海水淡化的重要性及其淡化方法

张金菊

(山西国控环球工程有限公司，山西 太原 030006)

水是生命的基本元素，占地球表面的71%，但并非所有形式的水都适宜人类使用，人类日常用水来源于湖泊、河流、泉水等，这些水源只占地球水资源的3.5%，剩余绝大部分水资源位于海洋中，海洋水的高盐度使得其无法饮用。因此，海水淡化是一项可持续的、能够大幅缓解水资源紧张的合理的解决方案。我国淡水资源总量名列世界第六，但人均占有量仅为世界平均值的1/4，位居世界第109位。为保证我国经济的可持续发展，水资源问题的解决已迫在眉睫。

解决淡水紧缺问题有很多途径，两大途径分别为“开源”和“节流”。近年来较多的是“节流”，根据当地的具体的水资源情况分别有蓄水工程、实施跨流域调水等；而海水和苦咸水淡化，作为“开源”的重要手段；此外还有污水回用、节约用水等。

在短短几十年的时间里，海水淡化技术从边缘行业迅速崛起为全球性产业，并日益成为解决城市水资源压力的技术管理解决方案的焦点。通过从根本上逆转水文循环，使水从海洋流向陆地，在邻近地区、城市或国家的供应中加入脱盐海水。而过去的几年间,由于反渗透膜技术的持续改进海水淡化的生产成本已经大幅下降。在干旱地区，海水淡化也很有吸引力，因为与其他水资源管理方式相比海水淡化的分歧要小得多，比如蓄水工程和跨流域调水及污水回用。但此项技术尚未完全成熟，考虑到海水淡化技术的更广泛的潜在影响和风险，复合水能源需求、增加温室气体排放、地缘政治关系的转变、供水更大程度的私有化和水价上涨等都是现有的技术难题，亟待解决[1]。

清洁、安全的水，不仅为我们的日常生活所必须，维持生态系统的稳定也必不可少。近年来全球气候剧烈变化，降水模式也相应改变，可利用的水资源越来越少，地下苦咸水资源及海水转化为淡水作为一种新兴技术，虽然要求较高，但面对气候转换带来的负面影响及本就紧缺的淡水资源，这不失为一种适应性选择。而我国作为海洋大国，海岸线总长达32 647公里，在西北内地常年处于干旱及半干旱的环境、蓄水工程和跨流域调水及污水回用受到诸如投资过大成本过高等条件限制的情况下，大力开发海水及地下苦咸水淡化技术，通过技术研发创新，解决海水淡化现有的问题和限制，从根本上解决淡水资源匮乏的问题[2]。

海水淡化开始于16世纪，在船上人们将海水直接蒸发取得淡水饮用，到十九世纪，随着蒸汽轮船的兴起，随之发展起了蒸发器，以此为基础人类开发出真正的海水淡化装置在俄国巴库建成问世了。大规模的海水淡化装置二十世纪中后期，并且海水淡化技术不仅有蒸馏法，还出现了反渗透法与电渗析法，特别科威特的“多级闪急蒸馏法”的32级大装置，引起世界各地的关注，并带动海水淡化技术研究进展大大提升[3]。

受到世界各国大气候的影响及我国部分地区严重缺水的紧迫，国家对海水淡化产业化已非常重视，政府已经充分认识到了政策支持对海水淡化产业化的重要性和必要性,早已将海水淡化列入《中国21世纪议程》中。国家、集团公司、个体投资者看好这一行业者，在政府政策的指引下，积极主动投入资金，建立科研机构，引进创新人才与技术，为海水淡化产业化创造了基本的的技术基础[4]。

随着海水淡化技术的不断发展，其设备制造业也随之得到蓬勃发展。各种类型的设备装置在国内均可设计与制造。这样工业化成本大大降低，为海水淡化开拓更广阔的市场打下坚实的基础，具有良好的经济效益与社会效益。海水淡化产业化作为中国乃至全球范围内新兴产业，在未来必将有突破性的飞跃发展。

海水淡化方法是为分离海水中的淡水和盐而制成淡水的方法。该方法可分为二类。1) 从海水中分离出淡水的方法，如蒸馏法、反渗透法、水合物法、冰冻法、溶剂萃取法等;2) 除去海水中盐的方法，如电渗析法、压渗析法等。实际上应用的规模化主要方法是蒸馏法、反渗透法和电渗析法。

实用的大规模蒸馏设备为多级闪急蒸馏和多效多级闪急蒸馏。所谓闪急蒸馏(以下简称闪蒸)是利用海水本身在降温时放出的显热来供给水蒸发时所需的热量。闪蒸过程是在一个压力低于与水温相应的蒸汽压的室内实现的。若将闪蒸室一个个连接起来，且一个比一个压力低，则海水每从一个压力较高的闪蒸室流向压力较低的闪蒸室时就蒸发一部分水，而冷凝用的海水逆向上行，回收热量。这样就实现了多级闪蒸。在一个室中产生的蒸汽在下一个室中冷凝，其汽化潜热用作下一室加热的热源，那么每个室就叫做一效。多效和多级相结合的海水淡化法就是多效多级闪蒸法。它既保留了闪蒸法结构简单的特点，同时也保留了多效法的高效率的优点。

两种浓度不同的液体通过一张渗透膜时浓度大的电解质穿过膜向浓度小的液体中扩散，这种现象称之为渗析。这一渗析是由于液体浓度不同而发生的一种自然现象。渗析过程与溶液浓度差大小有关，浓度差值越大，渗析速度就越快，反之速度越慢，其推动力就是浓度差。靠浓度差这种自然渗析效率太低，假如在膜的两边增加一直流电场，扩散速度会大大加快，液体中电解质离子在直流电作用下，迅速地穿过隔膜，迁移至隔膜的另一边。这就是电渗析原理。电渗析用于海水淡化，就是用直流电将浓盐水与淡水分离，从而得到淡水。

一般用于海水淡化的膜为阴、阳离子选择性膜，是强酸性的阳离子选择性膜和强碱性阴离子选择性膜。有均相、异相、半均相等。

若用一半透膜将一浓溶液和一稀溶液隔开，则稀溶液的溶剂有向浓溶液渗透的倾向。其倾向的大小以渗透压来度量。渗透压的大小与二溶液的浓度有关。若在浓溶液一侧施加一大于渗透压的压力，则浓溶液的溶剂能向稀溶液一侧渗透，即为反渗透。反渗透脱盐率与半透膜的性质有关，其淡水的透过速率和膜性质、操作压力等参数有关。由于海水中含盐量高，在反渗透过程必须用特种高压泵增压等特点，因此海水反渗透膜必须具有高脱盐率，耐腐蚀、耐高压、抗污染等特点，用于海水淡化的半透膜材料通常是三醋酸纤维素。为了得到较大的产水量，单位容积的淡化器中填充的膜面积必须尽量地大。实际使用时采用二种型式：一种是将膜做成中空的纤维;一种是将一长条膜卷成筒状。前者叫中空纤维式，后者叫卷式。适用面非常的广，且脱盐率很高，因此被广泛使用[5]。

海水淡化需要消耗热能或电能。反渗透法、电渗析法海水淡化与蒸馏法相比，反渗透法、电渗析法只有电量充足的地方才可以海水淡化，而蒸馏法海水淡化主要是热能。所以反渗透与电渗析法海水淡化适合有电源的场合，蒸馏法适合有热源或电源的各种场合。

反渗透技术在能量回收及渗透膜性能方面飞快发展，使得不仅海水淡化后水质提高了(可达到自来水水质要求)，而且电耗量也不断降低，生产规模弹性范围大，而且占地面积小，但是反渗透需要海水做好预处理，对海水中各项指标都必须达到要求，不然会影响到出水水质以及设备运行、生产效率等。

蒸馏法技术传统成熟，淡化水品质高且技术在技术不断地改进与发展，该法至今仍占领先地位。但设备庞杂，占地面积大。

1) 淡水资源紧缺，直接危及到人们的生活及经济发展，而海水淡化是解决水资源问题的重要途径。

2) 大力发展海水淡化技术，加快海水淡化技术产业化，对解决水资源问题具有深远的战略意义。

3) 海水淡化主要方法由蒸馏法、反渗透法和电渗析法，方法选用根据当地能源，需求量，经济状况等特点选用。