中國海水淡化的前世今生

1 水資源缺乏——中國的難題

根據政府間氣候變化專門委員會（IPCC）的說法，大量證據表明氣候系統(tǒng)變暖是毫無疑問的。目前全球平均溫度比一個世紀前高了0.74℃。而這個微小的變化足以改變世界的許多地區(qū)降雨強度和持續(xù)時間，引發(fā)更多的干旱。

隨著全球氣溫升高，飲用水和灌溉用水的需求量都將增加。在20世紀，人類對淡水的消耗增加了9倍，而以前由雨水自然灌溉的農作物則需要采用人工灌溉。

據世界衛(wèi)生組織估計，目前有超過20億人得不到生活所需的干凈淡水，這也是導致每年200萬人死亡的間接原因，而這些人很多卻都生活在具有漫長海岸線的國家。

中國水資源的時空分布很不均勻，就空間分布來說，長江流域及其以南地區(qū)，水資源約占全國水資源總量的80％，但耕地面積僅為全國的36％左右，黃河、淮河、海河流域，水資源只有全國的8％，而耕地則占全國的40％。

中國用全球7％的水資源養(yǎng)活了占全球21％的人口，據有關部門預測，中國缺水的高峰將在2030年出現，那時人口將達到16億，全國實際可利用水資源量接近合理利用水量上限，水資源開發(fā)難度極大，若不采取有效措施，屆時因缺水造成的損失將更加巨大。

2 中國海水淡化的發(fā)展歷程

1920年前后，中國在山東省威海市劉公島上已有了一座海水淡化蒸餾塔。蒸餾塔占地612平方米，與1560年突尼斯陸基海水淡化廠和1872年智利出現的世界上第一臺太陽能海水淡化裝置隸屬同原理基礎蒸餾海水淡化項目。

1958年，國家海洋局第二海洋研究所首先在我國開展離子交換膜電滲析海水淡化的研究。

1965年，山東海洋學院在國內最先進行反滲透CA不對稱膜的研究。

1970年，海水淡化會戰(zhàn)主力匯集杭州，組織了全國第一個海水淡化研究室。

1981年，第一個日產200噸的電滲析海水淡化站在西沙群島建成。

1982年，中國海水淡化與水再利用學會經中科協(xié)學會部批準在杭州水處理技術研究開發(fā)中心成立。

1984年，國家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所成立，開始蒸餾法海水淡化裝置研究。

1985年1月16日，我國第一座海水淡化工廠在西沙群島永興島建成投產。

1987年，大港電廠從美國引進2套3000m3/dMSF海水淡化裝置，與離子交換法結合，解決鍋爐補給水的供應。

1997年，我國第一套500m3/d反滲透海水淡化裝置在浙江舟山嵊山縣投產建成，開創(chuàng)了國內海水淡化規(guī)?；瘧玫臍v史先河。

2000年，河北滄州建設18000m3/d反滲透苦咸水淡化廠。

2003年，山東榮成建成萬噸級反滲透海水淡化示范工程；同年，河北黃燁發(fā)電廠引進20000m3/d多效蒸餾海水淡化裝置。

2004年，我國首臺我國自主知識產權的3000m3/d低溫多效蒸餾海水淡化工程在山東黃島。

2005年，《海水利用專項規(guī)劃》作為第一個指導性綱領文件正式發(fā)布。

2016年12月28日國家發(fā)展改革委、國家海洋局共同出臺《全國海水利用“十三五”規(guī)劃》，規(guī)劃中明確提出：“以水定產、以水定城”和“推動海水淡化規(guī)模化應用”，推動海水利用技術應用于西部苦咸水地區(qū)，促進海水利用走進“一帶一路”沿線國家。到2020年，全國海水淡化總規(guī)模達到220萬噸/日以上，沿海城市新增海水淡化規(guī)模105萬噸/日以上，海島地區(qū)新增海水淡化規(guī)模14萬噸/日以上。

3 中國海水淡化的現狀

自然資源部2019年12月30日發(fā)布《2018年全國海水利用報告》。

截至2018 年底，全國已建成海水淡化工程142個，工程規(guī)模 1201741 噸/日（圖 1）。其中，2018年，全國新建成海水淡化工程5個，新增海水淡化工程規(guī)模 12536噸/日，分布在浙江和廣東（圖 2），主要用于海島生活用水和沿海城市工業(yè)用水。

圖1 全國海水淡化工程規(guī)模增長圖 圖片來源：自然資源部網站

圖 2 2018 年沿海新增海水淡化工程規(guī)模及分布圖圖片來源：自然資源部網站

全國已建成萬噸級及以上海水淡化工程36個，工程規(guī)模 1059600噸/日；千噸級及以上、萬噸級以下海水淡化工程41個，工程規(guī)模 129500 噸/日；千噸級以下海水淡化工程65個，工程規(guī)模 12641噸/日（圖 3）。全國已建成的海水淡化工程最大單體規(guī)模為 200000噸/日。

圖 3 全國已建成海水淡化工程規(guī)模分布及占比圖圖片來源：自然資源部網站

截至2018年底，全國海水淡化工程分布在沿海9個省市（圖 4）水資源嚴重短缺的城市和海島。北部海洋經濟圈以大規(guī)模的工業(yè)用海水淡化工程為主，主要集中在天津、山東、河北等地的電力、鋼鐵等高耗水行業(yè)；東部、南部海洋經濟圈以民用海島海水淡化工程居多，主要分布在浙江、廣東等地，以百噸級和千噸級工程為主。

圖 4 全國沿海省市海水淡化工程分布圖 圖片來源：自然資源部網站

截至2018年底，全國應用反滲透（RO）技術的工程121個，工程規(guī)模 825641 噸/日，占總工程規(guī)模的68.70%；應用低溫多效（MED）技術的工程16個，工程規(guī)模 369150 噸/ 日，占總工程規(guī)模的30.72%；應用多級閃蒸（MSF）技術的工程1個，占總工程規(guī)模的0.50%；應用正滲透（FO）技術的工程1個，占總工程規(guī)模的0.04%；應用電滲析（ED）技術的工程3個，占總工程規(guī)模的0.04%（圖5）。

圖 5 全國海水淡化工程技術應用情況分布圖 圖片來源：自然資源部網站

2018年，沿海地區(qū)不斷提高海水淡化產能利用率，重點監(jiān)測的6個5萬噸/日以上規(guī)模的海水淡化工程總產水量約9000萬噸，為保障沿海缺水地區(qū)水資源供給發(fā)揮了重要作用。

此外，我國企業(yè)積極承攬海外海水淡化工程，服務“一帶一路” 建設。上海電氣電站集團、杭州水處理技術研究開發(fā)中心有限公司、自然資源部天津海水淡化與綜合利用研究所助力文萊、越南、委內瑞拉、巴基斯坦、吉布提的海水淡化建設。

4 世界海水淡化漫談

對海水做脫鹽的處理可以追溯到公元前1400 年，一些海邊居民通過簡單蒸餾獲取淡水；至公元 200 年，簡易的海水蒸餾裝置開始出現，主要用于遠航船上為船員提供淡水；1560 年，世界上第一個陸基海水脫鹽廠在突尼斯的一個海島上建成。

蒸餾法淡化海水

19世紀，伴隨著蒸汽機的發(fā)明，出現了浸沒式蒸餾器；1872年，智利研發(fā)出了世界首臺太陽能海水淡化裝置，日產2萬立方米淡水；1884年，英國建成第一臺船用海水淡化器；1898年，俄羅斯投產了本國第一家基于多效蒸發(fā)原理的海水淡化工廠，日產淡水達到1230立方米。

20世紀早期，僅有少數幾個國家，英國、美國、法國和德國掌握海水淡化設備制造技術，也只有在蒸汽輪船上和中東少數幾個港口使用到海水淡化裝備。

現代意義上的海水淡化技術則是在第二次世界大戰(zhàn)以后才發(fā)展起來的。1954年，電滲析海水淡化裝置問世。同年，世界上第一座海水淡化工廠建于美國，現在仍在得克薩斯的弗里波特運轉著。1957年，多級閃急蒸餾法海水淡化技術(MSF)揭開了海水淡化發(fā)展歷史上的新一頁。

1960年，反滲透法海水淡化裝置問世。1975年，低溫多效海水淡化技術在原有多效蒸餾基礎上進行改進后，得到一定規(guī)模的推廣。20世紀80年代以來，反滲透技術不斷取得突破，使其成為耗能最低、投資運行最快的海水淡化技術，得到迅速的發(fā)展。

反滲透法海水淡化

目前，海水淡化產業(yè)及裝置已覆蓋沙特阿拉伯、以色列、意大利、希臘等中東和地中海沿岸國家、以及美國、英國、中國、日本和澳大利亞等世界150多個國家和地區(qū)。

其中，中東地區(qū)因水資源嚴重匱乏，同時又是石油資源富集地區(qū)，經濟實力雄厚，對海水淡化技術和裝置的迫切需求及海水淡化發(fā)展的經濟基礎使得該地區(qū)成為目前世界海水淡化裝置的主要分布地區(qū)，僅這一地區(qū)的沙特、阿聯酋、科威特、卡塔爾和巴林五國的海水淡化裝置總產水量，就占到全球總量的44.3%。

在有些波斯灣沿岸國家，海水淡化量已占本國淡水使用量的80%～90%。與之形成對比的是，全球第一個現代海水淡化工廠的誕生地美國的海水淡化總量僅占到全球的15%，而技術相對發(fā)達的歐洲，占比也僅為12%。

以色列供水來源的變化，橙色為淡化水（來源：Israel Water Authority）

目前的數據顯示，沙特仍然是全球第一大淡化海水生產國，其產量約占全球總產量的18%。2015年，以色列70%的水來自海水淡化，還產生了全球知名的海水淡化公司IDE。

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