劉偉，張銘，齊連明

(1.國家海洋技術(shù)中心 天津 300112; 2.國家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所 天津 300192)

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西班牙海水淡化產(chǎn)業(yè)政策研究*

劉偉1，張銘2，齊連明1

(1.國家海洋技術(shù)中心 天津 300112; 2.國家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所 天津 300192)

西班牙是目前應(yīng)用海水淡化最多的西方國家，主要發(fā)展反滲透等膜法淡化技術(shù)。西班牙政府自2004年起實施的“水資源管理和利用措施”(AGUA)計劃不僅使地中海沿岸的淡化產(chǎn)水能力迅速增長、產(chǎn)水能耗不斷降低，還提升了本國企業(yè)開拓海外市場的實力。西班牙政府在長期實踐中制定了較完備的政策，保障淡化產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展并有效應(yīng)對其導(dǎo)致的環(huán)境影響。文章總結(jié)了西班牙海水淡化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，并對產(chǎn)業(yè)促進(jìn)和環(huán)境保護兩方面的政策進(jìn)行了研究，最后依據(jù)我國當(dāng)前海水淡化業(yè)發(fā)展形勢，參照西班牙的成功經(jīng)驗提出一些政策建議，旨在為我國海水淡化產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展提供有益的參考。

西班牙；海水淡化；反滲透；AGUA計劃；能耗；濃鹽水

為發(fā)展旅游業(yè)，西班牙于1964年在大西洋的加那利群島上建造了歐洲第一座淡化裝置。西班牙地中海沿岸享有優(yōu)越的陽光和氣候條件，是歐洲著名的多產(chǎn)作物區(qū)和旅游目的地，但長期干旱導(dǎo)致的水資源不足制約著社會經(jīng)濟的發(fā)展。為解決該問題，政府曾計劃從水資源豐富的北方埃布羅河流域調(diào)水。自2004年起，新一屆政府放棄了調(diào)水計劃，轉(zhuǎn)而支持在最需水的地區(qū)就地發(fā)展海水淡化。目前20座反滲透淡化新廠滿足了當(dāng)?shù)?0%的需水量，剩余需求也通過水再利用、提高灌溉效率等方法得到解決[1]，這極大地促進(jìn)了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟的發(fā)展。西班牙政府在長期實踐的基礎(chǔ)上制定了較為完備的產(chǎn)業(yè)政策，大力促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，這些經(jīng)驗對我國發(fā)展海水淡化產(chǎn)業(yè)有很好的借鑒意義。

1 西班牙淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

西班牙淡化產(chǎn)業(yè)規(guī)模位居全球第四，是目前應(yīng)用淡化技術(shù)最多的西方國家，淡化總產(chǎn)水能力至2013年已達(dá)476萬m3/d，其中海水淡化294萬m3/d[2]。

在產(chǎn)業(yè)分布方面，西班牙海水淡化業(yè)興起于加那利群島，之后向本土蔓延。目前，地中海沿岸大型反滲透工廠林立，已經(jīng)成為西班牙新的淡化產(chǎn)業(yè)中心；同時西班牙也在大西洋和地中海的群島上不斷投產(chǎn)新型淡化廠，用以滿足當(dāng)?shù)赜盟枨蟆?/p>

在技術(shù)應(yīng)用方面，西班牙20世紀(jì)70年代投產(chǎn)的早期淡化廠多采用多級閃蒸、低溫多效蒸餾等熱法工藝。自90年代以來，西班牙的反滲透技術(shù)和裝備制造業(yè)發(fā)展迅速，一系列大型海水反滲透工廠在地中海沿岸相繼投產(chǎn)，淡化廠噸水能耗已下降至約3 kW·h/m3產(chǎn)水[3](圖1)。反滲透已成為西班牙淡化的主流技術(shù)(圖2)。

圖1 西班牙海水淡化產(chǎn)水能力和單位能耗的演變

圖2 西班牙各類淡化技術(shù)的應(yīng)用比例[2]

西班牙淡化廠使用的原水包括海水、河水、廢水、鹵水和內(nèi)陸苦咸水等(圖3)。在淡化水的應(yīng)用方面，約343.3萬m3/d的淡化水用于市政飲用供水，81.2萬m3/d用于農(nóng)業(yè)灌溉，其余部分供給工業(yè)、旅游業(yè)和軍事等[2，4](圖4)。

圖3 西班牙淡化廠使用的各類原水比例[2]

圖4 西班牙淡化水的應(yīng)用[4]

西班牙非常重視并大力支持淡化技術(shù)研發(fā)，例如，其參加了“歐盟第六框架專門計劃(STREP)”中的“膜法淡化：綜合方法”(Membrane-Based Desalination: An Integrated Approach， MEDINA)項目，重點對零液體排放方法、可再生能源淡化、先進(jìn)復(fù)合型膜工藝等進(jìn)行研究[5]，旨在保持西班牙在膜法海水淡化領(lǐng)域的國際領(lǐng)先地位。

在從業(yè)公司方面，西班牙海水淡化企業(yè)數(shù)量也非常眾多[1]。其中既包括能夠建造大型海水淡化廠的跨國公司，也不乏實力雄厚的裝備制造公司。例如，安迅能(Acciona Agua)公司在全球參建過70多座海水淡化工程，這些淡化廠的總產(chǎn)水能力超過175萬m3/d；SPA隸屬于FCC集團的阿奎利雅(Aqualia)公司，是從事海水淡化設(shè)備設(shè)計和建造的專業(yè)公司。如今西班牙公司在淡化項目設(shè)計、建造、運營和維護方面均已成為世界海水淡化市場的有力競爭者和領(lǐng)跑者，在北美、印度、中東和北非市場占據(jù)著領(lǐng)先的市場份額。我國的青島百發(fā)10萬m3/d海水淡化工程就是由西班牙百菲薩公司總包的。

2 西班牙淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策

2.1 產(chǎn)業(yè)支持政策

西班牙政府的產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策主要包括公共投資、價格補貼和產(chǎn)能建設(shè)3方面。1985年出臺的《國家水資源規(guī)劃》(SNHP)中提出對水利基礎(chǔ)設(shè)施和淡化產(chǎn)業(yè)的公共投資，規(guī)定優(yōu)先投資不依賴外部輸水的開發(fā)項目，鼓勵采用非傳統(tǒng)性方法獲得高品質(zhì)水源，例如淡化海水與苦咸水。

為使淡化飲用水價格與全國家庭用水平均水價相近，促進(jìn)淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展，西班牙政府早在1983年就制定了對淡化產(chǎn)水的補貼政策，并根據(jù)《西班牙總預(yù)算法》每年一度地制定補貼方案，環(huán)境部自1997年起控制和分配該補貼。計算補貼使用的公式考慮了許多因素，如水資源量、淡化水成本、能耗量、管網(wǎng)滲漏和人口密度等。生產(chǎn)淡化水的公司必須實現(xiàn)家庭飲用水供應(yīng)方能享受補貼。根據(jù)歐盟法規(guī)，對公司的補貼必須始終低于海水或苦咸水淡化的產(chǎn)水成本[6]。該補貼政策促進(jìn)了淡化產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

2004-2011年，西班牙政府啟動并實施了“水資源管理和利用措施”(AGUA)計劃，即以海水淡化技術(shù)作為戰(zhàn)略關(guān)鍵依托，實現(xiàn)300萬m3/d(8.5億m3/a)的可利用水資源量，為地中海流域提供充足的市政飲用水和灌溉用水，解決該地區(qū)水資源短缺引發(fā)的問題[3]。該計劃還包括實行嚴(yán)格的淡化水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(包括降低硼含量)和能耗標(biāo)準(zhǔn)。AGUA計劃總投資超過10億歐元，并獲得歐盟部分資助。AGUA新建海水淡化廠的產(chǎn)水成本為0.5～0.6歐元/m3，為推廣淡化的農(nóng)業(yè)應(yīng)用，淡化產(chǎn)水的硼濃度須低于0.5 mg/L，并對不同類型的用戶執(zhí)行差異的水價標(biāo)準(zhǔn)[7]：飲用水用戶0.5～0.6歐元/m3;農(nóng)業(yè)灌溉0.3歐元/m3;工業(yè)和服務(wù)業(yè)大于1歐元/m3。通過實施AGUA計劃，西班牙不但增強了淡化技術(shù)力量，令海水淡化工業(yè)重心轉(zhuǎn)移至地中海沿岸，還提高了淡化水在農(nóng)業(yè)灌溉中的比例。西班牙企業(yè)則升級了技術(shù)、儲備了人才，積累了建設(shè)和運營大型淡化廠的經(jīng)驗，并積極開拓海外市場，西班牙由此在國際淡化產(chǎn)業(yè)競爭中確立了領(lǐng)先地位。

2.2 環(huán)境保護政策

西班牙境內(nèi)所有淡化廠必須遵守本國以及歐盟頒布的相關(guān)法律、法規(guī)和政策。西班牙環(huán)境、農(nóng)村和海洋部主管全國淡化廠的環(huán)境影響評價。

在淡化廠的節(jié)能減排方面，隨著能源和氣候變化等環(huán)境問題日益受到關(guān)注，環(huán)境部早在2004年就表示政府將支持可再生能源淡化技術(shù)的發(fā)展[8]；政府于2011年開始實施政策《行動計劃2011—2020：改進(jìn)現(xiàn)有凈水廠、供水、廢水處理和淡化的能效》(SPA26)[9]，要求新建淡化廠盡可能采用可再生能源，避免加劇溫室效應(yīng)。例如，2009年投產(chǎn)的巴塞羅那反滲透海水淡化廠在其8座建筑屋頂上安裝了5 200多個太陽能光伏組件，每年可發(fā)電約1 MW，還安裝了風(fēng)力發(fā)電裝置。該淡化廠產(chǎn)水能力20萬m3/d，能耗僅為3 kW·h/m3產(chǎn)水，每年可減排850 t 二氧化碳[10]。此外，通過參加歐盟MEDINA項目，并執(zhí)行可再生能源淡化促進(jìn)組織(PRODES)制定的《可再生能源淡化發(fā)展路線圖》[11]，西班牙將在2015年前后建立起針對可再生能源淡化的法律構(gòu)架與政策。

在淡化廠的濃鹽水管理方面，地中海是半封閉海域，受氣候影響蒸發(fā)旺盛，周圍又無大河注入，海水鹽度高、密度大、更新緩慢，不利于濃鹽水稀釋擴散，這對地中海的生境構(gòu)成潛在威脅。西班牙政府通過法規(guī)管理和技術(shù)防范應(yīng)對濃鹽水排放引發(fā)的環(huán)境問題。歐盟和西班牙有關(guān)淡化廠濃鹽水排放的主要立法見表1[12-13]。

表1 歐盟和西班牙主要的海水淡化環(huán)境管理立法

西班牙現(xiàn)行濃鹽水排放方法主要包括潛沒式排放；單一和多端口擴散排放以及直接排放至入海水道或礫石海灘的表層海水。地中海沿岸淡化廠通常將濃鹽水排放至5～40 m深處。除濃度高于海水，濃鹽水與海水的化學(xué)成分相似。淡化廠進(jìn)行過濾器和反滲透膜清洗操作時會排放大量懸浮物、阻垢劑、除垢劑和洗滌劑。西班牙近年投產(chǎn)的淡化廠大多對這些污染物進(jìn)行獨立的凈化處理，或?qū)⑵涞捅壤♂尯笈c濃鹽水混合排放。

地中海濃鹽水排放量不斷增加可能會對海洋環(huán)境造成不利影響，因此西班牙公共工程研究和實驗中心(CEDEX)專門開展?jié)恹}水影響范圍試驗。CEDEX研究表明：垂向排放角65°、潛沒式多端口排放時，濃鹽水具有最大的稀釋度，而表層直接排放的混合稀釋效應(yīng)相對較弱[14]。鑒于此，西班牙大多數(shù)海水淡化廠的濃鹽水排放系統(tǒng)均已設(shè)計或改造成潛沒式多端口排放。此項技術(shù)的改進(jìn)有效防治了濃鹽水對地中海生境的潛在影響。

環(huán)境、農(nóng)村和海洋部要求海水淡化工程的建設(shè)方執(zhí)行《海洋環(huán)境監(jiān)測計劃》，主要包括4個方面的質(zhì)量控制：原海水流量變化質(zhì)量控制、排放區(qū)周邊環(huán)境質(zhì)量控制、受納海水質(zhì)量控制，以及受保護的海洋生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量控制。《海洋環(huán)境監(jiān)測計劃》要求在淡化設(shè)施運行前進(jìn)行至少6個月的質(zhì)量控制。海水進(jìn)水、預(yù)稀釋水、淡化產(chǎn)水和濃鹽水的流速和鹽度應(yīng)每3 h采樣測量1次；可能受影響的海底站位的鹽度和3個站位剖面100 m， 300 m， 1 000 m處的水體鹽度應(yīng)每4周測量1次。在水深加深區(qū)域每10 min測量1次海床上方20 cm處的鹽度，測定儀器的精度必須小于0.01 psu，且儀器必須每15 d更換和校準(zhǔn)1次。每周應(yīng)該收集記錄控制點的鹽度值，并與地中海海草的鹽度閾值進(jìn)行系統(tǒng)比較。此外還應(yīng)在控制點每周1次和不定期地測量pH、濁度、溶解氧和硝酸鹽等參數(shù)。為了表征決定遠(yuǎn)場濃鹽水?dāng)U散行為的外界海流，流量計安裝在海床上方1 m 處。每年還應(yīng)該對受保護的海洋生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行兩次現(xiàn)場調(diào)查，監(jiān)測濃鹽水引起的任何不利影響。

3 經(jīng)驗借鑒與建議

我國的淡水資源總量約為2 830 km3，占全球水資源的6%，名列世界第4位，但人均水資源量只有2 200 m3，僅為世界平均水平的1/4，是全球人均水資源最貧乏的國家之一。根據(jù)水利部的《全國水資源綜合規(guī)劃》，到2030年，我國沿海地區(qū)年缺水量仍將達(dá)到214億m3。水資源短缺已成為制約我國沿海地區(qū)經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的“瓶頸”。海水淡化是一種水資源增量技術(shù)，對解決我國的水資源困局、確保國家水安全具有重大意義。結(jié)合海水淡化強國——西班牙的成功經(jīng)驗，為我國的海水淡化產(chǎn)業(yè)提出建議。

3.1 發(fā)展健全淡化產(chǎn)業(yè)鏈體系

我國人均淡水資源嚴(yán)重緊張，發(fā)展海水淡化是開辟新水源、保障國家水安全的一個重要措施。雖然近10年我國海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展態(tài)勢良好，但仍存在一些問題，主要表現(xiàn)在：具有自主知識產(chǎn)權(quán)的關(guān)鍵技術(shù)不足、裝備制造能力較弱、尚未形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈體系。目前，我國的淡化市場也基本被國外公司壟斷。為確保國家長久的水安全，我國發(fā)展海水淡化不宜走海灣國家的路線，即滿足于淡化水市場的地位，而應(yīng)努力發(fā)展完整的產(chǎn)業(yè)能力。參照西班牙的成功經(jīng)驗，我國應(yīng)以技術(shù)輸出國為目標(biāo)，重點加強低能耗淡化技術(shù)和關(guān)鍵裝備的研發(fā)，提升自主技術(shù)的比重；健全水資源利用市場機制，培育具有工程技術(shù)實力和創(chuàng)新力的水務(wù)企業(yè)在國際競爭中鍛煉建設(shè)、運營大型淡化項目的能力。

3.2 逐步完善淡化產(chǎn)業(yè)配套政策

海水淡化在我國尚處于起步階段，截至2013年我國淡化總規(guī)模還不足80萬m3/d。參照國際經(jīng)驗，這一階段海水淡化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需要國家政策扶持。西班牙30年的支持政策對其海水淡化業(yè)產(chǎn)生了積極深遠(yuǎn)的影響，淡化水現(xiàn)廣泛用于市政供水、農(nóng)業(yè)灌溉和工業(yè)，成為國民經(jīng)濟不可或缺的部分。我國已出臺一系列規(guī)劃和政策文件，但這些政策多停留在原則性、指導(dǎo)性的宏觀層面，缺乏有效的集成和具體的執(zhí)行細(xì)則，其實際效果大打折扣。例如，由于淡化水使用和入網(wǎng)政策不完善，天津產(chǎn)水能力10萬m3/d的北疆電廠海水淡化裝置日產(chǎn)水不足2萬m3，在淡化水入網(wǎng)過程中遭遇諸多障礙，產(chǎn)能嚴(yán)重閑置。為了解決好我國淡化廠開工不足和我國沿海部分地區(qū)水資源嚴(yán)重短缺的矛盾，我們應(yīng)借鑒西班牙發(fā)展經(jīng)驗，建立水價補貼機制，完善淡化水進(jìn)入市政供水的配套政策，通過完善的政策引導(dǎo)淡化產(chǎn)業(yè)的快速、健康發(fā)展，保障我國沿海地區(qū)的用水安全。

3.3 積極發(fā)展高效低能耗淡化技術(shù)

淡化是以能源換淡水的過程，降低噸水能耗、最大限度地減少對環(huán)境的影響是技術(shù)發(fā)展的主要方向。西班牙多座海水反滲透新廠的能耗已降至3 kW·h/t，接近當(dāng)今世界最先進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)，并且西班牙和歐盟在努力發(fā)展可再生能源淡化技術(shù)。隨著低碳經(jīng)濟時代的到來，西班牙在節(jié)能減排方面所做的努力將令其淡化產(chǎn)業(yè)具備獨特優(yōu)勢。我國淡化設(shè)施的能耗水平與西班牙相比還有一定的差距，如果國際社會未來制定更嚴(yán)苛的溫室氣體減排目標(biāo)，或者歐盟為淡化業(yè)設(shè)立能耗門檻，將對我國淡化產(chǎn)業(yè)“走出去”造成重大影響。因此，我國發(fā)展海水淡化應(yīng)以膜法為主要方向，并重視正滲透、膜蒸餾和可再生能源淡化等新興高效低能耗技術(shù)的研發(fā)，為產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供有力的技術(shù)支撐。

3.4 基于預(yù)防原則規(guī)范淡化濃鹽水管理

目前國際上對于淡化濃鹽水排放影響的科學(xué)機理研究還處于實驗室、小范圍的階段，尚未明確揭示濃鹽水對環(huán)境的影響機制。盡管如此，西班牙等發(fā)達(dá)國家仍積極采取政策和技術(shù)措施將濃鹽水可能造成的環(huán)境影響降至最低限度。管理者和淡化設(shè)施運營者均必須積極采取行動預(yù)防潛在的環(huán)境影響，不能以“缺乏濃鹽水排放造成環(huán)境影響的明確證據(jù)”作為免責(zé)的借口，這是對海洋環(huán)境和人民生命健康權(quán)的負(fù)責(zé)之舉。

我國的渤海是水動力較差的半封閉海域，并且周邊海水淡化廠分布較多，這與西班牙的地中海沿岸有類似之處。由于遭受過嚴(yán)重的石油污染，渤海與地中海相比生態(tài)系統(tǒng)更加脆弱。隨著環(huán)渤海地區(qū)海水淡化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，濃鹽水排放逐漸增多，其環(huán)境影響應(yīng)引起足夠重視。目前，我國已要求海水淡化工程就濃鹽水對海洋生物的影響、環(huán)境風(fēng)險、環(huán)保措施和風(fēng)險防范措施進(jìn)行全面充分的論證，對于環(huán)境影響較大、且不能通過采取有效措施減輕影響的項目不予核準(zhǔn)[15]，這為濃鹽水管理提供了政策依據(jù)，但我國仍亟須通過國家立法進(jìn)一步明確濃鹽水管理的“預(yù)防為主原則”，以避免對海洋環(huán)境的損害。法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)規(guī)定最低稀釋水平、擴散器系統(tǒng)的選用、化學(xué)藥劑處理方法和排放系統(tǒng)應(yīng)規(guī)避的敏感區(qū)域等一系列要素。同時，所有海水淡化項目必須開展持續(xù)的監(jiān)測計劃，評價淡化工程的取水和濃鹽水排海等活動對海洋資源的影響程度。此外，還應(yīng)通過充分開展研究確定適用于我國近海的濃鹽水排放技術(shù)(如潛沒式多端口擴散器排放、與電廠冷卻水混合排放等)并進(jìn)行推廣，以此來降低我國淡化工程對海洋環(huán)境的潛在影響。

4 結(jié)論

西班牙是世界領(lǐng)先的海水淡化技術(shù)強國，擁有半個世紀(jì)的發(fā)展經(jīng)驗。借鑒其產(chǎn)業(yè)發(fā)展經(jīng)驗和相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策，依據(jù)我國國情及淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，不斷優(yōu)化我國淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線，對于促進(jìn)我國海水淡化業(yè)健康、快速發(fā)展具有重要的參考意義。

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海洋出版社新書書訊

中國海洋工程與科技發(fā)展戰(zhàn)略研究系列叢書

中國海洋發(fā)展研究中心青年項目(AOCQN2012)；國家自然科學(xué)基金青年基金項目(21206021).

P74

A

1005-9857(2015)03-0015-06