海水淡化是必然之選

資料顯示，雖然我們地球有71%面積充滿海水，淡水卻不及總水量3%，扣除南北極冰蓋，深地下水等等，人類可利用的淡水就不及0.37%了，因此是一個缺水的星球。

向海洋要淡水成為必然選擇。

目前，世界上已有120多個國家在運用海水淡化技術獲取淡水，全球有海水淡化廠1.3萬多座，海水淡化日產(chǎn)量約5560萬噸，相當于0.5%的全球用水量，可以解決1億人的用水問題。

但成本和投資費用過高一直是制約海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要障礙。

侯夢斌讓海水淡化進入一元時代

已是滿頭銀發(fā)的侯夢斌可能從沒想過自己有一天會為海水淡化做出如此大的貢獻。

今年72歲的侯夢斌，福州閩侯人，1982年從國家航天部某科研所退休后回到福州，此后投入到海水淡化的工藝改進當中。經(jīng)過不懈努力，他發(fā)現(xiàn)，用以竹為原料的活性炭纖維材料制成電吸附法淡化海水所需的電極可以大幅減低成本。可將海水淡化的成本降到每噸1元以內(nèi)。這使得用電吸附法淡化海水具備了大規(guī)模推廣的可能。

“我是站在別人的肩膀上。因為活性炭不是我的發(fā)明，電吸附法淡化海水工藝也有一百多年的歷史，國內(nèi)也已經(jīng)有一家企業(yè)在使用活性炭材料生產(chǎn)電極，我的貢獻只是采用更為便宜的方法制成活性炭纖維材料而已。”侯夢斌說。

可就是侯夢斌說的“而已”之舉卻可使阻礙海水淡化產(chǎn)業(yè)化的成本問題不再是障礙。

成本有優(yōu)勢才具競爭力

目前，國際上海水淡化的主流技術是“熱法”與“膜法”。我國海水淡化也基本采用這兩種辦法，比例分別占到34.8%和60%。

“膜法”和“熱法”是根據(jù)去除海水中鹽分過程中采用的方法進行區(qū)分的：“熱法”基于淡水與鹽分沸奌差異，加熱海水就可蒸發(fā)收集淡水，低溫多效蒸餾法、多級閃蒸法、壓汽蒸餾法也屬此類；“膜法”基于淡水與鹽分分子形態(tài)與大小的區(qū)別，可以通過膜過濾截留鹽分，濾得淡水。

“‘熱法’與‘膜法’工藝各有優(yōu)缺點，雖然不斷進步，但成本還是很高。”侯夢斌說。

比如，“熱法”的缺點是耗能高，“這種辦法必須付出水的氣化熱能耗，成本太高，多數(shù)建設在火電廠等熱源的附近，以后如果太陽能應用起來會緩解這一缺點，但是鹽分在設備上結垢是個頑疾” 。

“膜法”在能耗方面較“熱法”優(yōu)越，因為不需要付出水的氣化熱能耗，但因為膜阻力大，過程中需要用到高壓泵，實際能耗僅比熱法低10%-20%。而且膜很貴價格不菲，壽命又短，每年有50%的衰減。此外，為了防止膜阻塞，要多級前處理，又要經(jīng)常清洗再生。

“‘膜法’的主要專利與原材料國外控制，這塊市場被日本、美國、韓國的5家企業(yè)幾乎完全壟斷了，高壓泵這樣的設備都要進口”。

侯夢斌的新突破使另外一種利用靜電除鹽理論的電吸附法淡化海水技術具備了和“熱法”、“膜法”競爭的可能，從而具有廣闊前景。

靜電除鹽的理論依據(jù)是法拉第的電解理論，在電場作用下，水中陰、陽離子或其他帶電粒子會向帶相反電荷的電極表面遷移，這樣海水中的溶解鹽類、膠體顆粒和其他帶電物質就被吸附到電極表面。

實際上，電吸附法是一種很傳統(tǒng)的海水淡化方法，之所以沒有如同“熱法”、“膜法”那樣推廣開來，就是因為成本問題。

找到一種低成本電極材料，成為研究電吸附法最為關鍵的環(huán)節(jié)。“最初，采用石墨作為電極材料，但石墨太貴，一噸要3萬多元，電場吸附離子的同時，電極也會溶解。”侯夢斌說。

科學家們?yōu)榇饲案昂罄^，嘗試過用活性炭粉、炭氣凝膠、活性炭纖維、炭氈、炭布等多種材料來制備電極，并不斷改進這些材料的制備工藝，降低材料的制造成本。

直到2000年，電吸附法重新煥發(fā)青春。

這一年，一個名叫孫曉慰的留美博士在常州創(chuàng)辦了愛思特水務科技有限公司，利用自主研發(fā)的復合金屬材料作為電極，采用電吸附法實現(xiàn)水的凈化或淡化，電極成本大幅降低，使電吸附法水處理技術的總體成本低于“熱法”和“膜法”。“從投資、運行成本數(shù)據(jù)來看，雖然電吸附法的一次性投資成本高，但運行成本要比那兩種辦法低得多”。

而侯夢斌找到了比孫曉慰更為低廉的電極制備材料。侯夢斌說，“據(jù)我所知，活性炭纖維布是目前做成電極的最理想材料，它既不會像石墨那樣溶解，同時因為本身具有高吸附力。還順帶解決了電極吸附到的離子、鹽分等的儲存問題”。

此前采用石墨、復合金屬材料制成的電極一般表面光滑，離子、鹽分容易被吸附在電極表面，這樣離子、鹽分易重回到水中，或者會沉積到槽底，需要定期清理。“在建設海水淡化工程時，定期清理的成本也是運營成本中不小的開支。”侯夢斌說，更為重要的是，制作活性炭纖維布可以找到更低廉的原材料——竹子。“據(jù)我了解，孫曉慰的電極制備成本每噸大概在2萬元左右，而使用竹基活性炭纖維布，成本可以低至8000多元。”

侯夢斌的創(chuàng)新具革命性意義

侯夢斌的創(chuàng)新引起省發(fā)展改革委的重視。

不久前，省發(fā)展改革委舉行了一場“海水淡化推介對接座談會”。就是在這次座談會上，省水處理專家黃主榕第一次見到侯夢斌，在詳細了解侯夢斌的海水淡化工藝設想后，黃主榕大為贊嘆。

“他的設想將構建起全新的節(jié)能型海水淡化系統(tǒng)，對海水淡化領域具有革命性的意義。”黃主榕當天發(fā)言中說。

黃主榕認為，侯夢斌將竹基炭纖維布以如此方式應用于海水淡化領域，降低了海水淡化項目投資的成本，促進大規(guī)模推廣電吸附法這種海水淡化工藝，可解決我國沿海缺水地區(qū)、海島淡水供給問題，將誕生一個新的產(chǎn)值數(shù)百上千億新興產(chǎn)業(yè)集群。

黃主榕認為，以往的海水淡化工程動輒投資億元，數(shù)額巨大，投資期長，回報率低，妨礙海水淡化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。“因為建設成本和運營成本都很高，投資進去賺不到錢，所以就沒有積極性”。

資料顯示，“十一五”期間我國海水淡化產(chǎn)能年均增長率達70%，其間建成的主要海水淡化示范工程包括工程和設備折舊、運行維護費用在內(nèi)的全制水成本大概在6元/噸左右。

而根據(jù)核算，用竹基炭纖維布作為電極制取的淡水總成本可控制在3元左右，“這個價格已經(jīng)很接近目前工業(yè)用水的成本價格。海島居民淡水成本高，此法可以優(yōu)先考慮用于海島用水和沿海缺水地區(qū)的工業(yè)用水。”黃主榕建議。

他認為，就省內(nèi)來說，像目前正在開發(fā)的平潭島、瑯岐島、南日島、東山島這些島嶼，淡水資源短缺，但海水資源豐富，都可以考慮采用侯夢斌的這種辦法制取淡水。“有些海島已經(jīng)安裝了利用風能、太陽能淡化海水的設備，但因為投資大、成本較高，當?shù)厝送岵坏煤献魍顿Y搞海水淡化，而寧愿上岸買自來水”。

政策利好海水淡化產(chǎn)業(yè)迎來好時光

除了工藝改進價格降低，國家政策的指導也加速海水淡化進入春天。

本月初，國家海洋局印發(fā)了《關于促進海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展的意見》，提出全面貫徹落實《國務院辦公廳關于加快發(fā)展海水淡化產(chǎn)業(yè)的意見》精神，結合當前我國水資源需求和海水淡化工作實際，切實促進海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

我國要通過發(fā)展海水淡化產(chǎn)業(yè)，緩解沿海缺水地區(qū)和海島水資源短缺，爭取到2015年時，建成2個日產(chǎn)能5萬-10萬噸的國家級海水淡化示范工程，和20個日產(chǎn)能萬噸級的海水淡化示范工程，淡化海水能力達到220萬—260萬噸/日；鼓勵沿海缺水地區(qū)在保障公共飲水安全前提下創(chuàng)建海水淡化示范城市，在滿足相關指標要求、確保人體健康的前提下，允許海水淡化水進入市政供水系統(tǒng)。選擇居民多、淡水匱乏，關系國家海洋權益的海島作為海水淡化示范海島，將海水淡化水作為這些海島的新增供水的第一水源；要求在沿海淡水資源匱乏或地下水嚴重超采地區(qū)，新建、改建和擴建高耗水工業(yè)項目，要優(yōu)先使用海水淡化水，作為鍋爐補給水和工藝用水水源。

我省則提出要抓緊研究制定海水淡化及綜合利用的相關扶持政策，組織開展海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展試點示范，加快推進平潭海水淡化工程等前期工作，爭取納入國家試點。

“萬事俱備，只欠東風。不僅投資海水淡化項目前景光明，原料生產(chǎn)和裝備制造企業(yè)也會被帶動起來。”黃主榕估計道。