开发利用海水资源保障沿海地区水资源安全
发布时间：2011-11-1
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□万育生 张继群
摘 要 21世纪，水资源短缺已成为制约我国特别是在国民经济中占有重要地位的沿海地区经济可持续发展的重要因素。为缓解供水需求矛盾，我国政府在大力提倡节约用水的基础上，采取了如兴建蓄水工程和跨流域调水等一系列有效措施。但上述传统措施只能实现水资源的时空位移，而不能增加淡水资源总量。如何从占全球水量97％的海水中获取新的淡水资源，成为国际科学界关注的热点。在分析我国以增加可利用水资源为目的海水资源开发利用的发展、现状和存在的主要问题的基础上，对海水的水资源化开发和利用提出了建议。
关键词 水资源 海水淡化 开发利用
一、海水的水资源化开发利用技术
海水的水资源化利用技术包括从海水中提取淡水，用海水代替淡水和海水养殖、海水农业等技术，即通常所讲的海水淡化、海水直接利用和海水综合利用等。
海水淡化的方法主要有两类：一是从海水中析出各种化学元素，从而达到获取淡水的目的，如电渗析法、离子交换法和压渗法等；二是从海水中分离出淡水，如蒸馏法、反渗透法、水合物法、溶剂萃取法和冰冻法等。蒸馏淡化技术又分为低温多效、多级闪蒸和压汽蒸馏三种。目前反渗透法海水淡化已成为发展速度最快也较适于产业化的技术。
海水直接利用技术，主要是在防腐、防海洋生物附着等技术的基础上以海水直接代替淡水作为工业用水、生活用水以节约淡水资源的相关技术的总称。包括海水冷却、海水冲厕等。海水直流冷却技术已有近百年的发展历史，有关防腐和防附着技术已基本成熟。据统计，城市用水中约80％是工业用水，工业用水中约80％是工业冷却用水。开发利用海水代替淡水作工业冷却用水，对缓解我国沿海地区淡水资源紧缺的局面，意义深远。海水循环冷却技术始于20世纪70年代，在美国等国家已大规模应用，是海水冷却技术的主要发展方向。利用海水作为大生活用水(海水冲厕)代替城市生活用淡水，具有非常重要的节水意义。城市生活用水占城市用水的20％，而冲厕用水占城市生活用水量的35％40％，利用海水代替淡水作为冲厕用水，是节约水资源的一项重要措施。海水综合利用涉及海水中微量元素的提取以及相关元素的高附加值产品的开发以及海水养殖、海水农业等方面。利用海水淡化、海水冷却排放的浓缩海水，开展海水化学资源综合利用，形成海水淡化、海水冷却和海水资源综合利用产业链，是实现资源综合利用和社会可持续发展的重要体现。目前世界上海水淡化、海水直接利用和综合利用技术已经相当成熟。
二、我国海水利用现状
我国是一个海洋大国，拥有渤海、黄海、东海、南海四大内海，面临太平洋和印度洋两大洋，有1.8万多km的海岸线。如何利用海水资源以缓解水资源危机是我国长期以来十分关注的问题。我国海水淡化技术研究始于1958年，起步时采用的是电渗析技术，以后逐步过渡到反渗透技术和蒸馏技术。1981年，我国在西沙群岛建成第一个日产200m3的电渗析海水淡化站，之后，在浙江嵊泗县、山东长岛县和大连常海县相继建立了千吨级的海水淡化工程。在科技部、国家计委等有关部委及地方政府的支持下，我国的海水资源开发利用技术在“八五”“九五”期间，发展很快，在一些关键技术领域已取得了重大突破。我国已全面掌握国际上已经商业化的蒸馏法和反渗透(膜)法等海水淡化主流技术。“十五”期间已经进入工程示范阶段。目前在辽宁、山东、浙江、河北、甘肃等地已建、在建规模在500～18000m3／d海水和苦咸水淡化示范工程已达到12项。全国包括引进系统在内的反渗透海水、苦咸水(半海水)淡化产量估计日产达35000m3以上。随着技术的进步、新材料的应用，不仅使产量提高，而且淡化成本也在大幅度降低。海水淡化的成本已从20世纪90年代的7元／m3左右降至目前的5元／m3左右。
此外，在海水直接利用方面，我国青岛、大连、天津、上海、宁波、厦门、深圳等沿海城市的近百家单位均有利用海水作为工业冷却用水的实践。我国海水直流冷却已有近70年的应用历史，更先进的循环冷却技术在我国业已取得成效，已具备了示范条件。利用海水作为大生活用水(海水冲厕)代替城市生活用淡水，是节约水资源的一项重要措施。我国香港地区20世纪50年代末开始通过立法的形式推广海水冲厕技术，现已形成了一套完整的处理系统和管理体系。目前香港的海水冲厕已达总数的75％，每年节省淡水约为2.12亿m3。目前我国海水直接利用的规模还很小，据中国水资源公报2002年全国海水直接利用量仅为216 亿m3，而日本每年约为3000亿m3，美国每年约为1000亿m3，差距很大。
三、存在问题及对策建议
1．存在问题
尽管国家各级部门对海水资源开发利用的工作相当重视和支持，在技术可行性和经济适用性方面，具备了产业化发展条件，但海水淡化技术的发展，由于缺乏统筹规划等诸多问题，难以形成规模化发展和相关产业的综合利用。从总体上看，我国海水淡化工程起步虽早，产业化进程却较为缓慢。海水淡化相关设备国产化率低，海水淡化技术虽然有许多成果，但存在示范和显示力度不够，缺乏工程验证的缺点。与发达国家相比，还存在着认识不足、规模不大、技术水平不高等问题，迫切需要加强产业化技术和政策引导，积极推动海水利用的发展。
2．从海水淡化和长距离调水的对比看急需更新的理念
海水淡化和调水都是解决区域性水资源不足的方式，两者可以互为补充。
(1)从水源条件看，海水淡化的水源条件优于调水。我国是海洋大国，丰富的海水资源为沿海地区大规模开发利用海水资源奠定了基础。相对海水资源，淡水资源是有限的。我国水资源分布不均，为实施调水工程提供了条件，但水资源总体紧缺，又限制了调水的开展，为避免对调出区生态系统造成破坏，就必须控制调水量。
(2)从供水范围看，调水工程供水范围远远大于海水淡化。海水淡化是先处理后输送，输水设施技术要求高、投资大。此外，海水淡化水源地在东部沿海地区，而我国西高东低的地形特点，决定了淡化海水的受益范围相对有限，不适合远距离输送到内陆地区。调水工程的水源虽然总体上有限，但水源地分布很广，为大范围开展调水提供了条件，而且工程调水是先输送、后处理，对输水设施的技术要求低。单纯从技术上讲，调水工程基本上可以覆盖内陆地区。
(3)从技术进步看，海水淡化的技术进步快。海水淡化的成本比调水工程有更大的下降空间。相对海水淡化，水利工程的技术进步潜力相对较小，建成后成本下降的空间有限。美国有资料认为，远程调水超过40km，成本就将超过海水淡化。
发展海水利用事业，首先要进行观念更新，打破海水不能用的旧观念。海水利用并非全部需要淡化，也可以直接利用，海水直接利用要比淡化利用的水量更大，成本当然更低。当然，海水作为生活用水尤其是饮用水，要经过淡化处理。决定海水淡化成本高低的一个关键 是其能耗。近年来，随着技术的提高以及新型能源的利用，海水淡化的成本已大大降低。反渗透技术通过膜滤器来淡化水，能耗指标较传统的热能方法降低了90％左右，太阳能技术和受控核聚变技术等新型能源的利用，极大地促进了淡化水成本的降低和产业规模的扩大。在远距离调水与海水淡化比较已没有明显优势的情况下，海水淡化不失为解决沿海地区生活用水、特殊工艺用水等需求的有效措施，我们应加强对海水淡化的研究，将其作为沿海城市的补充水源，纳入水资源统一规划中。
3，对策建议
(1)制定国家海水资源开发利用发展规划。立足于水资源安全和国家可持续发展的战略高度，通过科学论证，制定国家海水资源利用发展规划，明确海水淡化及资源开发利用在我国水资源战略中的地位。
(2)加强与产业界的结合，积极发展海水淡化产业。在对海水淡化现有技术适用性和经济性进行研究的基础上，通过建立示范工程，利用研究机构的技术优势和大型企业的管理手段、营销渠道，以市场经济的模式和规律推动海水淡化产业的发展。
(3)大力发展海水直接利用及相关技术研究。海水直接利用的技术包括：业已成熟的海水直流冷却技术，尚处于研究阶段的海水循环冷却技术。与海水直接利用有关的技术包括耐腐蚀材料、防腐涂层、防生物附着等技术。
(4)推进海水资源的综合开发利用。我国可管理和利用的海域达1.47亿hm2以上，盐碱地0.4亿hm2，滩涂近200万hm2，发展海水养殖、海水农业在减轻对陆地的依赖，缓解用水紧张状况方面也有积极意义。
(5)积极参与国际市场竞争。长期以来，国内海水淡化行业一直着眼于国内市场，缺乏参与国际市场竞争的意识和能力。只有参与国际市场竞争，才能促进我国海水淡化产业的形成和壮大，在实现持续的技术进步的同时，为缓解沿海地区的淡水紧缺做出更大的贡献。
(作者单位：水利部水资源管理中心)
