1、海水资源化利用主要途径及在曹妃甸工业区的应用前景摘 要：我国海水资源丰富，技术的进步日趋成熟。文章对海水谈化、海水直接利用、海水化学资源综合利用的几种主流技术作了介绍、分析，并针对曹妃甸工业区海洋资源优势提出海水资源化利用前景。 关键词：海水 资源化 综合利用 曹妃甸 全世界大多数国家淡水资源都匮乏，我国淡水资源所面临的形势更加严峻，地下水也极近枯竭。水资源的匿乏，严重影响着人民生活和经济发展。中国是一个海洋资源大国，具备开发海洋、大规模发展蓝色产业的有利条件。大力发展海水淡化和综合利用技术， 向大海要淡水、要资源，是解决社会发展中所面临的淡水危机 、能源、原料匮乏等问题的重大措施，具有深远的
2、意义1。 一、海水综合利用 我国海水利用的重点领域包括海水直接利用、海水淡化技术、海水化学资源的利用。 1.海水直接利用 海水直接利用技术是指不经过淡化，直接用海水代替淡水的技术。海水直接利用主要在两个方面：一是用海水代替淡水直接做工业用水，用量最大的是做工业冷却用水，其次还用在消防、洗涤、除尘、冲灰、冲渣、化盐等；二是做生活用杂水，主要是作冲厕用水。是解决沿海城市工业用水和生活用水的重要途径。 1.1 海水直流冷却 海水直流冷却技术，是以原海水为冷却介质，经换热设备完成一次性冷却后，直接排放的冷却水处理技术。在海水浊度小、取水方便、取水能耗小的场所适合采用直流冷却技术。海水直流冷却技术涉及的
3、问题很多，包括取水、预处理、腐蚀和海洋生物附着等2。 要保证海水直流冷却正常运行，必须采用有效的防腐措施，主要措施包括：（1）选用耐海水腐蚀的材料换热器传热管主要是采用钛材料，钛材虽然昂贵，但可以大大延长使用周期，减少维修费用。 （2）涂层防腐技术 在海水冷却系统中，涂层防腐技术应用极为广泛。我国海水工艺管道很多也是用碳钢管，采用环氧沥青漆、环氧树脂漆等耐海水腐蚀的涂层进行防护。 1.2 海水循环冷却 海水循环冷却技术，是以原海水为冷却介质，经换热设备完成一次冷却后，再经冷却塔冷却、循环使用的冷却水处理技术。由于循环冷却可使用缓蚀剂，其设备系统不需要更大的投资来防腐。对于沿海城市中原来采用淡水
4、循环冷却系统的工厂来说，改用海水循环冷却系统更为经济。 1.3 海水作冲厕用水 据统计，城市生活用水占城市供水的 20%左右，冲厕用水占城市生活用水的 35%左右，因此海水冲厕是海水直接利用的一个重要的方面。利用海水冲厕，需解决海水预处理、海水腐蚀、污水处理及排放 4 个技术问题。淡水资源紧张的香港地区早在 50 年代末就采用海水冲厕。目前，每天用来冲厕的海水量已达 54 万立方米，年耗海水量近 2 亿立方米，约占全港用水的 18%。 近年来，我国的部分沿海城市也在实践利用海水冲厕。按照规划，青岛市将在沿海部分生活区建立一到两处设计能力在 100 立方米/天左右的海水冲厕示范区。取得经验后，分
5、别在东部麦岛、团岛、高科园等地建立三处海水冲厕系统，逐步在全市推广，争取到 2015 年，使用海水冲厕达 40000 立方米/天。此外，天津塘沽区也己成功利用了海水冲厕技术，浙江省也有使用海水冲厕的计划3。 2.海水淡化 发展海水淡化技术己经成为当今世界各国的共识。海水淡化有很多种方法，目前全球海水淡化技术超过 20 余种，包括反渗透法、低温多效、多级闪蒸、电渗析法、压汽蒸馏、露点蒸发法、水电联产、热膜联产以及利用核能、太阳能、风能、潮汐能海水淡化技术等等，以及微滤、超滤、纳滤等多项预处理和后处理工艺。目前，我国主要应用的有蒸馏法和反渗透法4。 2.1 蒸馏法 海水淡化蒸馏技术是应用于海水脱盐
6、的较为成功、可靠、应用广泛的一种技术。特别是多级闪蒸发的应用尤为普遍。无论哪种蒸馏法，都是把海水加热使之蒸发，再把蒸汽冷凝成淡水的过程。蒸馏法是最早应用于海水淡化的方法，其优点是结构比较简单，操作容易，所得淡水水质较好，缺点是所消耗的能量较大，在有多余的热能产生时厂家可以考虑此法。目前曹妃甸首钢淡化海水就是利用电厂的余热进行的。 2.2 反渗透法（膜法） 由于反渗透过程的推动力是压力，过程中没有发生相变，膜仅起着“筛分”的作用，因此反渗透分离过程所需要的能耗较低。目前，美国海水淡化研究所的重点发展是反渗透法。我国始于 60 年代进行反渗透技术的研究。近年来，反渗透技术的应用范围不断扩大，各种类
7、型的反渗透器正在许多方面（如海水淡化、各种工业用水的处理）发挥着重要的作用。实践证明，反渗透法无论是在技术上还是在商业上都是比较可靠的，再加上各种反渗透膜的出现和发展，无不对海水脱盐的可行性及脱盐效率产生巨大而深远的影响。 3.海水化学资源利用 海水蕴藏着丰富的化学资源，在我们的地球上已发现的 109 种化学元素中，海水中就含有 80 多种5。海盐、溴素、钾盐、镁盐是其中的四大主体要素，铀、氘、锂、碘是其中的四大微量元素。 长期以来，我国对海洋化学资源的利用主要集中在海水制盐方面，除了氯化钠是从海水中直接提取外，其他溴素、钾盐、镁盐仅限于从盐田苦卤和地下卤水中提取。随着曹妃甸工业区大规模海水淡
8、化和大规模的海水循环冷却技术的应用，产生的浓海水的量是相当可观的。浓海水是指海水经淡化技术提取淡水后，海水被浓缩一倍左右的部分；以及采用海水循环冷却技术，作为工业冷却水时，海水中的水分将逐渐挥发，在海水的浓度达到增浓一倍左右后排放的部分。由于浓海水中的化学物质的浓度提高了一倍，综合利用该资源将有助于进一步降低提取其中的化学物质的能量消耗、减少造水成本，提高综合经济效益。目前，我厂就纯碱的生产中就增加了浓海水冷却和浓海水化盐项目。 现以 10 万 t/d 海水淡化装置为例，其一年排出的浓海水中化学资源总量为 200 多万吨。这些化学物质若不加以提取利用，无疑是资源的浪费，同时将浓海水排放也是对海
9、洋环境的污染。综合利用海水，可将曹妃甸工业区生产淡水、海盐、溴素、钾肥、镁肥（和氢氧化镁等） 、发电以及微量元素的提取等工艺，进行有效链接联产，将可改变传统的产业、产品结构，降低土地、能源、淡水等的综合消耗，充分发挥出海水资源利用的潜力。 3.1 提取海盐 曹妃甸工业区的南堡盐场的海盐产量居世界第三位，亚洲第一，但滩晒制盐占据了大片的沿海土地。随着经济的发展，用地矛盾越来越突出，从单位土地面积经济产值来分析，经济发达地区每平方米产值约 1 000 元，而盐场晒盐用地每平方米产值只有约 2 元，是制造业中的最低值，因此，应利用新的资源或技术减少占地，发展其它高产值、高附加值工业。为节省占地又要保
10、持或增长盐的产量，日本主要以电渗析法制盐，科威特等海湾国家正在计划利用海水淡化后浓海水制盐。以年产海盐 100万吨的盐场为例，若使用日产 16 万吨海水淡化装置产生的浓海水（含盐量比海水高一倍）仍采取目前的日晒法，在保持盐产量不变的同时可减少占地约 70km2，价值约 30 多亿元。为经济发展提供巨大的空间，社会效益、经济效益巨大。 3.2 提溴及溴化物 含溴化合物广泛应用于医药、染料、农药、感光材料、制冷剂、阻燃剂、防爆剂、钻井等领域。地球上的溴素 99%在海水中，陆地上的溴资源 90%以上集中在美国、以色列、俄国。我国溴素产量 6 万吨，约占世界总产量的十分之一，产量居世界第三位。其中 8
11、0%来源于山东省的地下卤水溴资源（含溴为 210 g/m3） ，其提溴技术主要采用空气吹出法，但由于工艺技术等问题致使溴资源利用率只有 65%左右，而且地下卤水含溴量也在迅速下降，我国溴资源面临危机。 现以 10 万 t/d 海水淡化装置为例，其一年排出的浓海水中含溴达4500 吨，随着国家“十五”重点科技攻关计划课题“气态膜法海水卤水提溴新技术的研究”的成功，该项目若能在曹妃甸工业区得以实施并推广，将彻底解决我国溴行业可持续发展的资源问题。 3.3 提取钾盐 钾为植物生物的三大要素之一。据统计，世界平均氮磷钾肥的施用比例为 1： 0.42： 0.30。我国目前氮磷钾施肥比例仅为1：0.38：
12、0.13，钾肥比例严重失调。 我国是一个钾矿资源贫乏的国家，通过 50 年的努力，探明钾储量仅占世界总储量的 1.47%，只有青海等盐湖的液体钾矿可供开发。据海关统计，近年来我国钾肥进口量都在 500 万吨以上。现以 10 万 t/d 海水淡化装置为例，其一年排出的浓海水中含钾达 2.6 万吨，若能在“人工合成钾吸附剂的研究” 寻求新的突破，将会进一步提高浓海水提钾的经济效益。 3.4 提取镁化合物 海水矿物中，镁盐仅次于钠盐居第二位。金属镁是制造铝镁合金的重要材料。美、英、日等国陆地镁矿缺乏，对镁的需求又大，这些国家都建有大型海水提镁工厂。这些国家海水提镁的产量占全国总产量的 90%以上。虽
13、然我国陆地镁资源储量居世界首位，但是从海水中可以得到纯度更高的镁，从而满足工业上的特殊要求。 镁是重要的微量元素肥料。全世界每年使用硫镁肥 300 万吨，东南亚各国每年从我国进口 30 多万吨。目前我国镁肥产品只有硫酸镁和以硫镁肥为原料生产的复混肥，品种单一。我国南方十二省缺镁情况十分严重，对系列镁肥的需求量在百万吨以上。因此，充分利用浓海水中的镁资源是健康稳定发展海水化学资源综合利用的关键问题之一。 3.5 提取微量元素 海水中微量元素铀、锂、碘、重水等均是陆地资源储量较小的战略物资。海水提铀在技术上是可行的，将成为铀材料的主要来源。而海水淡化后的浓海水，其铀含量增加 1 倍。现以 10 万
14、 t/d 海水淡化装置为例，其一年排出的浓海水中含多达 45 亿吨，海水提铀达 0.23 吨6。 二、曹妃甸工业区资源化利用海水前景 曹妃甸工业区位于唐山南部沿海、渤海湾中心地带， “面向大海有深槽， 背靠陆地有浅滩” ，具有建设国际深水大港、发展现代临港重化工业的独特优势。目前， 曹妃甸工业区建设已被列入国家 “十二五” 产业发展规划，国家级经济技术开发区，具有得天独厚的海水资源综合利用优势，在地下取水和跨区域调水受到越来越多的条件限制的情况下，开发利用海水资源，进行海水淡化就成为开源节流、解决淡水紧缺的一条有效的重要战略途径。若将使用海水的河北南堡盐场（海水晒盐） 、唐山三友集团（海水化盐
15、制碱）和曹妃甸电厂（海水冷却、海水淡化）等进行有机地联合，将会发挥综合利用海水资源的优势，形成具有强大竞争力的特大规模的综合利用海水资源的新兴产业群。该产业群包括淡水、电、土地开发、盐、纯碱、烧碱、钾肥、镁肥等大吨位基础产品到高技术含量、高附加值、系列化多品种的溴素及含溴精细化学品（阻燃剂、医药中间体、农药、染料、有机化学品等） 、含镁精细化学品（功能增强材料、耐高温材料、高绝缘材料、绿色中和剂浆状氢氧化镁、阻燃剂等） ，形成强大化工产业。目前曹妃甸海水资源综合利用工程项目已在逐步实施中。 三、结论 海洋资源在人类未来生存中的潜力值非常可观。目前 我国海水利用正处于良好的发展机遇期，海水利用的
16、技术不断成熟 海水利用成本不断降低，各级政府和社会各界的高度重视，无疑为海水资源化利用产业发展提供了良好的外部环境，坚实的物质基础和广阔的发展空间。曹妃甸海水资源综合利用工程的实施，对于我国综合开发利用海水资源，解决我国人口众多、资源贫乏、环境与发展等问题，必将起到积极的推动作用。 参考文献 1周洪军， 我国海水利用业发展现状与问题研究J. 海洋经济， 2008（1）：19-25. 2艾万铸，李桂香， 海洋科学与技术.海洋出版社，2000.12 3水处理技术.国家海洋局杭州水处理中心，2001.01 4李雪，天津将建中国最大海水淡化厂J.海洋信息，2006（02）：48-50. 5王占坤，海水资源综合利用现状研究J.海洋信息，2003（01）：17-20. 6马贵武，等，海水综合利用的新路J.湛江海洋大学学报，1997（1）：78-80. 作者简介：牛文涛，男，1983.06.30 学历： 本科 工作地点： 唐山三友化工股份有限公司 职称： 助理工程师 熟悉的专业： 纯碱化工生产。 赵振旺，男，1977.04.07 学历：本科 工作地点：唐山三友化工股份有限公司， 职称： 助理工程师，副科长，熟悉的专业： 纯碱化工生产。
