海水淡化定義
　　海水淡化即利用海水脫鹽生產(chǎn)淡水。是實(shí)現(xiàn)水資源利用的開(kāi)源增量技術(shù)，可以增加淡水總量，且不受時(shí)空和氣候影響，水質(zhì)好、價(jià)格漸趨合理，可以保障沿海居民飲用水和工業(yè)鍋爐補(bǔ)水等穩(wěn)定供水。
　　從海水中取得淡水的過(guò)程謂海水淡化。
　　第一個(gè)海水淡化工廠于1954 年建于美國(guó)，現(xiàn)在仍在得克薩斯的弗里波特（Freep-ort）運(yùn)轉(zhuǎn)著。佛羅里達(dá)州的基韋斯特（Key West）市的海水淡化工廠是世界上最大的一個(gè)，它供應(yīng)著城市用水。
　　現(xiàn)在所用的海水淡化方法有海水凍結(jié)法、電滲析法、蒸餾法、反滲透法，目前應(yīng)用反滲透膜的反滲透法以其設(shè)備簡(jiǎn)單、易于維護(hù)和設(shè)備模塊化的優(yōu)點(diǎn)迅速占領(lǐng)市場(chǎng)，逐步取代蒸餾法成為應(yīng)用最廣泛的方法。
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海水淡化的主要用途
　　海水淡化主要是為了提供飲用水和農(nóng)業(yè)用水，有時(shí)食用鹽也會(huì)作為副產(chǎn)品被生產(chǎn)出來(lái)。海水淡化在中東地區(qū)很流行，在某些島嶼和船只上也被使用。
簡(jiǎn)介
　　海水淡化是人類追求了幾百年的夢(mèng)想。早在400多年前，英國(guó)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(kāi)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)模化生產(chǎn)的水平，并在世界各地廣泛應(yīng)用。
　　現(xiàn)在世界上有十多個(gè)國(guó)家的一百多個(gè)科研機(jī)構(gòu)在進(jìn)行著海水淡化的研究，有數(shù)百種不同結(jié)構(gòu)和不同容量的海水淡化設(shè)施在工作。一座現(xiàn)代化的大型海水淡化廠，每天可以生產(chǎn)幾千、幾萬(wàn)甚至近百萬(wàn)噸淡水。
　　淡化水的成本在不斷地降低，有些國(guó)家已經(jīng)降低到和自來(lái)水的價(jià)格差不多。某些地區(qū)的淡化水量達(dá)到了國(guó)家和城市的供水規(guī)模，預(yù)計(jì)到八十年代末，淡化水將可用于農(nóng)田灌溉。
海水淡化歷史
　　地球表面2/3的面積被水覆蓋，但水儲(chǔ)量的97％為海水和苦咸水，這些水是很豐富的。但是，要利用海水必須經(jīng)過(guò)淡化。目前，全世界有一百二十多個(gè)國(guó)家和地區(qū)采用海水或苦咸水淡化技術(shù)取得淡水。據(jù)統(tǒng)計(jì)，海水淡化系統(tǒng)與生產(chǎn)量以每年10％以上的速度在增加。亞洲國(guó)家如日本、新加坡、韓國(guó)、印尼與中國(guó)等也都積極發(fā)展或應(yīng)用海水淡化做為替代水源，以增加自主水源的數(shù)量。海水淡化的技術(shù)主要有蒸餾、凍結(jié)、反滲透、離子遷移、化學(xué)法等辦法。海水淡化雖然耗電耗能，成本很高，但是意義重大。有人估計(jì)，海水淡化可能是21世紀(jì)誕生出的一種新型的生產(chǎn)淡水的未來(lái)水產(chǎn)業(yè)。就目前經(jīng)濟(jì)技術(shù)水平而言，海水淡化的成本還是比較高的。
　　第一個(gè)海水淡化工廠于1954 年建于美國(guó)，現(xiàn)在仍在得克薩斯的弗里波特（Freep-ort）運(yùn)轉(zhuǎn)著。佛羅里達(dá)州的基韋斯特（Key West）市的海水淡化工廠是世界上最大的一個(gè)，它供應(yīng)著城市用水。
　　表面看海水淡化很簡(jiǎn)單，只要將咸水中的鹽與淡水分開(kāi)即可。最簡(jiǎn)單的方法，一個(gè)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(guò)程與海水逐漸變咸的過(guò)程是類似的，只不過(guò)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)的冰的同時(shí)，鹽被分離了出去。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，相反得到的淡水卻并不多。這是一種很不劃算的方式。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。
　　1953年，一種新的海水淡化方式問(wèn)世了，這就是反滲透法。這種方法利用半透膜來(lái)達(dá)到將淡水與鹽分離的目的。在通常情況下，半透膜允許溶液中的溶劑通過(guò)，而不允許溶質(zhì)透過(guò)。由于海水含鹽高，如果用半透膜將海水與淡水隔開(kāi)，淡水會(huì)通過(guò)半透膜擴(kuò)散到海水的一側(cè)，從而使海水一側(cè)的液面升高，直到一定的高度產(chǎn)生壓力，使淡水不再擴(kuò)散過(guò)來(lái)。這個(gè)過(guò)程是滲透。如果反其道而行之，要得到淡水，只要對(duì)半透膜中的海水施以壓力，就會(huì)使海水中的淡水滲透到半透膜外，而鹽卻被膜阻擋在海水中。這就是反滲透法。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(lái)，世界上的發(fā)達(dá)國(guó)家不約而同地將海水淡化的研究方向轉(zhuǎn)向了反滲透法。
　　在新興的反滲透法研究方興未艾的時(shí)候，古老的蒸餾法也改弦易轍，重新煥發(fā)了青春。常識(shí)告訴我們，水在常溫常壓下要加熱到100℃才沸騰，產(chǎn)生大量的水蒸氣。傳統(tǒng)的蒸餾法只考慮了通過(guò)升高溫度獲得水蒸氣的方式，耗能甚巨。而新的方法是將氣壓降下來(lái)，把經(jīng)過(guò)適當(dāng)加溫的海水，送入人造的真空蒸餾室中，海水中的淡水會(huì)在瞬間急速蒸發(fā)，全部變成水蒸氣。許多這樣的真空蒸餾室連接起來(lái)，就組成了大型的海水淡化工廠。如果海水淡化工廠與熱電廠建在一起，利用熱電廠的余熱給海水加溫，成本就更低了。
　　現(xiàn)在世界上的大型海水淡化工廠，大多采用新的蒸餾法。在西亞盛產(chǎn)石油的國(guó)度，往往土地“富得流油”，卻打不出一口淡水井。水比油貴的現(xiàn)實(shí)，使海水淡化工廠如雨后春筍般出現(xiàn)在西亞的海岸線上。1983年，西亞第一大國(guó)沙特阿拉伯在吉達(dá)港修建了日產(chǎn)淡水30萬(wàn)噸的海水淡化廠；在另一個(gè)西亞國(guó)家科威特，現(xiàn)在每天可以生產(chǎn)淡水100萬(wàn)噸。波斯灣沿岸地區(qū)，有的國(guó)家的淡化海水已經(jīng)占到了本國(guó)淡水使用量的80%—90%。
海水淡化方法
　　現(xiàn)代意義上的海水淡化則是在第二次世界大戰(zhàn)以后才發(fā)展起來(lái)的。戰(zhàn)后由于國(guó)際資本大力開(kāi)發(fā)中東地區(qū)石油，使這一地區(qū)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，人口快速增加，這個(gè)原本干旱的地區(qū)對(duì)淡水資源的需求與日俱增。而中東地區(qū)獨(dú)特的地理位置和氣候條件，加之其豐富的能源資源，又使得海水淡化成為該地區(qū)解決淡水資源短缺問(wèn)題的現(xiàn)實(shí)選擇，并對(duì)海水淡化裝置提出了大型化的要求。
　　在這樣的背景下，20世紀(jì)60年代初，多級(jí)閃蒸海水淡化技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，現(xiàn)代海水淡化產(chǎn)業(yè)也由此步入了快速發(fā)展的時(shí)代。
　　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(guó)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(wàn)噸。目前海水淡化已遍及全世界125個(gè)國(guó)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(guó)家解決缺水問(wèn)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(lái)越廣泛的認(rèn)同。
　　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。真空冷凍海水淡化法工藝包括脫氣、預(yù)冷、蒸發(fā)結(jié)晶、冰晶洗滌、蒸汽冷凝等步驟，海水淡化水產(chǎn)品可達(dá)到國(guó)家飲用水標(biāo)準(zhǔn)，是一種較理想的海水淡化法。
　　冷凍海水淡化法原理
　　海水三相點(diǎn)是使海水汽、液、固三相共存并達(dá)到平衡的一個(gè)特殊點(diǎn)。若壓力或溫度偏離該三相點(diǎn)，平衡被破壞，三相會(huì)自動(dòng)趨于一相或兩相。真空冷凍法海水淡化正是利用海水的三相點(diǎn)原理，以水自身為制冷劑，使海水同時(shí)蒸發(fā)與結(jié)冰，冰晶再經(jīng)分離、洗滌而得到淡化水的一種低成本的淡化方法。與蒸餾法、膜海水淡化法相比，冷凍海水淡化法能耗低，腐蝕、結(jié)垢輕，預(yù)處理簡(jiǎn)單，設(shè)備投資小，并可處理高含鹽量的海水，是一種較理想的海水淡化法。
　　冷凍海水淡化法工藝
　　冷凍海水淡化法工藝之脫氣 由于海水中溶有的不凝性氣體在低壓條件下將幾乎全部釋放,且又不會(huì)在冷凝器內(nèi)冷凝。這將升高系統(tǒng)的壓力，使蒸發(fā)結(jié)晶器內(nèi)壓力高于二相點(diǎn)壓力，破壞操作的進(jìn)行。顯然減壓脫氣法適合本系統(tǒng)。
　　冷凍海水淡化法工藝之預(yù)冷 海水脫氣后可與蒸發(fā)結(jié)晶器內(nèi)排出的濃鹽水和淡化水產(chǎn)生熱交換，預(yù)冷至海水的冰點(diǎn)附近。
　　海水淡化法工藝之溫度和壓力 它們是影響海水蒸發(fā)與結(jié)冰速率的主要因素。
　　海水淡化法工藝之冰—鹽水是一固液系統(tǒng) 普通的分離方法均可使冰—鹽水得到分離，但分離方法不同，得到的冰晶含鹽量也不同。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明減壓過(guò)濾方法得到的冰晶含鹽量比常壓過(guò)濾方法得到的冰晶含鹽量低得多。
　　海水淡化法工藝之蒸汽冷凝 在蒸發(fā)結(jié)晶器內(nèi)，除海水析出冰晶以外，還將產(chǎn)生大量的蒸汽，這些蒸汽必須及時(shí)移走，才能使海水不斷蒸發(fā)與結(jié)冰。
　　反滲透法：通常又稱超過(guò)濾法，是1953年才開(kāi)始采用的一種膜分離淡化法。該法是利用只允許溶劑透過(guò)、不允許溶質(zhì)透過(guò)的半透膜，將海水與淡水分隔開(kāi)的。在通常情況下，淡水通過(guò)半透膜擴(kuò)散到海水一側(cè)，從而使海水一側(cè)的液面逐漸升高，直至一定的高度才停止，這個(gè)過(guò)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(duì)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(guó)家先后把發(fā)展重心轉(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(shì)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(yáng)能法：人類早期利用太陽(yáng)能進(jìn)行海水淡化，主要是利用太陽(yáng)能進(jìn)行蒸餾，所以早期的太陽(yáng)能海水淡化裝置一般都稱為太陽(yáng)能蒸餾器。餾系統(tǒng)被動(dòng)式太陽(yáng)能蒸餾系統(tǒng)的例子就是盤式太陽(yáng)能蒸餾器，人們對(duì)它的應(yīng)用有了近150年的歷史。由于它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、取材方便，至今仍被廣泛采用。目前對(duì)盤式太陽(yáng)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(yáng)能集熱器配合使用上。與傳統(tǒng)動(dòng)力源和熱源相比，太陽(yáng)能具有安全、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，將太陽(yáng)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(yáng)能海水淡化技術(shù)由于不消耗常規(guī)能源、無(wú)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：低溫多效蒸餾淡化技術(shù)的概念低溫多效海水淡化技術(shù)是指鹽水的最高蒸發(fā)溫度低于７０℃的淡化技術(shù)，其特征是將一系列的水平管噴淋降膜蒸發(fā)器串聯(lián)起來(lái)，用一定量的蒸汽輸入通過(guò)多次的蒸發(fā)和冷凝，后面一效的蒸發(fā)溫度均低于前面一效，從而得到多倍于蒸汽量的蒸餾水的淡化過(guò)程。
　　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(lái)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(shì)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。一種低溫多效蒸餾法海水淡化設(shè)備，包括供汽系統(tǒng)、布水系統(tǒng)、蒸發(fā)器、淡水箱及濃水箱，供汽系統(tǒng)的生蒸汽入口置于中間效蒸發(fā)器上。工作方法為：（１）布水系統(tǒng)對(duì)海水進(jìn)行噴淋；（２）輸入生蒸汽到中間效蒸發(fā)器的蒸發(fā)管內(nèi)部；（３）蒸汽在蒸發(fā)管內(nèi)冷凝傳出熱量，蒸發(fā)管外吸收熱量產(chǎn)生蒸發(fā)；（４）新蒸汽輸送至其兩側(cè)的蒸發(fā)管內(nèi)；（５）管內(nèi)發(fā)生冷凝，管外吸收熱量、產(chǎn)生蒸發(fā)；（６）各效蒸發(fā)器重復(fù)蒸發(fā)和冷凝過(guò)程；（７）蒸餾水進(jìn)入淡水箱；（８）濃鹽水進(jìn)入濃水箱。
　　多級(jí)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(jí)閃蒸海水淡化是將經(jīng)過(guò)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(jí)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(guó)家采用。多級(jí)閃蒸技術(shù)成熟、運(yùn)行可靠，主要發(fā)展趨勢(shì)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(guò)性區(qū)分為正離子交換膜（陽(yáng)膜）與負(fù)離子交換膜（陰膜）。電滲析法是將具有選擇透過(guò)性的陽(yáng)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(lái)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。露點(diǎn)蒸發(fā)淡化技術(shù)是以空氣為載體,通過(guò)用海水或苦咸水對(duì)其增濕和去濕來(lái)制得淡水,并通過(guò)熱傳遞將去濕過(guò)程與增濕過(guò)程耦合,使冷凝潛熱直接傳遞到蒸發(fā)室,為蒸發(fā)鹽水提供汽化潛熱,以提高過(guò)程的熱效率。建立了有效傳熱面積分別為9.6 m~2和2.75 m~2的兩臺(tái)增濕/去濕耦合的露點(diǎn)蒸發(fā)淡化設(shè)備。建立了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。分別成功地完成了露點(diǎn)蒸發(fā)淡化基本流程與參數(shù)相關(guān)性實(shí)驗(yàn)以及強(qiáng)化傳熱/傳質(zhì)淡化實(shí)驗(yàn)。
　　水電聯(lián)產(chǎn)：水電聯(lián)產(chǎn)主要是指海水淡化水和電力聯(lián)產(chǎn)聯(lián)供。由于海水淡化成本在很大程度上取決于消耗電力和蒸汽的成本，水電聯(lián)產(chǎn)可以利用電廠的蒸汽和電力為海水淡化裝置提供動(dòng)力，從而實(shí)現(xiàn)能源高效利用和降低海水淡化成本。國(guó)外大部分海水淡化廠都是和發(fā)電廠建在一起的，這是當(dāng)前大型海水淡化工程的主要建設(shè)模式。
　　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(wàn)立方米，其中，MSF日產(chǎn)水28.4萬(wàn)立方米，RO日產(chǎn)水17萬(wàn)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(duì)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。
　　實(shí)際上，一個(gè)大型的海水淡化項(xiàng)目往往是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程。就主要工藝過(guò)程來(lái)說(shuō)，包括海水預(yù)處理、淡化（脫鹽）、淡化水后處理等。其中預(yù)處理是指在海水進(jìn)入起淡化功能的裝置之前對(duì)其所作的必要處理，如殺除海生物，降低濁度、除掉懸浮物（對(duì)反滲透法），或脫氣（對(duì)蒸餾法），添加必要的藥劑等；脫鹽則是通過(guò)上列的某一種方法除掉海水中的鹽分，是整個(gè)淡化系統(tǒng)的核心部分，這一過(guò)程除要求高效脫鹽外，往往需要解決設(shè)備的防腐與防垢問(wèn)題，有些工藝中還要求有相應(yīng)的能量回收措施；后處理則是對(duì)不同淡化方法的產(chǎn)品水針對(duì)不同的用戶要求所進(jìn)行的水質(zhì)調(diào)控和貯運(yùn)等處理。海水淡化過(guò)程無(wú)論采用哪種淡化方法，都存在著能量的優(yōu)化利用與回收，設(shè)備防垢和防腐，以及濃鹽水的正確排放等問(wèn)題。
　　海水淡化技術(shù)的發(fā)展與工業(yè)應(yīng)用，已有半個(gè)世紀(jì)的歷史，在此期間形成了以多級(jí)閃蒸、反滲透和多效蒸發(fā)為主要代表的工業(yè)技術(shù)。專家普遍認(rèn)為，今后三、四十年在工業(yè)應(yīng)用上，仍將是這三項(xiàng)技術(shù)“唱主角”，但反滲透的比重將越來(lái)越大。從地區(qū)上來(lái)講，中東海灣國(guó)家仍將以多級(jí)閃蒸為首選，因?yàn)樗�具有大型化和超大型化（單臺(tái)設(shè)備產(chǎn)水量目前已高達(dá)日產(chǎn)淡水4～5萬(wàn)噸）、適應(yīng)于污染重的海灣水以及預(yù)處理費(fèi)用低的優(yōu)勢(shì)；然而在中東以外地區(qū)將以反滲透或膜法為首選，因?yàn)槟しǖ哪芎暮统杀径季哂袃?yōu)勢(shì)，以北美地區(qū)為例，近期的發(fā)展已經(jīng)表明，在淡化和水處理方面都將以膜法為主。

宏大設(shè)想：尋找海水淡化新技術(shù)
　　
　　
非加壓滲透吸附法（90年代）

　　非加壓吸附滲透海水淡化法，或稱為“正向滲透法”，讓水通過(guò)多孔膜進(jìn)入一種超強(qiáng)吸水的吸附劑的鹽濃度甚至超過(guò)海水的溶液或固態(tài)物，但溶液里的特殊鹽分很容易蒸發(fā)。分固態(tài)鹽、液態(tài)鹽方向。固態(tài)鹽解吸附耗能更小。
　　另外兩種方法都在薄膜結(jié)構(gòu)上有了創(chuàng)新和改進(jìn)
　　
碳納米管薄膜

　　
　　一種用碳納米管來(lái)做薄膜的小孔，另一種
　　
活細(xì)胞的蛋白質(zhì)膜

　　
　　薄膜的孔用引導(dǎo)水分子通過(guò)活細(xì)胞的細(xì)胞膜的蛋白質(zhì)來(lái)構(gòu)成。

海水淡化現(xiàn)狀
　　目前，全球海水淡化日產(chǎn)量約3500萬(wàn)立方米左右，其中80％用于飲用水，解決了1億多人的供水問(wèn)題，即世界上1／50的人口靠海水淡化提供飲用水。全球有海水淡化廠1．3萬(wàn)多座，海水淡化作為淡水資源的替代與增量技術(shù)，愈來(lái)愈受到世界上許多沿海國(guó)家的重視；全球直接利用海水作為工業(yè)冷卻水總量每年約6000億立方米左右替代了大量寶貴的淡水資源；全世界每年從海洋中提鹽5000萬(wàn)噸、鎂及氧化鎂260多萬(wàn)噸、溴20萬(wàn)噸等。海水淡化需要大量能量，所以在不富裕的國(guó)家經(jīng)濟(jì)效益并不高。沙特阿拉伯的海水淡化廠占全球海水淡化能力的24%。阿拉伯聯(lián)合酋長(zhǎng)國(guó)的杰貝勒阿里海水淡化廠第二期是全球最大的海水淡化廠，每年可產(chǎn)生3億立方米淡水。
題圖說(shuō)明
　　美國(guó)佐治亞州的一家公司研制出一種新型海水淡化設(shè)備，據(jù)稱淡化過(guò)程的費(fèi)用只有現(xiàn)有技術(shù)的三分之一。
　　據(jù)最新一期英國(guó)《新科學(xué)家》雜志報(bào)道，這種便攜式的新設(shè)備每天能夠處理1．1萬(wàn)升水。它使用了一種稱為“迅速噴霧蒸發(fā)”（RSE）的技術(shù)：含鹽的水通過(guò)管道噴霧進(jìn)入分離室，形成非常細(xì)小的水滴；在分離室的熱空氣中，水滴迅速蒸發(fā)，水和鹽分等雜質(zhì)分離；水蒸氣輸入凝結(jié)室成為純水，而鹽分則落在分離室的底部，而傳統(tǒng)技術(shù)鹽分回收后集結(jié)在管道上面，很難取下。
　　該公司稱，新技術(shù)效率比現(xiàn)有的反向滲透等技術(shù)要高得多。試驗(yàn)表明，它能處理含鹽量高達(dá)16％的水，大大超出了一般海水的濃度。平均算來(lái)，它生產(chǎn)1000升淡水的成本是16至27美分。科學(xué)家說(shuō)，這種裝置還可以處理廢水。RSE技術(shù)回收的效率可達(dá)95％，傳統(tǒng)技術(shù)只能達(dá)到35％，投資只有蒸餾法和反滲透法的四分之一且運(yùn)行維護(hù)成本大為降低。
海水淡化市場(chǎng)分析
　　世界上淡水資源不足，已成為人們?nèi)找骊P(guān)切的問(wèn)題。有人預(yù)言，19世紀(jì)爭(zhēng)煤，20世紀(jì)爭(zhēng)油，21世紀(jì)可能爭(zhēng)水。
　　作為水資源的開(kāi)源增量技術(shù)，海水淡化已經(jīng)成為解決全球水資源危機(jī)的重要途徑。到2006年，世界上已有120多個(gè)國(guó)家和地區(qū)在應(yīng)用海水淡化技術(shù)，全球海水淡化日產(chǎn)量約3775萬(wàn)噸，其中80%用于飲用水，解決了1億多人的供水問(wèn)題。
　　“向海洋要淡水”已經(jīng)形成了方興未艾的產(chǎn)業(yè)。截至2006年底，中國(guó)日淡化海水能力接近15萬(wàn)噸，比上一年翻一番。中國(guó)在反滲透法、蒸餾法等主流海水淡化關(guān)鍵技術(shù)方面均取得重大突破，完成了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的3000立方米／日低溫多效海水淡化工程，以及5000立方米／日反滲透海水淡化工程；海水直流冷卻技術(shù)已進(jìn)入萬(wàn)立方米／小時(shí)級(jí)產(chǎn)業(yè)化示范階段。中國(guó)海水淡化成本逐步下降，已接近5元／立方米。
　　中國(guó)海水淡化雖基本具備了產(chǎn)業(yè)化發(fā)展條件，但研究水平及創(chuàng)新能力、裝備的開(kāi)發(fā)制造能力、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和集成等方面與國(guó)外仍有較大的差距。當(dāng)務(wù)之急是盡快形成中國(guó)海水淡化設(shè)備市場(chǎng)的完整產(chǎn)業(yè)鏈條。圍繞制約海水淡化成本降低的關(guān)鍵問(wèn)題，發(fā)展膜與膜材料、關(guān)鍵裝備等核心技術(shù)，研發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的海水淡化新技術(shù)、新工藝、新裝備和新產(chǎn)品，提高關(guān)鍵材料和關(guān)鍵設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化率，增強(qiáng)自主建設(shè)大型海水淡化工程的能力。
　　未來(lái)20年內(nèi)國(guó)際海水淡化市場(chǎng)將有近700億美元的商機(jī)，中國(guó)應(yīng)占有充分份額。根據(jù)全國(guó)海水利用專項(xiàng)規(guī)劃，到2010年，中國(guó)海水淡化規(guī)模將達(dá)到每日80萬(wàn)至100萬(wàn)噸，2020年中國(guó)海水淡化能力達(dá)到每日250萬(wàn)至300萬(wàn)噸，尤其是國(guó)家積極支持海水淡化產(chǎn)業(yè)，自2008年1月1日起，企業(yè)的海水淡化工程所得將免征所得稅。中國(guó)海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景廣闊。
我國(guó)海水淡化發(fā)展
　　中國(guó)海水淡化技術(shù)是在政府支持和國(guó)家重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)下發(fā)展起來(lái)的，電滲析、反滲透和蒸餾法（多級(jí)閃蒸、壓氣蒸餾和低溫多效蒸餾）等海水淡化技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)，都取得相當(dāng)大的進(jìn)展。1958年首先開(kāi)展電滲析海水淡化的研究，1967－1969年國(guó)家科委和國(guó)家海洋局共同組織了全國(guó)海水淡化會(huì)戰(zhàn)，同時(shí)開(kāi)展電滲析、反滲透、蒸餾法等多種海水淡化技術(shù)的研究，為海水淡化事業(yè)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
　　1965年，山東海洋學(xué)院化學(xué)系在國(guó)內(nèi)最先進(jìn)行反滲透CA不對(duì)稱膜的研究；上世紀(jì)70年代進(jìn)行了中空纖維和卷式RO膜及元件的研究，并初步工業(yè)化。“七五”以來(lái)，反滲透海水淡化技術(shù)的開(kāi)發(fā)研究一直列入國(guó)家重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目，“七五”期間完成了中、低鹽度反滲透膜和組件的研制，建立了海水淡化示范工程；“八五”期間，在中鹽度反滲透膜的研制方面取得了很大進(jìn)展；“九五”攻關(guān)使新型的聚酰胺復(fù)合膜中試放大成功，結(jié)合關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備引進(jìn)，現(xiàn)已生產(chǎn)聚酰胺復(fù)合膜產(chǎn)品。1997年在浙江舟山市嵊山鎮(zhèn)建造了500立方米/日反滲透海水淡化示范工程，噸水耗電5.5度以下，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)具有同等容量的世界先進(jìn)水平。目前我國(guó)已建和在建的海水淡化裝置10多個(gè), 以反滲透法為主，已建成最大反滲透海水淡化工程為5000 m3/d。另外，還開(kāi)展了NF-RO集成海水淡化的研究。浙江玉環(huán)電廠的30000噸/日雙膜法海水淡化工程已完成招標(biāo)合同，建成后將成為國(guó)內(nèi)最大的海水淡化同類工程。
　　上世紀(jì)60年代原船舶工業(yè)部上海704研究所開(kāi)發(fā)了5 m3/d級(jí)的壓汽蒸餾淡化裝置和利用柴油機(jī)缸套水余熱的閃蒸淡化裝置裝備艦船使用。70年代-80年代初，天津市科委支持了日產(chǎn)淡水百噸級(jí)的多級(jí)閃蒸中試研究，取得一定的設(shè)計(jì)參數(shù)和經(jīng)驗(yàn)。80年代以后，國(guó)家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所進(jìn)行了30 m3/d規(guī)模的壓汽蒸餾裝置開(kāi)發(fā)工作，其研究?jī)?nèi)容包括30 m3/d豎管常壓壓汽蒸餾裝置和30m3/d水平管負(fù)壓壓汽蒸餾裝置（操作溫度72℃）以及30m3/dOTE/VC淡化裝置。以上研究工作取得的成果和過(guò)程中遇到的問(wèn)題為后期研究積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于我國(guó)蒸餾法海水淡化技術(shù)的發(fā)展起到了重要的推進(jìn)作用。
　　1987年大港電廠從美國(guó)ESCO公司引進(jìn)兩套3000m3/dMSF海水淡化裝置，與離子交換法結(jié)合，解決鍋爐補(bǔ)給水的供應(yīng)，運(yùn)轉(zhuǎn)至今取得了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，自1994年開(kāi)始參照引進(jìn)的多級(jí)閃蒸海水淡化裝置，開(kāi)發(fā)生產(chǎn)出日產(chǎn)1200 m3淡水的多級(jí)閃蒸系統(tǒng)原型中間試驗(yàn)裝置。1998年完成安裝，此設(shè)備出水電導(dǎo)率在2.7～7μs/cm之間,產(chǎn)水量最大約45 m3/h，尚需進(jìn)一步進(jìn)行改進(jìn)工作。
　　2004年6月由國(guó)家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所設(shè)計(jì)的3000 m3/d的低溫多效蒸餾海水淡化工程在山東黃島發(fā)電廠一次試車成功并通過(guò)9個(gè)多月的運(yùn)行考驗(yàn)。海水淡化裝置系國(guó)內(nèi)第一臺(tái)完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的多效蒸餾海水淡化裝置，裝置的國(guó)產(chǎn)化率達(dá)99%。海水淡化裝置的建設(shè)完成表明我國(guó)已初步掌握大型低溫多效蒸餾海水淡化的成套技術(shù)。另外，10000 m3/d的多效蒸餾示范工程已完成設(shè)計(jì)，近期將開(kāi)工建設(shè)。
　　除了自主設(shè)計(jì)建造的蒸餾淡化工程外，2003年河北黃驊發(fā)電廠簽約從法國(guó)Sidem公司引進(jìn)2×10000 m3/d熱壓縮多效蒸餾海水淡化裝置，將于2006年下半年投入運(yùn)行。2004年，天津經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)簽約從美國(guó)WEIR熱能公司引進(jìn)10000 m3/d低溫多效裝置，計(jì)劃于2005年底投入運(yùn)行。
　　海濱電廠海水淡化的出現(xiàn)
　　隨著我國(guó)淡水資源的日益短缺,海濱電廠海水淡化既符合國(guó)家的發(fā)展戰(zhàn)略,在經(jīng)濟(jì)上又具有可操作性。目前,我國(guó)建設(shè)中的2×1000MW燃煤機(jī)組海水淡化設(shè)備的水量需求都考慮了工業(yè)用水、消防用水和生活用水,產(chǎn)水量均達(dá)2萬(wàn)t/d,其投資額為1. 3~1. 6億元人民幣。如果從降低造價(jià)的角度出發(fā),可以考慮引進(jìn)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制,允許私營(yíng)或職工與單位投資等多渠道、多層次相結(jié)合的投資方式。主要融資模式可以參照國(guó)外BOT(建設(shè)—經(jīng)營(yíng)—轉(zhuǎn)移)和BOO(建設(shè)—擁有—經(jīng)營(yíng))模式,加上國(guó)家政策的扶持,實(shí)施有效可行的方案,大力發(fā)展海水淡化技術(shù),鼓勵(lì)企業(yè)進(jìn)入海水淡化領(lǐng)域,將會(huì)為內(nèi)陸節(jié)約更多的淡水資源。
海水淡化-海水淡化的能耗與成本
　　在海水淡化技術(shù)已成熟的今天，經(jīng)濟(jì)性是決定其廣泛應(yīng)用的重要因素。在國(guó)內(nèi)，"成本和投資費(fèi)用過(guò)高"，一直被視為是海水淡化難以大膽使用的主要問(wèn)題，但實(shí)際上這是一個(gè)"認(rèn)識(shí)"問(wèn)題。
　　目前世界上常用的淡水取用方式主要有地下取水、遠(yuǎn)程調(diào)水和海水（苦咸水）淡化三種。開(kāi)采地下水作為一個(gè)重要的開(kāi)源措施，工程量小、成本低，這是很吸引人的優(yōu)點(diǎn)，但地下取水受資源條件限制很大，而且許多地區(qū)多年來(lái)由于過(guò)度開(kāi)采地下水，已形成地下漏斗，造成房屋傾斜，甚至導(dǎo)致了海水倒灌等環(huán)境危害，地下水的開(kāi)采已經(jīng)受到制約。
　　遠(yuǎn)程調(diào)水，目前并沒(méi)有把工程投資費(fèi)用以及被引水地區(qū)的間接經(jīng)濟(jì)損失計(jì)算在內(nèi)，僅以日常運(yùn)行費(fèi)用、管理費(fèi)計(jì)算其成本，這與真正成本相差很大。其實(shí)引水工程，除了巨額的投資之外，還要占用大量耕地，還存在被引水地區(qū)的環(huán)境危害等問(wèn)題。如引黃濟(jì)青（島）工程，占地達(dá)6.2萬(wàn)畝，還會(huì)造成黃河斷流、植被破壞等生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，而生態(tài)環(huán)境的破壞在經(jīng)濟(jì)上是難以估量的。80年代實(shí)施的引灤入津工程，時(shí)至今日每立方米成本仍達(dá)2.3元左右，距離天津市民的用水價(jià)1.4元有0.9元的政府補(bǔ)貼。專家預(yù)測(cè)，南水北調(diào)工程實(shí)施后，長(zhǎng)江水流到北京，按現(xiàn)行不變成本計(jì)算，綜合成本在5元/立方米以上，甚至有專家預(yù)測(cè)每立方米將達(dá)20元。美國(guó)有資料認(rèn)為，遠(yuǎn)程調(diào)水超過(guò)40公里，成本將超過(guò)海水淡化。
　　對(duì)于海水淡化，能耗是直接決定其成本高低的關(guān)鍵。40多年來(lái)，隨著技術(shù)的提高，海水淡化的能耗指標(biāo)降低了90%左右（從26.4kwh/m3降到2.9kwh/m3），成本隨之大為降低。目前我國(guó)海水淡化的成本已經(jīng)降至4-7元/立方米，苦咸水淡化的成本則降至2-4元/立方米，如天津大港電廠的海水淡化成本為5元/立方米左右，河北省滄州市的苦咸水淡化成本為2.5元/立方米左右。如果進(jìn)一步綜合利用，把淡化后的濃鹽水用來(lái)制鹽和提取化學(xué)物質(zhì)等，則其淡化成本還可以大大降低。至于某些生產(chǎn)性的工藝用水，如電廠鍋爐用水，由于對(duì)水質(zhì)要求較高，需由自來(lái)水進(jìn)行再處理，此時(shí)其綜合成本將大大高于海水淡化的一次性處理成本。可見(jiàn)，如果拋開(kāi)政府補(bǔ)貼等政策性因素而單從經(jīng)濟(jì)技術(shù)方面分析，海水淡化尤其是苦咸水淡化的單位成本實(shí)際上是很有競(jìng)爭(zhēng)力的。
　　幾種淡水獲取方式的成本比較單位：元/立方米
　　取水方式平均成本
　　開(kāi)采地下水限制開(kāi)采量
　　遠(yuǎn)程調(diào)水引灤入津：2.3元/立方米(直接成本)
　　南水北調(diào):5-20元/立方米(到北京平均水價(jià))
　　海水淡化海水：4--7元/立方米(綜合成本)
　　苦咸水：2--4元/立方米(綜合成本)
　　在我國(guó)，由于受計(jì)劃經(jīng)濟(jì)的影響，長(zhǎng)期以來(lái)一直沒(méi)有良性的水價(jià)形成機(jī)制，自來(lái)水的價(jià)格與價(jià)值嚴(yán)重背離，政府負(fù)擔(dān)著巨額補(bǔ)貼，自來(lái)水的價(jià)格普遍偏低，目前自來(lái)水的價(jià)格一般為1.5-2元/立方米，隨著淡化技術(shù)的不斷進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)化規(guī)模效益的顯現(xiàn)，海水（苦咸水）淡化的成本將會(huì)越來(lái)越低。2000年10月朱熔基總理在南水北調(diào)座談會(huì)上強(qiáng)調(diào)："要建立合理的水價(jià)形成機(jī)制，逐步較大幅度提高水價(jià)，充分發(fā)揮價(jià)格杠桿的作用"。隨著淡水資源的日趨缺乏，各個(gè)城市節(jié)水措施已經(jīng)出臺(tái)，實(shí)行自來(lái)水限量使用，超標(biāo)加價(jià)。由此可以預(yù)見(jiàn)，在不久的將來(lái)，一方面海水淡化成本不斷降低，另一方面自來(lái)水的價(jià)格不斷上漲，兩者將越來(lái)越接近，自來(lái)水價(jià)格甚至將高于苦咸水淡化的成本，海水淡化的成本問(wèn)題將得以解決。成本問(wèn)題的解決將會(huì)對(duì)海水淡化的廣泛應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程產(chǎn)生極大的促進(jìn)作用。
海水淡化-冷凍海水淡化法
　　真空冷凍海水淡化法工藝包括脫氣、預(yù)冷、蒸發(fā)結(jié)晶、冰晶洗滌、蒸汽冷凝等步驟，海水淡化水產(chǎn)品可達(dá)到國(guó)家飲用水標(biāo)準(zhǔn)，是一種較理想的海水淡化法。
　　冷凍海水淡化法原理
　　海水三相點(diǎn)是使海水汽、液、固三相共存并達(dá)到平衡的一個(gè)特殊點(diǎn)。若壓力或溫度偏離該三相點(diǎn)，平衡被破壞，三相會(huì)自動(dòng)趨于一相或兩相。真空冷凍法海水淡化正是利用海水的三相點(diǎn)原理，以水自身為制冷劑，使海水同時(shí)蒸發(fā)與結(jié)冰，冰晶再經(jīng)分離、洗滌而得到淡化水的一種低成本的淡化方法。與蒸餾法、膜海水淡化法相比，冷凍海水淡化法能耗低，腐蝕、結(jié)垢輕，預(yù)處理簡(jiǎn)單，設(shè)備投資小，并可處理高含鹽量的海水，是一種較理想的海水淡化法。
　　冷凍海水淡化法工藝
　　冷凍海水淡化法工藝之脫氣
　　由于海水中溶有的不凝性氣體在低壓條件下將幾乎全部釋放,且又不會(huì)在冷凝器內(nèi)冷凝。這將升高系統(tǒng)的壓力，使蒸發(fā)結(jié)晶器內(nèi)壓力高于二相點(diǎn)壓力，破壞操作的進(jìn)行。顯然減壓脫氣法適合本系統(tǒng)。
　　冷凍海水淡化法工藝之預(yù)冷
　　海水脫氣后可與蒸發(fā)結(jié)晶器內(nèi)排出的濃鹽水和淡化水產(chǎn)生熱交換，預(yù)冷至海水的冰點(diǎn)附近。
　　冷凍海水淡化法工藝之溫度和壓力
　　它們是影響海水蒸發(fā)與結(jié)冰速率的主要因素。
　　冷凍海水淡化法工藝之冰—鹽水是一固液系統(tǒng)
　　普通的分離方法均可使冰—鹽水得到分離，但分離方法不同，得到的冰晶含鹽量也不同。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明減壓過(guò)濾方法得到的冰晶含鹽量比常壓過(guò)濾方法得到的冰晶含鹽量低得多。
　　冷凍海水淡化法工藝之蒸汽冷凝
　　在蒸發(fā)結(jié)晶器內(nèi)，除海水析出冰晶以外，還將產(chǎn)生大量的蒸汽，這些蒸汽必須及時(shí)移走，才能使海水不斷蒸發(fā)與結(jié)冰。