我国海水淡化领域标准体系建设探讨[1]

文/张大全 樊智峰 高立新

我国海水淡化领域标准体系建设探讨[1]

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为促进我国海水淡化产业进一步发展，加快标准体系建设势在必行。本文介绍了我国海水淡化标准体系建设的状况，总结了面向战略新兴产业的海水淡化标准综合体，探讨了新形势下海水淡化标准建设发展的方向。

海水淡化 标准体系 饮用水质

当今世界淡水资源日趋匮乏，各国面临加速水资源的开发、解决淡水危机的重要课题。海水淡化是实现新水源生产，缓解淡水资源危机的重要途径之一。海水淡化标准化工作是海水淡化产业化发展的重要技术支撑，是规范海水淡化生产和管理, 保障供水安全，促进海水淡化行业健康快速发展的有效措施。本文总结了我国海水淡化标准体系建设状况，探讨了新形势下海水淡化标准发展的方向。

一、海水淡化现状

人类面临陆上淡水紧缺和物质资源不断消耗的威胁，开发利用海水是发展的必然趋势。例如，以色列70%生活用水来自海水淡化。近年来，世界上海水淡化正向高效化、低能化和规模化的目标发展，反渗透（RO）、低温多效（LT-MED）和多级闪蒸（MSF）适用于大型海水淡化工程，成为商业化应用的主流海水淡化技术。2015年，全球海水淡化产能约为9.423×107m3/d。据某全球企业增长咨询公司调研数据，2015年世界海水淡化市场总值已达117亿美元。我国沿海地区经济发达、人口多，水资源短缺问题已经成为制约经济和社会可持续发展的重要瓶颈。根据水利部《全国水资源综合规划》预测，在采用各种节水、调水措施后，到2030年我国沿海地区的年缺水量仍将达到214亿m3，而海水淡化将很可能成为解决水资源短缺的唯一途径。

二、我国海水淡化标准体系建设现状

1. 海水淡化标准体系

我国海水淡化技术经过50多年的发展，在蒸馏法、反渗透法等主流海水淡化技术方面取得了重大突破, 成为世界上自主掌握海水淡化关键技术的国家之一。近10年，伴随我国海水淡化产业的发展，我国海水淡化标准化工作也逐步得到提升。2006年，国家标准化管理委员会、国家发展和改革委员会、科技部和国家海洋局联合发布了《海水利用标准发展计划》，海水淡化标准是其中的重要组成部分。2009年以来，已有相关海水利用标准体系表的研究成果，将该体系分为基础通用、海水淡化、海水冷却、海水化学资源利用、大生活用海水5 个标准子体系。海水淡化标准子体系又由基础通用标准、产品标准、检验标准、技术规范等部分组成。其中的技术规范又被分为：蒸馏法海水淡化技术、膜法海水淡化技术、电渗透式海水淡化技术、移动式海水淡化技术、其他海水淡化技术等（见图1）。

图1 海水淡化标准体系

2. 海水淡化标准综合体

2014年，中国海洋标准化技术委员会海水淡化及综合利用分技术委员会获国家标准化管理委员会批准筹建。该分技术委员会主要负责海水淡化和综合利用领域的标准化工作（不包括化学、分离膜和制盐领域）。国标委等十二部委联合发布《2014年战略性新兴产业标准综合体指导目录》，将“海水淡化标准综合体”和13项相关标准纳入其中，涉及水资源、机械制造、化工、树脂制造、分离膜等领域。海水淡化标准综合体是指围绕海水淡化产业发展的标准集合体，主要包括：

① 蒸馏法海水淡化工程设计规范，如：HY/T 115-2008《蒸馏法海水淡化工程设计规范》；

② 蒸馏法海水淡化装置用铝合金传热管；

③ 卷式反渗透膜元件技术要求；

④ 反渗透膜测试方法，如：GB/T 32373-2015《反渗透膜测试方法》；

⑤ 超滤膜测试方法，如：GB/T 32360-2015《超滤膜测试方法》；

⑥ 海水淡化预处理膜技术设计规范，如：GB/T 31327-2014《海水淡化预处理膜系统设计规范》；

⑦ 海水淡化膜系统测试评价方法，如：GB/T 32359-2015《海水淡化反渗透膜装置测试评价方法》；

⑧ 液体除菌用微孔膜折叠过滤芯性能检测方法；

⑨ 纳滤膜测试方法；

⑩ 反渗透能量回收装置通用技术规范，如：GB/T 30299-2013《反渗透能量回收装置通用技术规范》；

⑪海水淡化反渗透装置运行管理规范，如：GB/T 31328-2014《海水淡化反渗透系统运行管理规范》；

⑫分离膜外壳，如：GB/T 30300-2013《分离膜外壳》；

⑬渗透汽化膜测试方法。

这13类海水淡化标准涉及海水淡化主要技术层面，对于海水淡化产业发展具有重要的促进作用。这13类标准有的已存在，有的还属空白。需要强调的是，每一类标准可以有多项相关标准支撑。按照《目录》发布机构的要求，“海水淡化标准综合体”的制定将以国务院办公厅发布的《国务院办公厅关于加快发展海水淡化产业的意见》、国家发改委发布的《“十二五”海水淡化产业发展规划》和科技部《海水淡化科技发展“十二五”专项规划》等文件为依托进行编制。

随着我国海水淡化产业的发展，目前已发布了一批海水淡化国家标准、行业标准和地方标准。截至2016年9月，我国已发布实施海水淡化相关标准超过90项，包括国家标准（含国军标）22项，行业标准70项，如HY/T 176-2014《海水中铁细菌的测定 MPN法》、HY/T 177-2014《海水中硫酸盐还原菌的测定MPN法》、HY/T 178-2014《海水碱度的测定pH电位滴定法》、HY/T 198-2015《海水淡化膜用阻垢剂阻垢性能的测定 人工浓海水碳酸钙沉积法》、GB/T 30665-2014《化学品 海水中的生物降解性 密闭瓶法》、GB/T 31316-2014《海水阴极保护总则》、GB/T 31328-2014、GB/T 32359-2015《海水淡化反渗透膜装置测试评价方法》、GB/T 32569-2016《海水淡化装置用不锈钢焊接钢管》。这些新增标准涵盖了海水水质监测、工程设计、运行管理等方面。

2015年，由首钢京唐公司和首钢国际工程公司等单位联合起草编制的《钢铁行业海水淡化技术规范 第1部分：低温多效蒸馏法》国家标准通过审定。该国家标准以YB/T 4256.1-2012《钢铁行业海水淡化技术规范 第1部分：低温多效蒸馏法》为基础，对原行业标准中低温多效蒸馏法海水淡化的范围、规范性引用文件、术语和定义、介质要求、系统要求、材料及设备要求、运行、维护与监测、检验方法等进行了全面、系统的修订和补充，这应属于工程设计标准。

3. 我国海水淡化标准体系中存在的主要问题和分析

目前，国际标准化组织（ISO）、美国国家标准学会（ANSI）等标准化组织已经发布了大量海水淡化标准，主要集中在基础标准、方法标准、针对饮用水安全制定的安全标准和运行监测等方面，已经形成了较为完整的海水淡化及综合利用标准体系。我国海水淡化标准研究相对滞后，在海水源水水质标准、淡化水水质标准、海水淡化装置技术标准等方面还有待完善。

① 海水源水水质标准

GB 3097-1997《海水水质标准》，按照海域的不同使用功能和保护目标，将海水水质分为四类，并规定了每一类的海水水质指标：“第一类适用于海洋渔业水域，海上自然保护区和珍稀濒危海洋生物保护区；第二类适用于水产养殖区，海水浴场，人体直接接触海水的海上运动或娱乐区，以及与人类食用直接有关的工业用水区；第三类适用于一般工业用水区，滨海风景旅游区；第四类适用于海洋港口水域，海洋开发作业区”。该标准并不涉及海水淡化的水源水质。海水源水水质不仅对海水淡化预处理工艺、后续脱盐淡化工艺及运营成本影响巨大，对于饮用主体的心理接受度也有重大影响。目前，淡水源水水质评价主要依据是CJ 3020-1993《生活饮用水水源水质标准》，该标准适用于城乡集中式生活饮用水的水源水质，对于淡化水的海水源水却没有相应标准。根据我国海洋环境状况公报显示：我国海洋环境质量状况总体较好，但近岸海城水体污染、生态受损等环境问题依然突出。其中，未达到第一类海水水质标准的海域面积为 17万km2、水质为劣四类的近岸海域面积约为 6.8万km2。针对我国近海海域不同污染状况，应建立海水水源地保护区，完善海水淡化海水源中的有机物污染、SDI（淤泥密度指数）、温度、浊度和盐度等影响海水淡化运行的重要指标，制定海水源水水质标准和相应淡化水水源地的管理标准，规范管理，优化沿海水资源结构。

② 淡化水水质标准

当前，我国生活饮用水的卫生评价主要是依据GB 5749-2006《生活饮用水卫生标准》进行的，该标准以饮水安全为基点，以水源水是地表水和地下水为前提，以有害、有毒的污染物最大限量值指标为主。淡化水，水呈弱酸性，缺乏有益的矿物盐。因此，一般需要对淡化海水进行后续的矿化处理（掺加天然淡水、加碱、矿石过滤等），以提高矿物质含量和碱度。但目前生活饮用水标准中缺少有益于人体健康指标的最低限量值，难以全面地评估海水淡化水的水质。例如，反渗透海水淡化对海水中硼的去除率为80%左右，导致淡化水中的硼含量超标（世界卫生组织（WHO）规定饮用水中硼含量不得高于0.3 mg/L），硼含量高会对人体的神经和生殖系统产生危害，也直接影响到植物的生长以及动物的发育。

此外，海水淡化的原水中含有多种海洋微生物、藻类和细菌，为防止海水淡化装置中生物繁殖、腐蚀、结垢等，在处理过程中常加入多种化学药剂或生物药剂，这都可能导致淡化水中含有多种现行水质标准控制之外的生物和/或化学污染物。因此，为了保证饮水安全，需要对淡化水的多个指标进行水质监测，并根据实际情况对现行的水质标准作适当的修改。

WHO《饮用水水质准则》明确指出适用海水淡化水，但应考虑海水自身所具有的特殊属性以及其在淡化、后处理、运输等方面与传统工艺的不同。海水淡化水的标准应根据其用途，建立不同的标准评价体系，如海水淡化水根据用途作为饮水需符合生活饮用水水质标准，若作为农田灌溉水则需符合农田灌溉水质标准。工业用淡化水已有相应的水质标准，在GB/T 50619-2010《火力发电厂海水淡化工程设计规范》确定了反渗透海水淡化产品水作为工业水时建议执行的水质控制指标：总硬度不宜小于40 mg/L（以 CaCO3计）；碱度不宜小于40 mg/L（以CaCO3计）；pH值（25 ℃）宜为8. 0～9.0。

因此，参考现有GB 5749-2006的框架，充分考虑海水的固有特点和海水淡化工艺，选择适宜的卫生学指标，制定相应的海水淡化水水质安全标准、海水淡化水水质调整规范方法，这对促进海水淡化产业化发展，推进海水淡化水进入市政供水管网具有重要意义。

③ 海水淡化装置技术标准

海水淡化装置技术标准发展不平衡，缺乏系统性，一些重要的技术标准缺失，如缺乏蒸馏法海水淡化装置用铝合金传热管标准，海水淡化装置能效标准等。我国海水淡化及相关装备制造业发展迅速，形成了反渗透与低温多效蒸馏两大主流技术，部分已达到国际先进水平，初步具有国际竞争力。但是，海水淡化装置核心设备和技术（包括：反渗透膜、能量回收装置、高压泵、耐蚀材料等）依旧有待突破。我国应以海水淡化装备制造业为主线，加快海水淡化装置核心设备设计制造和海水淡化装置能效评定等标准的制定。此外，国内能够承担海水淡化技术标准验证实验的单位较少，很多海水淡化技术标准因缺乏实验验证导致进度滞后，比如对蒸馏法海水淡化的热交换管的选材方面，缺少大型实验室模拟腐蚀装置，因而不能明确标准的技术指标，在一定程度上制约了我国海水淡化和相关装备制造业的发展速度。

4.“十三五”期间我国海水淡化标准建设思考

目前，我国海水淡化仍处于产业发展阶段，主要体现在海水淡化产能较低，其规模仅为世界的1%，这与我国占世界1/5人口总量和世界第二大经济体地位严重不符，与我国严峻的供水形势也不相称。

海水淡化标准化工作是海水淡化产业发展的一项基础性工作，对推进水资源可持续利用具有重要的支撑作用。目前, 我国海水淡化行业标准化建设工作非常紧迫, 我国亟需加强海水淡化和综合利用产业共性技术标准、工程与装备技术标准、检验检测方法标准的研制工作，建立完善我国海水淡化标准体系，为海水淡化新产品研发、技术提升提供有力的技术支撑和保障。2015年9月，国家海洋局开始启动《中国海洋标准化“十三五”发展规划》编制工作，并于2016年5月通过专家评审，这将为我国海水淡化标准化工作开展提供技术指引。

海洋经济正成为全球经济新的增长点，随着“21世纪海上丝绸之路”等国家战略的提出，国家正积极稳妥地推进海洋生态文明建设。我们应以此为契机，完善海水淡化装备制造的相关标准，培育龙头企业，形成产业规模，积极拓展海外海水淡化市场，为海水淡化装备“走出去”打下基础。同时，完善海水淡化安全标准，积极关注海水淡化和可再生能源耦合等新技术及其标准体系建设，注重创新、产业、供水、标准和管理等五大体系的建设，促进技术研发、装备制造、工程应用、用水保障、标准规范和管理协调等六个重点领域发展，促进我国海水淡化产业的快速发展。预计“十三五”时期，随着海水淡化领域膜分离和热法分离技术在理论、技术、装备、过程等全链条的创新提升，随着海水淡化标准体系的逐步完善，标准质量水平不断提升,标准间的配套协调进一步增强，将为我国海水淡化产业的迅速崛起提供标准化支撑保障。

The construction of standardization system is imperative to promote the development of China’s seawater desalination industry. This paper introduces the construction of the seawater desalination standard system in China, summarizes the standard system of seawater desalination which is positioned as the strategic emerging industry, and discusses the future development of seawater desalination standardization construction under the new situation.

Seawater desalination; Standard system; Drinking water quality

（作者单位：1上海电力学院环境与化学工程学院；2上海电气海水淡化工程技术公司）

注：[1] 基金项目：国家科技支撑项目（2014BAB04B01），上海市产业化标准项目（14DZ0500700）。