高從堦：海水淡化可有效緩解水資源供需矛盾
【人物簡介】高從堦,，男，1942年11月,，中共黨員,，研究員、博士研究生導(dǎo)師,。1965年畢業(yè)于山東海洋學(xué)院海洋化學(xué)系,，1967-1969年參加全國海水淡化會(huì)戰(zhàn)，1982年-1984年赴加拿大滑鐵盧大學(xué)進(jìn)修,，從事膜分離研究開發(fā)工作40多年,。1993年獲國家有突出貢獻(xiàn)的中青年專家稱號，1995年5月評選為中國工程院院士,。杭州水處理技術(shù)研究開發(fā)中心首席科學(xué)家,，中國海水淡化與水再利用學(xué)會(huì)名譽(yù)理事長，中國膜工業(yè)協(xié)會(huì)和浙江省膜學(xué)會(huì)名譽(yù)理事長,，國際《脫鹽和水再利用》雜志編委,，《水處理技術(shù)》雜志主編，中國海洋大學(xué)雙聘院士,，浙江工業(yè)大學(xué)海洋學(xué)院院長,。
近年來，黨和國家對海水淡化事業(yè)高度重視,，海水淡化工作已列入一系列法律法規(guī),、規(guī)劃綱要和重要文件中?！吨腥A人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十二個(gè)五年規(guī)劃綱要》指出：大力推進(jìn)再生水、礦井水,、海水淡化和苦咸水利用,。《全國海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展“十二五”規(guī)劃》明確提出加快海水利用事業(yè),，提升產(chǎn)業(yè)競爭力,。2012年更是我國海水淡化事業(yè)備受矚目的一年，《國務(wù)院辦公廳關(guān)于加快發(fā)展海水淡化產(chǎn)業(yè)的意見》《國家發(fā)展改革委海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十二五”規(guī)劃》《科技部,、國家發(fā)展改革委海水淡化科技發(fā)展“十二五”專項(xiàng)規(guī)劃》《國家海洋局關(guān)于促進(jìn)海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展的意見》先后頒布實(shí)施,，為我國海水淡化科技進(jìn)步以及產(chǎn)業(yè)發(fā)展注入了強(qiáng)勁的動(dòng)力，開辟了廣闊的前景,。
黨的十八大提出了“建設(shè)海洋強(qiáng)國”的戰(zhàn)略部署,，伴隨著新一輪海洋事業(yè)發(fā)展高潮的來臨，無論是北方的遼寧沿海經(jīng)濟(jì)帶,、天津?yàn)I海新區(qū),、河北曹妃甸經(jīng)濟(jì)區(qū)和山東半島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū),，還是南方的江蘇沿海開發(fā)區(qū)、長三角經(jīng)濟(jì)區(qū),、浙江海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展示范區(qū),、福建海峽西岸經(jīng)濟(jì)區(qū)、珠三角藍(lán)色產(chǎn)業(yè)帶和北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)的規(guī)劃與實(shí)施,，都為海水淡化產(chǎn)業(yè)提供了巨大的市場需求和發(fā)展機(jī)遇,，我國海水淡化事業(yè)已經(jīng)駛?cè)肓税l(fā)展的快車道。
近日,，記者就海水淡化技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展采訪了中國工程院高從堦院士,。
記者：“水危機(jī)”正在威脅人類生存，為什么說海水淡化技術(shù)是解決我國水資源匱乏的有效手段?
高從堦：水是生命之源,，人類的一切活動(dòng)都是起源于水;水是生產(chǎn)之要,，是經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)發(fā)展不可替代的基礎(chǔ)資源;水是生態(tài)之心，是生物生命的載體,，是能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的介質(zhì),，地球的生態(tài)系統(tǒng)與水緊密相關(guān)。
我國水資源總量居世界第6位,，但人均為世界水平的四分之一,，是世界上21個(gè)貧水國家之一。全國有400多個(gè)城市缺水,，其中110多個(gè)嚴(yán)重缺水,。水資源短缺已經(jīng)嚴(yán)重影響到沿海社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及海防的安全。我國水資源面臨的幾大突出問題：人均水資源不足;時(shí)空分布不均;水體污染加劇;地下水開采過度;水浪費(fèi)嚴(yán)重;極端和突發(fā)事件頻繁;城市缺水嚴(yán)重;飲用水供用的安全問題：工藝陳舊,、二次污染,、消毒殘留、水處理能力滯后,、低下等,。
水資源危機(jī)解決方案，有治污為本：清潔生產(chǎn),，污水資源化,，保護(hù)水環(huán)境，流域水質(zhì)保護(hù),，飲用水源地保護(hù)等;節(jié)流優(yōu)先：高效用水的節(jié)水型社會(huì),，節(jié)約用水，水再利用;多渠道開源：合理開發(fā),，優(yōu)先配置：地表水,、地下水、雨水,、海水,、苦咸水,、再生水、水資源循環(huán)利用;引水,、蓄水,、調(diào)水：實(shí)現(xiàn)水資源的時(shí)空轉(zhuǎn)移，但不增加水資源總量,。
向海洋水要淡水是我國現(xiàn)階段解決水資源供應(yīng)不足的戰(zhàn)略選擇,。目前，海水淡化已成為我國沿海和海島地區(qū)解決缺水問題的有效途徑,，已在我國的浙江,、天津、山東,、河北,、遼寧、廣東等沿海地區(qū)有廣泛應(yīng)用,。應(yīng)用領(lǐng)域主要為市政和電力,、石化、鋼鐵等高耗水行業(yè),。海水取之不盡,，供水不受氣候影響，水質(zhì)好且穩(wěn)定;主要技術(shù)有膜法(反滲透)和蒸餾法(低溫多效,，多級閃蒸),，技術(shù)工藝已相當(dāng)成熟;海水淡化已經(jīng)成為世界各沿海國家解決水資源不足問題的有效途徑，在中東地區(qū),、美國,、以色列、西班牙,、澳大利亞,、新加坡等國家都有大量應(yīng)用。目前世界上有將2億多人口依靠海水淡化水生存和發(fā)展,。
因此，通過海水淡化來解決水資源短缺,、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展非?？尚小Ｔ谶@方面技術(shù)發(fā)展已經(jīng)成熟,，而且這些技術(shù)還可以廣泛應(yīng)用于苦咸水淡化,、廢水處理，這對于解決中西部地區(qū)水資源緊缺同樣大有可為,。
記者:國際海水淡化產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀是怎樣的?
高從堦：早在上世紀(jì)中葉,，美國專設(shè)鹽水局來推進(jìn)水資源和脫鹽技術(shù)進(jìn)步,，日本也成立了造水促進(jìn)中心，推動(dòng)海水淡化發(fā)展,。目前,，全球海水淡化日產(chǎn)量已接近一億噸，其中80%用于飲用水,，解決了幾億人的供水問題,。中東地區(qū)海水淡化對整個(gè)水的供應(yīng)差不多達(dá)到50%～65%，過去,，中東及海灣地區(qū)樹立了榜樣,，前幾年，澳洲,、非洲,、西歐、日本等步子邁得更快,，近幾年的論壇來了不少國外企業(yè),，帶來的技術(shù)和成果是一流的。
記者:與發(fā)達(dá)國家相比,，我國海水淡化技術(shù)水平如何?
高從堦：我是1965年從海大畢業(yè)的,，剛參加工作就趕上全國海水淡化大會(huì)戰(zhàn)，從海洋局一所到二所,，后來又到水處理中心,，近50年來走南闖北，親身經(jīng)歷了反滲透法,、電滲析法,、蒸餾法等技術(shù)的演進(jìn)過程。50多年前我國海水淡化從電滲析和蒸餾法起步,，后來開始研究反滲透技術(shù),，1975年開始研究大中型蒸餾技術(shù)，這些年,，隨著國內(nèi)一批上規(guī)模的淡化裝備陸續(xù)投入使用,，海水淡化產(chǎn)業(yè)迎來了春天。沿海地區(qū)和島嶼的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及海水淡化技術(shù)的成熟和成本的降低,，促使社會(huì)對海水淡化的需求越來越大,。舟山和長島地區(qū)，幾年內(nèi)將逐步建成多個(gè)海水淡化站,，濱海電廠和缺水城鎮(zhèn)也在考慮海水淡化;北方濱海城市如大連和天津等,，也在考慮用海水淡化水作為城市應(yīng)急供水。
這說明，隨著水資源短缺形勢日益嚴(yán)峻,，我國海水淡化技術(shù)的市場前景越來越廣闊,。
海水淡化技術(shù)在我國研發(fā)已有半個(gè)世紀(jì)，但真正規(guī)?；瘧?yīng)用是從1997年開始,。我國的海水淡化技術(shù)目前接近于國際先進(jìn)水平，也引起了國際上足夠的重視,，但要達(dá)到國際領(lǐng)先水平還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,。2005年《全國海水利用專項(xiàng)規(guī)劃》的發(fā)布，為海水利用提供了良好的政策環(huán)境,，在蒸餾技術(shù)和反滲透技術(shù)方面,，我國科研人員勵(lì)精圖治，進(jìn)步不小,。然而,，具有自主知識產(chǎn)權(quán)的關(guān)鍵技術(shù)少、缺乏政策法規(guī)引導(dǎo)以及水資源開發(fā)利用市場機(jī)制不完善等,，一直制約著海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展,。
目前，我國海水淡化水日產(chǎn)量已近100萬噸,，約為全球的1%;膜價(jià)格從最開始的7,、800元一平方米，降到100元左右一平米,。我國海水淡化產(chǎn)能,，從人口來說，還是相當(dāng)不平衡的,，我國相對比較落后,，日產(chǎn)量不到百萬噸級，國際上已有萬噸級,、十萬噸級,，國內(nèi)萬噸級已是一個(gè)飛躍。我國需要大型海水淡化廠,，將國內(nèi)領(lǐng)先同時(shí)做成國際先進(jìn),。
記者：海水淡化有多種技術(shù)方法，能否通俗地講一講?
高從堦：從國際范圍來看,，海水淡化主要使用兩個(gè)方法,，一個(gè)是熱法(蒸餾法)，一個(gè)是膜法(反滲透法),。
熱法有多級閃蒸和低溫多效技術(shù)。多級閃蒸技術(shù)，由于用的早,，目前在熱法海水淡化市場中占主要地位,，今后不會(huì)有突破性進(jìn)展，從投資,、材料,、能耗、運(yùn)行管理等方面考慮,，難以適合我國國情,。由于低溫多效的經(jīng)濟(jì)性，所以目前此技術(shù)發(fā)展比較迅速,。膜法相比熱法起步較晚,，熱法是上個(gè)世紀(jì)40、50年代逐漸開始發(fā)展起來,，膜法則是起步于上個(gè)世紀(jì)60,、70年代，膜技術(shù)較大規(guī)模用在海水淡化產(chǎn)業(yè)中是自上個(gè)世紀(jì)80年代才開始的,，是近10多年來發(fā)展最快的淡化方法,，1990年后，隨著反滲透膜性能的提高,，價(jià)格的下降,，高壓泵和能量回收效率的提高，反滲透法成為投資最省,、成本最低的海水淡化技術(shù),。目前反滲透制水成本為4～5元/噸，蒸餾法制水成本6～8元/噸,。
記者：您是膜方面的行家,，為什么說膜分離技術(shù)是海水淡化的最有效手段?
高從堦：膜分離技術(shù)是在20世紀(jì)初期出現(xiàn)，20世紀(jì)60年代后迅速崛起的一門新技術(shù),，膜技術(shù)較大規(guī)模用在海水淡化產(chǎn)業(yè)中是自上個(gè)世紀(jì)80年代才開始的,。膜分離的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在：常溫下選擇性好，無化學(xué)變化,，適應(yīng)性強(qiáng)且能耗低,。
膜技術(shù)就好像是信息產(chǎn)業(yè)的芯片，誰掌握了膜技術(shù),，誰就掌握了21世紀(jì)化工的未來,。在國際上，海水淡化技術(shù)隨著水資源危機(jī)的加劇得到了快速發(fā)展,，在已經(jīng)開發(fā)的十多種淡化技術(shù)中,，蒸餾法,、電滲析法、反滲透法都達(dá)到了工業(yè)規(guī)?；a(chǎn)的水平,，并在世界各地廣泛應(yīng)用，膜分離技術(shù)在其中占據(jù)著不可替代的地位,。
對于海水淡化的大規(guī)模普及應(yīng)用,，未來水資源的可持續(xù)發(fā)展離不開海水淡化以及膜分離技術(shù)的提高，國家應(yīng)對膜分離給予充分的重視和投資,，政府要提倡和引導(dǎo)淡化水的使用,，對于水資源耗費(fèi)量大的企業(yè)要限制淡水的使用量，在政策法規(guī)上要明確鼓勵(lì)用海水淡化水,，對從事海水淡化的企業(yè)給予優(yōu)惠待遇和產(chǎn)業(yè)政策扶持,，同時(shí)，加快科研平臺的建設(shè)和人員的培育,，提高技術(shù)研發(fā)能力,，加強(qiáng)企業(yè)競爭力，使得海水淡化產(chǎn)業(yè)健康快速地發(fā)展,。
記者：目前反滲透膜技術(shù)是海水淡化最重要的技術(shù),，您能不能具體講講反滲透膜?
高從堦：把含聚合物的成膜溶液倒到玻璃板上，然后刮一層薄膜,，在控制的濕度和溫度下,，蒸發(fā)一定的時(shí)間，然后放到水里面,，當(dāng)成膜溶液里的溶劑擴(kuò)散到水里面,，留下的聚合物就形成一層薄膜，即反滲透膜,。反滲透膜是整個(gè)海水淡化系統(tǒng)的核心,，有選擇透過(半透過)性的功能，以壓力差為推動(dòng)力,，可使水分子不斷地透過膜,，將水中的雜質(zhì)，如可溶性鹽分,、離子,、有機(jī)物、細(xì)菌,、病毒等物質(zhì)截留,，從而達(dá)到淡化凈化目的;最后將淡化的海水進(jìn)行后礦化處理，使水質(zhì)達(dá)到飲用水的要求,。
與傳統(tǒng)的電滲析,、蒸餾法相比,，反滲透膜技術(shù)最大的特點(diǎn)就是節(jié)能，生產(chǎn)同等質(zhì)量的淡水,，它的能源消耗僅為蒸餾法的1/3,。世界上最早開始研究反滲透膜技術(shù)的是美國，1953年的時(shí)候,，就把反滲透膜法海水淡化列到國家計(jì)劃中。1967年,，我參加了由全國多個(gè)科研機(jī)構(gòu)組成的海水淡化會(huì)戰(zhàn),，國外當(dāng)時(shí)就報(bào)道了醋酸纖維素膜可以進(jìn)行海水淡化，但是這個(gè)膜用什么樣的醋酸纖維素好,，用什么樣的溶劑好,，用什么樣的添加劑好，在什么條件下能夠做出來,，不少都是保密的,。從材料到配方，再到生產(chǎn)條件,，每一個(gè)環(huán)節(jié),，都要經(jīng)歷上千次的實(shí)驗(yàn)和失敗，經(jīng)過不斷的改良和分析,，終于取得了重大突破,。記得是1968年初做的膜，脫鹽率達(dá)到96%以上了,，水通量也達(dá)到了我們的預(yù)期指標(biāo),，大家都非常高興，看到希望了,。這解決了我們國家海水淡化的反滲透膜從無到有的這個(gè)目標(biāo),。
1967～1969年的全國海水淡化會(huì)戰(zhàn)，為醋酸纖維素不對稱反滲透膜的開發(fā)打下了基礎(chǔ),，70年代,，國家主要對中空纖維和卷式反滲透膜組件進(jìn)行了研究開發(fā)，80年代和90年代主要對反滲透復(fù)合膜進(jìn)行研究開發(fā),，并開始在我國水處理行業(yè)得到了應(yīng)用,。反滲透膜有個(gè)非常重要的指標(biāo)是脫鹽率，它從90%到95.0%,，從99.0%到99.5%,，再到目前的99.75%，不斷地突破,。
目前我國反滲透技術(shù)在材料,、設(shè)備,、工藝及集成技術(shù)和應(yīng)用方面取得了一定的進(jìn)展，但同時(shí)也有很大的發(fā)展進(jìn)步空間,。首先,，反滲透復(fù)合膜技術(shù)將向著更節(jié)能、耐氯,、耐熱,、耐污方向發(fā)展;其次，膜組器技術(shù)從板式,、管式,、中空纖維式向卷式發(fā)展，進(jìn)一步結(jié)構(gòu)優(yōu)化和大型化;第三,，關(guān)鍵設(shè)備不斷改進(jìn),，高壓泵和能量回收裝置得到了快速進(jìn)步，向大型化化和低能耗的方向發(fā)展;第四,，工藝過程持續(xù)開發(fā),，產(chǎn)業(yè)鏈向集成工藝發(fā)展，將充分利用核能,、太陽能,、風(fēng)能等可再生能源，同時(shí),，實(shí)現(xiàn)濃海水資源的綜合利用等,。
記者：請您簡單介紹下未來海水淡化的創(chuàng)新技術(shù)?
高從堦：僅舉兩個(gè)例子：目前已有公司發(fā)明出納米級厚度的石墨烯膜，這種膜由于非常薄,，用于海水淡化,，所需的能耗更低，從而可進(jìn)一步降低成本,。石墨烯早在20多年前就被科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了,，但在過去五年中，主要因?yàn)槠潆娮拥膶傩?，科學(xué)界才對這種材料表現(xiàn)出很大的興趣,。它的最主要特性是純碳以及苯環(huán)形式的二維聚合物結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)使其具有極高的強(qiáng)度,。石墨烯膜的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是不容易結(jié)污垢,，目前仍處于試驗(yàn)階段。
另外,，正滲透工藝以其能耗低,、產(chǎn)水率高等優(yōu)點(diǎn)，已成為近年來膜分離技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一,，其在海水淡化領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊,。但正滲透工藝的關(guān)鍵在于汲取液的選擇和正滲透膜的制備,，目前正滲透膜元件和提取液還存在不足，不具備工業(yè)化條件,，同時(shí),，正滲透工藝并不能單獨(dú)地完成海水淡化過程，一般需要與另外的工藝進(jìn)行耦合,，如反滲透,、納濾等過程，從稀釋的汲取液中分離出產(chǎn)品水和原汲取液,。
記者：未來海水淡化技術(shù)的發(fā)展趨勢?
高從堦：在海水淡化技術(shù)方面,，我們將緊隨世界先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展方向，向低能耗,、環(huán)保型、低成本,、大型化,、高效率的趨勢發(fā)展。
海水淡化的工藝方法主要還是熱法和膜法兩種,，其中熱法的發(fā)展趨勢是發(fā)展低溫多效海水淡化裝置;膜法則是發(fā)展反滲透膜海水淡化裝置,，近年來正滲透法也引起了廣泛興趣。無論是熱法還是膜法都朝著大型化,、高效率,、低成本的方向發(fā)展。在膜法海水淡化方面,，隨著大型化和超大型化海水淡化工程的實(shí)施,，與之相應(yīng)的取水、預(yù)處理,、膜與膜組件,、膜系統(tǒng)布局、高壓泵,、能量回收和濃鹽水利用等方面也將開展新的研究;在低溫多效蒸餾海水淡化方面,，規(guī)模大型化、提高關(guān)鍵設(shè)備效率,、提高系統(tǒng)造水比則是今后的努力方向,。
在我國，海島及船只,、中西部苦咸水地區(qū),，對海水及苦咸水淡化都有較廣泛的需求，因此,，研究開發(fā)中小型或便攜式海水淡化裝置和苦咸水微咸水淡化裝置是十分必要的;因地制宜研究開發(fā)新能源海水淡化裝置,，并力求經(jīng)濟(jì)可靠,，是一個(gè)發(fā)展趨勢。在有條件的地方,，延長產(chǎn)業(yè)鏈,，將海水淡化與制鹽或鹽化工相結(jié)合，一方面可以減少濃海水排海造成的環(huán)境和生態(tài)影響,，另一方面也可以資源綜合利用提高附加值,。因此，濃海水綜合利用技術(shù)(制鹽,、鹽化工或提取鎂,、鉀、溴等元素)的研發(fā)也是一個(gè)發(fā)展方向,。
向海洋要甘泉,，從無到有，從弱到強(qiáng),，從進(jìn)口到自有知識產(chǎn)權(quán),，海水淡化技術(shù)走出國門。在政府的引導(dǎo)下,，科研人員的努力下,，中國海水淡化技術(shù)在走過漫長的50年后，終于進(jìn)入了人們的視野,，并走上了國際舞臺,。
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