水對于人類的生存與發(fā)展具有重要意義，而能被人類利用的淡水資源僅占全球水總儲量的0.117%。隨著近幾年淡水資源短缺的形勢日趨嚴(yán)峻，人們寄希望于新的淡水資源的開發(fā)。海水淡化作為開發(fā)新的淡水資源的重要手段日益受到重視，近幾年，海水淡化成本日益降低，海水淡化工業(yè)已經(jīng)像全球變暖問題一樣炙手可熱，讓國內(nèi)外的科學(xué)家、商人都想在這一領(lǐng)域大揮拳腳。預(yù)計(jì)到2010年底，全球已擁有的海水淡化廠比2006年，還能增長12%。

【原理方法論】

所謂海水淡化，其實(shí)是從海水中提取淡水的一項(xiàng)復(fù)雜而艱難的技術(shù)。反過來講，海水淡化過程也可以被看做是一個(gè)“海水濃縮”的過程。海水淡化技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用始于干旱的中東地區(qū)，但并不局限于該地區(qū)。由于世界上70%以上的人口都居住在離海洋120公里以內(nèi)的區(qū)域，因而海水淡化技術(shù)近20多年迅速在中東以外的許多國家和地區(qū)得到應(yīng)用。最新資料表明，到2003年止，世界上已建成和已簽約建設(shè)的海水和苦咸水淡化廠，其生產(chǎn)能力達(dá)到日產(chǎn)淡水3600萬噸。目前海水淡化已遍及全世界125個(gè)國家和地區(qū)，淡化水大約養(yǎng)活世界5%的人口。海水淡化，事實(shí)上已經(jīng)成為世界許多國家解決缺水問題，普遍采用的一種戰(zhàn)略選擇，其有效性和可靠性已經(jīng)得到越來越廣泛的認(rèn)同。

蒸餾法

蒸餾法雖然是一種古老的方法，但由于技術(shù)不斷地改進(jìn)與發(fā)展，該法至今仍占統(tǒng)治地位。蒸餾淡化過程的實(shí)質(zhì)就是水蒸氣的形成過程，其原旦如同海水受熱蒸發(fā)形成云，云在一定條件下遇冷卻成雨，而雨是不帶的咸味的。根據(jù)設(shè)備蒸餾法、蒸汽壓縮蒸餾法、多級閃急蒸餾法等。

冷凍法

冷凍法，即冷凍海水使之結(jié)冰，在液態(tài)淡水變成固態(tài)冰的同時(shí)鹽被分離出去。冷凍法與蒸餾法都有難以克服的弊端，其中蒸餾法會(huì)消耗大量的能源并在儀器里產(chǎn)生大量的鍋垢，而所得到的淡水卻并不多；而冷凍法同樣要消耗許多能源，但得到的淡水味道卻不佳，難以使用。

反滲透法

通常又稱超過濾法，是1953年才開始采用的一種膜分離淡化法。該法是利用只允許溶劑透過、不允許溶質(zhì)透過的半透膜，將海水與淡水分隔開的。在通常情況下，淡水通過半透膜擴(kuò)散到海水一側(cè)，從而使海水一側(cè)的液面逐升高，直至一定的高度才停止，這個(gè)過程為滲透。此時(shí)，海水一側(cè)高出的水柱靜壓稱為滲透壓。如果對海水一側(cè)施加一大于海水滲透壓的外壓，那么海水中的純水將反滲透到淡水中。反滲透法的最大優(yōu)點(diǎn)是節(jié)能。它的能耗僅為電滲析法的1/2，蒸餾法的1/40。因此，從1974年起，美日等發(fā)達(dá)國家先后把發(fā)展重轉(zhuǎn)向反滲透法。反滲透海水淡化技術(shù)發(fā)展很快，工程造價(jià)和運(yùn)行成本持續(xù)降低，主要發(fā)展趨勢為降低反滲透膜的操作壓力，提高反滲透系統(tǒng)回收率，廉價(jià)高效預(yù)處理技術(shù)，增強(qiáng)系統(tǒng)抗污染能力等。

太陽能法

人類早期利用太陽能進(jìn)行海水淡化，主要是利用太陽能進(jìn)行蒸餾，所以早期的太陽能海水淡化裝置一般都稱為太陽能蒸餾器。餾系統(tǒng)被動(dòng)式太陽能蒸餾系統(tǒng)的例子就是盤式太陽能蒸餾器，人們對它的應(yīng)用有了近150年的歷史。由于它結(jié)構(gòu)簡單、取材方便，至今仍被廣泛采用。目前對盤式太陽能蒸餾器的研究主要集中于材料的選取、各種熱性能的改善以及將它與各類太陽能集熱器配合使用上。與傳統(tǒng)動(dòng)力源和熱源相比，太陽能具有安全、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，將太陽能采集與脫鹽工藝兩個(gè)系統(tǒng)結(jié)合是一種可持續(xù)發(fā)展的海水淡化技術(shù)。太陽能海水淡化技術(shù)由于不消耗常規(guī)能源、無污染、所得淡水純度高等優(yōu)點(diǎn)而逐漸受到人們重視。

低溫多效

多效蒸發(fā)是讓加熱后的海水在多個(gè)串聯(lián)的蒸發(fā)器中蒸發(fā)，前一個(gè)蒸發(fā)器蒸發(fā)出來的蒸汽作為下一蒸發(fā)器的熱源，并冷凝成為淡水。其中低溫多效蒸餾是蒸餾法中最節(jié)能的方法之一。低溫多效蒸餾技術(shù)由于節(jié)能的因素，近年發(fā)展迅速，裝置的規(guī)模日益擴(kuò)大，成本日益降低，主要發(fā)展趨勢為提高裝置單機(jī)造水能力，采用廉價(jià)材料降低工程造價(jià)，提高操作溫度，提高傳熱效率等。

多級閃蒸

所謂閃蒸，是指一定溫度的海水在壓力突然降低的條件下，部分海水急驟蒸發(fā)的現(xiàn)象。多級閃蒸海水淡化是將經(jīng)過加熱的海水，依次在多個(gè)壓力逐漸降低的閃蒸室中進(jìn)行蒸發(fā)，將蒸汽冷凝而得到淡水。目前全球海水淡化裝置仍以多級閃蒸方法產(chǎn)量最大，技術(shù)最成熟，運(yùn)行安全性高彈性大，主要與火電站聯(lián)合建設(shè)，適合于大型和超大型淡化裝置，主要在海灣國家采用。多級閃蒸技術(shù)成熟、運(yùn)行可靠，主要發(fā)展趨勢為提高裝置單機(jī)造水能力，降低單位電力消耗，提高傳熱效率等。

電滲析法

該法的技術(shù)關(guān)鍵是新型離子交換膜的研制。離子交換膜是0.5～1.0mm厚度的功能性膜片，按其選擇透過性區(qū)分為正離子交換膜（陽膜）與負(fù)離子交換膜（陰膜）。電滲析法是將具有選擇透過性的陽膜與陰膜交替排列，組成多個(gè)相互獨(dú)立的隔室海水被淡化，而相鄰隔室海水濃縮，淡水與濃縮水得以分離。電滲析法不僅可以淡化海水，也可以作為水質(zhì)處理的手段，為污水再利用作出貢獻(xiàn)。此外，這種方法也越來越多地應(yīng)用于化工、醫(yī)藥、食品等行業(yè)的濃縮、分離與提純。

壓汽蒸餾

壓汽蒸餾海水淡化技術(shù)，是海水預(yù)熱后，進(jìn)入蒸發(fā)器并在蒸發(fā)器內(nèi)部分蒸發(fā)。所產(chǎn)生的二次蒸汽經(jīng)壓縮機(jī)壓縮提高壓力后引入到蒸發(fā)器的加熱側(cè)。蒸汽冷凝后作為產(chǎn)品水引出，如此實(shí)現(xiàn)熱能的循環(huán)利用。

露點(diǎn)蒸發(fā)法

露點(diǎn)蒸發(fā)淡化技術(shù)是一種新的苦咸水和海水淡化方法。它基于載氣增濕和去濕的原理，同時(shí)回收冷凝去濕的熱量，傳熱效率受混合氣側(cè)的傳熱控制。

熱膜聯(lián)產(chǎn)

熱膜聯(lián)產(chǎn)主要是采用熱法和膜法海水淡化相聯(lián)合的方式（即MED-RO或MSF-RO方式），滿足不同用水需求，降低海水淡化成本。目前，世界上最大的熱膜聯(lián)產(chǎn)海水淡化廠是阿聯(lián)酋富查伊拉海水淡化廠，日產(chǎn)海水淡化水量為45.4萬立方米，其中，MSF日產(chǎn)水28.4萬立方米，RO日產(chǎn)水17萬立方米。其優(yōu)點(diǎn)是：投資成本低，可共用海水取水口。RO和MED/MSF裝置淡化產(chǎn)品水可以按一定比例混合滿足各種各樣的需求。

此外，以上方法的其他組合也日益受到重視。在實(shí)際選用中，究竟哪種方法最好，也不是絕對的，要根據(jù)規(guī)模大小、能源費(fèi)用、海水水質(zhì)、氣候條件以及技術(shù)與安全性等實(shí)際條件而定。

【技術(shù)應(yīng)用篇】

海水淡化是人類追求了幾百年的夢想。早在400多年前，英國王室就曾懸賞征求經(jīng)濟(jì)合算的海水淡化方法。從20世紀(jì)50年代以后，海水淡化技術(shù)隨著水資源危機(jī)的加劇得到了加速發(fā)展，在已經(jīng)開發(fā)的二十多種淡化技術(shù)中，蒸餾法、電滲析法、反滲透法都達(dá)到了工業(yè)規(guī)�；a(chǎn)的水平，并在世界各地廣泛應(yīng)用。

最早的淡化方法有兩種，一是蒸餾法，將水蒸發(fā)而鹽留下，再將水蒸氣冷凝為液態(tài)淡水。這個(gè)過程與海水逐漸變咸的過程相似，只不過人類要攫取的是淡水。另一個(gè)海水淡化的方法是冷凍法，冷凍海水，使之結(jié)冰，在液態(tài)淡水變成固態(tài)冰的同時(shí)，鹽被分離了出去。但這兩種方法都有難以克服的弊病。蒸餾法會(huì)消耗大量的能源，并在儀器里產(chǎn)生大量的鍋垢，得到的淡水卻并不多。這是一種很不劃算的方法。冷凍法同樣要消耗許多能源，得到的淡水卻味道不佳，難以使用。電滲析淡化法是使用一種特別制造的薄膜實(shí)現(xiàn)的。在電力作用下，海水中鹽類的正離子穿過陽膜跑向陰極方向，不能穿過陰膜而留下來；負(fù)離子穿過陰膜跑向陽極方向，不能穿過陽膜而留下來。這樣，鹽類離子被交換走的管道中的海水就成了淡水，而鹽類離子留下來的管道里的海水就成了被濃縮了的鹵水。

1953年誕生了反滲透淡化法。它使用的薄膜叫“半透膜”。半透膜的性能是只讓淡水通過，不讓鹽分通過。如果不施加壓力，用這種膜隔開咸水和淡水，淡水就自動(dòng)地往咸水那邊滲透。人們通過高壓泵，對海水施加壓力，海水中的淡水就透過膜到淡水那邊去了，因此叫做反滲透，或逆滲透。反滲透法最大的優(yōu)點(diǎn)就是節(jié)能，生產(chǎn)同等質(zhì)量的淡水，它的能源消耗僅為蒸餾法的1/40。因此，從1974年以來，世界上的發(fā)達(dá)國家不約而同地將海水淡化的研究方向轉(zhuǎn)向了反滲透法�，F(xiàn)代多級閃急蒸餾淡化使古老的蒸餾法煥發(fā)了青春。水在常規(guī)氣壓下，加熱到100℃才沸騰成為蒸汽。如果使適當(dāng)加溫的海水，進(jìn)入真空或接近真空的蒸餾室，便會(huì)在瞬間急速蒸發(fā)為蒸汽。利用這一原理，做成多級閃急蒸餾海水淡化裝置。此種淡化裝置可以造得比較大，成為大型海水淡化工廠，并可以與熱電廠建在一起，利用熱電廠和核電廠的余熱加熱海水，水電聯(lián)產(chǎn)可以大大降低生產(chǎn)成本。現(xiàn)行大型海水淡化廠大多采用此法�，F(xiàn)在又在開發(fā)太陽能蒸發(fā)淡化法，如果能夠投入實(shí)用，蒸餾淡化的能耗將又大大降低。

蒸餾法目前在中東各國應(yīng)用較多，而歐美各國較多采用反滲透法。

【經(jīng)驗(yàn)篇之——天津】

隨著天津市經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，城市用水量迅速增多，上游地區(qū)用水量逐年增加。然而天津淡水資源日益緊缺，如何緩解淡水供應(yīng)緊張的局面，成為市民日益關(guān)心的問題。10月31日從國家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所了解到，天津市目前海水淡化日處理量已達(dá)到10萬噸，相比起2000年以前6000噸的日處理量，翻了16倍之多。預(yù)計(jì)到2020年，天津市海水淡化日處理量將達(dá)到50萬噸，相當(dāng)于全市每天總供水量的1/4。

蒸餾出的海水可媲美高山雪水

據(jù)國家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所總工程師阮國嶺介紹，近年來，天津周邊地區(qū)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，上游地區(qū)用水量大幅增加，水庫數(shù)量也增長很快，因此可供本市（天津市，下同）使用的水量呈下降趨勢，多水源開發(fā)是解決本市水資源緊張局面的必經(jīng)之路。天津又是沿海城市，海水淡化在淡水資源的開發(fā)中扮演了重要角色。目前，本市海水淡化日處理量可達(dá)到10萬噸，主要用于工業(yè)和民用。

據(jù)介紹，目前海水淡化基本采用兩種方法，一種是蒸餾法，也叫熱法。就是基于過去收集雨水的原理，模擬大自然水循環(huán)的過程，將海水加熱成水蒸氣，再進(jìn)行冷凝，制成不含雜質(zhì)的純凈水。由于這些水都是沒有落地就制作完成的，其純凈可媲美高山雪水。還有一種技術(shù)叫做反滲透膜海水淡化法，也稱為膜法。就是將海水通過一層細(xì)網(wǎng)狀薄膜，使海水中的鹽分和雜質(zhì)留在薄膜一側(cè)，淡化水則會(huì)集中在薄膜的另一側(cè)。

技術(shù)接軌國際未來處理量更高

在國家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所的實(shí)驗(yàn)室，一部兩米多高的大型實(shí)驗(yàn)儀器呈現(xiàn)在記者面前。據(jù)工程師謝峰介紹，這臺儀器是用來檢測海水淡化處理設(shè)備中噴頭性能的。技術(shù)人員通過操作這種儀器，可以檢驗(yàn)出海水淡化處理設(shè)備中噴頭的性能，從而影響最終的產(chǎn)水效率。目前，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)是國際水平。

據(jù)介紹，隨著本市海水淡化技術(shù)不斷進(jìn)步，處理規(guī)模不斷擴(kuò)大，預(yù)計(jì)到2020年，本市海水淡化日處理量將達(dá)到50萬噸。目前天津市區(qū)日用水量為160萬噸，每日為市區(qū)提供50萬噸的海水淡化水。屆時(shí)，將有效緩解津城的缺水問題。

【發(fā)展建議篇】

構(gòu)建海水淡化產(chǎn)業(yè)技術(shù)支撐體系

水資源短缺制約了我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，將來仍可能制約我國的可持續(xù)發(fā)展。很多城市已經(jīng)在海水淡化領(lǐng)域已經(jīng)進(jìn)行了積極的探索與實(shí)踐，并卓有成效。但與我國總體發(fā)展對海水淡化資源的戰(zhàn)略需求，還有較大差距，特建議如下：

一是加強(qiáng)政府對發(fā)展海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展的領(lǐng)導(dǎo)。海水淡化產(chǎn)業(yè)是一個(gè)系統(tǒng)工程，涉及方方面面，應(yīng)加強(qiáng)領(lǐng)導(dǎo)、統(tǒng)籌兼顧、全面規(guī)劃，推動(dòng)我國海水淡化產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，盡快在全國率先形成新的海水淡化產(chǎn)業(yè)集群。建議成立由市主要領(lǐng)導(dǎo)任組長、相關(guān)部門參加的海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展領(lǐng)導(dǎo)小組。按照政府引導(dǎo)、規(guī)劃控制、政策鼓勵(lì)、科技先行的原則，盡快構(gòu)建并落實(shí)海水淡化產(chǎn)業(yè)的政策保障體系。

二是建立完善的海水淡化政策和法律保障體系。出臺促進(jìn)海水淡化的地方性法規(guī)和政府規(guī)章，發(fā)揮政策調(diào)控作用，并采取必要的行政和經(jīng)濟(jì)手段，促進(jìn)海水淡化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。加大對海水淡化重大項(xiàng)目的支持力度，對海水淡化廠在電價(jià)上給予優(yōu)惠；對海水淡化和設(shè)備制造企業(yè)給予高技術(shù)企業(yè)的政策優(yōu)惠等。對以供應(yīng)居民用水為主要目的的海水淡化廠及其管網(wǎng)設(shè)施實(shí)行一定的補(bǔ)助，改革現(xiàn)行水價(jià)體制，允許海水淡化以合理的利潤進(jìn)入市政管網(wǎng)，對海水淡化廠作為市政設(shè)施與自來水公司同樣享受劃撥土地的優(yōu)惠政策。在投資導(dǎo)向上，對采用海水淡化以及電水聯(lián)產(chǎn)等項(xiàng)目應(yīng)優(yōu)先立項(xiàng)，同時(shí)幫助拓展融資渠道，鼓勵(lì)社會(huì)資金以市場化的方式投資海水淡化廠的建設(shè)和運(yùn)營。四是加大對海水淡化科學(xué)技術(shù)研究的經(jīng)費(fèi)投入，建立海水淡化科技方面的專項(xiàng)研究基金，對從事有關(guān)海水淡化工程技術(shù)開發(fā)的單位給予必要的稅收優(yōu)惠政策。

三是整合高校、研究所及相關(guān)企業(yè)的科研力量。高校、研究院所要為制造業(yè)培養(yǎng)研究型人才和裝備應(yīng)用型人才，為海水淡化產(chǎn)業(yè)提供人才支持；相關(guān)企業(yè)要加強(qiáng)與高校、研究院所的科研合作，共建研發(fā)基地，形成引進(jìn)消化型和自主創(chuàng)新型并重的技術(shù)創(chuàng)新模式；以國家海洋科學(xué)研究中心為依托，以國家海水淡化實(shí)驗(yàn)平臺為基礎(chǔ)，以海水淡化示范工程建設(shè)為契機(jī)，瞄準(zhǔn)國外海水淡化前沿技術(shù)，突出規(guī)模化和國產(chǎn)化，凝煉攻關(guān)重點(diǎn)，在海洋防腐和防生物附著以及海洋新材料、海洋機(jī)械制造、海洋儀器儀表制造等領(lǐng)域進(jìn)行產(chǎn)、學(xué)、研聯(lián)合攻關(guān)，構(gòu)建海水淡化科研體系，為海水淡化產(chǎn)業(yè)提供基礎(chǔ)理論儲備和先進(jìn)技術(shù)研究。

四是加強(qiáng)自主創(chuàng)新，為海水淡化提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。將現(xiàn)有的科技力量和科研成果進(jìn)行整合、轉(zhuǎn)化及推廣利用。同時(shí)建立國家級海水淡化技術(shù)研發(fā)基地，促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合發(fā)展，提供基礎(chǔ)性和公用性關(guān)鍵技術(shù)，提高裝備標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和成套化水平，加快海水淡化關(guān)鍵技術(shù)與裝備國產(chǎn)化進(jìn)程，帶動(dòng)海水淡化裝備制造業(yè)的發(fā)展。集中有限的人力和財(cái)力，充分利用現(xiàn)有條件，以原始創(chuàng)新為主，并通過引進(jìn)、消化吸收再創(chuàng)新，形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)與產(chǎn)品。

五是建立和完善海水淡化的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范�？偨Y(jié)海水淡化示范經(jīng)驗(yàn)，研究制訂各類海水淡化技術(shù)和裝備標(biāo)準(zhǔn)與安裝規(guī)范以及海水淡化廠運(yùn)行規(guī)范、淡化水產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和外排海水標(biāo)準(zhǔn)等海水淡化標(biāo)準(zhǔn)化體系，并為我國海水淡化產(chǎn)業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化體系建設(shè)提供借鑒。

【結(jié)語】

縱使海水淡化困境重重，然而面對日益緊張的淡水資源，海水淡化仍然是我們需要給予考慮的方法之一。目前任何方法都不是萬能和十全十美的，因地制宜和正確地施用科學(xué)，才能夠給我們帶來我們需要的東西。

  使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”