我国海水资源利用及其发展前景

顾正斌，张红梅，邓春芳

（1.河北水务集团，河北石家庄 050021；2.河北省石津灌区管理局，河北石家庄 050021；3.河北省桃林口水库管理局，河北 秦皇岛 066004）

随着社会经济的高速发展和人口的急剧增加，用水量也成比例增加，但水资源并没有增多，因此水资源紧缺的情况越来越严重。特别是重化工业向沿海布局，更加剧了沿海地区的用水紧张。作为水资源的开源增量技术，海水资源利用是解决我国沿海城市水资源短缺的必然趋势。

1 海水资源利用的意义

1.1 海水覆盖面广、量大，具有良好的地域开发条件

我国拥有32 000 km长的海岸线，海运成本低廉又量大，促使沿海地区经济高度发展。经济发展及人口的高度密集，又反过来刺激水资源需求的增长。沿海地区正处于河流的末端，水资源的供应受上游用水牵制较大，水资源严重缺乏较其他地区更严重。沿海的社会经济发展为海水利用创造了良好的物质基础，而海水利用又为解决水资源不足提供了切实的途径。

1.2 海水水质较稳定，水量巨大，便于取用

海水的水质虽然受入海河流水质的影响，入海水量相对于巨大的海水量来说却是微乎其微的。由于海水数量巨大、面积广阔，在取用时无需建设大型的调蓄工程来解决供需水时间上不同步所造成的矛盾，且不会对海域产生大的不良的环境影响。

1.3 海水富含各种矿物质及营养盐，有利于综合利用

海水中含有多种矿物质，如钠、钾、镁、溴等离子及化合物质，除利用海水制盐外，还可生产工业溴、氯化钾、氯化镁等化工产品。同时，海水中还含有磷酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐和铵盐等营养盐，这为海水直接用于灌溉及养殖创造了良好条件。海水淡化后，浓缩的盐水能进行综合利用，不但可增加海水利用后的产品种类，还可通过增加的效益减少海水淡化成本，有利于海水利用产业的推广和发展。

2 海水直接利用

海水直接利用就是用海水直接替代淡水的一种节水技术，如海水冷却、海水冲厕、海水灌溉、海水冲尘、海水洗涤、消防等。

2.1 海水直接利用发展现状

2.1.1 海水作为工业用水现状

对于沿海水资源极度匮乏的地区和城市，海水直接利用可有效替代宝贵的淡水资源，把淡水节省下来用于更需要的地区，这对于建设节水型社会具有积极意义。以海水为工业冷却水主要用于火力发电厂及核电厂，其次是石油化工企业和钢铁企业。青岛市、大连市、上海金山区、天津军粮城和大港等，是我国利用海水作为工业冷却水最早的区域，并取得了巨大的社会效益和经济效益。

2.1.2 海水作为生活用水现状

20世纪60年代以来，香港大规模地将海水用于冲厕，取得了很好的效益，成为海水作为生活用水方面的典范，近10年香港海水利用情况见表1。据统计，香港住宅用水中，冲厕用水约占30%～40%，即使用海水代替淡水冲厕可以减少住宅淡水用量的30%～40%，效果非常可观。

表1 1989—1998年香港海水利用情况

2.2 海水直接利用途径

海水经灭菌、杀生及除藻处理后，可替代淡水，直接用作工业冷却水、城市居民杂用水、农业灌溉用水、环境用水及其他用水。

2.2.1 工业冷却水

原海水经换热设备冷却后直接用于工业冷却用水，海水用作工业冷却水涉及的技术问题包括海水取水、杀生、净化、防腐、防垢和防附着等。海水冷却技术经过几十年的发展，防腐和防海洋生物附着问题已基本解决。如，天津大港电厂采用铸铁输水管道使用直流冷却海水17亿t/a，20多年仅涂过2次防腐材料而没有更换管道。

2.2.2 城市居民杂用水

海水可用于冲厕、马路洒水、消防等，其中以海水冲厕应用最广。香港是海水冲厕普及率最高的城市之一，已达70%，每天冲厕用水约为52万m3；内陆沿海城市如天津、青岛和大连等也有少部分小区采用海水代替淡水冲厕。

2.2.3 农业灌溉用水

早在20世纪60年代，南京大学就从英国引进了抗盐植物大米草，70年代末又从美国引进互花米草，主要用于保滩、护堤、促淤，效果明显。目前，我国海滨潮间带已形成人工米草植被66.67余万hm2。此外，海南大学1992年以来将盐生植物红树的基因导入普通茄子、辣椒，用海水直接浇灌，获得了耐盐能力明显增强的后代。中国科学院1995年以来用生物技术培育耐海水蔬菜，已获得10多个适于海水灌溉品种。

2.2.4 冲灰、烟气洗涤等其他用水

国外很多工厂用海水作冲灰、烟气洗涤水，节省了大量淡水资源，如海水脱硫工艺在挪威比较广泛用于炼铝厂、炼油厂等工业炉窑的烟气脱硫，烟气中的SO2被海水吸收，经曝气处理，将其氧化为硫酸盐，有效地实现烟气脱硫，既节约淡水又消除了SO2对大气的污染。

2.3 海水直接利用经济效益分析

2.3.1 海水作为工业用水经济效益分析

海水直接利用的发展得益于其成本低，效益显著。以威海华能电厂直接利用海水的成本效益分析为例，该电厂系统投资7 000万元，发电容量为85万kW，每天为发电机组提供180万m3的海水冷却水，这包括海水取水设施，预处理设施，杀菌、灭藻和防生物附着，防腐和牺牲阳极保护等。每千瓦的电，冷却用海水投资不足百元。

2.3.2 海水作为生活用水经济效益分析

目前，在生活用海水方面作得较好的香港，其1999年供水（包括淡水和海水）成本为：运行总支出为57.17亿港元，其中购买广东原水费占38.9%、员工费占28%、运行和行政费占22.8%、其他占10.3%。供水总收入为50.4亿港元，其中水费收入占47.2%、补贴占47.6%、其他占5.2%。供水的成本价为6.45港元/m3，海水供应成本约为淡水供应成本的30%、约2港元/m3。以利用海水量1.99亿m3/a计，每年就可节省供水成本约9亿港元。

2.3.3 海水灌溉经济效益分析

目前，我国已成功培育出耐盐小麦及抗盐耐海水蔬菜，在沿海滩涂上试行的海水灌溉农业取得了一定成效。耐盐小麦产量为5 000 kg/hm2，抗盐耐海水蔬菜则为15 000 kg/hm2左右。自20世纪90年代以来，我国已在近30万hm2荒碱地和沿海滩涂上种植了海水灌溉作物，若按海水蔬菜2元/kg计算，则可创直接经济收入90亿元；若按耐盐小麦计，则可产小麦1.5亿kg；若海水农业与海水养殖相结合，其效益则更可看好。

3 海水淡化

3.1 海水淡化发展现状

我国海水淡化研究始于1958年海军和中科院化学所合作进行的电渗析技术研究。1967—l969年开展的全国海水淡化大会战，也为反渗透法、电渗析法、蒸馏法等海水淡化技术打下了基础。从20世纪90年代开始，随着我国水资源短缺形势日益严重，海水淡化进入了大发展期，并从2000年开始走向规模化应用。我国海水利用经过40余年发展，海水淡化技术主体工艺已经相对成熟，并且已经单元化、模块化，所以降低海水淡化成本的主要途径是将海水淡化和能源供应有效结合，实现能源的有效利用。发展风能、太阳能、核能等新能源与海水淡化结合工艺与技术是近年海水淡化发展的主流方向。

2002年8月，秦皇岛新源水产业有限公司开发研制的1t／d太阳能低温多效（以下简称MED）试验装置已经成功，这是国内第一台MED装置，标志着我国已经掌握了该项技术；2005年我国具备自主知识产权的第一台3 000 t/d MED海水淡化设备在青岛黄岛发电厂投入运行；目前，南京市利用风能已建成100 t/d淡水的风电海水淡化装置，从而实现了风能与海水淡化的有机结合。

在海水淡化技术方面，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。目前在天津、山东、浙江、河北等地建成规模在500～35 000 m3/d海水（苦咸水）淡化示范工程已达16项，装机总量达11.1万m3/d；在建海水淡化设施达15项，总装机规模超过45万m3/d。我国的海水淡化技术已达国际先进水平。

3.2 海水淡化技术经济分析

3.2.1 成本与能耗分析对比

海水淡化的成本主要受技术方法、装置规模、工程投资、能源价格的影响较大。据国内外研究和实践可知，反渗透法是海水淡化综合成本最低的工艺方法。国家发改委在海水淡化高技术产业示范专项中指出，反渗透装置规模不低于5 000 t/d，蒸馏法装置规模不低于1万 t/d，此时才能达到经济规模。同时，淡化工程投资与淡化成本呈正比，国产机电产品平均成本水平比国外低25%左右，实现海水淡化设备国产化后，国产淡化水装置工程费用将比国外同类产品降低20%～30%，相应淡化成本可降低10%～15%，表2-3分别说明了国产设备与进口设备在海水淡化工程中的投资情况。由表中数据可以看出，反渗透方法具有明显的成本优势，通过设备国产化降低工程投资是降低制水成本的重要途径。

表2 国产与进口海水淡化装置单位投资费用比较元/（m3·d）

表3 6万m3/d海水淡化厂投资估算 万元

3.2.2 不同淡水取用方式经济效益对比

目前，解决我国沿海地区水资源短缺的主要途径有开采地下水、远距离调水及海水淡化。近年来，海水淡化技术研究开发在国内外都有新的进展和突破，用核能、太阳能、风能替代常规能源进行海水淡化的技术已基本可行，与核能、风能等新能源结合成为近一步降低海水淡化成本的趋势。核能淡化成本甚至只需1元/m3左右，风能淡化成本为3元/m3左右。若完全从成本考虑，海水淡化并不比大型远距离调水工程高出很多，且海水淡化的保证程度更高。如果进行海水淡化副产品的综合利用，把浓缩的海水用来制盐和提取化学元素，成本可望进一步降低。随着自来水价格机制的调整和海水淡化技术的提高，海水淡化的单位成本实际上是很有竞争力的。几种淡水获取方式的成本比较，见表4。

表4 几种淡水获取方式的成本比较

远程调水虽是一种重要的水资源调剂和优化配置方式，明渠调水输水量大，缓解水资源短缺效果明显，但耗资巨大，水资源损耗大、易污染、占地多。管道调水水质易于控制、渗漏蒸发小、节省土地、运行可靠，但输水量相对较小。开采地下水可作为一个重要的开源措施，具有开采工程量相对较小、成本低、可以补充部分水源等优点，但由于地下水超采导致地下水位下降和地面沉降，在沿海地区甚至引发海水入侵。在干旱、半干旱缺水地区再过度地增加地下水的开发是不现实的，我们不能以牺牲环境而换取经济效益，现时地下水的开采成本是在没有考虑环境成本下的结果。总之，从经济和环境角度考虑，海水淡化是沿海地区开辟淡水资源的战略途径。

4 海水利用发展前景

随着世界水危机的日益加剧、科学技术水平的不断提高，潜在的市场需求为海水利用提供了巨大的空间，我国已拥有强大的工业基础、丰富的人力资源及技术经验，在解决困扰海水利用的一系列难题方面取得了突破性进展。目前，我国海水利用产业化条件已成熟，发展前景明朗。

4.1 海水直接利用发展前景

由于我国不少沿海城市水资源结构单一，大多过度依赖地表水和过度开采地下水，海水利用特别是海水直接利用在优化沿海城市水资源结构中未能充分发挥有效的淡水资源替代作用。因而，在《全国海水利用专项规划》中明确提出了海水直接利用的中长期发展目标。2020年，海水直接利用能力达到1 000亿m3/a。可以看出，未来海水直接利用量将在我国水资源可用量中占据相当的比例，如此规模的海水直接利用量将有效置换出淡水资源，缓解沿海地区工农业和居民生活用水危机，发挥巨大的替代水源作用。

4.2 海水淡化发展前景

海水淡化产出的淡化水有广泛的市场用途，如工业用水、岛屿用水、沿海城市居民用水、内陆人饮解困用水等。目前，以饮用水占主要份额（约60%），工业用水和电厂等锅炉用水次之，三者之和占90%以上，并有明显的应用优势。

2015年，我国海水淡化能力将达220万～260万m3/d，对海岛新增供水量的贡献率达50%以上，对沿海缺水地区新增工业供水量的贡献率达15%以上；全国建成20个海水淡化示范城市；建成2个日产能5万～10万t的国家级海水淡化重大示范工程和20个日产能万t级海水淡化示范工程，5个浓盐水综合利用示范项目。

5 结论与建议

随着2011年中央1号文件的颁布、中央水利工作会议和全国海水淡化工作会议的召开，我国海水利用迎来了历史上最好的发展时期。为保证海水资源综合利用顺利实施，现提出以下措施：

（1）加大政府扶持力度。由于我国现行《中华人民共和国水法》中并没有将海水列入水资源范畴，有关海水淡化的相关政策很难推进。因此，需要改革现行的水资源制度，将海水淡化纳入政府补贴配置范畴，由政府为海水淡化水进入市场提供一定的补贴。或者在沿海地区特别是沿海缺水地区和海岛，加快建立能够反映资源稀缺性、科学合理的水价形成机制，提高供水企业使用海水淡化水的积极性。

（2）大力推广海水利用示范工程。鼓励沿海缺水地区在保障公共饮用水安全的前提下积极创建海水淡化示范城市，城市新增用水优先使用海水淡化水，积极发展海水淡化产业。2015年，在全国将建成20个海水淡化示范城市。选择居民较多、淡水匮乏、关系国家海洋权益的海岛作为海水淡化示范海岛，将海水淡化水作为这些海岛新增供水的第一水源。鼓励结合地区特点，建设以海水淡化水作为重要水源的示范工业园区。加强示范工程建设，总结经验，并进行推广。

（3）降低海水淡化成本。制约海水利用发展的主要因素是海水淡化成本较高，能源消耗较高，可通过充分利用风能、太阳能等自然资源使得淡化海水的成本降低，特别是国内的沿海城市和一些岛屿有着充分的风能和太阳能资源，从而更好地推广海水利用产业。

（4）加强专业人才培养。我国在海水利用技术领域人才较缺乏，因而很有必要提高和培养这方面人员的业务水平，可通过学术交流会、研讨会的形式，有计划、有层次地对技术人员进行培训，从而促进海水淡化产业的发展。

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