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難題。即使南水北調中線和東線正式供水后,區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區,有北京企業布局的兩座日產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5萬噸淡化海水,已向島上的企業供應淡水,并同時接入了曹妃甸市政管網。這一項目使用當地熱電廠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和鹽場。
中關村管委會表示,日產淡水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能環保中心組織的專家組驗證,意味著國產“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。
某知名環保企業董事長朱榮輝介紹,“膜法”海水淡化過程,跟做豆漿原理相似?!昂K行枰崛〕龅牡秃帽榷節{,多余的鹽分和雜質則好比豆渣?!币胱尩畯募{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。國產化設備的關鍵創新,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,能夠實現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年產水占企業新水補充量的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分離,海水水質不影響蒸餾水水質。
瞄準“循環經濟”,首鋼首創了海水淡化前置發電技術:在制水過程前,能源用于發電,發電后產生的余熱直接參與制水,實現了能源梯級利用,直接降低成本。此前,生產一立方米的淡化海水,成本高于10元,而通過前置發電環節,成本可以降低到6元。海水淡化產生的濃鹽水,銷售給鹽化工企業,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,按照規劃將來年供水可達13億立方米,相當于南水北調一期工程向北京的供水量。
據悉,根據京唐公司的海水綜合利用總體規劃,未來,項目建設二期后,將達到日產淡水20萬立方米,實現外購新水為零;通過三期、四期建設,將達到日產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?!苯眨诤颖笔】茀f年會暨滄州渤海新區人才項目洽談對接會上,中國工程院院士、流域水循環模擬與調控國家重點實驗室主任王浩坦言,海水淡化產業化發展面臨諸多困難,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。”王浩表示,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,現為杭州水處理技術開發中心,主要從事膜法淡化過程的研發;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。
“經過近40年的研發和示范,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水資源開發利用成本。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水源利用,納入國家水資源配置體系和區域水資源利用規劃。”王浩建議,從國家水安全戰略的高度,鼓勵火電、石油石化、化工、冶金等高用水企業布局到沿海地區。
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惠。
同時,對為城鎮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;允許經批準為城鎮生活供水的海水淡化水優先進入城市自來水管網,對淡化水與當地自來水的差價財政應予以補貼;海水淡化涉及的管網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,要從國家水資源戰略和社會效益的角度,將‘水電聯產’政策上升到國家層面,增加‘水電聯產’電廠的發電靈活性,促進海水淡化產業的可持續發展?!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,世界上絕大多數地區的淡化水成本要高于傳統供水價格。這就需要政府給予電價、水價、稅收等特殊優惠政策,否則海水淡化企業和設備制造企業均難以正常運行。
在王浩看來,還應大力發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展,正在或將要進入產業化階段,這將使海水淡化產業發生劃時代的變革,噸水成本將進一步降低。
經濟成本很難壓縮
公開資料顯示,現代意義上的海水淡化技術,是在第二次世界大戰以后才發展起來的,彼時人類的工農業發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?;a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)。根據全球海水淡化數據庫統計,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%,優勢明顯。
據國際海水淡化協會的數據顯示,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不得不想方設法研發海水淡化技術。據國際海水淡化協會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業,有研究報告表明,海水淡化雖然是用水緊張地區的解決之道,但成本門檻限制了貧困地區、內陸或高海拔地區采用海水淡化,可偏偏這幾類地區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,此類地區的水源輸送成本高昂。
在努力壓縮成本的競爭中,美國企業表現較為搶眼。2008年,美國福布斯網站披露,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。風能作為技術發展最為成熟、產業化程度最高的可再生能源技術,是驅動海水淡化作業的理想能源。
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,每天生產淡化水22.7噸,供礦山工人使用,這套裝置持續運行了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
眾多業內人士指出,盡管新能源海水淡化有著環保上的突出優勢,前景誘人,但是穩定性、能源轉化率和成本上的缺陷,限制了商業化發展,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