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与太阳能、核能等新能源和清洁能源结合是海水淡化与环境和谐、降低成本走向大型化的趋势
在1995年的美国科幻电影《未来水世界》中,透过导演的大胆极端假设,公元2500年的地球由于两极冰层融化,世界变成一片汪洋,人类不得不漂流在海上,淡水和泥土贵比黄金。影片的第一组镜头即是海行者驾驶着一叶孤帆漂荡在无垠的蓝色海洋,依靠一种装置将人体排泄物净化来完成内外水分循环。面对触手可及、取之不尽的汪洋,竟解不了人类之渴,不禁让人深思:我们未来的水从哪里来?
联合国发表的一份报告称,如果不采取节水措施,未来20年世界人均淡水供应会减少三分之一,淡水危机将进一步加剧。据联合国估计,每人每天至少需要50升水,但人均用水量在发达国家与发展中国家间差距明显。
地球表面虽然70%被水所覆盖。但淡水仅占其中3%的份额,除却凝固在冰川和冰山中的固态水,剩下只约0.3%的地表水以及地下水。淡水资源不仅少而珍贵且时空分布不均衡,危机之谈也非新事,上世纪50年代即有此说。当发现这块蛋糕既小还不够吃的时候,人类将目光雄心勃勃地投向海洋,计划战略性地向蓝色宝库要水。海水淡化技术经过半个多世纪的发展已经较为成熟,从前只为少数有财力而缺水的沙漠地带国家所大规模应用,但随着淡水储量的不断缩减以及脱盐技术的日趋完善,海水淡化逐渐从沙漠走向城市、从热带延伸温带。
目前,已有120多个国家和地区开展了海水淡化工作,并成为一些国家水资源的重要组成部分。太平洋研究所2009年的报告显示,沙特阿拉伯以日均淡化500万吨海水位列全球之首,美国、阿联酋、科威特和日本紧随其后。
海水淡化ABC
推广和大规模应用淡化海水,最大阻力来自于其昂贵的成本。在过去50年中,得益于技术的突飞猛进和脱盐工艺的不断完善,淡化成本降低了约三分之二。
淡化海水最终价格形成的决定机制包含淡化厂的投资、运营及维护成本。盐分高低首先奠定了淡化的成本基础,其次淡化厂产能也是重要因素,一般说来规模越大越有利于降低成本。能源消耗则是最为关键的决定性因素,它占到运营成本的20%～50%,取决于燃料价格及所采用的技术。
目前,世界上海水淡化技术已达十来种,根据不同优势和特点因地制宜满足人类的生产、生活需要。这其中,蒸馏法、电渗析法、反渗透法达到了工业化规模生产应用,多为大型海水淡化项目采用。
我们都知道,水在常规气压下,加热到100℃会沸腾成为蒸汽。蒸馏法便是利用水的液气态变化这一物理原理,如果适当加温的海水加入真空或接近真空的蒸馏室,瞬间蒸发为水蒸气后冷凝为蒸馏水,即为淡水。蒸馏法可分为多效蒸馏法(Multi-Effect)、蒸汽压缩法(Vapor Compression)和多级闪蒸法(Multi-Stage Flash)。依据MSF技术建造的淡化装置可造得较大,将多个真空蒸发室连接起来,具有产量大、技术成熟、安全性高、弹性大的特点,适于建设大型淡化厂。此外还能与热电厂联合建设,利用余热加热海水,水电联产降低成本。目前主要在海湾国家采用,世界最大规模工程位于沙特阿拉伯,日产45万吨。
电渗析法(Electrodialysis)和反渗透技术(Reverse Osmosis)都属于膜分离淡化法,前者利用一种特制薄膜,在电力作用下将盐类离子从海水中分离出来成为淡水。电渗析法还可以作为水质处理手段,在污水处理中发挥功效。
反渗透技术利用只允许溶剂透过、不允许溶质透过的半透膜,将海水与淡水分隔开来。其最大优点是节能,能耗仅为电渗析法的1/2,蒸馏法的1/40。因此,从1974年起,美、日等发达国家先后把发展重心转向反渗透法。
RO技术进步发展速度最快,除解决沿海地区和岛屿用水紧张状况之外,还广泛用于苦咸水淡化以及纯水和超纯水的制备。经过50多年的研究、开发和产业化,工艺过程也逐渐成熟,使本体能耗在3千瓦时/吨淡水以下,成为从海水制取引用水最廉价的方法,具备较强竞争力。近几年来,反渗透技术由于其投资少、能耗低、成本便宜、建设周期短等优点,已多次在国际海水淡化招标中胜出。
目前,全球海水淡化日产量已经达到6300多万吨,并且还在以每年10%～30%的速度攀升,其中80%用于饮用水,解决了1亿多人的供水问题。海水淡化作为淡水资源的替代与增量技术,愈来愈受到重视和支持,成为未来解“地球之渴”的可行性方案和重要途径。
英伦篇——
温带岛国始踏淡化之路
雾都亦缺水
位于英国东南部地区的伦敦,受北大西洋暖流和西风影响,属温带海洋性气候,终年温和湿润,多雨雾天气。这座被称为“雾都”的城市,坐拥泰晤士河,面朝北海,似乎与缺水扯不上干系。在很多人看来这里理应降雨丰沛、水源充足,但据英国最大的供水机构泰晤士水务公司说,其实伦敦的年均降水量仅为600多毫米,大体上与北京相差无异。
伦敦现有人口755万,过去20年间增长约60多万,预计2021年这一数字将达到820万,由此可见,居民日常用水将是城市供水一笔不小的开支。而2005～2006年,英国各地发生持续干旱,伦敦更是遭遇百年来最严重旱情,政府实行限水措施、加强用水管制,草坪喷洒、游泳池、洗车等均受到限制。当人工降雨、淡水陆运已不能缓解用水紧张时,伦敦供水机构甚至拟从北冰洋引冰山解“伦敦之渴”。
英国环保局指出,近年来城市人口的不断膨胀、气候变化的影响以及偶发的旱情,是使城市常常面临供水压力的重要原因。
伦敦人的后备水源
这座英伦岛国第一座海水淡化厂位于伦敦东部贝克顿,两年前开建并于今年6月竣工,可在需要时随时启动,为伦敦和英国东南地区的居民供应自来水。
泰晤士水务公司说,现在全球已有约14000座海水淡化厂,但大部分使用两阶段反渗透,而这座厂首次采用改进后的四级反渗透技术,能将85%的盐水淡化为饮用水,效率和产能都得到提高。
该公司修建的淡化设施耗资270万英镑,以可再生能源——提炼自废弃食用油的“生物柴油”为燃料,日淡化能力达14万吨水,可以满足100万人口的日均需求。据悉,只有在极端热旱天气,淡化设备才会启动,用以补充伦敦地区供水不足。
海水淡化与水管防漏并行
这个名为“泰晤士门户”的海水淡化项目曾在2006年的审批中半路流产,当时遭到伦敦市长的坚决反对,认为这项工程投入高、能耗大,且污染环境,不如修复水管来得直接。
泰晤士水务公司作为英国最大的供水机构,拥有380座水库、100家水处理厂、228个水泵站、3.1万千米管道设施,在伦敦及泰晤士河流域的用户超过1360万。水务处主任约翰·哈尔索尔说,这些建于19世纪晚期的供水管道历经百年沧桑,三分之一的水管在“二战”德军空袭轰炸下和酸性土壤腐蚀后发生严重破损。目前,公司已经更换了超过2000公里的水管,每米花费约600英镑。但漏水状况仍令人担忧,据统计去年的日均漏水量达到89.4万吨,占日供水量的34%左右,相当于344个奥运会标准游泳池的总水量。
谈到工厂的建成,公司总裁马丁·贝格斯说,4年前的那场旱灾还历历在目,我们不能抱着侥幸心理自我安慰,而应努力避免灾难重现。在大力解决管道漏水问题的同时,海水淡化厂将为伦敦地区的用水安全提供双重保障,全面提升城市的供水系统能力。
北美篇——
在太平洋中插一根吸管
西海岸水危机日益突出
1952年,美国设立盐水局进行淡化技术研究,1974年转为资源技术局,致力于推动脱盐技术的进步与应用。第一个海水淡化工厂于1954年建于美国得克萨斯的弗里波特,主要提供饮用水和农业用水,浓缩的海水有时也用于生产食用盐。
位于太平洋南岸的加利福尼亚的历史是用金矿、铁路和水写成的。水资源开发在美国加州历史上举足轻重,特别是对于该州的农业生产。加州的农业在过去60年一直处于美国的领先地位,是全国最大的农产品出口基地。在加州的水源利用中,农业灌溉占了80%,其余20%为城市用水。其中商业用水、城市工业和市政机构用水占城市用水的1/3,另外2/3是城市居民用水。近些年,气候变化和人口急剧增长所带来的水资源供需矛盾日益严重,水源短缺成为加州发展的突出问题。
加州的水危机可追溯至百年前,甚至出现在导演罗曼·波兰斯基以30年代的洛杉矶为背景的电影《唐人街》里。尽管在过去的一个多世纪里,前后修建的许多大型水泵和数千公里水管与运河所构成的先进供水系统为这里源源不断地输送着淡水,但加州仍然焦渴得像困在海上极度缺水的船员。过去几年中的持续干旱与高温天气,使得加州的主要水库降到了近二十年来的最低水平,州政府被迫对多数居民实施强制性用水管制,而加州最主要的地表水仓库——位于内华达山脉的积雪场面积也在不断缩小。
与此同时,人口稠密的南加州地区仍以每年20多万人的速度持续增长着。
饮“海”能否止渴
在加州1000多公里南北绵延的海岸线上,大大小小的海水淡化工程备受关注。加州海岸现约有21个海水淡化工厂,大部分利用美国目前技术领先的反渗透淡化技术。
洛杉矶以北150公里的圣巴巴拉市城区有一座海水淡化厂,建于上世纪90年代初,耗资3400万美元,起初是作为一个临时性的紧急供水站应对当时严重的旱情。一根760米长的管道从工厂延伸到太平洋,将海水以低压泵入过滤器中进行预处理,初级和二级过滤器首先除去了海水里的颗粒物质。接着水泵再将只剩盐分的海水加压通过反渗透膜,成为饮用水直接导入自来水管。1996年加州海岸委员会批准工厂投入长期使用,除在干旱时期为城市供水外,还将以备加州其他地区不时之需。
很多人将海水淡化作为解决缺水问题的最终途径,但似乎目前海水淡化的规模还不能满足大量人口的需要。据加州太平洋机构报道,即便再建8座海水淡化工厂,也只能满足南加州7%的水需求。
面对日益严峻的用水形势,加州政府于2009年批准在圣地亚哥市建设一座西半球最大的海水淡化厂,预计2011年项目完工后可日供饮用水约18900吨,满足30万人每日需要量,相当于当地10%的饮用水需求。
环保与发展的博弈
尽管当前形势不容乐观,水资源专家仍然认为节约用水是解决加州水资源危机最廉价、最便捷、最环保的措施,而非增加水量。
而环保主义者批评,海水淡化厂不仅耗费大量能源,还会把海洋中的鱼虾、浮游生物卷入机器中;高盐度的卤水直接排放会对海洋生物产生威胁,而且大型的淡化设备还影响了海岸的美观。
“显然对于淡水的需求是存在的,但是当前出现一个误区,就是为了建设海水淡化工厂,全然不顾及环境保护的问题。”旧金山著名环保组织“塞拉俱乐部”的海岸项目主任说。
这些抗议声,也促使了当地水务机构对项目开发者提出了建设湿地和处理废水有毒物质的要求。在这场关乎生存的博弈中,希望结果可以是双赢。
这一根根插入太平洋的吸管,但愿不是人类在饮鸩止渴。
中东篇——
水比油贵的沙漠王国
“幸福的沙漠”
一半以上国土被沙漠覆盖,气候炎热干燥,年均降雨不超过200毫米,然而就是这个神奇的地方演绎着一个悖论般的传奇:水资源极度匮乏,但农业却发展迅速,不仅千亩荒漠化为绿洲良田,粮食自给有余还出口小麦、蔬菜等农作物。其国名在阿拉伯语中意为“幸福的沙漠”,似乎是应验着先辈的愿景和祝福,这个国家就是沙特阿拉伯。
石油换淡水
石油储量位居全球首位,海水淡化产量也出人意料居世界第一,沙特阿拉伯用黑色的液体黄金换取生命之源,形成这样一个奇特的循环:淡水鲜见沙漠,沙漠富含石油,石油助产淡水。
沙特大规模进行海水淡化始于上世纪60年代,随着沙特石油工业的发展和经济多元化发展计划的实施,缺水问题日益突出。沙特制定计划在沿海地区建立海水淡化厂,利用多级闪蒸法,在淡化的同时以蒸汽带动涡轮机发电,以降低高昂的能耗成本。
目前,东部的阿拉伯湾和西部的红海沿岸共有30多个大规模海水淡化和发电一体化工厂,日产淡水约500万吨,为全国70%左右的城市居民提供用水的同时,还可供电280万千瓦。
沙特财政部长说,每天大约有150万桶原油用于全国范围内的海水淡化,一旦能源价格走高,也将带动水价随之上涨。
新能源涉水淡化技术
为了降低对石油的依赖,沙特积极寻找着海水淡化的替代能源和新技术。今年年初,沙特公布了一项与IBM合作的研究发展计划,利用太阳能和纳米技术来淡化海水,有望将能源成本降低40%,进一步提高产效。
该厂将建于沙特东北部城市阿尔卡夫及(Al-khafji),为淡化提供电力的超高聚光光伏发电技术,能效是目前一般光电设备的3倍。考虑到沙漠地带的高温状况,IBM研究人员设计的特殊工艺将使光电板在炙烤下也能长效抗热运行自如。
这座沙漠中的太阳能海水淡化厂预计2012年建成,届时将可为本城10万户居民每日供应3万吨净化水。据悉,沙特另有8座海水淡化厂计划在建,新能源将在沙漠王国的未来水源中扮演越来越重要的角色。
化危机为契机 开源也要节流
今天,淡化水约占全世界饮用水总量的1%。不管是先行者还是后进生,各国政府对海水淡化技术和产业化发展的重视都达到了一个新的高度。专家称,海水淡化的国际市场容量已经达到20多亿美元,未来20年淡化领域有近700亿美元商机,“朝阳产业”显现出巨大的市场潜力。
然而,阳光背后总会有阴影。巨大的能耗以及淡化产生的废水,不仅是成本因素,更是需要着重考虑的环境因素。
未来,与太阳能、核能等新能源和清洁能源结合是海水淡化与环境和谐、降低成本走向大型化的趋势。据测算如果把世界上废弃的低品位核燃料全部利用,可建立300余座20万千瓦的低温核供热堆。倘若将这些热量全部用于海水淡化,每天可生产2400万吨优质淡化水,供养人口超过2亿。澳大利亚西海岸城市柏斯(Perth)附近的一个新建厂,就使用附近风力发电厂出产的可再生能源——风电,除此之外该厂的现代化海水进水系统和废水排水系统均能把对海洋生物的影响最降到最低,是未来建设环境友好型海水淡化厂的典范。
面对淡水危机,我们还需审慎前行,开源的同时更要懂得节流,预防能耗加剧气候变化,防止污染威胁本已有限的天然水源。否则,地球之渴谁来解?
在1995年的美国科幻电影《未来水世界》中,透过导演的大胆极端假设,公元2500年的地球由于两极冰层融化,世界变成一片汪洋,人类不得不漂流在海上,淡水和泥土贵比黄金。影片的第一组镜头即是海行者驾驶着一叶孤帆漂荡在无垠的蓝色海洋,依靠一种装置将人体排泄物净化来完成内外水分循环。面对触手可及、取之不尽的汪洋,竟解不了人类之渴,不禁让人深思:我们未来的水从哪里来?
联合国发表的一份报告称,如果不采取节水措施,未来20年世界人均淡水供应会减少三分之一,淡水危机将进一步加剧。据联合国估计,每人每天至少需要50升水,但人均用水量在发达国家与发展中国家间差距明显。
地球表面虽然70%被水所覆盖。但淡水仅占其中3%的份额,除却凝固在冰川和冰山中的固态水,剩下只约0.3%的地表水以及地下水。淡水资源不仅少而珍贵且时空分布不均衡,危机之谈也非新事,上世纪50年代即有此说。当发现这块蛋糕既小还不够吃的时候,人类将目光雄心勃勃地投向海洋,计划战略性地向蓝色宝库要水。海水淡化技术经过半个多世纪的发展已经较为成熟,从前只为少数有财力而缺水的沙漠地带国家所大规模应用,但随着淡水储量的不断缩减以及脱盐技术的日趋完善,海水淡化逐渐从沙漠走向城市、从热带延伸温带。
目前,已有120多个国家和地区开展了海水淡化工作,并成为一些国家水资源的重要组成部分。太平洋研究所2009年的报告显示,沙特阿拉伯以日均淡化500万吨海水位列全球之首,美国、阿联酋、科威特和日本紧随其后。
海水淡化ABC
推广和大规模应用淡化海水,最大阻力来自于其昂贵的成本。在过去50年中,得益于技术的突飞猛进和脱盐工艺的不断完善,淡化成本降低了约三分之二。
淡化海水最终价格形成的决定机制包含淡化厂的投资、运营及维护成本。盐分高低首先奠定了淡化的成本基础,其次淡化厂产能也是重要因素,一般说来规模越大越有利于降低成本。能源消耗则是最为关键的决定性因素,它占到运营成本的20%～50%,取决于燃料价格及所采用的技术。
目前,世界上海水淡化技术已达十来种,根据不同优势和特点因地制宜满足人类的生产、生活需要。这其中,蒸馏法、电渗析法、反渗透法达到了工业化规模生产应用,多为大型海水淡化项目采用。
我们都知道,水在常规气压下,加热到100℃会沸腾成为蒸汽。蒸馏法便是利用水的液气态变化这一物理原理,如果适当加温的海水加入真空或接近真空的蒸馏室,瞬间蒸发为水蒸气后冷凝为蒸馏水,即为淡水。蒸馏法可分为多效蒸馏法(Multi-Effect)、蒸汽压缩法(Vapor Compression)和多级闪蒸法(Multi-Stage Flash)。依据MSF技术建造的淡化装置可造得较大,将多个真空蒸发室连接起来,具有产量大、技术成熟、安全性高、弹性大的特点,适于建设大型淡化厂。此外还能与热电厂联合建设,利用余热加热海水,水电联产降低成本。目前主要在海湾国家采用,世界最大规模工程位于沙特阿拉伯,日产45万吨。
电渗析法(Electrodialysis)和反渗透技术(Reverse Osmosis)都属于膜分离淡化法,前者利用一种特制薄膜,在电力作用下将盐类离子从海水中分离出来成为淡水。电渗析法还可以作为水质处理手段,在污水处理中发挥功效。
反渗透技术利用只允许溶剂透过、不允许溶质透过的半透膜,将海水与淡水分隔开来。其最大优点是节能,能耗仅为电渗析法的1/2,蒸馏法的1/40。因此,从1974年起,美、日等发达国家先后把发展重心转向反渗透法。
RO技术进步发展速度最快,除解决沿海地区和岛屿用水紧张状况之外,还广泛用于苦咸水淡化以及纯水和超纯水的制备。经过50多年的研究、开发和产业化,工艺过程也逐渐成熟,使本体能耗在3千瓦时/吨淡水以下,成为从海水制取引用水最廉价的方法,具备较强竞争力。近几年来,反渗透技术由于其投资少、能耗低、成本便宜、建设周期短等优点,已多次在国际海水淡化招标中胜出。
目前,全球海水淡化日产量已经达到6300多万吨,并且还在以每年10%～30%的速度攀升,其中80%用于饮用水,解决了1亿多人的供水问题。海水淡化作为淡水资源的替代与增量技术,愈来愈受到重视和支持,成为未来解“地球之渴”的可行性方案和重要途径。
英伦篇——
温带岛国始踏淡化之路
雾都亦缺水
位于英国东南部地区的伦敦,受北大西洋暖流和西风影响,属温带海洋性气候,终年温和湿润,多雨雾天气。这座被称为“雾都”的城市,坐拥泰晤士河,面朝北海,似乎与缺水扯不上干系。在很多人看来这里理应降雨丰沛、水源充足,但据英国最大的供水机构泰晤士水务公司说,其实伦敦的年均降水量仅为600多毫米,大体上与北京相差无异。
伦敦现有人口755万,过去20年间增长约60多万,预计2021年这一数字将达到820万,由此可见,居民日常用水将是城市供水一笔不小的开支。而2005～2006年,英国各地发生持续干旱,伦敦更是遭遇百年来最严重旱情,政府实行限水措施、加强用水管制,草坪喷洒、游泳池、洗车等均受到限制。当人工降雨、淡水陆运已不能缓解用水紧张时,伦敦供水机构甚至拟从北冰洋引冰山解“伦敦之渴”。
英国环保局指出,近年来城市人口的不断膨胀、气候变化的影响以及偶发的旱情,是使城市常常面临供水压力的重要原因。
伦敦人的后备水源
这座英伦岛国第一座海水淡化厂位于伦敦东部贝克顿,两年前开建并于今年6月竣工,可在需要时随时启动,为伦敦和英国东南地区的居民供应自来水。
泰晤士水务公司说,现在全球已有约14000座海水淡化厂,但大部分使用两阶段反渗透,而这座厂首次采用改进后的四级反渗透技术,能将85%的盐水淡化为饮用水,效率和产能都得到提高。
该公司修建的淡化设施耗资270万英镑,以可再生能源——提炼自废弃食用油的“生物柴油”为燃料,日淡化能力达14万吨水,可以满足100万人口的日均需求。据悉,只有在极端热旱天气,淡化设备才会启动,用以补充伦敦地区供水不足。
海水淡化与水管防漏并行
这个名为“泰晤士门户”的海水淡化项目曾在2006年的审批中半路流产,当时遭到伦敦市长的坚决反对,认为这项工程投入高、能耗大,且污染环境,不如修复水管来得直接。
泰晤士水务公司作为英国最大的供水机构,拥有380座水库、100家水处理厂、228个水泵站、3.1万千米管道设施,在伦敦及泰晤士河流域的用户超过1360万。水务处主任约翰·哈尔索尔说,这些建于19世纪晚期的供水管道历经百年沧桑,三分之一的水管在“二战”德军空袭轰炸下和酸性土壤腐蚀后发生严重破损。目前,公司已经更换了超过2000公里的水管,每米花费约600英镑。但漏水状况仍令人担忧,据统计去年的日均漏水量达到89.4万吨,占日供水量的34%左右,相当于344个奥运会标准游泳池的总水量。
谈到工厂的建成,公司总裁马丁·贝格斯说,4年前的那场旱灾还历历在目,我们不能抱着侥幸心理自我安慰,而应努力避免灾难重现。在大力解决管道漏水问题的同时,海水淡化厂将为伦敦地区的用水安全提供双重保障,全面提升城市的供水系统能力。
北美篇——
在太平洋中插一根吸管
西海岸水危机日益突出
1952年,美国设立盐水局进行淡化技术研究,1974年转为资源技术局,致力于推动脱盐技术的进步与应用。第一个海水淡化工厂于1954年建于美国得克萨斯的弗里波特,主要提供饮用水和农业用水,浓缩的海水有时也用于生产食用盐。
位于太平洋南岸的加利福尼亚的历史是用金矿、铁路和水写成的。水资源开发在美国加州历史上举足轻重,特别是对于该州的农业生产。加州的农业在过去60年一直处于美国的领先地位,是全国最大的农产品出口基地。在加州的水源利用中,农业灌溉占了80%,其余20%为城市用水。其中商业用水、城市工业和市政机构用水占城市用水的1/3,另外2/3是城市居民用水。近些年,气候变化和人口急剧增长所带来的水资源供需矛盾日益严重,水源短缺成为加州发展的突出问题。
加州的水危机可追溯至百年前,甚至出现在导演罗曼·波兰斯基以30年代的洛杉矶为背景的电影《唐人街》里。尽管在过去的一个多世纪里,前后修建的许多大型水泵和数千公里水管与运河所构成的先进供水系统为这里源源不断地输送着淡水,但加州仍然焦渴得像困在海上极度缺水的船员。过去几年中的持续干旱与高温天气,使得加州的主要水库降到了近二十年来的最低水平,州政府被迫对多数居民实施强制性用水管制,而加州最主要的地表水仓库——位于内华达山脉的积雪场面积也在不断缩小。
与此同时,人口稠密的南加州地区仍以每年20多万人的速度持续增长着。
饮“海”能否止渴
在加州1000多公里南北绵延的海岸线上,大大小小的海水淡化工程备受关注。加州海岸现约有21个海水淡化工厂,大部分利用美国目前技术领先的反渗透淡化技术。
洛杉矶以北150公里的圣巴巴拉市城区有一座海水淡化厂,建于上世纪90年代初,耗资3400万美元,起初是作为一个临时性的紧急供水站应对当时严重的旱情。一根760米长的管道从工厂延伸到太平洋,将海水以低压泵入过滤器中进行预处理,初级和二级过滤器首先除去了海水里的颗粒物质。接着水泵再将只剩盐分的海水加压通过反渗透膜,成为饮用水直接导入自来水管。1996年加州海岸委员会批准工厂投入长期使用,除在干旱时期为城市供水外,还将以备加州其他地区不时之需。
很多人将海水淡化作为解决缺水问题的最终途径,但似乎目前海水淡化的规模还不能满足大量人口的需要。据加州太平洋机构报道,即便再建8座海水淡化工厂,也只能满足南加州7%的水需求。
面对日益严峻的用水形势,加州政府于2009年批准在圣地亚哥市建设一座西半球最大的海水淡化厂,预计2011年项目完工后可日供饮用水约18900吨,满足30万人每日需要量,相当于当地10%的饮用水需求。
环保与发展的博弈
尽管当前形势不容乐观,水资源专家仍然认为节约用水是解决加州水资源危机最廉价、最便捷、最环保的措施,而非增加水量。
而环保主义者批评,海水淡化厂不仅耗费大量能源,还会把海洋中的鱼虾、浮游生物卷入机器中;高盐度的卤水直接排放会对海洋生物产生威胁,而且大型的淡化设备还影响了海岸的美观。
“显然对于淡水的需求是存在的,但是当前出现一个误区,就是为了建设海水淡化工厂,全然不顾及环境保护的问题。”旧金山著名环保组织“塞拉俱乐部”的海岸项目主任说。
这些抗议声,也促使了当地水务机构对项目开发者提出了建设湿地和处理废水有毒物质的要求。在这场关乎生存的博弈中,希望结果可以是双赢。
这一根根插入太平洋的吸管,但愿不是人类在饮鸩止渴。
中东篇——
水比油贵的沙漠王国
“幸福的沙漠”
一半以上国土被沙漠覆盖,气候炎热干燥,年均降雨不超过200毫米,然而就是这个神奇的地方演绎着一个悖论般的传奇:水资源极度匮乏,但农业却发展迅速,不仅千亩荒漠化为绿洲良田,粮食自给有余还出口小麦、蔬菜等农作物。其国名在阿拉伯语中意为“幸福的沙漠”,似乎是应验着先辈的愿景和祝福,这个国家就是沙特阿拉伯。
石油换淡水
石油储量位居全球首位,海水淡化产量也出人意料居世界第一,沙特阿拉伯用黑色的液体黄金换取生命之源,形成这样一个奇特的循环:淡水鲜见沙漠,沙漠富含石油,石油助产淡水。
沙特大规模进行海水淡化始于上世纪60年代,随着沙特石油工业的发展和经济多元化发展计划的实施,缺水问题日益突出。沙特制定计划在沿海地区建立海水淡化厂,利用多级闪蒸法,在淡化的同时以蒸汽带动涡轮机发电,以降低高昂的能耗成本。
目前,东部的阿拉伯湾和西部的红海沿岸共有30多个大规模海水淡化和发电一体化工厂,日产淡水约500万吨,为全国70%左右的城市居民提供用水的同时,还可供电280万千瓦。
沙特财政部长说,每天大约有150万桶原油用于全国范围内的海水淡化,一旦能源价格走高,也将带动水价随之上涨。
新能源涉水淡化技术
为了降低对石油的依赖,沙特积极寻找着海水淡化的替代能源和新技术。今年年初,沙特公布了一项与IBM合作的研究发展计划,利用太阳能和纳米技术来淡化海水,有望将能源成本降低40%,进一步提高产效。
该厂将建于沙特东北部城市阿尔卡夫及(Al-khafji),为淡化提供电力的超高聚光光伏发电技术,能效是目前一般光电设备的3倍。考虑到沙漠地带的高温状况,IBM研究人员设计的特殊工艺将使光电板在炙烤下也能长效抗热运行自如。
这座沙漠中的太阳能海水淡化厂预计2012年建成,届时将可为本城10万户居民每日供应3万吨净化水。据悉,沙特另有8座海水淡化厂计划在建,新能源将在沙漠王国的未来水源中扮演越来越重要的角色。
化危机为契机 开源也要节流
今天,淡化水约占全世界饮用水总量的1%。不管是先行者还是后进生,各国政府对海水淡化技术和产业化发展的重视都达到了一个新的高度。专家称,海水淡化的国际市场容量已经达到20多亿美元,未来20年淡化领域有近700亿美元商机,“朝阳产业”显现出巨大的市场潜力。
然而,阳光背后总会有阴影。巨大的能耗以及淡化产生的废水,不仅是成本因素,更是需要着重考虑的环境因素。
未来,与太阳能、核能等新能源和清洁能源结合是海水淡化与环境和谐、降低成本走向大型化的趋势。据测算如果把世界上废弃的低品位核燃料全部利用,可建立300余座20万千瓦的低温核供热堆。倘若将这些热量全部用于海水淡化,每天可生产2400万吨优质淡化水,供养人口超过2亿。澳大利亚西海岸城市柏斯(Perth)附近的一个新建厂,就使用附近风力发电厂出产的可再生能源——风电,除此之外该厂的现代化海水进水系统和废水排水系统均能把对海洋生物的影响最降到最低,是未来建设环境友好型海水淡化厂的典范。
面对淡水危机,我们还需审慎前行,开源的同时更要懂得节流,预防能耗加剧气候变化,防止污染威胁本已有限的天然水源。否则,地球之渴谁来解?