2.7 海水淡化

海水淡化即将海水进行脱盐处理从而生产淡水的过程。它是实现水资源利用的开源增量技术，可以增加淡水总量，且不受时空和气候影响，水质好，价格渐趋合理，可以保障沿海居民饮用水和工业锅炉补水等稳定供水。

海水淡化在中东地区很流行，在某些岛屿和船只上也在使用。目前，淡化海水成本已降到4～5元/t，经济可行性已经大大提升，考虑到未来技术进步带来的成本下降、淡水资源逐渐短缺以及政策扶持等因素，未来海水淡化产业有望出现爆发式增长。

2.7.1 海水淡化的历史沿革

随着航海业的兴起，16世纪时欧洲探险家在漫长的航海旅行中，就用船上的火炉煮沸海水以制造淡水。加热海水产生水蒸气，冷却凝结就可得到纯水，这是日常生活的经验，也是海水淡化技术的开始。

现代意义上的海水淡化则是在第二次世界大战以后才发展起来的。由于战后大力开发中东地区石油，这一地区经济迅速发展，人口快速增加，令这个原本干旱的地区对淡水资源的需求与日俱增。而中东地区独特的地理位置和气候条件，加之其丰富的能源资源，又使得海水淡化成为该地区解决淡水资源短缺问题的不二选择，并对海水淡化装置提出了大型化的要求。

从20世纪50年代以后，海水淡化技术随着水资源危机的加剧得到了加速发展。在已经开发的二十多种淡化技术中，蒸馏法、电渗析法、反渗透法都达到了工业规模化生产的水平，并在世界各地广泛应用。21世纪以前，反渗透法都是被国外所垄断，中国是直到20世纪90年代末期才开始掌握了反渗透膜的生产技术。这段历史要追溯到新中国成立初期，当时我们国家的领导人已经意识到海水淡化的前景和将来在社会中的作用。

到2003年为止，世界上已建成和已签约建设的海水和苦咸水淡化厂，其生产能力达到日产淡水3.6×107t。海水淡化已遍及全世界100多个国家和地区，淡化水大约能养活世界5%的人口。海水淡化，事实上已经成为世界许多国家解决缺水问题时普遍采用的一种战略选择，其有效性和可靠性已经得到越来越广泛的认同。

2.7.2 海水淡化方法

全球海水淡化技术包括反渗透法，多级闪蒸法，电渗析法，蒸馏法，露点蒸发法，水电联产，热膜联产，利用核能、太阳能、风能、潮汐能的海水淡化技术等，以及微滤、超滤、纳滤等多项预处理和后处理工艺。

（1）反渗透法

反渗透法又称超过滤法，是1953年开始采用的一种膜分离淡化法。该法是利用只允许溶剂透过、不允许溶质透过的半透膜，将海水与淡水分隔开的。在通常情况下，淡水通过半透膜扩散到海水一侧，从而使海水一侧的液面逐渐升高，直至一定的高度才停止，这个过程为渗透。此时，海水一侧高出的水柱静压称为渗透压。如果对海水一侧施加一大于海水渗透压的外压，那么海水中的纯水将反渗透到淡水中。反渗透法的最大优点是节能。它的能耗仅为电渗析法的1/2，蒸馏法的1/40。因此，从1974年起，美、日等发达国家先后把发展重心转向反渗透法。渗透和反渗透原理见图2-2。

（2）多级闪蒸法

所谓闪蒸，是指一定温度的海水在压力突然降低的条件下，部分海水急剧蒸发的现象。多级闪蒸海水淡化是将经过加热的海水，依次在多个压力逐渐降低的闪蒸室中进行蒸发，将蒸汽冷凝而得到淡水。目前全球海水淡化装置仍以多级闪蒸方法产量最大，技术最成熟，运行安全性高，弹性大，主要与火电站联合建设，适合于大型和超大型淡化装置，主要在海湾国家采用。

（3）电渗析法

该方法的技术关键是新型离子交换膜的研制。离子交换膜是0.5～1.0mm厚的功能性膜片，按其选择透过性不同，分为正离子交换膜（阳膜）与负离子交换膜（阴膜）。电渗析法是将具有选择透过性的阳膜与阴膜交替排列，组成多个相互独立的隔室，一室的海水被淡化，而相邻隔室海水浓缩，淡水与浓缩水得以分离。电渗析法不仅可以淡化海水，也可以作为水质处理的手段，为污水再利用作出贡献。

（4）蒸馏法

蒸馏法是通过加热海水使之沸腾汽化，再把蒸汽冷凝成淡水的方法。蒸馏法海水淡化技术是最早投入工业化应用的淡化技术，特点是即使在污染严重、高生物活性的海水环境中也适用，产水纯度高。与膜法海水淡化技术相比，蒸馏法具有可利用电厂和其他工厂的低品位热、对原料海水水质要求低、装置的生产能力大的特点，是当前海水淡化的主流技术之一。

2.7.3 海水淡化发展现状

全球海水淡化日产量约为3.6×107t，其中80%用于饮用水，解决了地球上5%人口的饮用水问题。全球有海水淡化厂1.3万多座，海水淡化作为淡水资源的替代与增量技术，愈来愈受到世界上许多沿海国家的重视；全球直接利用海水作为工业冷却水总量每年约为6.0×1011m3，节约了大量宝贵的淡水资源；全世界每年从海洋中提盐5.0×107t、镁及氧化镁2.6×106t、溴2.0×105t等。海水淡化需要大量能量，所以在不富裕的国家其经济效益并不高。

世界上淡水资源不足，已成为人们日益关切的问题。有人预言，19世纪争煤，20世纪争油，21世纪可能争水。我国海水淡化虽基本具备了产业化发展条件，但研究水平及创新能力、装备的开发制造能力、系统设计和集成等方面与国外仍有较大的差距。当务之急是尽快形成中国海水淡化设备市场的完整产业链条。围绕制约海水淡化成本降低的关键问题，发展膜与膜材料、关键装备等核心技术，研发具有自主知识产权的海水淡化新技术、新工艺、新装备和新产品，提高关键材料和关键设备的国产化率，增强自主建设大型海水淡化工程的能力。根据全国海水利用专项规划，到2020年，中国海水淡化能力将达到每日2.5×106～3.0×106t，尤其是国家积极支持海水淡化产业，自2008年1月1日起，企业的海水淡化工程将免征所得税。由此看来，中国海水淡化产业发展前景十分广阔。