海水淡化為京津冀“水困”破題
缺水,是首都北京乃至整個京津冀共同面對的重大生態(tài)難題。即使南水北調(diào)中線和東線正式供水后,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)5萬立方米海水淡化工程,一座為北京控股的“膜法”項目,一座是首鋼集團的“熱法”項目。
北京控股旗下的曹妃甸海水淡化廠,用“膜法”日產(chǎn)5萬噸淡化海水,已向島上的企業(yè)供應淡水,并同時接入了曹妃甸市政管網(wǎng)。這一項目使用當?shù)責犭姀S或火電廠的余熱作為能源來源,排放的濃鹽水則全部出售給附近的鹽化工企業(yè)和鹽場。
中關村管委會表示,日產(chǎn)淡水1000立方米的海水淡化(膜法)示范項目,日前順利通過由北京節(jié)能環(huán)保中心組織的專家組驗證,意味著國產(chǎn)“膜法”海水淡化技術和整體解決方案獲得關鍵性突破,打破了國外技術的壟斷。
某知名環(huán)保企業(yè)董事長朱榮輝介紹,“膜法”海水淡化過程,跟做豆?jié){原理相似?!昂K行枰崛〕龅牡秃帽榷?jié){,多余的鹽分和雜質(zhì)則好比豆渣。”要想讓淡水從納米級的膜組小孔中“擠”出,需要用高壓泵給海水施加巨大的壓力。國產(chǎn)化設備的關鍵創(chuàng)新,就在加壓和能量回收裝置上。朱榮輝說,對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,而成熟的進口技術也要2.6度電。
同樣在曹妃甸,首鋼京唐公司的“熱法”海水淡化項目2013年產(chǎn)水占企業(yè)新水補充量的54.27%,淡化水成本已接近城市自來水價格。技術人員介紹,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“循環(huán)經(jīng)濟”,首鋼首創(chuàng)了海水淡化前置發(fā)電技術:在制水過程前,能源用于發(fā)電,發(fā)電后產(chǎn)生的余熱直接參與制水,實現(xiàn)了能源梯級利用,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,銷售給鹽化工企業(yè),進一步降低淡化成本。首鋼總公司董事長靳偉說,京唐公司的海水淡化項目,按照規(guī)劃將來年供水可達13億立方米,相當于南水北調(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,項目建設二期后,將達到日產(chǎn)淡水20萬立方米,實現(xiàn)外購新水為零;通過三期、四期建設,將達到日產(chǎn)280萬立方米,向北京及周邊城市供水。
亟待政府全方位扶持
“雖然海水淡化技術已經(jīng)比較成熟,但相對于大部分城市的自來水價格,海水淡化成本仍然偏高?!苯?,在河北省科協(xié)年會暨滄州渤海新區(qū)人才項目洽談對接會上,中國工程院院士、流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國家重點實驗室主任王浩坦言,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。
“我國研究海水淡化技術起步較早,目前初步形成了南、北兩大技術中心?!蓖鹾票硎?,1972年,國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)為杭州水處理技術開發(fā)中心,主要從事膜法淡化過程的研發(fā);1984年,組建了國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程的研發(fā)。
“經(jīng)過近40年的研發(fā)和示范,我國海水淡化技術日趨成熟。已建海水淡化裝置中,反滲透法約占總容量的74%,蒸餾淡化法約占25%,其他海水淡化法約占1%。”王浩說。
他表示,海水淡化一般要高于常規(guī)水資源開發(fā)利用成本。海水淡化成本包括能源費、藥劑費、設備費、管理費等。多級閃蒸成本相對較高,反滲透技術綜合能耗最低,但反滲透膜一般五年更換一次,固定成本較高。
“應將海水淡化水等非常規(guī)水源利用,納入國家水資源配置體系和區(qū)域水資源利用規(guī)劃?!蓖鹾平ㄗh,從國家水安全戰(zhàn)略的高度,鼓勵火電、石油石化、化工、冶金等高用水企業(yè)布局到沿海地區(qū)。
他認為,應將海水淡化項目納入公益性工程項目,給予基礎設施建設資金補助和配套政策優(yōu)惠。
同時,對為城鎮(zhèn)生活供水的海水淡化項目,其建設資金應由中央和地方財政給予補助;允許經(jīng)批準為城鎮(zhèn)生活供水的海水淡化水優(yōu)先進入城市自來水管網(wǎng),對淡化水與當?shù)刈詠硭牟顑r財政應予以補貼;海水淡化涉及的管網(wǎng)視為市政公用基礎設施,應納入市政基礎設施建設。
“影響海水淡化成本的最大因素是能源費,要從國家水資源戰(zhàn)略和社會效益的角度,將‘水電聯(lián)產(chǎn)’政策上升到國家層面,增加‘水電聯(lián)產(chǎn)’電廠的發(fā)電靈活性,促進海水淡化產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展?!蓖鹾普f,膜法海水淡化中,電的成本占到總成本的一半左右。同時,淡化水輸送需要另外建設輸水管網(wǎng),世界上絕大多數(shù)地區(qū)的淡化水成本要高于傳統(tǒng)供水價格。這就需要政府給予電價、水價、稅收等特殊優(yōu)惠政策,否則海水淡化企業(yè)和設備制造企業(yè)均難以正常運行。
在王浩看來,還應大力發(fā)展海水淡化利用新技術。以熱膜耦合技術為例,從全球已建成的熱膜耦合項目來看,綜合成本較傳統(tǒng)技術低10%~15%左右。同時,正向滲透膜、電滲析、膜蒸餾等新技術和石墨烯等新膜材料快速發(fā)展,正在或?qū)⒁M入產(chǎn)業(yè)化階段,這將使海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)生劃時代的變革,噸水成本將進一步降低。
經(jīng)濟成本很難壓縮
公開資料顯示,現(xiàn)代意義上的海水淡化技術,是在第二次世界大戰(zhàn)以后才發(fā)展起來的,彼時人類的工農(nóng)業(yè)發(fā)展和人口增長進入快速模式,淡水供應日漸緊張,以至于部分沿海城市也嚴重缺水。水資源危機對海水淡化提出了前所未有的需求。海水凍結法、電滲析法、蒸餾法、反滲透法等更高效的淡化技術,先后進入規(guī)?;a(chǎn)階段,在世界各地得到廣泛應用。當前居于主流的是膜技術(包括反滲透、電滲析、電去離子等)和熱技術(包括多效蒸餾和多級閃蒸等)。根據(jù)全球海水淡化數(shù)據(jù)庫統(tǒng)計,反滲透(RO)和多級閃蒸(MSF)技術設備,各占全球海水淡化裝機容量的60%和26.8%,優(yōu)勢明顯。
據(jù)國際海水淡化協(xié)會的數(shù)據(jù)顯示,截至2013年,全球的海水淡化廠超過了1.7萬家,分布在約150個國家,3億多人部分或全部依靠淡化水滿足日常之需。但無論采取哪種技術,海水淡化的成本都是人類繞不過去的一大難題。從海水中提取淡水必須消耗能源,無論這種能源通過何種方式取得。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足不了需要,這就使得一些國家和地區(qū)不得不想方設法研發(fā)海水淡化技術。據(jù)國際海水淡化協(xié)會2009年的資料,進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,可偏偏這幾類地區(qū)淡水短缺的問題最嚴重。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,此類地區(qū)的水源輸送成本高昂。
在努力壓縮成本的競爭中,美國企業(yè)表現(xiàn)較為搶眼。2008年,美國福布斯網(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,能源價格的上升了也推高了海水淡化的成本。相關媒體曾在2007年載文稱,美國波塞冬資源公司獲準在加州圣迭戈市以北的卡爾斯巴德,建一座19萬噸/日的飲用水淡化廠,初期成本估算很樂觀,每噸還不到0.4美元,但2012年再評估時,已經(jīng)翻了一番達每噸0.81美元。
此外,也有人在積極探索利用以風能、太陽能、波浪能等新能源進行海水淡化。風能作為技術發(fā)展最為成熟、產(chǎn)業(yè)化程度最高的可再生能源技術,是驅(qū)動海水淡化作業(yè)的理想能源。
同時,在利用太陽能的光效應和熱效應進行海水淡化方面,國內(nèi)外也做了很多有益的嘗試。1870年,第一個太陽能蒸餾裝置專利在美國獲得批準。1872年,瑞典工程師查爾斯·威爾遜開始在智利的拉斯薩利納斯建造第一個太陽能蒸餾淡化裝置,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)運行了40年。20世紀六七十年代,希臘在幾個海島上建設了太陽能蒸餾淡化廠,淡化能力為2000噸/日至8500噸/日,證明了太陽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,前景誘人,但是穩(wěn)定性、能源轉化率和成本上的缺陷,限制了商業(yè)化發(fā)展,使其長期以來走不出“高貴冷艷”的小眾局面。
作者:佚名 來源:中國水網(wǎng)