高從堦

　摘要：本文概述了沿海地區和城鎮缺水情況,介紹了國內外海水利用的狀況,針對住區建設的具體情況,對海水淡化提供飲用水以及海水直接利用作為空調冷卻用水和沖廁用水等的技術和經濟性方面進行了闡述。對別無水源、嚴重缺水的海島和海濱地區的發展，海水利用是解決水資源匱乏的可選擇的重要途徑之一。
　　
前言

　　沿海地區是我國人口最多、經濟最發達的地區，是我國對外開放的前沿和窗口。由于經濟的持續發展和人民生活水平的提高，對水的需求量越來越大，對水質的要求越來越高，而水資源的嚴重污染，使本來緊張的水資源的供需矛盾更加尖銳化。濱海地區14個開放城市，有9個淡水供應不足，年缺水量60多億立方米，特別是長江以北地區為資源性缺水，水資源嚴重短缺，其中青島、煙臺、天津、大連等沿海城市的水資源短缺問題嚴重制約了地區經濟和社會的發展。一些島嶼，如舟山和長島等的進一步開發，也受到水資源短缺的限制……
　　面對水資源的日趨緊缺，向占水總儲量96.5%的海水要水，是勢在必行的。海水利用技術包括海水中提取淡水和利用海水代替淡水等技術，即通常所講的海水淡化和海水直接利用等，是解決沿海地區淡水資源短缺的重要措施。

1.海水淡化與飲用水供應

　　1.1 國內外概況
　　從海水中提取淡水的技術和過程稱為海水淡化。海水淡化在國際上是40年代研究開發的，開始以蒸餾法為主，60年代又研究開發了反滲透技術，逐步形成了以蒸餾法和反滲透法（SWRO）為主的海水淡化產業。蒸餾法以多級閃蒸（MSF）為主，另外有低溫多效蒸餾（LT-MED）和低溫壓汽蒸餾（VC）等。
　　海水淡化已成為中東和北非地區、加勒比海和地中海中諸多島嶼等經濟發展的生命線。目前世界海水淡化產量為16.4×106m3/d（2000年），雖然MSF占海水淡化量的70%以上，但呈下降趨勢，SWRO占14%，呈迅速上升趨勢。基于反滲透膜的進步和能量回收技術的高效，SWRO能耗已降到3kWh/m3，所以具有極強的競爭力。近幾年國際海水淡化招標中，RO法以投資省、成本低、占地少、投產快等優勢而屢屢奪標。
　　我國于1958年開展電滲析（ED）海水淡化的研究，1967-1969年組織了全國海水淡化會戰，奠定了膜法和蒸餾法海水淡化的基礎。經科技攻關，使海水淡化技術（反滲透和低溫多效）取得長足的進步。1987年大港電廠從美國引進二套3000m3／d MSF海水淡化裝置，與離子交換法結合，解決鍋爐補給水的供應。近年來,相繼建成數座500-2500 m3/d 反滲透海水淡化廠，對我國沿海地區，特別是發電廠、缺水城鎮和島嶼的經濟發展，已開始發揮其獨特的作用。
　　1.2海水淡化技術簡介
　　RO主要以高脫鹽率的中空纖維膜組件和卷式膜組件為關鍵部件在壓力下進行淡化。RO海水淡化廠最大規模達20萬m3/d，由海水提取系統、預處理系統、反滲透系統、后處理系統、能量回收系統、供電系統和控制監測系統等構成，這可解決城市用水問題。反滲透中型淡化廠200-2000m3/d很適于島嶼用水的供應。日產1-20m3的小型RO器適于艦船、漁船、海上鉆井平臺和島嶼上的個體用戶的需求。由于膜脫鹽率高，通量大，以及先進的能量回收裝置，單級即可高效地將海水淡化為飲用水。
　　多級閃蒸廠最大規模達30多萬m3/d，由預處理、鹽水加熱、熱回收和排熱四單元組成。適用于大型海水淡化，解決城市用水問題。但設備動力耗電高，易腐蝕和結垢。難以適應我國國情。
　　現代的低溫多效蒸發通常在低溫段操作（700C以下），腐蝕和結垢較輕，設備壽命長，可利用廉價的鋁合金傳熱管，可利用廢熱造水以降低成本，是蒸餾法中最具競爭力的。
　　1.3 海水淡化的經濟性
　　經濟性通常據投資費用和操作費用轉化為單位脫鹽水的成本來衡量。目前，最經濟的SWRO的成本約為0.5$/m3淡水,若海水淡化與發電、供熱和供汽以及海水綜合利用相結合，再加上淡化技術本身的發展，其成本會進一步降低。下面是國內的長島1000m3/d SWRO示范工程的例子：
　　長島1000m3/d SWRO示范工程的總投資732.6（萬元），包括取水設備，預處理設備， 高壓泵，反滲透裝置，產品水后處理設備，中央監控設備，儀表、閥門和藥劑，土建廠房、 設備運輸、設計、安裝和調試等。制水成本5.13（元/m3淡水），包括膜更換費，維修費，試劑費用，電費(用電5.0kWh/m3)，折舊費 和勞力等。
　　1.4住區海水淡化的考慮
　　1.4.1 以城鎮為基礎的供水 作為城鎮供水或部分城鎮供水, 大、中型的海水淡化廠(每天數萬至數十萬噸)的淡化水經一定的后處理之后，并入原有的城鎮供水系統中。如中東、北非、沖繩和美國南部等。
　　1.4.2 以住區為基礎的供水 對無飲用水源的海島或靠海的住區,可據實際需求情況，建造中小型海水淡化廠（每天數百至上萬噸），也是可考慮的。如國內的長島、嵊泗和長海等。
　　1.4.3 以個別住地為基礎的供水 對遠離城鎮供水的個別海邊住地，可直接選用小型海水淡化器（每天數噸至上百噸）來解決。

2.海水直接利用與沿海城市節水

　　2.1 國內外概況
　　用海水代替淡水的技術和過程就是常講的海水直接利用。用海水代替淡水作為工業用水、煙氣脫硫、大生活用水和其它雜用水等。美、歐、日等國家和地區年用海水作為冷卻用水都近3千億立方米。而我國還不足200億立方米，與發達國家相差甚遠。
　　海水作工業冷卻水，目前國內外都仍以直流冷卻為主，且主要用于濱海火電、核電、化工和冶金等企業。海水直流冷卻技術具有深海取水溫度低、冷卻效果好和系統運行管理簡單等優點；但也存在取水量大、工程一次性投資大、排污量大和海體污染明顯等問題。海水循環冷卻技術在國外已有應用實例，最大的海水循環量達22 000立方米/小時，在我國尚處于研究階段,千噸級示范工程正在進行中。
　　城市生活用水占城市供水的20%左右，而城市沖廁用水占城市生活用水的35%左右。香港總人口690多萬，香港海水沖廁起源于50年代末，歷經40年的發展，海水沖廁已形成體系，占總人口的78.5%。每天沖廁用水約為52萬立方米。天津、青島和大連等也有少部分靠海的小區采用海水沖廁。
　　2.2海水直接利用技術簡介
　　海水冷卻分海水直流冷卻和海水循環冷卻。直流冷卻是指原海水經換熱設備進行一次性冷卻后，即排放的過程；循環冷卻是指原海水經換熱設備完成一次冷卻、再經冷卻塔冷卻后，循環使用的過程。
　　推廣海水冷卻，應解決海水取水、殺生、凈化、防腐、防垢和防附著等問題。海水直流冷卻技術有近80年的發展歷史，有關防腐蝕、防海洋污損生物附著技術已基本成熟。如大亞灣核電站和天津大港電廠年用直流冷卻海水分別為35億和17億噸。關于海水循環冷卻系統和相關的防腐、阻垢和防污損生物附著和防鹽霧飛濺等技術基本成熟，海水冷卻塔技術，國外有專門公司開發，技術也是成熟的。
　　利用海水作為大生活用水是一項綜合技術，它涉及海水取水、前處理、雙管路供水、地下和屋頂貯水、衛生潔具、及系統的殺生、防腐、防滲和防生物附著技術；大生活用海水與城市污水系統混合后含鹽污水的生化處理技術；合理利用海洋稀釋自凈能力將大生活用海水進行海洋處置的技術等。防腐技術和防生物附著技術已基本成熟,大生活用海水技術的重點是高含鹽量污水的生化處理技術和海洋處置技術。
　　2.3 海水直接利用的經濟性和社會效益
　　推廣海水直接利用作工業冷卻水,社會和經濟效益顯著。以威海華能電廠海水冷卻系統為例，系統總投資7000萬元，為發電容量85×104kw的機組提供18×105m3/d的直流冷卻用海水，這包括海水取水設施，預處理設施，殺菌、滅藻和防生物附著，防腐和犧牲陽極保護等。每kw的電, 冷卻用海水投資不足百元.
　　推廣應用海水作為大生活用水，對改善沿海缺水城市的居民的生活質量有重大的現實意義，也是緩解沿海城市淡水緊缺局面的有效措施之一，具有顯著的社會效益和經濟效益。
　　2.4住區海水直接利用的考慮
　　2.4.1 作為住區空調的冷卻用水 對水資源短缺的旁海住區，其大型中央空調可考慮選用海水作為空調冷卻用水，以節約淡水。
　　2.4.2作為住區的沖厠用水 對新建的旁海住區，有合適條件的可考慮雙管路供水系統，如香港那樣，用海水沖厠，來節約淡水。
　　2.4.3作為住區的部分生態用水 對新建的旁海住區景觀建設中，在合適的有條件的地點可考慮用海水作為景觀用水;可用海水的雜用水也盡量用海水。

結語

　　我國水資源匱乏，又是一海洋大國，沿海城市一半以上缺水，所以海水淡化和海水直接利用應作為解決沿海城鎮和島嶼水資源不足的重要的途徑和方法之一。海水淡化和海水直接利用在國內已有示范和部分工程實踐，隨著經濟的持續發展和人民生活水平的提高，對海水淡化和海水直接利用的認識會進一步提高，對海水淡化和海水直接利用的需求會越來越大，海水淡化和海水直接利用將會為沿海地區經濟發展和居民生活質量的改善更好地服務。
　　
參考文獻
　　1. 高從堦 劉應子 張耀江, 中國工程院重點咨詢項目《中國可持續發展水資源戰略研究》, 課題四<城市水資源可持續利用> , 專題四 <海水與苦咸水利用>
　　2 高從堦 譚永文 張耀江，科技部咨詢項目《加快我國海水利用技術 產業發展及政策研究》，《加快我國海水淡化技術產業發展研究》分課題
　　3. 關于“海水直接利用”的調研報告，全國政協人口資源環境委員會專題調研組（1998年7月）
　　4.高仁先，沿海工業城市擴大利用海水的調查研究，中國高科技產業化研究會海洋分會第三屆學術年會，海水利用技術與海洋防腐技術產業發展研討會文集（1996年9月，天津）
　　5.白榮明，海水直接利用技術現狀與展望，同4
　　6.趙建民，海水利用，天津科學技術出版社，1994年
　　7.林斯清，張維潤，海水淡化的現狀與未來，工業水處理和海水淡化應用與發展研討會文集，1999年6月，北京
　　8.高從堦，膜技術與相關海洋產業，海洋通報，16，（4），1997
　　9.王世昌，我國海水淡化發展策略探討，同7
　　10. 楊耀中,湯紀忠,林斯青等, 我國沿海城市(地區)淡水缺乏情況及推廣海水淡化現實可行性研究報告, 國家海洋局科學技術司, 1998年11月