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水资源管理学导论

                              姜文来 唐曲 雷波 等著

化学工业出版社,北京,2005


 

二、海水利用途径

(一)开发海底淡水资源

海底存在大量的淡水。海底淡水的开发利用也成为一个重要的水源。1948年意大利航海家哥伦布率领的航行队在奥里诺科河口海域中意外地获得了淡水,解决船上断水危急,成为较早利用海底淡水的先驱者之一。

新生代近岸浅海区的地质构造运动以及海、陆环境变迁,是海底地下水赋存的主要原因。陆地水系,尤其是地下含水层向海域延伸,从而赋存海底淡水资源。第四纪,特别是晚第四纪以来海平面多次升降相应地使在大陆架大河口区的古河谷经历多次“河流下切—河床冲积—海侵进积—海退前积”的周期性发育过程,从而造就多期巨大规模的埋藏古河道系统,如密西西比、古巽他、黄河、长江、珠江等河口。

目前,我国已经开展了海底淡水资源研究,中国科学院南海海洋研究所在珠江三角洲陆区和海区发现多处砂砾质埋藏古河道和古溺谷,并在1991年向珠海市有关部门提出开发海底淡水、就近解决万山群岛缺水难的建议。浙江省舟山市正着手引采海底淡水,以解岛上水荒。1993,中国地矿部第三海洋地质调查大队在长江口早更新世晚期的古河道沉积层中首次钻获两层可供饮用的淡水,估算储量为23亿立方米以上(刘海龄,1997),河口海底淡水资源以其埋藏浅、储量大、易开采、水质好、毗邻严重缺水的海岛和经济发达的沿海地区、勘探开采成本低廉、不易造成环境污染等巨大优势,将成为沿海及海岛地区可持续发展的重要保障,将为越来越多的人们所重视(刘海龄等,1998)。

 

(二)直接利用海水

海水利用直接利用主要是生产和生活两个方面,从总的情况来看,工业冷却用水占海水总利用量90%

日本早在30年代开始利用海水,目前几乎沿海所有企业,如钢铁、化工、电力等部门都采用海水作为冷却水,仅电厂每年直接使用的海水达几百亿立方米,到90年代后期达到亿立方米,西欧六国海水年利用量2000亿立方米。

我国沿海开发使用海水较早,青岛电厂1935年建厂时即用海水做冷凝器降温、冲灰用,日利用量达70m3。青岛碱厂是用水大户之一,日需淡水3800m3。由于用海水替代淡水化盐、化灰等工艺,碱产量逐年上升,耗水不断下降,吨碱耗水由1974年的13.08m3降至1981年的1.65m3,继而降到1988年的0.9m3,居全国同行业先进水平。山东省已有电力、化工、橡胶、纺织、机械、塑料、食品等行业使用海水,年利用量从80年代的3.5亿立方米增至90年代的12亿立方米,其中仅青岛市年利用量即达7.7亿立方米。估计我国年海水取用量约60亿立方米(刘洪滨,1995)。香港地区冲厕水需要量为52m3/d,占香港淡水总用量的21.6%。香港于20世纪50年代末开始采用海水冲厕,目前冲厕海水的用量已达到35m3/d,占冲厕用水的70%左右,香港最终目标是全部用海水。全国沿海城市有2亿居民,若有10%居民采用海水冲厕,则每年可节约淡水5亿t(张雨山等,2000)。

海水可以直接作为印染、制药、制碱、橡胶及海产品加工等行业的生产用水。将海水直接用于印染行业,可以加快上染的速度。海水中一些带负电的离子可以使纤维表面产生排斥灰尘的作用,从而提高产品的质量。海水也可作为制碱工业中的工业原料。青岛碱厂用海水替代淡水作直流冷却、化盐和化灰等生产用水,日用海水12.6×104m3,其中仅化灰用海水就达3×104m3/d。天津碱厂采用海水和淡水混用的方法化盐,既节水又省盐,具有很好的经济效益。烟台海洋渔业公司利用海水做人造冰脱盘、刷鱼,每年节约淡水7 000多万m3
  国外用海水大面积灌溉种植作物已取得较好的成果。美国亚利桑那大学的研究人员发现一种天然植物适于用海水灌溉,其果实富含蛋白质和植物油,既可直接食用又可作为榨油,这一发现为进一步发展海水灌溉农业,提供了新途径。我国也进行过海蓬子、大米草等耐盐植物的栽培实验,以及虹豆、西红柿和水稻等经济作物和粮食品种的耐盐实验。

 

(三)海水淡化利用

早在公元前四世纪,亚里士多德采用封闭容器蒸发咸水获得淡水,400多年以前就有人提出海水淡化的问题,1869年英国人在亚丁湾建造了蒸馏装置,为船只提供淡水。真正的海水淡化技术研究起始于20世纪20年代,40年代逐步走向应用,从20世纪50年代至今,海水淡化在技术上已经有了很大突破,膜法、纳滤、多级闪蒸、渗透等技术日趋成熟。近年来膜法技术更成了主流。据统计,全世界海水淡化装置70年代中期可日产淡水200万立方米,1980年达728万立方米,80年代末有脱盐装置7536座,总装机容量达1329万立方米,1993年全世界已拥有日处理能力100 m3以上的海水淡化装置11 000多个,淡化海水1 868×104m3/d1997年全世界拥有日处理能力100 m3以上的海水淡化装置12 451个,处理容量达2 273×104m3/d,近年来在以10%30%的速度增长,由此带动了淡化水产品提供、设备制造、工程安装、技术服务等整体海水淡化市场的巨大需求。目前世界上每年海水淡化市场的成交额已达数百亿美元。

从地域上看,中东地区在世界海水淡化市场所占的份额最大,每年都以数十万m3/d的速度增长,最多时年增长份额达100×104m3/d,这些国家的海水淡化量已占世界海水淡化总量的62%。北美地区的年市场增长率为20×104m3/d40×104m3/d。西欧和东亚地区的年增长率在20×104m3/d左右,增长较慢的非洲国家的年增长率也不低于10×104m3/d

中国是继美、法、日、以色列等国之后研究和开发海水淡化先进技术的国家之一, 1997年,我国500 m3/d的脱盐设备已有40多个,总产水量18.69×104m3/d(占世界海水淡化总量的0.8%, 名列第20位),其中多数是苦咸水淡化设备,海水淡化设备的产水量还不到总产水量的5%(籍国东1999)。目前我国年利用量80多亿m3。继西沙群岛日产200吨电渗析海水淡化装置成功运行后,又先后在舟山建成了日产500吨反渗透海水淡化站,在大连长海建成日产1000吨海水淡化站。我国是世界上少数几个可以采用膜法技术进行海水淡化的国家之一。杭州水处理技术中心1992年在西沙建成日产200吨的电渗析海水淡化站,是世界上最大的电渗析海水淡化站;1997年,在舟山建成日产500吨海水反渗透淡化装置,淡化水能达到国家生活饮用水标准*。这套装置能将 10rn海水转化为 3.5m3淡水,据测算,这项工程的制水成本约为  7.2元/m3,不到用万吨轮到长江口等地运输饮用水成本的l2,该工程生产的淡水己占当地自来水厂日常供水量的 75%左右,还有小部分淡水用于制取纯净水。青岛市电力、化工、纺织等行业的12家临海企业,年用海水8.37亿m3。天津市年利用海水18亿m31997年大连市的海水利用量已达8.03亿m3。山东烟台核能海水淡化示范工程项目建议书在去年获得国家批准,项目约需16亿元投资、日产淡水16万吨,计划由北京豪信投资公司通过增资扩股筹集8亿元,申请国家高技术产业化补助1.5亿元,其余申请银行贷款,项目将采用清华大学核研院提供的核供热堆。

 

(四)我国海水利用存在的问题

影响海水利用的因素很多,思想观念、成本、政策、布局、资金等制约我国海水的开发利用。

(1)狭义的水资源观限制了海水资源的利用

长期以来,我们在解决水资源供需矛盾时,常常将目光集中在淡水上,而对海水的利用则不给予重视,没有将海水纳入水资源利用体系上。狭义的水资源观限制了海水的利用。

(2)淡化水价高失去了竞争力

成本是影响海水利用的重要制约因素,表是我国不同海水淡化方法成本分析。

 

3-4-1我国不同海水淡化方法的淡化水成本分析

 

运行参数和
设计参数

大港电厂多级闪蒸海水淡化设备

舟山海水反渗透淡化设备

工程投资和
淡化水成本

大港电厂多级闪蒸海水淡化设备

舟山海水反
渗透淡化设备

原水含盐量

35 000 mg/l

26 776 mg/l

工程总投资

7 044.31万元

616万元

出水含盐量

 

163 mg/l

维修费

113.66万元/a

6.16万元/a

水温

25℃

23℃

化学药剂费

39.86万元/a

5.48万元/a

海水取水量

4.8×104m3/d

1 400 m3/d

人工费

157万元/a

4.8万元/a

淡水产水量

0.6×104m3/d

0.05×104m3/d

海水资源费

0.04/m3

0

水回收率

 

38.2%

膜更换成本

0

0.10/m3

能量回收率

 

29.5%

维修成本费

0.55/m3

0.36/m3

产品水电导率

0.3 μs/cm

318 μs/cm

化学药剂成本

0.19/m3

0.30/m3

设备使用寿命

20

20

能耗成本折算

2.94/m3

5.91/m3

膜组件寿命

0

5

人工成本折算

0.75/m3

0.28/m3

电价

0.35/kwh

1.08/kwh

折旧成本

3.32/m3

1.69/m3

能耗

1 996.4 kwh

115.5 kwh

其它成本

0.05/m3

0

单位产水能耗

8.4 kwh/m3

5.2 kwh/m3

淡化水成本

7.84/m3

8.64/m3

据籍国东,1999。

 从表3-4-1可以看出,淡化水的成本为8元/立方米左右,目前,沿海城市的水价都低于海水淡化的价格,海水淡化缺乏竞争能力。如果用水价格比海水淡化价格高,则海水淡化就有相应的竞争能力。

 

 

3) 缺乏政策导向

  政策导向对于产业来说具有重要影响。目前,我国尚无明确的鼓励政策,影响了海水产业的发展,国家应从解决沿海地区淡水危机及促进其经济发展的战略高度出发,在行政上和经济上制定有利于海水利用的方针和政策;鼓励有条件利用海水的地区和单位大力开发海水资源,同时,在沿海地区水资源规划中,将海水利用作为一个重要的内容纳入之中。

(4)远离沿海的耗水布局产业

高耗水而又可以直接利用海水的钢铁、化工和电力等工业企业远离海岸是我国工业布局的一大特点。首钢、太钢及北京燕山石化等均建在水资源严重短缺而又远离海岸的内陆。有些沿海省份拥有很多高耗水且远离海岸的大型企业,如鞍钢、邯钢和马钢。

  5)对海水利用技术的错误的认识

海水做工业冷却水关键问题是防腐、防海洋生物附着以及结垢。海水对碳素钢的腐蚀速度为0.7 mm/a1.0 mm/a;对一般钢材则高达3.0 mm/a。化工行业普遍使用的3.5 mm厚的碳钢立式列管冷却器,如果用淡水作冷却水使用期为25年,用海水作直流冷却水若不做防腐处理,冷却器1.5年即穿孔渗漏。海水作循环冷却水的主要问题是腐蚀和结垢,通过添加缓蚀剂和阻垢剂可以解决系统的腐蚀与结垢问题。其实,这种技术问题已经解决了,可决策者对此缺乏足够的认识。

 

(四)我国海水利用建议

海水利用,对解决我国沿海地区沙钻鱼供需矛盾的重要途径。根据实际,提出我国海水利用的建议。

1)将海水作为水资源补充纳入水资源规划之中

转变观念,将海水作为解决水资源短缺的源泉之一,纳入到水资源规划之中

2制订海水利用产业政策

    海水利用是未来最富有的前途的产业,是朝阳产业,国家应该制订明确的产业政策,在投资、税收等各方面优惠的产业政策。必要的补贴是不可少的,国家对淡化水项目实行补贴,美国和日本的补贴高达80%以上,我们也要制订相应的政策,吸引资金加入这个行列。

3)大力推广海水利用示范工程

国家为解决沿海地区、内陆苦咸水地区和内陆大中型城市用水支持了一些膜技术应用示范工程,如国家海洋局杭州水处理技术中心在山东荣成市石岛镇建设的“万吨级反渗透海水淡化产业化示范项目”。今后加强示范工程的建设,总结经验,推广。

4)积极推进海水利用产业化

我国海水利用技术已经成熟,已经初步具备产业化条件。如膜技术在全球范围内受到了前所未有的高度重视,我国在此方面处于先进行列,想法设法使之产业化,在海水淡化或者微咸水利用中发挥作用。将海水开发利用作为一项产业,促进产业化经营。

5)产业结构调整

国家环境保护总局最新的统计资料显示,:我国钢铁、化工等高耗水工业部门年耗淡水达80×108m3,在新的产业结构调整或者新建改建大型好水量大的项目中,尽可能地将耗水量大的工业企业设在沿海城市,以便利用海水,节约淡水。

6)关注海水利用环境影响,进行综合评价和预防

 海水利用也存在一定影响,我们应该给予特别关注。如海水利用对污水处理系统有一定的影响,研究结果表明,盐度的变化会对正常的生物处理系统产生一定的冲击,活污水中海水比例不超过35%,不会对生物系统造成严重冲击,当海水比例超过45%时,生物处理系统受到明显影响,生物活性受到抑制,且较难恢复正常(张延青,2003)。此外,海水的利用对环境也可能产生一定影响,我们一定要“未雨绸缪”,作好预防和防治工作。

 

* 海水淡化缓解中国水危机?南方周末,2004628日。

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