文/張大全 樊智峰 高立新
我國海水淡化領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)探討[1]
文/張大全1樊智峰2高立新1
為促進(jìn)我國海水淡化產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步發(fā)展,加快標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)勢(shì)在必行。本文介紹了我國海水淡化標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)的狀況,總結(jié)了面向戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的海水淡化標(biāo)準(zhǔn)綜合體,探討了新形勢(shì)下海水淡化標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)發(fā)展的方向。
海水淡化 標(biāo)準(zhǔn)體系 飲用水質(zhì)
當(dāng)今世界淡水資源日趨匱乏,各國面臨加速水資源的開發(fā)、解決淡水危機(jī)的重要課題。海水淡化是實(shí)現(xiàn)新水源生產(chǎn),緩解淡水資源危機(jī)的重要途徑之一。海水淡化標(biāo)準(zhǔn)化工作是海水淡化產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的重要技術(shù)支撐,是規(guī)范海水淡化生產(chǎn)和管理, 保障供水安全,促進(jìn)海水淡化行業(yè)健康快速發(fā)展的有效措施。本文總結(jié)了我國海水淡化標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)狀況,探討了新形勢(shì)下海水淡化標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展的方向。
人類面臨陸上淡水緊缺和物質(zhì)資源不斷消耗的威脅,開發(fā)利用海水是發(fā)展的必然趨勢(shì)。例如,以色列70%生活用水來自海水淡化。近年來,世界上海水淡化正向高效化、低能化和規(guī)?;哪繕?biāo)發(fā)展,反滲透(RO)、低溫多效(LT-MED)和多級(jí)閃蒸(MSF)適用于大型海水淡化工程,成為商業(yè)化應(yīng)用的主流海水淡化技術(shù)。2015年,全球海水淡化產(chǎn)能約為9.423×107m3/d。據(jù)某全球企業(yè)增長咨詢公司調(diào)研數(shù)據(jù),2015年世界海水淡化市場總值已達(dá)117億美元。我國沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、人口多,水資源短缺問題已經(jīng)成為制約經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要瓶頸。根據(jù)水利部《全國水資源綜合規(guī)劃》預(yù)測,在采用各種節(jié)水、調(diào)水措施后,到2030年我國沿海地區(qū)的年缺水量仍將達(dá)到214億m3,而海水淡化將很可能成為解決水資源短缺的唯一途徑。
1. 海水淡化標(biāo)準(zhǔn)體系
我國海水淡化技術(shù)經(jīng)過50多年的發(fā)展,在蒸餾法、反滲透法等主流海水淡化技術(shù)方面取得了重大突破, 成為世界上自主掌握海水淡化關(guān)鍵技術(shù)的國家之一。近10年,伴隨我國海水淡化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,我國海水淡化標(biāo)準(zhǔn)化工作也逐步得到提升。2006年,國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)、國家發(fā)展和改革委員會(huì)、科技部和國家海洋局聯(lián)合發(fā)布了《海水利用標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展計(jì)劃》,海水淡化標(biāo)準(zhǔn)是其中的重要組成部分。2009年以來,已有相關(guān)海水利用標(biāo)準(zhǔn)體系表的研究成果,將該體系分為基礎(chǔ)通用、海水淡化、海水冷卻、海水化學(xué)資源利用、大生活用海水5 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)子體系。海水淡化標(biāo)準(zhǔn)子體系又由基礎(chǔ)通用標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)范等部分組成。其中的技術(shù)規(guī)范又被分為:蒸餾法海水淡化技術(shù)、膜法海水淡化技術(shù)、電滲透式海水淡化技術(shù)、移動(dòng)式海水淡化技術(shù)、其他海水淡化技術(shù)等(見圖1)。
圖1 海水淡化標(biāo)準(zhǔn)體系
2. 海水淡化標(biāo)準(zhǔn)綜合體
2014年,中國海洋標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)海水淡化及綜合利用分技術(shù)委員會(huì)獲國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)批準(zhǔn)籌建。該分技術(shù)委員會(huì)主要負(fù)責(zé)海水淡化和綜合利用領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化工作(不包括化學(xué)、分離膜和制鹽領(lǐng)域)。國標(biāo)委等十二部委聯(lián)合發(fā)布《2014年戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)綜合體指導(dǎo)目錄》,將“海水淡化標(biāo)準(zhǔn)綜合體”和13項(xiàng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)納入其中,涉及水資源、機(jī)械制造、化工、樹脂制造、分離膜等領(lǐng)域。海水淡化標(biāo)準(zhǔn)綜合體是指圍繞海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)集合體,主要包括:
① 蒸餾法海水淡化工程設(shè)計(jì)規(guī)范,如:HY/T 115-2008《蒸餾法海水淡化工程設(shè)計(jì)規(guī)范》;
② 蒸餾法海水淡化裝置用鋁合金傳熱管;
③ 卷式反滲透膜元件技術(shù)要求;
④ 反滲透膜測試方法,如:GB/T 32373-2015《反滲透膜測試方法》;
⑤ 超濾膜測試方法,如:GB/T 32360-2015《超濾膜測試方法》;
⑥ 海水淡化預(yù)處理膜技術(shù)設(shè)計(jì)規(guī)范,如:GB/T 31327-2014《海水淡化預(yù)處理膜系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》;
⑦ 海水淡化膜系統(tǒng)測試評(píng)價(jià)方法,如:GB/T 32359-2015《海水淡化反滲透膜裝置測試評(píng)價(jià)方法》;
⑧ 液體除菌用微孔膜折疊過濾芯性能檢測方法;
⑨ 納濾膜測試方法;
⑩ 反滲透能量回收裝置通用技術(shù)規(guī)范,如:GB/T 30299-2013《反滲透能量回收裝置通用技術(shù)規(guī)范》;
?海水淡化反滲透裝置運(yùn)行管理規(guī)范,如:GB/T 31328-2014《海水淡化反滲透系統(tǒng)運(yùn)行管理規(guī)范》;
?分離膜外殼,如:GB/T 30300-2013《分離膜外殼》;
?滲透汽化膜測試方法。
這13類海水淡化標(biāo)準(zhǔn)涉及海水淡化主要技術(shù)層面,對(duì)于海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要的促進(jìn)作用。這13類標(biāo)準(zhǔn)有的已存在,有的還屬空白。需要強(qiáng)調(diào)的是,每一類標(biāo)準(zhǔn)可以有多項(xiàng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)支撐。按照《目錄》發(fā)布機(jī)構(gòu)的要求,“海水淡化標(biāo)準(zhǔn)綜合體”的制定將以國務(wù)院辦公廳發(fā)布的《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)改委發(fā)布的《“十二五”海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》和科技部《海水淡化科技發(fā)展“十二五”專項(xiàng)規(guī)劃》等文件為依托進(jìn)行編制。
隨著我國海水淡化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,目前已發(fā)布了一批海水淡化國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和地方標(biāo)準(zhǔn)。截至2016年9月,我國已發(fā)布實(shí)施海水淡化相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)超過90項(xiàng),包括國家標(biāo)準(zhǔn)(含國軍標(biāo))22項(xiàng),行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)70項(xiàng),如HY/T 176-2014《海水中鐵細(xì)菌的測定 MPN法》、HY/T 177-2014《海水中硫酸鹽還原菌的測定MPN法》、HY/T 178-2014《海水堿度的測定pH電位滴定法》、HY/T 198-2015《海水淡化膜用阻垢劑阻垢性能的測定 人工濃海水碳酸鈣沉積法》、GB/T 30665-2014《化學(xué)品 海水中的生物降解性 密閉瓶法》、GB/T 31316-2014《海水陰極保護(hù)總則》、GB/T 31328-2014、GB/T 32359-2015《海水淡化反滲透膜裝置測試評(píng)價(jià)方法》、GB/T 32569-2016《海水淡化裝置用不銹鋼焊接鋼管》。這些新增標(biāo)準(zhǔn)涵蓋了海水水質(zhì)監(jiān)測、工程設(shè)計(jì)、運(yùn)行管理等方面。
2015年,由首鋼京唐公司和首鋼國際工程公司等單位聯(lián)合起草編制的《鋼鐵行業(yè)海水淡化技術(shù)規(guī)范 第1部分:低溫多效蒸餾法》國家標(biāo)準(zhǔn)通過審定。該國家標(biāo)準(zhǔn)以YB/T 4256.1-2012《鋼鐵行業(yè)海水淡化技術(shù)規(guī)范 第1部分:低溫多效蒸餾法》為基礎(chǔ),對(duì)原行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中低溫多效蒸餾法海水淡化的范圍、規(guī)范性引用文件、術(shù)語和定義、介質(zhì)要求、系統(tǒng)要求、材料及設(shè)備要求、運(yùn)行、維護(hù)與監(jiān)測、檢驗(yàn)方法等進(jìn)行了全面、系統(tǒng)的修訂和補(bǔ)充,這應(yīng)屬于工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。
3. 我國海水淡化標(biāo)準(zhǔn)體系中存在的主要問題和分析
目前,國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)、美國國家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)(ANSI)等標(biāo)準(zhǔn)化組織已經(jīng)發(fā)布了大量海水淡化標(biāo)準(zhǔn),主要集中在基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、方法標(biāo)準(zhǔn)、針對(duì)飲用水安全制定的安全標(biāo)準(zhǔn)和運(yùn)行監(jiān)測等方面,已經(jīng)形成了較為完整的海水淡化及綜合利用標(biāo)準(zhǔn)體系。我國海水淡化標(biāo)準(zhǔn)研究相對(duì)滯后,在海水源水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)、淡化水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)、海水淡化裝置技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等方面還有待完善。
① 海水源水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)
GB 3097-1997《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》,按照海域的不同使用功能和保護(hù)目標(biāo),將海水水質(zhì)分為四類,并規(guī)定了每一類的海水水質(zhì)指標(biāo):“第一類適用于海洋漁業(yè)水域,海上自然保護(hù)區(qū)和珍稀瀕危海洋生物保護(hù)區(qū);第二類適用于水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū),海水浴場,人體直接接觸海水的海上運(yùn)動(dòng)或娛樂區(qū),以及與人類食用直接有關(guān)的工業(yè)用水區(qū);第三類適用于一般工業(yè)用水區(qū),濱海風(fēng)景旅游區(qū);第四類適用于海洋港口水域,海洋開發(fā)作業(yè)區(qū)”。該標(biāo)準(zhǔn)并不涉及海水淡化的水源水質(zhì)。海水源水水質(zhì)不僅對(duì)海水淡化預(yù)處理工藝、后續(xù)脫鹽淡化工藝及運(yùn)營成本影響巨大,對(duì)于飲用主體的心理接受度也有重大影響。目前,淡水源水水質(zhì)評(píng)價(jià)主要依據(jù)是CJ 3020-1993《生活飲用水水源水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》,該標(biāo)準(zhǔn)適用于城鄉(xiāng)集中式生活飲用水的水源水質(zhì),對(duì)于淡化水的海水源水卻沒有相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)我國海洋環(huán)境狀況公報(bào)顯示:我國海洋環(huán)境質(zhì)量狀況總體較好,但近岸海城水體污染、生態(tài)受損等環(huán)境問題依然突出。其中,未達(dá)到第一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的海域面積為 17萬km2、水質(zhì)為劣四類的近岸海域面積約為 6.8萬km2。針對(duì)我國近海海域不同污染狀況,應(yīng)建立海水水源地保護(hù)區(qū),完善海水淡化海水源中的有機(jī)物污染、SDI(淤泥密度指數(shù))、溫度、濁度和鹽度等影響海水淡化運(yùn)行的重要指標(biāo),制定海水源水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)淡化水水源地的管理標(biāo)準(zhǔn),規(guī)范管理,優(yōu)化沿海水資源結(jié)構(gòu)。
② 淡化水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)
當(dāng)前,我國生活飲用水的衛(wèi)生評(píng)價(jià)主要是依據(jù)GB 5749-2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行的,該標(biāo)準(zhǔn)以飲水安全為基點(diǎn),以水源水是地表水和地下水為前提,以有害、有毒的污染物最大限量值指標(biāo)為主。淡化水,水呈弱酸性,缺乏有益的礦物鹽。因此,一般需要對(duì)淡化海水進(jìn)行后續(xù)的礦化處理(摻加天然淡水、加堿、礦石過濾等),以提高礦物質(zhì)含量和堿度。但目前生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)中缺少有益于人體健康指標(biāo)的最低限量值,難以全面地評(píng)估海水淡化水的水質(zhì)。例如,反滲透海水淡化對(duì)海水中硼的去除率為80%左右,導(dǎo)致淡化水中的硼含量超標(biāo)(世界衛(wèi)生組織(WHO)規(guī)定飲用水中硼含量不得高于0.3 mg/L),硼含量高會(huì)對(duì)人體的神經(jīng)和生殖系統(tǒng)產(chǎn)生危害,也直接影響到植物的生長以及動(dòng)物的發(fā)育。
此外,海水淡化的原水中含有多種海洋微生物、藻類和細(xì)菌,為防止海水淡化裝置中生物繁殖、腐蝕、結(jié)垢等,在處理過程中常加入多種化學(xué)藥劑或生物藥劑,這都可能導(dǎo)致淡化水中含有多種現(xiàn)行水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)控制之外的生物和/或化學(xué)污染物。因此,為了保證飲水安全,需要對(duì)淡化水的多個(gè)指標(biāo)進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測,并根據(jù)實(shí)際情況對(duì)現(xiàn)行的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)作適當(dāng)?shù)男薷摹?/p>
WHO《飲用水水質(zhì)準(zhǔn)則》明確指出適用海水淡化水,但應(yīng)考慮海水自身所具有的特殊屬性以及其在淡化、后處理、運(yùn)輸?shù)确矫媾c傳統(tǒng)工藝的不同。海水淡化水的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)根據(jù)其用途,建立不同的標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)體系,如海水淡化水根據(jù)用途作為飲水需符合生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),若作為農(nóng)田灌溉水則需符合農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。工業(yè)用淡化水已有相應(yīng)的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),在GB/T 50619-2010《火力發(fā)電廠海水淡化工程設(shè)計(jì)規(guī)范》確定了反滲透海水淡化產(chǎn)品水作為工業(yè)水時(shí)建議執(zhí)行的水質(zhì)控制指標(biāo):總硬度不宜小于40 mg/L(以 CaCO3計(jì));堿度不宜小于40 mg/L(以CaCO3計(jì));pH值(25 ℃)宜為8. 0~9.0。
因此,參考現(xiàn)有GB 5749-2006的框架,充分考慮海水的固有特點(diǎn)和海水淡化工藝,選擇適宜的衛(wèi)生學(xué)指標(biāo),制定相應(yīng)的海水淡化水水質(zhì)安全標(biāo)準(zhǔn)、海水淡化水水質(zhì)調(diào)整規(guī)范方法,這對(duì)促進(jìn)海水淡化產(chǎn)業(yè)化發(fā)展,推進(jìn)海水淡化水進(jìn)入市政供水管網(wǎng)具有重要意義。
③ 海水淡化裝置技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
海水淡化裝置技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展不平衡,缺乏系統(tǒng)性,一些重要的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)缺失,如缺乏蒸餾法海水淡化裝置用鋁合金傳熱管標(biāo)準(zhǔn),海水淡化裝置能效標(biāo)準(zhǔn)等。我國海水淡化及相關(guān)裝備制造業(yè)發(fā)展迅速,形成了反滲透與低溫多效蒸餾兩大主流技術(shù),部分已達(dá)到國際先進(jìn)水平,初步具有國際競爭力。但是,海水淡化裝置核心設(shè)備和技術(shù)(包括:反滲透膜、能量回收裝置、高壓泵、耐蝕材料等)依舊有待突破。我國應(yīng)以海水淡化裝備制造業(yè)為主線,加快海水淡化裝置核心設(shè)備設(shè)計(jì)制造和海水淡化裝置能效評(píng)定等標(biāo)準(zhǔn)的制定。此外,國內(nèi)能夠承擔(dān)海水淡化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的單位較少,很多海水淡化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)因缺乏實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證導(dǎo)致進(jìn)度滯后,比如對(duì)蒸餾法海水淡化的熱交換管的選材方面,缺少大型實(shí)驗(yàn)室模擬腐蝕裝置,因而不能明確標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)指標(biāo),在一定程度上制約了我國海水淡化和相關(guān)裝備制造業(yè)的發(fā)展速度。
4.“十三五”期間我國海水淡化標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)思考
目前,我國海水淡化仍處于產(chǎn)業(yè)發(fā)展階段,主要體現(xiàn)在海水淡化產(chǎn)能較低,其規(guī)模僅為世界的1%,這與我國占世界1/5人口總量和世界第二大經(jīng)濟(jì)體地位嚴(yán)重不符,與我國嚴(yán)峻的供水形勢(shì)也不相稱。
海水淡化標(biāo)準(zhǔn)化工作是海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作,對(duì)推進(jìn)水資源可持續(xù)利用具有重要的支撐作用。目前, 我國海水淡化行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)工作非常緊迫, 我國亟需加強(qiáng)海水淡化和綜合利用產(chǎn)業(yè)共性技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、工程與裝備技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、檢驗(yàn)檢測方法標(biāo)準(zhǔn)的研制工作,建立完善我國海水淡化標(biāo)準(zhǔn)體系,為海水淡化新產(chǎn)品研發(fā)、技術(shù)提升提供有力的技術(shù)支撐和保障。2015年9月,國家海洋局開始啟動(dòng)《中國海洋標(biāo)準(zhǔn)化“十三五”發(fā)展規(guī)劃》編制工作,并于2016年5月通過專家評(píng)審,這將為我國海水淡化標(biāo)準(zhǔn)化工作開展提供技術(shù)指引。
海洋經(jīng)濟(jì)正成為全球經(jīng)濟(jì)新的增長點(diǎn),隨著“21世紀(jì)海上絲綢之路”等國家戰(zhàn)略的提出,國家正積極穩(wěn)妥地推進(jìn)海洋生態(tài)文明建設(shè)。我們應(yīng)以此為契機(jī),完善海水淡化裝備制造的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),培育龍頭企業(yè),形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模,積極拓展海外海水淡化市場,為海水淡化裝備“走出去”打下基礎(chǔ)。同時(shí),完善海水淡化安全標(biāo)準(zhǔn),積極關(guān)注海水淡化和可再生能源耦合等新技術(shù)及其標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè),注重創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)、供水、標(biāo)準(zhǔn)和管理等五大體系的建設(shè),促進(jìn)技術(shù)研發(fā)、裝備制造、工程應(yīng)用、用水保障、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和管理協(xié)調(diào)等六個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域發(fā)展,促進(jìn)我國海水淡化產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。預(yù)計(jì)“十三五”時(shí)期,隨著海水淡化領(lǐng)域膜分離和熱法分離技術(shù)在理論、技術(shù)、裝備、過程等全鏈條的創(chuàng)新提升,隨著海水淡化標(biāo)準(zhǔn)體系的逐步完善,標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量水平不斷提升,標(biāo)準(zhǔn)間的配套協(xié)調(diào)進(jìn)一步增強(qiáng),將為我國海水淡化產(chǎn)業(yè)的迅速崛起提供標(biāo)準(zhǔn)化支撐保障。
The construction of standardization system is imperative to promote the development of China’s seawater desalination industry. This paper introduces the construction of the seawater desalination standard system in China, summarizes the standard system of seawater desalination which is positioned as the strategic emerging industry, and discusses the future development of seawater desalination standardization construction under the new situation.
Seawater desalination; Standard system; Drinking water quality
(作者單位:1上海電力學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院;2上海電氣海水淡化工程技術(shù)公司)
注:[1] 基金項(xiàng)目:國家科技支撐項(xiàng)目(2014BAB04B01),上海市產(chǎn)業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目(14DZ0500700)。