全球超过65%的海水淡化产能集中在波斯湾地区,在阿联酋,杰贝勒阿里电力与海水淡化综合体近期扩建,总淡化水产能已达到每天220万立方米,相当于每天生产超过880个奥运会标准游泳池的淡水。
而在沙特阿拉伯,则有拉斯海尔海水淡化综合体,这是一座电力与水资源联产的大型工厂。该项目耗资超过70亿美元建成,每天可生产100万立方米淡水。
这种规模惊人的淡水生产能力令人惊叹,但当人们深入研究相关资料后,反而会产生一种感受:这些超大规模的海水淡化厂或许本不应该存在。
海湾合作委员会成员国,包括沙特阿拉伯、科威特、阿联酋、卡塔尔、巴林和阿曼,是全球水资源压力最大的国家之一。
这一地区自有人类记忆以来便饱受缺水困扰。科威特、阿联酋、沙特阿拉伯和卡塔尔的人均可再生淡水资源不足100立方米。作为对比,一个四口之家平均每年消耗约136立方米淡水。
而且这些国家原本就稀少的地表水,往往也无法直接饮用。以沙特最大的地表湖阿尔阿斯法湖为例,其水源主要来自农业排放的径流,因此大量水体被重金属污染。
在这种情况下,人们通常会通过打井获取地下水,但海湾国家的地下水开采已相当密集。
持续超采带来了地面沉降等负面社会后果,而被抽取的地下水中,仅有约10%能够得到回补。此外,这些国家的人口正在迅速增长,1995年为2620万,到2021年已翻倍至5640万,规模大致相当于中国河北省的人口。
虽然目前出生率已放缓,但生育率仍高于日本和中国。海湾地区也是全球城市化程度最高的地区之一,85%的人口居住在城市,且这一比例预计还会继续上升。
随着人口和城市的扩张,用水需求持续攀升,其中农业用水尤为突出。谷物、蔬菜、水果以及牲畜饲料的种植,消耗了海湾国家高达85%的水资源。
基于国家安全考量的粮食自给率要求,使得削减农业用水极为困难。面对这些挑战,海湾合作委员会成员国将海水淡化视为获取足够可再生淡水的最佳途径。
沙特能把海水淡化做到全球第一的规模,靠的是两大先天优势:近乎无限的廉价油气资源,以及不计成本的国家战略投入。沙特地处热带沙漠气候区,全年降水稀少,地表几乎没有可用的淡水河流,因此从建国之初,海水淡化就被列为国家安全的核心支柱。
早期采用的是热法路线——通过加热海水蒸发再冷凝获取淡水,这种技术对海水水质要求低,出水水质可达直饮标准,但需要消耗巨量热能,而沙特庞大的油气储量恰好完美适配这种需求。
沙特的吉达是一座重要城市,长期以来是通往麦加朝觐者的交通枢纽和门户,因此人口极为密集。该城年降雨量不足10厘米,但毗邻含盐量高的红海。
历史上,吉达长期从50多公里外的两处泉水引水。但随着人口激增,该市于1907年从英国购置了首套海水淡化装置,从那时起,热法工艺便开始在这一地区扎根生长。
短短几十年间,沙特就在朱拜勒、吉达等地建起数十座大型热法海水淡化厂,其中朱拜勒二期单日产能突破200万立方米,是全球规模最大的热法海水淡化项目。
这些巨型工厂支撑起沙特全国约70%的供水来源,可以说,热法多级闪蒸MSF几乎成了海湾国家的技术底色。
然而,MSF的问题也十分明显——能耗惊人、碳排巨大、单厂过于庞大。
近年来,随着反渗透膜法SWRO在能耗上的优势不断凸显,海湾国家也开始加速转向膜法。
沙特电水公司投运了本国首批大型反渗透工厂之一——位于红海之滨的Shukaiq-3,日产45万立方米,成为同类工厂中规模最大者之一,造价达6亿美元。
除此之外,沙特近年建成的拉比格三期等顶级膜法水厂,单日产能达到60万立方米,进一步巩固了其在全球淡水供应格局中的位置。沙特近期在淡水供应产业推行的私有化改革,也将继续推动海水淡化向更加可持续的方向发展,这令人颇为欣慰。
除此之外,无论是热法还是膜法,都必须面对另一项严峻的环境问题——浓盐水。每生产两立方米淡水,就会产生一立方米浓盐水。
因此,每生产220万立方米淡水,就要处理110万立方米浓盐水。经过处理的浓盐水温度高、盐度大,通常比海水咸40%到80%,其中还常常含有重金属、酸、氯以及前述阻垢剂等成分。
浓盐水的处置颇具挑战性。除能耗外,浓盐水处置是海水淡化中最主要的成本因素之一,可能使淡水的最终成本再增加5%至30%。
那么,浓盐水到底能怎么处理?选项十分有限。
埋入地下会污染地下水;直接排放到海岸附近或深海,即便以大量海水或经处理的废水加以稀释,也会对当地生态系统造成伤害。
那么能否从浓盐水中提取盐分并出售?答案是可以,但目前尚不具备经济可行性。
盐早自19世纪以来就是重要商品,而浓盐水中还混有各种投加的化学品,也带来了新的问题。
海水淡化引起的环境问题足以另立专题,但这些问题同时存在于SWRO和MSF两种工艺中,并将随着GCC国家用水需求的扩张和更多超大规模淡化厂的建设而不断加剧。这也引出最后一个问题。
中东那些恢宏的MSF巨型水厂令人叹为观止,但也不得不承认,这些工厂大概本就不该以如此规模存在。这并不是说要废除海水淡化——曾有人提出过类似主张,但并不切实际。
海湾国家事实上正以其自身淡水资源的8倍、10倍甚至30多倍的规模使用水,海水淡化必须继续,水必须持续流入城市。
但与此同时,也必须努力打破GCC国家水资源系统高度集中的格局。
沙特一半的海水淡化产能仅集中于5座工厂,阿联酋六成的产能集中于4座工厂。这不仅经济上不合理、环境上有隐患,也构成国家安全威胁。
试想一下,仅需5次快速的无人机打击,就能摧毁一个国家一半的供水能力。从MSF向SWRO的技术转型,或可推动一种去中心化的趋势,让供水更接近实际用水地点,无论对社区、国家还是全世界都更有益处。
目前中国海水淡化总单日产能约350万立方米,仅相当于沙特的12%左右,国内最大单座海水淡化厂单日产能34万立方米,与沙特200万立方米的超大型水厂仍有明显距离。
海水淡化供水占中国全国总供水的比例还不到1%,而在沙特这一比例高达70%左右,两者背后是完全不同的资源禀赋和用水结构。中国淡水资源虽然人均紧张,但仍有江河湖泊可用,海水淡化更多承担的是沿海补充和应急调节的角色。
沙特那种以油气资源硬堆热法巨型水厂的路径,本质是拿廉价能源换取生存空间,是不得不做的选择,而不是可以复制的模板。
中国走的是以膜法为主、注重能耗和环境成本的路线,方向上其实与GCC国家正在转型的方向更为一致。
真正的差距,不只在单厂产能上,也在于是否需要把如此高比例的供水押注在海水淡化这一条路径上。当中东的巨型水厂被无人机威胁、被浓盐水拖累、被高能耗束缚时,分布式、可持续、去中心化的思路,反而成为后来者可以直接切入的方向。
沙特的震撼在规模,中国的机会在结构。
看完两国的技术图景,会发现所谓差距,并不是单纯的落后与领先,而是不同水情、不同能源禀赋、不同发展阶段共同塑造出的两条截然不同的道路。
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