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。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)�；�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、幾萬甚至近百萬噸淡水。
　　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)過程與海水逐漸變咸的過程是類似的，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)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世了，這就是反滲透法。這種方法利用半透膜來達(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，而不允許溶質(zhì)透過。由于海水含鹽高，如果用半透膜將海水與淡水隔開，淡水會(huì)通過半透膜擴(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)散過來。這個(gè)過程是滲透。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，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，把經(jīng)過適當(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，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)展起來的。戰(zhàn)后由于國(guó)際資本大力開發(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。
　　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)果表明減壓過濾方法得到的冰晶含鹽量比常壓過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)的液面逐漸升高，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(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，用一定量的蒸汽輸入通過多次的蒸發(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,通過用海水或苦咸水對(duì)其增濕和去濕來制得淡水,并通過熱傳遞將去濕過程與增濕過程耦合,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(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。就主要工藝過程來說，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。海水淡化過程無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越大。從地區(qū)上來講，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)水分子通過活細(xì)胞的細(xì)胞膜的蛋白質(zhì)來構(gòu)成。

海水淡化現(xiàn)狀
　　目前，全球海水淡化日產(chǎn)量約3500萬立方米左右，其中80％用于飲用水，解決了1億多人的供水問題，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1．3萬多座，海水淡化作為淡水資源的替代與增量技術(shù)，愈來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5000萬噸、鎂及氧化鎂260多萬噸、溴20萬噸等。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，它生產(chǎn)1000升淡水的成本是16至27美分�？茖W(xué)家說，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3775萬噸，其中80%用于飲用水，解決了1億多人的供水問題。
　　“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80萬至100萬噸，2020年中國(guó)海水淡化能力達(dá)到每日250萬至300萬噸，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)的研究開發(fā)，都取得相當(dāng)大的進(jìn)展。1958年首先開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�！捌呶濉币詠�，反滲透海水淡化技術(shù)的開發(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程中遇到的問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年開始參照引進(jìn)的多級(jí)閃蒸海水淡化裝置，開發(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)用過高"，一直被視為是海水淡化難以大膽使用的主要問題，但實(shí)際上這是一個(gè)"認(rèn)識(shí)"問題。
　　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。開采地下水作為一個(gè)重要的開源措施，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)多年來由于過度開采地下水，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，地下水的開采已經(jīng)受到制約。
　　遠(yuǎn)程調(diào)水，目前并沒有把工程投資費(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)境危害等問題。如引黃濟(jì)青（島）工程，占地達(dá)6.2萬畝，還會(huì)造成黃河斷流、植被破壞等生態(tài)環(huán)境問題，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40公里，成本將超過海水淡化。
　　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，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�？梢�，如果拋開政府補(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
　　開采地下水限制開采量
　　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)期以來一直沒有良性的水價(jià)形成機(jī)制，自來水的價(jià)格與價(jià)值嚴(yán)重背離，政府負(fù)擔(dān)著巨額補(bǔ)貼，自來水的價(jià)格普遍偏低，目前自來水的價(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)行自來水限量使用，超標(biāo)加價(jià)。由此可以預(yù)見，在不久的將來，一方面海水淡化成本不斷降低，另一方面自來水的價(jià)格不斷上漲，兩者將越來越接近，自來水價(jià)格甚至將高于苦咸水淡化的成本，海水淡化的成本問題將得以解決。成本問題的解決將會(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)果表明減壓過濾方法得到的冰晶含鹽量比常壓過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。