有下浮空间。

关心,饮用海水淡化水安全吗?

除了经济账,关于海水淡化,公众的关注点聚焦在饮水安全上。长期饮用海水淡化水对人的健康有无影响?海水淡化后产生的浓盐水对生态环境有无影响?

“我国已有二十几年的饮用海水淡化水历史,疾控部门也做过十年跟踪,没发现对人体健康产生什么样的影响。在中东,饮用海水淡化水的历史更长。”杨波介绍。

据悉,全球海水淡化水用于市政供水已有50余年历史,有3亿多人长期饮用,其安全性已得到长期实践证明。

国际上海水淡化水作为饮用水的标准一般采用生活饮用水标准,如世界卫生组织的《饮用水水质导则》、欧盟的《饮用水水质指令》、美国的《饮用水水质标准》等。作为优质水源的海水淡化水,其水质指标完全符合以上水质标准。

热法海水淡化水水质均优于我国《生活饮用水卫生标准》;膜法海水淡化水经二级反渗透后,水质完全符合相关标准要求。

对于浓盐水排海的影响,杨波介绍,海水淡化每生产1吨淡水,将产生1.5吨左右的浓海水,其盐度为原海水的1.6倍~1.8倍。一般浓海水排海只要通过适当的扩散器处理,在半径几米或十几米的范围内就可以稀释到原海水浓度,不会对生态环境产生不良影响。但在相对封闭或海水循环能力较差的区域,随着海水淡化规模的越来越大,需要考虑更有效的扩散系统。

“在你的水井干涸之前,你是不会惦记水的。”这是鲍勃·马利的一句名言。

杨波说:“我们希望通过媒体的传播,让更多的人意识到水安全的形势,了解海水淡化技术,破除认识上的一些误区。”