第一节 海洋水资源

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1、第三章 海洋资源意识第一节 海洋水资源地球水的主体1、海洋是最大的水库地球上的水资源(water resources)，从广义来说是指水圈内 水量的总体。包括经人类控制并直接可供灌溉、发电、给水、航运、 养殖等用途的地表水和地下水，以及江河、湖泊、井、泉、潮汐、港 湾和养殖水域等。全球约有四分之三的面积覆盖着水，地球的总储水量约1386X10 亿立方米，其中96.5%分布在海洋，约1338X10亿立方米。除此之 外，地表水占1.78%，地下水占1.69%，而人类主要利用的淡水约 35X10亿立方米，仅占全球总储水量的2.53%。它们少部分分布在湖 泊、河流、土壤和地表以下浅层地下水中，大部分则

2、以冰川、永久积 雪和多年冻土的形式储存。若扣除无法取用的冰川和高山顶上的冰 冠，以及分布在盐碱湖和内海的水量，陆地上谈水湖和河流的水量不 到地球总水量的 1%。大都储存在南极和格陵兰地区。海洋水冰川与永気积雪地下水永冻层中冰湘泊水 土壤水犬汽水沼泽水河硫水生物水海水是咸水，不能直接饮用，所以通常所说的水资源主要是 指陆地上的淡水资源，如河流水、淡水、湖泊水、地下水和冰川 等。地球上只有不到 1%的淡水或约 0.007% 的水可为人类直接利 用，而中国人均淡水资源只占世界人均淡水资源的四分之一。随着人类经济生活、生产的不断进步，水资源的供需矛盾日 益突显。它不仅受到水资源数量、质量、分布规律及其

3、开发条件 等自然因素的影响，也受到人类对水资源需求的社会经济因素的 制约。近 30 年来，世界人口增加了60%以上。据世界卫生组织调查， 约有 1/4 的人口缺少洁净的饮用水，目前全球有100 多个国家缺水， 13 亿人缺少饮用水，10 亿人的饮用水不合乎卫生要求，全球淡水量 严重不足。另外，联合国的一份报告中指出，今后25 年世界将出现 淡水短缺，在北非、中东和亚洲可能会因为水资源短缺而引发战争。 在全球水资源面临如此严重短缺的时代背景下，开发、利用海洋 水资源势在必行，而且潜力巨大。2、海水的直接利用海水直接利用(seawa ter direc t uti liza tio n;direc

4、 t use of seawater)，是指以海水为原水，直接代替淡水作为工业用水或生活 用水等的总称。如海水冷却、海水脱硫、海水冲厕、海水养殖等。海水直接利用主要包括海水冷却和大生活用海水，是直接采用海 水替代淡水的开源节流技术，具有替代节约淡水总量大的特点。可以 置换占工业冷却用水和冲厕用水，促进水资源结构的优化。从总的情 况来看，工业冷却用水占海水总利用量 90%。結吕降底了 /葩卜投资/*节卷国现-枚能視醫九需永 -減少空汽污染和制漕刑世溜*受能瀕价咨和撚科短舉參聊小 减少电厂投黑电力倚送挖墜 J - A丈节m港了律+.巩物肉韶空间 滅少了湮筑內的电棗衣 物业邹门无需撓作和鏡护设备F

5、电力产品使用芯草更高 -日本早在 30 年代开始利用海水，目业，如钢铁、化工、电力等部门都采用海水作为冷却水，仅电厂每年直接使用前几乎沿海所有企的海水达几百亿立方米，到90 年代后期达到亿立方米，西欧六国海 水年利用量 2000 亿立方米。我国沿海开发使用海水较早，青岛电厂1935年建厂时即用海水做冷凝器降温、冲灰用，日利用量达70万m3。香港于20 世纪50年代末开始采用海水冲厕，目前冲厕海水的用量已 达到35万m3/d，占冲厕用水的70%左右，香港最终目标是全部用海 水。全国沿海城市有2 亿居民，若有1 0 %居民采用海水冲厕，则每年 可节约淡水5亿t （张雨山等，2000）。海水可以直接

6、作为印染、制药、制碱、橡胶及海产品加工等行业 的生产用水。将海水直接用于印染行业，可以加快上染的速度。海水 中一些带负电的离子可以使纤维表面产生排斥灰尘的作用，从而提高 产品的质量。海水也可作为制碱工业中的工业原料。国外用海水大面 积灌溉种植作物已取得较好的成果。美国亚利桑那大学的研究人员发 现一种天然植物适于用海水灌溉，其果实富含蛋白质和植物油，既可 直接食用又可作为榨油，这一发现为进一步发展海水灌溉农业，提供 了新途径。我国也进行过海蓬子、大米草等耐盐植物的栽培实验，以 及虹豆、西红柿和水稻等经济作物和粮食品种的耐盐实验。2005 年 8 月，发展改革委、国家海洋局和财政部联合颁布了中国首

7、部海水利用专项规划。在该规划指导下，我国海水淡化及综 合利用业进入快速发展阶段。与此同时，在专项规划的指导下，天津、 浙江、青岛、大连等9个沿海省市也都发布了适合本地方实际的海水 利用规划。这些规划计划的出台大大推动了我国海水利用业的合理布 局和科学发展。根据国家海洋局最新数据(2011 年 4 月)显示，我 国目前年海水直接利用量近600 亿立方米，有望成为战略性海洋新兴 产业的一个重要领域。目前，在我国天津、青岛等一些沿海城市和地 区，已围绕海水利用产业，初步形成了淡化装备设计、加工制造等新 的产业集群，海水利用业市场潜力巨大，前景广阔。3、海水的淡化海水淡化( sea water des

8、alination;desalination ofseawater)，海水淡化即利用海水脱盐生产淡水。是实现水资源利用 的开源增量技术，可以增加淡水总量，且不受时空和气候影响，水质 好、价格渐趋合理，可以保障沿海居民饮用水和工业锅炉补水等稳定 供水。现在所用的海水淡化方法有海水冻结法、电渗析法、蒸馏法、 反渗透法，目前应用反渗透膜的反渗透法以其设备简单、易于维护和 设备模块化的优点迅速占领市场，逐步取代蒸馏法成为应用最广泛的 方法。第一个海水淡化工厂于 1954 年建于美国，现在仍在得克萨斯的 弗里波特(Freep-ort)运转着。佛罗里达州的基韦斯特(Key West) 市的海水淡化工厂是世

9、界上最大的一个，它供应着城市用水。表面看 海水淡化很简单，只要将咸水中的盐与淡水分开即可。最简单的方法， 一个是蒸馏法，将水蒸发而盐留下，再将水蒸气冷凝为液态淡水。这 个过程与海水逐渐变咸的过程是类似的，只不过人类要攫取的是淡 水。另一个海水淡化的方法是冷冻法，冷冻海水，使之结冰，在液态 淡水变成固态的冰的同时，盐被分离了出去。两种方法都有难以克服 的弊病。蒸馏法会消耗大量的能源，并在仪器里产生大量的锅垢，相 反得到的淡水却并不多。这是一种很不划算的方式。冷冻法同样要消 耗许多能源，得到的淡水却味道不佳，难以使用。冷冻法，即冷冻海水使之结冰，在液态淡水变成固态冰的同时盐 被分离出去。冷冻法与蒸

10、馏法都有难以克服的弊端，其中蒸馏法会消 耗大量的能源并在仪器里产生大量的锅垢，而所得到的淡水却并不 多；而冷冻法同样要消耗许多能源，但得到的淡水味道却不佳，难以 使用。真空冷冻海水淡化法工艺包括脱气、预冷、蒸发结晶、冰晶洗 涤、蒸汽冷凝等步骤，海水淡化水产品可达到国家饮用水标准，与蒸 馏法、膜海水淡化法相比，冷冻海水淡化法能耗低，腐蚀、结垢轻， 预处理简单，设备投资小，并可处理高含盐量的海水，是一种较理想 的海水淡化法。蒸馏法，是用于海水淡化较为成功可靠的主要方法之一，几十年 来一直保持优势。其优点，一不受原水浓度的限制、适宜于用海水做 原料;二淡化水纯度高，含盐量通常小于10，而其他方法一次

11、脱盐难 以达到这个指标;三适于大规模建厂，可达到百万吨级规模。存在的 问题是，一是结垢严重，使传热系数降低，效率下降。二是对设备腐 蚀较重，使其寿命缩短;三是排放的浓热盐水影响近岸生态。总之蒸 馏法海水淡化，原理简单，设备不复杂，制约因素主要是成本较高。 由于采用的设备、流程及能源不同又可分为：多级闪蒸(MSF)海水淡 化法、多效蒸发海水淡化法(ME)、压汽蒸馏海水淡化(VC)、太阳能蒸 馏海水淡化、膜蒸馏海水淡化等方法。电渗析法，其技术关键是新型离子交换膜的研制。离子交换膜是 0.5-1.0mm 厚度的功能性膜片，按其选择透过性区分为正离子交换膜 （阳膜）与负离子交换膜（阴膜）。电渗析法是将

12、具有选择透过性的 阳膜与阴膜交替排列，组成多个相互独立的隔室海水被淡化，而相邻 隔室海水浓缩，淡水与浓缩水得以分离。电渗析法不仅可以淡化海水， 也可以作为水质处理的手段，为污水再利用作出贡献。此外，这种方 法也越来越多地应用于化工、医药、食品等行业的浓缩、分离与提纯。反渗透法，通常又称超过滤法，是1953 年才开始采用的一种膜 分离淡化法。该法是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的。在通常情况下，淡水通过半透膜扩散到海水 一侧，从而使海水一侧的液面逐渐升高，直至一定的高度才停止，这 个过程为渗透。此时，海水一侧高出的水柱静压称为渗透压。如果对 海水一侧施加一大于海

13、水渗透压的外压，那么海水中的纯水将反渗透 到淡水中。反渗透法的最大优点是节能。它的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。反渗透海水淡化技术发展很快，工程造价和运行成本持续降低， 主要发展趋势为降低反渗透膜的操作压力，提高反渗透系统回收率， 廉价高效预处理技术，增强系统抗污染能力等。目前，全球海水淡化日产量约3500 万立方米左右，其中80%用 于饮用水，解决了1 亿多人的供水问题，即世界上1/50 的人口靠海 水淡化提供饮用水。全球有海水淡化厂13 万多座，海水淡化作为 淡水资源的替代与增量技术，愈来愈受到世界上许多沿

14、海国家的重 视；全球直接利用海水作为工业冷却水总量每年约6000 亿立方米左 右替代了大量宝贵的淡水资源；全世界每年从海洋中提盐5000 万吨、 镁及氧化镁 260 多万吨、溴20 万吨等。海水淡化需要大量能量，所 以在不富裕的国家经济效益并不高。沙特阿拉伯的海水淡化厂占全球 海水淡化能力的 24%。阿拉伯联合酋长国的杰贝勒阿里海水淡化厂第 二期是全球最大的海水淡化厂，每年可产生3 亿立方米淡水。中国海水淡化技术是在政府支持和国家重点攻关项目驱动下发 展起来的，电渗析、反渗透和蒸馏法（多级闪蒸、压气蒸馏和低温多 效蒸馏）等海水淡化技术的研究开发，都取得相当大的进展。1958 年首先开展电渗析海水淡化的研究，19671969 年国家科委和国家 海洋局共同组织了全国海水淡化会战，同时开展电渗析、反渗透、蒸 馏法等多种海水淡化技术的研究，为海水淡化事业的发展奠定了基 础。